成體組織的再生修復(fù)依賴于成體干細(xì)胞，其存在于多種不同組織中，在再生醫(yī)學(xué)中被廣泛研究。這類細(xì)胞具有長(zhǎng)期保持其“自我更新”（self-renewal）的能力，也能夠分化成多種細(xì)胞類型。當(dāng)機(jī)體受到損傷，組織動(dòng)態(tài)平衡被打破時(shí)，成體干細(xì)胞會(huì)被激活、增殖，并且離開其所在的微環(huán)境，形成新的組織代替損壞的組織。例如，皮膚受傷后，表皮中的干細(xì)胞能夠促進(jìn)受傷的皮膚愈合，并且修復(fù)毛發(fā)和皮脂腺；肺部受損時(shí)，位于遠(yuǎn)側(cè)肺的干細(xì)胞被激活并大量增殖，遷移至受傷區(qū)域，分化成成熟上皮。因而尋找到誘導(dǎo)干細(xì)胞激活的信號(hào)和命運(yùn)決定機(jī)制對(duì)組織再生和損傷修復(fù)有重要意義。果蠅成蛹階段，第6到第10體節(jié)的氣管會(huì)自動(dòng)衰退，氣管干細(xì)胞會(huì)遷移至衰老的氣管處代替舊氣管，形成新氣管系統(tǒng)，是研究成體干細(xì)胞的新穎模型。同時(shí)，果蠅氣管兼具高等動(dòng)物氣管和血管的功能，是研究管狀器官形態(tài)發(fā)生程序的良好模型，其形成過程受到來自機(jī)體和環(huán)境信號(hào)的調(diào)控，包括營(yíng)養(yǎng)代謝水平及相關(guān)信號(hào)通路。

  近日，浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院黃海課題組，斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院心血管內(nèi)科與心血管研究所趙全一課題組，聯(lián)合浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院伍洪剛課題組在Nature Communications期刊上發(fā)表題為A single-cell atlas of Drosophila trachea reveals glycosylation-mediated Notch signaling in cell fate specification的研究論文。本研究通過繪制果蠅氣管單細(xì)胞圖譜，找到9種主要細(xì)胞類型，并解析了各自的轉(zhuǎn)錄組和轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，揭示了氣管細(xì)胞命運(yùn)決定過程中Notch信號(hào)通路的調(diào)控機(jī)制。

  研究建立了果蠅氣管上皮細(xì)胞10X單細(xì)胞測(cè)序的流程，發(fā)現(xiàn)了包括氣管干細(xì)胞（progenitor cells (PC)）在內(nèi)的9種主要細(xì)胞類型并對(duì)其標(biāo)志基因進(jìn)行了驗(yàn)證。氣管干細(xì)胞的四個(gè)亞群有兩個(gè)表現(xiàn)出了與肌肉功能的相關(guān)性，另兩個(gè)中一個(gè)特異性表達(dá)基因cut，一個(gè)與胰島素通路呈現(xiàn)緊密聯(lián)系。標(biāo)志基因的易位表達(dá)能夠引起細(xì)胞命運(yùn)的重編程。

  研究人員在多種氣管細(xì)胞中均發(fā)現(xiàn)Notch信號(hào)通路中的組分或典型目的基因的表達(dá)，且Cellchat分析結(jié)果以及相關(guān)驗(yàn)證試驗(yàn)表明氣管干細(xì)胞能接收到來自不同氣管細(xì)胞群的Notch配體信號(hào)。

  運(yùn)用深度測(cè)序技術(shù)對(duì)不同時(shí)期的氣管干細(xì)胞進(jìn)行測(cè)序分析，檢測(cè)到多個(gè)受Notch信號(hào)調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子在氣管干細(xì)胞激活中表達(dá)上升，且抑制Notch通路會(huì)改變氣管干細(xì)胞中標(biāo)志基因的表達(dá)。表明該通路在氣管細(xì)胞特化的過程中調(diào)控了多種細(xì)胞命運(yùn)的決定。GO分析還顯示氣管干細(xì)胞激活過程中蛋白糖基化水平增強(qiáng)。高糖飲食（high sugar diet, HSD）增強(qiáng)了氣管細(xì)胞中蛋白糖基化水平，并在上述條件下觀察到氣管細(xì)胞命運(yùn)的改變，Notch受體的糖基化修飾增強(qiáng)，以及Notch信號(hào)通路活性的上升（圖1）。

圖1.普通食物（左）和高糖食物（右）喂養(yǎng)的果蠅中氣管細(xì)胞的分化情況

  該研究明確了果蠅氣管的主要細(xì)胞類型，不同細(xì)胞亞群間的通訊，闡明了糖基化通過調(diào)節(jié)Notch信號(hào)通路的活性進(jìn)而操控氣管細(xì)胞的命運(yùn)決定，并揭示了上述過程中多個(gè)受Notch通路調(diào)控的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院黃海研究員、斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院趙全一研究員和浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院伍洪剛研究員為本文的通訊作者。浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士后李越為本文的第一作者。浙江大學(xué)本科生陸天峰為本文提供了大力幫助。