以往的假說認(rèn)為：絨毛頂端因局部密度過高，細(xì)胞被“擠”得無處可去，只能被動外排。本文中，研究者首先通過補(bǔ)充Noggin、R-spindin 1、EGF、Wnt等細(xì)胞因子，生成了小鼠腸道類器官并進(jìn)行了長時程活細(xì)胞成像，通過用 H2B 熒光標(biāo)記細(xì)胞核并自動跟蹤，幾天內(nèi)統(tǒng)計(jì)了大量擠出事件。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞擠出并不偏好密度最高的區(qū)域，反而常常出現(xiàn)在平均或偏低密度處。于是研究團(tuán)隊(duì)提出一個新假設(shè)：決定細(xì)胞去留的關(guān)鍵不是“擁擠-壓縮”模型，而是張力模型。

進(jìn)一步的單細(xì)胞追蹤表明，擠出事件與局部的收縮力動態(tài)密切相關(guān)。在絨毛樣區(qū)域，基底面上肌球蛋白II的活性高度富集，形成了一個動態(tài)的收縮網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步證明了張力的存在。

而在野生型（WT）小鼠小腸激光消融實(shí)驗(yàn)中，一旦切斷局部結(jié)構(gòu)，組織立即外向回縮，證明絨毛上皮處于被拉緊而非被壓縮的狀態(tài)。換句話說，絨毛頂端的細(xì)胞更像是被這張張力網(wǎng)“拉”出去，而不是因?yàn)閾頂D被“擠”出去。

圖：腸道活細(xì)胞擠出主要發(fā)生在受張力的區(qū)域，提示擁擠密度模型不適用

圖：基底肌動球蛋白網(wǎng)絡(luò)連接腸上皮細(xì)胞

具體而言，研究在類器官中通過CRISPR給肌球蛋白II的內(nèi)源位點(diǎn)敲入熒光標(biāo)簽，同時配合超分辨和三維成像，比對頂端與基底兩側(cè)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與動態(tài)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)某個細(xì)胞收縮時，鄰近細(xì)胞會被迫擴(kuò)張；而當(dāng)它放松時，周圍細(xì)胞則會回縮。這種動態(tài)的互作就像一場持久的“拔河”，使得整個組織保持在持續(xù)的張力狀態(tài)中。

由此，類器官為研究提供了窗口，直接可視化了絨毛區(qū)域細(xì)胞的力學(xué)博弈，并證明絨毛樣上皮底盤由會跳動的收縮單元拼成，具備隨時向外輸出張力的能力。

圖：腸上皮細(xì)胞利用其基底細(xì)胞骨架對鄰近細(xì)胞施加高度動態(tài)的拉力

值得注意的是，破壞基底皮層完整性及細(xì)胞骨架導(dǎo)致的張力喪失會直接導(dǎo)致細(xì)胞的擠出。該結(jié)果進(jìn)一步證明了基底面肌球蛋白II網(wǎng)絡(luò)的張力直接調(diào)控?cái)D出事件。

圖：組織張力的釋放引發(fā)細(xì)胞擠壓

如果張力是關(guān)鍵，那么哪些細(xì)胞更容易被擠出？團(tuán)隊(duì)利用光遺傳學(xué)手段精確操控單細(xì)胞的肌球蛋白II活性，結(jié)果顯示：當(dāng)某些細(xì)胞被增強(qiáng)收縮能力時，鄰近的正常細(xì)胞更容易被擠出；反之，當(dāng)細(xì)胞因遺傳操作或激光破壞而失去張力生成能力時，它們自己會迅速被排除。

這揭示了一個清晰的邏輯：誰的張力弱，誰就會被踢出局。馬賽克類器官實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步印證了這一點(diǎn)——在由強(qiáng)收縮細(xì)胞和弱收縮細(xì)胞混合的類器官中，弱者被擠出的概率顯著升高。這種競爭性擠出機(jī)制，確保了組織能夠不斷清除最脆弱的環(huán)節(jié)，從而維護(hù)屏障的完整。

圖：細(xì)胞間張力的差異影響絨毛尖端的細(xì)胞擠出

這一發(fā)現(xiàn)不僅是基礎(chǔ)生物學(xué)的突破，還為臨床疑難病提供了新視角。先天性簇絨腸病（CTE）是一種罕見的嬰幼兒疾病，由上皮細(xì)胞粘附分子（EpCAM）基因缺陷導(dǎo)致，患者表現(xiàn)為嚴(yán)重腹瀉和營養(yǎng)吸收障礙。研究團(tuán)隊(duì)在CRISPR敲除EpCAM的類器官中發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞表現(xiàn)出異常的肌球蛋白II過度活化，組織結(jié)構(gòu)紊亂，擠出率顯著升高。

更關(guān)鍵的是，在EpCAM缺陷與正常細(xì)胞混合的馬賽克類器官中，正常細(xì)胞反而被優(yōu)先擠出，而缺陷細(xì)胞得以殘留。這意味著異常的張力分布打破了原有的力學(xué)平衡，使得“健康細(xì)胞”成了競爭中的輸家。這一結(jié)果為CTE的病理機(jī)制提供了直觀解釋：疾病的根源不僅是分子缺陷，更是力學(xué)網(wǎng)絡(luò)的紊亂。

圖：CTE中EpCAM缺失導(dǎo)致肌球蛋白II過度活化，破壞上皮穩(wěn)態(tài)并導(dǎo)致競爭性細(xì)胞擠出

本研究揭示了腸道細(xì)胞外排的力學(xué)調(diào)控機(jī)制，提出了一個基于張力的細(xì)胞外排模型。在這個模型中，動態(tài)的肌動球蛋白網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生組織水平上的張力，無法產(chǎn)生足夠力來抵抗鄰近細(xì)胞拉力的細(xì)胞會被優(yōu)先移除。這種“拔河比賽”機(jī)制通過消除組織中最弱的細(xì)胞來維持機(jī)械完整性。這一發(fā)現(xiàn)為理解腸道如何維持穩(wěn)態(tài)提供了新的視角，為開發(fā)新的疾病治療方法提供了潛在的靶點(diǎn)。

類器官在本研究里承擔(dān)了“可控、可復(fù)現(xiàn)、可因果”的核心角色：它在三維環(huán)境中重建了隱窩—絨毛軸，既能長時程追蹤細(xì)胞命運(yùn)，又能疊加內(nèi)源肌球蛋白示蹤、光遺傳收縮開關(guān)（opto-Arhgef11）、激光微手術(shù)和仿生水凝膠等模塊，構(gòu)成從“觀測張力”到“操縱張力”、從“單細(xì)胞”到“超細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)”、從“個體事件”到“群體競爭（嵌合類器官、擠出富集）”的一整套閉環(huán)工具箱。