上皮细胞为什么会被挤出去，偏偏又是这一个？

一层不断换人的屏障

肠道和气道表面的上皮，首先是一道连续的边界。细胞之间靠连接结构贴在一起，把腔内环境与下面的组织分开。但组成这道边界的细胞并不永久留下：有的分裂，有的迁移，有的离开。

这里有一个具体难题：让一个细胞退出，同时让剩下的细胞继续连成完整的一层。 如果只清除、不及时封口，组织会漏；如果一直保留，细胞数量和排列又可能失去平衡。

研究者把细胞被周围组织协同推出上皮层的过程称为“细胞挤出”。本文主要讨论向顶端、也就是腔侧排出的情况，比较培养细胞单层、新鲜离体组织、肠道类器官和果蝇上皮。它们能回答相互关联的问题，但实验条件并不相同。1 2

要理解这一过程，需要分清三件事：什么启动排出，为什么轮到某个细胞，以及邻居怎样把空位补上。2025 年的两项研究尤其有意思：一项追到了 ATP、膜电位和体积变化；另一项发现，只要改变周围细胞的收缩能力，原本相同的细胞就可能更容易被排走。3 5

先确认：它是先死，还是先被排出？

早期研究发现，将要发生凋亡的细胞可以通知邻居形成收缩环。凋亡是一套受调控的细胞死亡过程；其中的 caspase 酶活性常被用作观察标记。邻居接到信号后，肌动蛋白与肌球蛋白形成的结构收缩，把目标细胞推出层面，同时让余下的细胞接近、重新连接。2

但“看见一个细胞被挤走”，并不能单独说明它已经死了。

Eisenhoffer 等在 2012 年观察到，正常组织更新和实验性拥挤条件下，被排出的细胞很多没有出现活性 caspase-3 标记。这个结果提示存在另一条路线，但仅凭标记阴性，还不足以证明细胞功能完好。更有力的一步是：研究者把排出的细胞收集起来，放到新的培养基底上，其中一些细胞还能贴附、增殖，重新长成单层；UV 诱导凋亡后排出的细胞则没有同样表现。1

这说明，至少在这些培养条件下，离开上皮层可以先于死亡发生。如果排出后长期没有新的附着位置，多数细胞又会失去存活。因此，“是否还活着”和“是否还能留在原来的组织里”是两个不同问题。

这一区别也改变了选题的方向。组织排走的未必全是已经死亡的细胞；一些仍有活性的细胞，可能因为当时的状态与邻域条件不再相容而被排出。具体是哪一种“不相容”，还需要实验回答。

把上皮挤紧，确实能促使细胞离开

2012 年的研究没有停在“排出常发生于密集区域”这个相关性上。研究者先把一张硅胶膜拉长，让 MDCK 细胞在上面长成连续单层，再松开膜。承载面积缩小，细胞在短时间内变得更拥挤；同时检查细胞连接与基底附着，确认这不是把整层细胞直接撕掉。1

这一操作使局部细胞密度上升约三成，随后出现更多排出事件，数小时后密度回到接近原来的水平。阻断相关的机械敏感通道后，排出减少，密度则维持得更高。斑马鱼实验中，研究者还用可在指定时间启动的手段降低 Piezo1 功能，以减少早期发育异常带来的混淆；排出受阻的区域出现了细胞堆积。1

这些结果支持一条有条件的负反馈：在这一类上皮模型中，拥挤可以促进细胞排出，而排出又缓解拥挤。它尚未回答：同一片区域里，为什么只有某些细胞离开？

执行排出的环节已经有较具体的分子证据。S1P 是一种脂质信号，S1P2 是相应的受体。Gu 等利用受体抑制、基因敲低和混合培养发现，在凋亡排出模型中，受体需要存在于周围的细胞；被排出的细胞自己缺少它，仍可能由正常邻居完成排出。这把“邻居有参与”推进到了“信号需要在哪些细胞中被接收”。后来的拥挤实验也支持 S1P 和收缩通路参与活细胞排出。1 2

能量模型：从一个短暂的缩水现象追下去

Mitchell 等 2025 年的研究，主要使用成熟、拥挤的 MDCKII 单层，并用小鼠离体肺切片作补充。它的起点很具体：将要被排出的细胞，到底先发生了什么？3

