Embryonic EMT programs establish proteoglycan expression patterns that persist in adult human tissues
本研究表明，成年人类蛋白聚糖核心蛋白的表达保留了胚胎期上皮-间质转化（EMT）程序和胚层起源的转录印迹，而糖胺聚糖生物合成酶则受截然不同的、细胞类型特异性的调控机制支配。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
每一个生命体都始于一个单细胞，通过分裂并自我组织成三个截然不同的层级，就像地质构造中的岩层一样。这些被称为“胚层”的层级，是人体所有器官和组织的基石。其中一层演变成皮肤和神经系统，另一层形成肠道和肺部，第三层则创造了肌肉、骨骼和血液。在这一早期的构建阶段，细胞会经历一种剧烈的转变，称为“上皮-间质转化”。在这个过程中，曾经紧密结合在一起的细胞会松开它们的连接，改变形状，并获得移动到新位置的能力。这种移动对于构建复杂的身体至关重要，但在成年后，这个过程也可能在癌症或纤维化等疾病中出现问题。
围绕着这些细胞的是一个由蛋白质和糖链组成的复杂支架，科学家称这种材料为“细胞外基质”。在这个支架中，存在着被称为“蛋白聚糖”的专门分子。可以将蛋白聚糖想象成一个带有长而蓬松的糖链的蛋白质核心，看起来就像一把瓶刷。这些分子充当着通信网络，帮助细胞相互交流，并组织它们周围的空间。长期以来，科学家们一直了解这些分子在生命的早期阶段至关重要，但对于这些在胚胎发育过程中建立的特定分子模式，是在人体发育成熟后被遗忘了，还是在成年组织中留下了持久的印记，这仍然是一个谜。
来自挪威和英国的一个研究小组致力于解决这个谜题，他们通过观察人类细胞内部的遗传指令来进行研究。他们检查了来自81种不同类型的成年人类细胞的数据（范围涵盖从免疫细胞到神经细胞），并将这些数据与仅有几周大的人类胚胎数据进行了对比。他们的目标是观察成年人的这些蛋白聚糖的遗传“蓝图”是否仍然携带了源自其胚胎层的特征。他们还想知道，构建这些分子糖链的酶是否遵循与蛋白质核心相同的规则。
研究人员发现，分子的这两个部分之间存在着显著的差异。成年组织中蛋白聚糖的蛋白质核心仍然清晰地记得它们的胚胎起源。来自中间胚层（产生肌肉和结缔组织）的细胞表达一组特定的蛋白质核心；而来自外层（演变为皮肤和神经）的细胞则表达另一组。这种模式如此一致，以至于研究人员只需通过观察细胞产生的蛋白质核心，就能对成年细胞进行分组，且这些组别与最初的三个胚胎层完美匹配。此外，驱动早期发育过程中细胞移动的特定遗传开关（即转录因子）的活性，在成年后仍与这些蛋白质模式相关联。这表明，在生命最初几周内编写的指令并未被抹去，而是被保留了下来，作为一种长期记忆，指导这些细胞如何组织它们周围的环境。
相比之下，负责构建糖链的酶则并不遵循这张古老的地图。这些酶不再固守于胚胎层，而是表现出针对成年体内细胞当前功能的特定模式。例如，免疫细胞虽然都来自同一个胚胎层，却共享一套独特的糖链构建酶，以帮助它们对抗感染。同样，中枢神经系统中的细胞使用广泛的此类酶，可能是为了支持大脑复杂的信号传递需求。这表明，虽然蛋白聚糖的蛋白质核心保留了深厚的发育历史，但附着在其上的糖链则是后来根据特定组织的即时需求进行定制的。
为了理解这些模式是如何受控的，研究小组研究了开启和关闭这些分子的遗传开关。他们重点关注了 ZEB 家族转录因子，这类因子已知会驱动胚胎发育期间的细胞移动。通过分析在关闭和开启这些因子时的实验数据，并观察这些因子在物理上如何结合到 DNA 上，研究人员发现 ZEB 家族是许多蛋白聚糖蛋白质核心的主要调节因子。这些因子结合到 DNA 的特定调节区域，通常远离基因本身，以维持在胚胎形成期间建立的表达模式。这种结合对于蛋白质核心而言尤为强烈，但对于糖链构建酶则要弱得多，这进一步证实了这两个部分的分子在成年后受不同的规则支配。
研究团队还观察了在胚胎层形成过程中的实际情况。利用处于胚胎层刚刚开始分离阶段的人类胚胎数据，研究人员观察了随着细胞从一种状态转变为另一种状态时，基因表达是如何变化的。他们看到，蛋白聚糖核心和糖链构建酶的产生是动态变化的，并与驱动细胞移动的遗传开关的活性保持同步。在演变为肠道的层级中，其模式与演变为肌肉的层级不同。这证实了在成年组织中看到的独特特征并非随机产生，而是源于一个在生命最初几天就开始的精心编排的过程。
这些发现表明，成年后的身体并非一张白纸，而是带着其发育过去的深刻烙印。构成我们组织结构框架的蛋白质记得它们的起源，受到构建胚胎时的同一遗传程序的引导。然而，装饰在这些蛋白质上的糖链则更具灵活性，能够适应成年环境的具体需求。这种区别有助于解释为什么某些组织会表现出特定的行为，并为从另一个角度看待那些发育程序被重新激活的疾病（如癌症或瘢痕形成）提供了可能。通过了解哪些部分的细胞环境是由历史固定的，哪些部分是由当前需求塑造的，科学家可以更好地针对出错的机制，从而为理解我们的身体是如何构建以及如何进行修复提供一条更清晰的路径。
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