静息细胞在适当的刺激下可以迅速激活重新进入细胞周期,因此维持一个静息细胞池对组织修复,伤口愈合和再生至关重要。然而,细胞维持静息状态以及重新激活的机制研究不够。斑马鱼有一类特化的离子细胞称为NaR细胞（Na+-K+-ATPase-rich细胞）,也被称作Ca2+转运上皮细胞（Ca2+-transporting epithelial cells）。这些细胞在结构和功能上类似于人类肠上皮细胞,通过特异性表达Ca2+通道蛋白Trpv6负责从周围水生环境中吸收Ca2+来维持机体Ca2+稳态。在斑马鱼胚胎和幼体阶段,在鳃出现前,这些细胞主要分布在卵黄囊表皮上,这样的分布特点使其便于实验操作和观察。在低[Ca2+]胁迫下,NaR细胞退出静息状态并快速大量增殖。我们最近的研究指出,Igfbp5a介导的IGF-PI3K-Akt-mTor信号通路以一种低[Ca2+]诱导的方式在上皮细胞静息-增殖状态的转变中发挥了重要作用。然而,这一中心通路如何以一种[Ca2+]浓度依赖的方式被激活仍不清楚。因此,我们以斑马鱼为模型进一步研究其潜在的分子机制。主要研究内容和结果如下:1.金属蛋白酶Papp-aa介导的Igfbp5a降解在上皮细胞的静息-增殖转变中起关键作用Igfbp5a的功能受到其蛋白水解酶Papp-aa的调控,临床研究发现携带失活突变的PAPP-A2患者骨密度较低,其中钙化骨量减少的潜在机制并不清楚。本研究利用斑马鱼模型报道了 Papp-aa通过促进Ca2+转运上皮细胞（离子细胞）从静息到增殖状态的转变来调节骨骼钙化过程。通常情况下,离子细胞处于静息状态,但在低[Ca2+]胁迫下能重新进入细胞周期。我们的研究结果表明,Papp-aa功能缺失抑制了离子细胞的增殖并减少了钙化骨量,而其同源基因Papp-ab的缺失则不会产生相应表型。Papp-aa未表达或活性缺失会导致NaR细胞内IGF1R-Akt-Tor信号通路被抑制。在低[Ca2+]胁迫下,Papp-aa可以降解Igfbp5a。然而,在生理Ca2+条件下,Papp-aa蛋白酶活性被抑制,IGFs被束缚在IGF/Igfbp复合物中。药物干扰IGF/Igfbp复合物或添加游离的IGF1可以激活IGF信号,促进离子细胞增殖。这些研究结果表明,在低[Ca2+]胁迫下,Papp-aa介导的局部Igfbp5a降解作为一种[Ca2+]调控的分子开关通过刺激上皮细胞的静息-增殖状态转变将IGF信号与骨钙化关联起来。2.低钙激素Stanniocalcin 1a在Ca2+调控下调节上皮细胞静息-增殖平衡和Ca2+摄取Papp-aa介导的Igfbp5a降解受[Ca2+]调控,但其分子控制机制尚不清楚。通过斑马鱼模型,我们发现低钙激素Stanniocalcin 1a（Stc1a）,不仅参与抑制上皮的Ca2+摄取,还作为一个受Ca2+调节的开关通过Papp-aa-Igfbp5a控制上皮细胞静息-增殖平衡。在4个stc基因中,只有stc1a的表达受环境[Ca2+]的调控。敲除stc1a会导致机体Ca2+含量升高、钙的异位沉积、身体肿胀和过早死亡,而stc2b基因突变并不会引起类似表型。抑制上皮细胞钙离子通道蛋白Trpv6的活性减轻了这些表型。Stc1a缺失促进静息上皮细胞重新进入细胞周期,并伴随着局部IGF信号的激活和papp-aa表达量的增加。在stc1a-/-突变体中,papp-aa或igfbp5a的基因缺失消除了上皮细胞的再激活。同样,抑制IGF1R、PI3K、Akt和Tor信号也会抑制上皮细胞的再激活。这些结果表明Stc1a在调节上皮细胞钙吸收和细胞静息-增殖平衡中发挥双重作用,参与介导了 Trpv6和Papp-aa-Igfbp5a-IGF信号通路的调控。