一种直觉是，质量更小、承受挤压能力更差的细胞容易离开。但定量相位成像没有发现目标细胞在排出前失去干质量。研究者随后注意到，相差显微镜下，细胞周围的连接区域会短暂变亮。

图像出处：Mitchell 等，图1a；CC BY 4.0 许可；裁切记录。

明暗变化本身可能来自形状、体积或光学条件。研究者因此又用细胞内 GFP 的三维成像，以及另一种对缩水有响应的 Calcein 染料，核对了体积变化。结果支持：一些细胞在排出之前，确实发生过短暂的体积缩小。干质量测量未见相应下降，也与这一步主要涉及水分变化相容；这些不同测量并非全在同一细胞中同时完成。3

图中的某次变化发生在几十分钟尺度上，并不意味着所有细胞按同一时刻表行动。更重要的是，缩水、膜电位改变和最后的排出，是可以分别观察、分别干预的事件。

怎样给这些事件排出先后关系

细胞膜两侧有离子分布差异，由此形成膜电位。所谓去极化，可以先理解为原有的电位差发生变化。研究中使用的荧光探针给出的是相关变化的读出，并没有把每个细胞的绝对电压、绝对钠浓度都精确测出来。

在这组实验里，钠相关信号升高、去极化、缩水和排出之间出现了时序联系。更关键的是分步阻断：3

把这些干预放在一起，证据支持一条顺序：拥挤条件下的钠进入，与去极化、钾氯通道参与的体积变化相联系，然后才是完成排出的收缩过程。这里的“参与”不等于每一条分子连接都已被直接测到。

ATP 为什么会影响谁走到最后

持续维持离子差异需要细胞做功，钠钾泵就是其中重要的执行者。ATP 可以理解为细胞反应中可直接使用的一种能量资源。论文提出的模型是：拥挤带来的离子扰动发生后，能维持离子稳态的细胞恢复下来，能量状态较差的细胞更容易持续去极化，并进入缩水和排出过程。3

研究者用 ATP-Red 追踪相关信号，并用另一种基因编码的 ATP 传感器作补充；又通过抑制 ATP 供给提高排出，通过补充葡萄糖降低排出。这让证据超出了单纯的“即将被排出的细胞碰巧信号较低”。

但有两处需要停下来：

第一，钠钾泵是否就是 ATP 变化影响排出的特异中介，还没有被干净地分离出来。 作者尝试直接抑制泵，但处理很快破坏了整层细胞的存活，无法据此完成针对排出过程的特异检验。ATP 也参与很多其他活动，不能因为泵需要 ATP，就把完整因果链视为已经验证。3 8

第二，缩水究竟怎样接上 Piezo1、S1P 和后面的排出，仍有机制缺口。 阻断实验支持顺序关系，作者也明确留下了直接连接的问题。水通过哪些通道转移、形变怎样改变机械敏感信号，都还值得继续研究。

还有一个容易忽略的区别：“ATP 低会影响排出”与“系统会把 ATP 比邻居低的细胞挑出来”，并不是同等强度的结论。 后者需要更直接的局部对照，例如只改变一部分细胞的 ATP，同时控制周围细胞和受力条件。公开审稿意见提出过这种镶嵌操作；最终研究补充了整体提高 ATP 的方向性实验，但没有给出同样完整的受控邻域比较。因此，相对能量选择仍包含模型解释。8

复算一项真实结果：效果有多大

本篇选取 Mitchell 等图4e的公开工作簿做复算：比较对照和 ATP 供给受抑的小鼠离体肺切片，每组各四个原始汇总值。4

按原图的统计口径，对照平均每 1,000 个上皮细胞有 40.74 次排出，ATP 抑制组为 99.79 次；两组均值之比为 2.45。这里说的是该处理与观察窗中的统计量，不能直接外推为完整动物的日常组织更新率。

使用与原图一致的双侧、非配对等方差 t 检验，复算得到 $p=0.00930$，与图注的 0.0093 相符。改用不要求两组方差相等的 Welch 检验，得到 $p=0.0168$。这些结果支持这组数据中的方向和量级；四个重复点仍然很少，统计显著也不会自动证明 ATP、钠钾泵、缩水之间的全部连接。

原始工作簿还有一条很有用的脚注：图4e和高渗处理的图1n共用了对照数据。两种干预仍提供不同的信息，但不能把两张图称作两套完全独立的重复实验。表格也没有标出每个值对应哪只动物或是否配对，因此本次没有把同行的两个数强行配成一对。

