小肠上皮由多个绒毛-隐窝结构单位组成,是成体哺乳动物中更新速度最快的器官,每3～5天就全部更新一次。这种持续的更新是由位于隐窝底部的小肠干细胞驱动的。肠干细胞在维持自我更新的同时分化成具有增殖能力的前体细胞,前体细胞继续迁移分化形成肠上皮所有类型的终末分化细胞,包括肠吸收细胞和杯状细胞、肠内分泌细胞及潘氏细胞等肠内分泌细胞。小肠干细胞特性的维持受到潘氏细胞及间质提供的多种信号的调节,主要包括EGF、Notch、Wnt和BMP四条信号通路的调节。其中Wnt是相对研究最多也是最关键的信号通路,它能维持干细胞的命运并促进干细胞和前体细胞的增殖,并促进内分泌前体细胞向潘氏细胞的分化;BMP信号通路向肠上皮提供促分化的信号与Wnt诱导的增殖信号相拮抗促进前体细胞的终末分化。与干细胞稳态维持相关的信号通路异常会导致肿瘤的发生。例如Wnt信号通路的异常激活会引起腺瘤的产生,BMP信号通路失活会引起肠错构瘤的形成引起幼年性多发性息肉综合征(JPS)。EGF能通过Ras/Raf/Mek/Erk激酶级联反应向小肠干细胞及前体细胞提供有丝分裂信号,是肠干细胞体外培养不可缺少的生长因子。EGF信号在肠内分泌细胞前体细胞分化过程中与Wnt拮抗促进杯状细胞的分化。虽然EGFR基因敲除小鼠因为多种器官包括皮肤,肺及胃肠道上皮发育的缺陷在出生后死亡,但下游信号如何在肠上皮发育和稳态维持中发挥功能还十分不清楚。作为EGF下游重要的效应因子,Erk1/2在肠上皮中的功能还鲜有报导,更没有利用肠上皮特异缺失Erk1/2的小鼠模型开展相关研究。我们用villin-cre诱导Erk1/2在肠上皮特异缺失。结果发现,Erk1/2肠上皮特异性敲除小鼠由于肠发育的缺陷生长滞缓,并在成年之前死亡。组织学水平发现Erk1/2肠上皮特异性敲除小鼠肠上皮结构紊乱,令人意外的是细胞增殖不但没有受到抑制,反而发现具有增殖能力的前体细胞增多,由于过度增殖而形成肠上皮错构瘤。这在少有的小肠错构瘤动物模型中是发病最早的。通过对肠上皮不同细胞类型的检测,发现Erk1/2肠特异敲除小鼠潘氏细胞增多,杯状细胞减少,肠内分泌细胞没有变化;Erk1/2肠上皮特异性敲除后对维持肠稳态平衡信号通路产生了广泛的影响,其中Wnt和Notch信号激活,BMP及间质细胞信号Hedgehog和PDGF信号受到抑制。这些信号的变化在小鼠中的表型都与Erk1/2肠上皮特异性敲除小鼠表型一致。同时发现AKT-mTOR信号通路在Erk1/2肠上皮特异性敲除小鼠肠上皮细胞中过度激活。已有报道表明AKT-mTOR信号是错构瘤息肉综合征及其他细胞增生肥大型疾病的共同的分子基础。通过构建Erk1/2与Tsc1肠上皮特异性组合基因敲除小鼠进一步激化mTOR信号通路,发现该小鼠与Erk1/2条件敲除小鼠相比肠上皮错构瘤形成更为显著,导致小鼠的死亡时间更早。为了进一步验证mTOR信号在Erk1/2敲除小鼠错构瘤发生中的重要作用,我们利用mTOR抑制剂Rapamycin处理Erk1/2肠上皮特异性敲除小鼠。Rapamycin处理的小鼠生存时间显著延长,肠上皮细胞分化趋于正常,特别是错构瘤的行成得到了显著的抑制。进一步证明了Erk1/2敲除导致AKT-mTOR的激活是造成小鼠肠发育缺陷和错构瘤形成的主要机理。ERK信号通路在细胞增殖和组织稳态维持中非常重要,由于villin-cre小鼠构建的肠上皮特异敲除小鼠出生后致死。为了研究成年后ERK信号在肠稳态维持中的功能,我们利用Lgr5-EGFP-CreERT2小鼠构建在Lgr5肠干细胞中可诱导性特异敲除Erk1/2的模型。在成年小鼠中腹腔注射Tamoxifen诱导Erk1//2在肠干细胞的敲除,导致Lgr5干细胞消失,但敲除Erk1/2后不影响正常状态下肠上皮自稳态平衡的维持。这与已有的报道发现在成年小鼠中去除Lgr5阳性的干细胞小鼠仍能维持正常功能的发现是一致的。将诱导性Erk1/2条件敲除小鼠进行辐照损伤后,小鼠肠的损伤修复能力几乎被完全破坏,造成小鼠的死亡。这些初步研究表明Erk1/2在成年小鼠肠干细胞的维持中起着非常重要的作用,特别在损伤修复过程中是必需的。通过上述研究,我们研究发现Erk1/2对小鼠肠发育及自稳态平衡至关重要,Erk1/2肠上皮特异性敲除会造成错构瘤的产生;这也为ERK抑制剂作为抗癌药物的研发提出了一个潜在的问题:抑制Erk1//2后可能代偿激活AKT-mTOR信号而导致肿瘤进一步恶化。此外,成年小鼠中Erk1/2的缺失还会造成肠干细胞损伤修复能力的缺陷,证明了Erk1/2介导的信号在肠发育和稳态维持过程中的功能是非常复杂的。