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4 · 第2學期幹細胞/再生醫學幹細胞類型

腸道幹細胞

Intestinal Stem Cells

難度 3 · 進階stem-cell想做成互動版

腸道幹細胞是研究幹細胞動力學、壁龕互動與腫瘤啟動最成熟的模型之一。

Lgr5⁺ ISC 的克隆動力學
Lopez-Garcia et al.(2010, Science)與 Snippert et al.(2010, Cell)以 Confetti lineage tracing 揭示了 ISC 的「neutral drift」動力學:隱窩中約 5-7 個活躍 Lgr5⁺ ISC 互相競爭 niche space,最終隨機地由一個克隆取代整個隱窩(monoclonal conversion,耗時約 1-6 個月),這個過程不需要特定的「dominant stem cell」。

Paneth 細胞作為壁龕的重新評估
雖然 Sato et al.(2011, Nature)以共培養實驗證明 Paneth 細胞提供 Wnt、Notch ligand 和 EGF 支持 ISC,但 Kim et al.(2012, Nature)以遺傳消融 Paneth 細胞發現 Lgr5⁺ ISC 仍可維持——暗示間質細胞(GLI1⁺ 或 CD34⁺ 基質細胞)可作為替代壁龕。Degirmenci et al.(2018, PNAS)以 WntlessΔMES 條件敲除證明間質來源的 Wnt 是不可或缺的。

R-spondin/Lgr5 軸
R-spondin(RSPO1-4)是 Wnt 訊號的增強子(amplifier)而非獨立的 Wnt 配體:RSPO 結合 LGR4/5/6 → 招募 ZNRF3/RNF43(E3 ligases,負責清除 Frizzled 受體)→ 使其被內吞降解 → Frizzled 在細胞表面累積 → 增強 Wnt 訊號(de Lau et al., 2014, Nature)。RNF43/RSPO3 fusion 在 colorectal cancer 亞型中是 driver mutation(Seshagiri et al., 2012, Nature)。

可塑性(Plasticity)與去分化
Tetteh et al.(2016, Cell Stem Cell)與 van Es et al.(2012, Nature)證明:當 Lgr5⁺ ISC 被消融時,transit-amplifying 細胞甚至分泌系前驅細胞(Dll1⁺)可以去分化回復幹細胞功能。此可塑性由 Wnt 重新活化驅動,挑戰了嚴格的單向分化階層觀。

腫瘤啟動
Barker et al.(2009, Nature)以 Lgr5-CreERT2;APC^(fl/fl) 證明 APC loss 在 Lgr5⁺ ISC(而非分化細胞)中才能高效啟動腺瘤——支持「cancer stem cell of origin」假說。APC loss → constitutive Wnt activation → 隱窩底部過度增殖 → 腺瘤 → 透過 KRAS, TP53, SMAD4 等後續突變進展為腺癌(Vogelstein's adenoma-carcinoma sequence 的分子基礎)。

文獻:Barker N et al. (2007) Nature 449:1003-7 / Sato T et al. (2009) Nature 459:262-5 / Snippert HJ et al. (2010) Cell 143:134-44 / de Lau W et al. (2014) Nature 476:293-7

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