本篇提供整理后的数值与原始单元格位置和完整计算结果。复算脚本为 research/calculations/epithelial_extrusion_data.py。这是对同一份数据的复核，不是新增了一次独立生物实验。

换一批邻居，细胞的去留就变了

同在 2025 年，Krueger 等研究了小鼠肠道和肠道类器官。他们注意到，排出事件并不总是集中在局部最密集的地方。这提示，“细胞一路移动到绒毛顶端，最后被挤得装不下”可能不足以解释这个系统。5

要区分受压和受拉，研究者在新鲜取出的肠组织中做了激光切割。如果被切断的结构原先承受拉力，切口两侧应向外回缩。实验在绒毛顶端和侧面都观察到了这种回缩，支持这些基底区域存在张力。这里的新鲜组织实验是离体条件下进行的，不能写成直接在完整活体小鼠中完成所有操作。

进一步成像发现，细胞基底有连成网络的肌动蛋白与肌球蛋白结构，而且收缩并非恒定不变：某个细胞收紧时，邻居的底面积可以变大；它放松时，关系又会改变。组织因此可以整体承受张力，而每个细胞的出力不断变化。

真正把“相对能力”讲清楚的，是后面的三类干预。

让一侧邻居更能收缩

研究者给部分细胞装入光控系统，用光把相关蛋白招募到细胞膜，增强肌球蛋白介导的收缩。照亮合成绒毛的一半，就人为制造了“收缩增强的一侧”与“没有增强的一侧”的交界。5

排出更容易发生在交界附近，尤其是没有增强收缩的那一侧。缺少诱导条件的照光对照，没有相同的结果，这减少了把效应完全归于照光损伤的可能。

这个实验的意义是：目标细胞没有被直接增强收缩；改变周围细胞的收缩条件，就能改变它的排出倾向。 “相对较弱”由这段邻域关系体现出来。

保持目标细胞不变，改变周围的组成

接着，研究者把普通细胞和可光控增强收缩的细胞混在同一个类器官中，改变它们的比例。如果一种细胞占总体的十分之一，不能只看它被排出了几个；需要比较它在“被排出者中所占的份额”和“在整个类器官中原先所占的份额”。论文把两者之比称为排出富集。5

当普通细胞是多数时，其排出比例大致与自身数量相称；当更强收缩的细胞逐渐成为多数，普通细胞在排出群体中变得过度代表，论文报告了约四倍的富集。这个四倍是构成比例之比，不是说每一个普通细胞的绝对死亡概率都增加了四倍。

研究还反过来削弱部分细胞的肌球蛋白功能。它们与普通细胞混合后，更容易在排出群体中富集；但如果两种标记颜色都来自同样被削弱的细胞，偏向就不再出现。这既检查了相对关系，也控制了单靠颜色标签造成差异的可能。5

局部削弱受力结构

另一组实验把激光刺激分别施加于细胞基底皮层或细胞核。破坏基底皮层后，目标细胞先发生基底扩张，随后更容易排出；针对细胞核的相应刺激没有产生同样的排出效果。执行排出时，目标细胞和邻居都能出现肌球蛋白积累；整体抑制收缩，则会降低或拖慢完成排出的能力。5

激光实验仍是一种急性扰动，不能独自排除所有损伤效应。但它与局部光控、混合细胞比例和遗传削弱的结果相互配合，使“邻居间相对收缩能力影响去留”的解释，比单看一个相关性图更有说服力。

这也解释了一个表面上矛盾的现象：单独削弱某个细胞，可能让它更容易被排出；把整个组织的收缩都压下去，却可能让排出更难完成。前者改变了局部能力差，后者还削弱了执行排出的组织力量。决定谁离开，与有没有能力把它移走，需要分别看。

局部压力，也可能来自细胞的排列

平均密度还漏掉了另一个层次：细胞怎样排列、怎样共同移动。

Saw 等 2017 年研究了有明显取向排列的上皮单层。“拓扑缺陷”在这里并不是某个细胞有基因缺陷，而是许多细胞的朝向在某些位置无法平滑接起来。研究者把基底牵引测量反演成单层应力，发现部分这样的区域会集中压缩应力，并与随后出现的凋亡和排出相关。6

