Nature | 中国科学院许军等合作发现磷酸盐感应细胞器调节磷酸盐和组织稳态

无机磷酸盐（Pi）是生命所必需的分子之一。然而，对动物组织中细胞内Pi代谢和信号传导知之甚少。

2023年5月3日，哈佛大学Chiwei Xu及Norbert Perrimon共同通讯（中国科学院分子植物科学卓越创新中心许军为共同第一作者）在Nature 在线发表题为“A phosphate-sensing organelle regulates phosphate and tissue homeostasis”的研究论文，该研究发现磷酸盐感应细胞器可以调节磷酸盐和组织稳态。在观察到慢性Pi饥饿导致黑腹果蝇消化上皮过度增殖后，该研究确定Pi饥饿触发了Pi转运蛋白PXo的下调。与Pi饥饿一致，PXo缺乏导致中肠过度增殖。有趣的是，免疫染色和超微结构分析显示PXo特异性标记非典型的多层细胞器（PXo体）。

该研究发现PXo限制了胞浆Pi水平。PXo体需要PXo进行生物发生，并在Pi饥饿后发生降解。因此，Pi饥饿触发PXo下调和PXo机体降解，作为增加胞浆Pi的补偿机制。最后，该研究鉴定了激酶与AP-1（Cka）的连接物，它是STRiPAK复合物和JNK信号的一种成分，是PXo敲低或Pi饥饿诱导的过度增殖的介质。总之，该研究揭示了PXo小体是胞浆Pi水平的关键调节因子，并确定了控制组织稳态的Pi依赖性PXo-Cka-JNK信号级联。

无机磷酸盐（Pi）被用于翻译后修饰和必需代谢产物的合成。尽管Pi代谢对生命具有普遍的重要性，但它主要在细菌、酵母和植物中进行研究。在细菌中，Pi储存在多磷酸盐颗粒中，而在酵母和植物细胞中，Pi主要储存在液泡中。也有人提出，含Pi的生物分子，如多磷酸盐（在细菌和真菌中）和膜磷脂（在植物中）可能作为Pi储备。在动物中，尽管人们对循环Pi的激素调节了解很多，但对细胞内Pi代谢和信号传导知之甚少。

肠细胞是中肠的主要细胞类型，也是营养吸收的重要部位。肠干细胞（iSCs）和成肠细胞可以调节增殖和分化活性，并产生肠细胞或肠内分泌细胞，以响应波动的环境刺激，从而满足组织再生的需求。为了评估Pi水平如何影响中肠组织稳态，研究人员给果蝇喂食膦酸（PFA），这是一种无机焦磷酸盐类似物，也是细胞Pi吸收的有效抑制剂。慢性Pi饥饿后，中肠有丝分裂显著增加。此外，研究人员通过敲低肠细胞中的MFS10（编码Pi摄取转运蛋白），从遗传学上重述了Pi饥饿。

文章模式图（图源自Nature ）

与使用PFA和CDF的实验一致，作者观察到在正常条件下敲低MFS10或博莱霉素诱导的组织损伤后中肠增殖增加。与Pi饥饿可能通过MFS10诱导代偿性Pi摄取的观点相反，PFA喂养降低了中肠MFS10的表达。此外，Pi饥饿后肠细胞周转加速，表明Pi饥饿诱导的ISC过度增殖是再生的。然而，尽管肠细胞凋亡在组织损伤条件下触发再生ISC增殖，但Pi饥饿并没有在中肠中诱导大量细胞凋亡。这些数据提出了一个问题，即中肠如何维持必需的Pi水平并加速增殖以响应受限的Pi吸收。总之，该研究证明了Pi饥饿或PXo缺乏诱导果蝇中肠上皮的过度增殖和肠细胞分化，这可能是产生更多能够吸收Pi的肠细胞的补偿机制。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06039-y

转自：“iNature”微信公众号

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