成年果蝇的一些器官,比如说生殖系统包括雌性的卵巢和雄性的精巢,是有干细胞的。20世纪初对于果蝇卵巢中生殖干细胞的研究,首次通过实验证明了干细胞微环境[1]的存在,及其对维持健康干细胞的重要作用。这一概念现在已经被干细胞研究领域所广泛接受。
果蝇卵巢中有16~20个卵巢管。生殖干细胞位于每个卵巢管的顶端。它们的微环境是由其周围3种体细胞合作形成的。这个微环境所发出的信号,以及干细胞所处位置能够接收到的信号强弱,决定了干细胞是自我更新、增殖还是分化。与此类似,雄性果蝇精巢中的生殖干细胞也是受其所处微环境精密调控的。但不同于卵巢中干细胞分布于各个卵巢管中,精巢中的所有干细胞(7~12个)都集中在其顶端。这些干细胞都与一群已分化的枢纽细胞相连,并且被胞囊母细胞所环绕。上述细胞之间相互协调作用,调控着精巢干细胞的维持及分化。
正是基于对这些细胞构成方面的深入了解,果蝇的卵巢和精巢已成为研究干细胞与其微环境相互作用的理想模型。在这些模型中,运用遗传学手段造成体细胞的损伤或缺失,就能精确观察干细胞是如何增殖与分化来修复损伤的。
除了生殖系统,果蝇的肠道尤其是中肠,也成为研究干细胞介导再生的理想模型。果蝇的中肠与人的小肠相似。由于肠壁的表皮细胞经常受损进而凋亡,因此肠道干细胞需要不断自我更新、增殖和分化,以维持肠壁细胞种类和数量的平衡,也即达成组织稳态。在这一过程中,肠道干细胞可以自我更新、增殖,也可以分化成成肠细胞。在特定信号作用下,成肠细胞再进一步分化成吸收养分的肠上皮细胞或内分泌细胞。研究表明,肠上皮细胞每1~2周就要全部更新一次,由此可见肠道干细胞数量大而且非常活跃。这就使得果蝇的中肠很适合研究干细胞的维持、调控与再生。除此之外,肠道细胞构成的稳态维持和肠道干细胞的分裂增殖调控能力,还与果蝇的衰老过程息息相关。基于此,果蝇的中肠也越来越多地被用于研究衰老的调控机理。(www.xing528.com)
果蝇中常用于愈合与再生研究的组织
果蝇的生长周期包括胚胎、幼虫、蛹和成虫4个阶段。其胚胎背部的开口闭合以及胚胎和幼虫的表皮层,常被用来研究创伤愈合过程中的细胞运动及分子机理。果蝇幼虫的成虫盘是研究组织再生的良好模型。果蝇成虫的中肠、卵巢和精巢则越来越多地被用于研究干细胞在组织再生中的作用。AS:羊浆膜细胞群;ED:眼成虫盘;WD:翅成虫盘;ISC:肠道干细胞;EB:成肠细胞;EE:内分泌细胞;EC:肠上皮细胞;GSC:生殖干细胞;TF:端丝(terminal filament)细胞;CC:cap细胞;ESC:escort细胞;Hub:hub细胞;CPC:胞囊母细胞。(特此感谢曲娜女士倾力绘制此图)
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