他们还改变培养区域的几何边界，让特定位置更容易形成这些排列结构，排出热点也随之改变。反方向的检查同样重要：直接诱导细胞凋亡，并没有相应增加这些缺陷；抑制 caspase 后，缺陷仍在而排出大幅减少。这支持“先有局部结构与应力，再触发该类凋亡排出”的方向，而不是只凭一张共定位图作判断。

这项工作主要讨论凋亡相关排出，与前面的活细胞排出不能直接合并；应力也经过了反演模型。但它提供了一个可复用的认识：同样的平均细胞数，不保证同样的局部受力。 判断谁会被排出，需要知道它所在的邻域结构。

排走一个以后，旁边怎样保持封口？

知道谁容易离开，还不等于解释了组织怎样保持完整。如果相邻细胞连续同时退出，收缩与重新连接就可能来不及配合。

Valon 等在果蝇蛹的背部上皮中，用光控工具启动指定细胞的 caspase 活性。单个细胞或排成一列的细胞，可以比较顺利地退出；三个或更多细胞在短时间内成团退出时，更容易出现异常收缩与暂时松开。研究者没有只靠组织“看起来有个洞”下结论，还注入荧光标记的葡聚糖，观察到了连接区域的暂时渗漏。7

自然发生的排出却很少这样扎堆。追踪显示，一个细胞开始退出后，直接相邻的一圈细胞常出现约一小时的 ERK 信号升高，随后发生 caspase 活性的抑制。这种活性变化通过报告系统的动态读出判定；研究也使用了不同的 ERK 传感器互相核对。

仅有这种先后关系，还不能说明 ERK 负责保护。更强的一步是降低 EGFR/ERK 通路的作用：邻居的保护性变化消失，局部排出更容易成团，并出现与人为成团排出相似的封口问题。在研究选定的后部区域，总死亡率没有测出显著改变，事件的空间和时间安排却变了。7

这里值得记住的是：组织不仅要调节排出多少，还可能需要调节相邻细胞何时排出。 只统计总数，会看不到维持连续性的重要机制。

这不是一个对全部组织都成立的“三细胞禁令”。肠道类器官研究中，局部破坏相邻细胞的受力连接，也能诱导两个或三个细胞共同排出，并保留部分连接完整的迹象；它的组织、触发方式和完整性读出，与果蝇的凋亡成团实验不同。5 同样，果蝇中的 ERK 保护时空范围，也不能原样套到每一种上皮。

把不同实验放在一起，能得到什么解释

这些研究讨论的是相互关联的组织维护问题，但“弱细胞”在其中并不是同一把尺子。

较稳的结论是：上皮细胞并不只由自身某个固定属性决定去留。邻居的出力、组织的受力方式、细胞维持离子与结构状态的能力，以及排出后周围细胞的反应，都可能改变结果。

本文进一步的整合判断是：组织稳态可以通过持续改变局部成员和相互作用来维持，而不要求每个细胞永久保留原状。 这个理解得到上述实验的启发；它不是说这些系统已经被一个统一方程或唯一通路完全解释。

哪些下一步实验最有区分力

对能量路线，最有价值的补充之一，是受控地只改变部分细胞的 ATP，再分别改变邻居的 ATP，同时记录受力与排出。这样才更容易区分绝对能量不足、相对差异，以及两者与组织压力的交互作用。某些细胞为什么先出现 ATP 下降，其更早的代谢或局部环境原因，也尚未被这条排出路径完整解释。8

对两条 2025 年路线的关系，需要在同一个系统里同时观察或操纵能量状态与收缩能力。肌球蛋白需要 ATP，并不能直接证明两个实验发现其实是同一个机制；低 ATP 可能影响很多环节，而相对拉力差也可以通过其他方式产生。

对离子到排出的连接，则需要更直接地测量缩水前后 Piezo1、S1P 和机械状态的变化，并寻找能把它们拆开的干预。已有研究中的钠进入和去极化并非总能在同一个细胞中同时记录，完整时间线也还有提升空间。3

到这里，问题已经从“组织会不会清除坏细胞”变成了可以继续实验的几个小问题：什么状态被检测，什么差异被邻居放大，哪条通路负责执行，以及排出怎样与重新连接配合。我们已经能讲清其中不少环节；剩下的缺口也有了比较明确的位置。