每三到五天，人体肠道内壁的所有细胞都会被更换一次。细胞的不断补充有助于肠道内壁抵御食物通过消化道造成的损害。

这种细胞的快速更替依赖于肠道干细胞，这些干细胞会产生肠道中发现的所有其他类型的细胞。最近的研究表明，这些干细胞受饮食的影响很大，饮食可以帮助它们保持健康或刺激它们癌变。

“禁食和热量限制等低热量饮食具有抗衰老和抗肿瘤作用，我们想了解其中的原因。另一方面，导致肥胖的饮食会促进衰老疾病，例如癌症，”麻省理工学院 Eisen 和 Chang 职业发展生物学副教授 Omer Yilmaz 说。

在过去十年中，Yilmaz 一直在研究不同的饮食和环境条件如何影响肠道干细胞，以及这些因素如何增加患癌症和其他疾病的风险。他说，这项工作可以帮助研究人员开发改善胃肠道健康的新方法，无论是通过饮食干预还是模仿某些饮食有益效果的药物。

“我们的研究结果表明，禁食干预或模仿禁食效果的小分子可能在改善肠道再生方面发挥作用，”麻省理工学院科赫综合癌症研究所成员 Yilmaz 说。

临床方法

Yilmaz 在很小的时候就对疾病和医学产生了兴趣。他的父亲从事内科工作，Yilmaz 放学后大部分时间都在他父亲的办公室里度过，或者跟着他父亲看病的医院。

“我对药物以及药物如何用于治疗疾病非常感兴趣，”Yilmaz 回忆道。“他会问我问题，很多时候我不知道答案，但他会鼓励我找出他问题的答案。这真的激发了我对生物学的兴趣，并想成为一名医生。”

Yilmaz 知道自己想学医，于是申请并被密歇根大学为期八年的学士和医学博士联合项目录取。作为一名本科生，这让他可以自由探索感兴趣的领域，而不必担心申请医学院。在主修生物化学和物理学的同时，他在蛋白质折叠领域进行了本科生研究。

在医学院的第一年，Yilmaz 意识到自己错过了做研究的机会，因此他决定申请密歇根大学的医学博士/博士课程。在他的博士研究中，他研究了造血干细胞并确定了新的标记物，使这些细胞更容易从骨髓中分离出来。

“这很重要，因为人们对了解是什么使干细胞成为干细胞，以及其中有多少是内部程序与来自微环境的信号非常感兴趣，”Yilmaz 说。

在完成他的博士和医学博士后，他考虑直接进入研究并跳过住院医师，但最终在麻省总医院做了病理学住院医师。在那段时间里，他决定将研究重点从造血干细胞转移到胃肠道中发现的干细胞。

“胃肠道似乎非常有趣，因为与骨髓相比，我们对胃肠道干细胞的特性知之甚少，”Yilmaz 说。“我知道一旦 GI 干细胞被鉴定出来，就会有很多有趣的问题，比如它们对饮食的反应以及它们对其他环境刺激的反应。”

饮食问题

为了深入研究这些问题，Yilmaz 在怀特黑德研究所进行了博士后研究，在那里他开始研究干细胞、新陈代谢、饮食和癌症之间的联系。

由于肠道干细胞寿命如此之长，它们更有可能积累基因突变，从而使它们容易癌变。在怀特海德研究所，Yilmaz 开始研究不同的饮食如何影响这种易患癌症的可能性，这是他在 2014 年加入该学院时带入麻省理工学院实验室的一个课题。

他的实验室一直在探索的一个问题是，为什么低热量饮食通常具有保护作用，包括延长寿命——许多动物和人类研究中都发现了这一现象。

在 2018 年的一项研究中，他的实验室发现 24 小时禁食可显着提高干细胞的再生能力。这种效果在年轻和年老的老鼠身上都可以看到，这表明即使在年老时，禁食或模拟禁食效果的药物也可能产生有益的效果。

另一方面，Yilmaz 也很感兴趣为什么高脂肪饮食会促进癌症的发展，尤其是结直肠癌。在 2016 年的一项研究中，他发现当小鼠食用高脂肪饮食时，会引发肠道干细胞数量的显着增加。此外，一些非干细胞群体的行为开始类似于干细胞。“这些变化的结果是，干细胞和非干细胞都可以在高脂肪饮食状态下产生肿瘤，”Yilmaz 说。

为了帮助这些研究，Yilmaz 的实验室开发了一种方法，可以使用小鼠或人类肠道干细胞在细胞培养物中生成微型肠道或结肠。然后，这些“类器官”可以在非常受控的环境中接触不同的营养物质，从而使研究人员能够分析不同的饮食如何影响系统。

最近，他的实验室对该系统进行了改造，使他们能够扩大研究范围，将免疫细胞、成纤维细胞和干细胞微环境中发现的其他支持细胞的作用包括在内。“只关注一种细胞类型是我们的疏忽，”Yilmaz 说。“我们正在研究这些不同的饮食干预措施如何影响整个干细胞社区。”

虽然 Yilmaz 大部分时间都在麻省理工学院管理他的实验室，但他每年也会花六到八周的时间在 MGH 工作，在那里他是一名专注于胃肠道病理学的副病理学家。

“我喜欢我的临床工作，它总是提醒我我们所做的研究的重要性，”他说。“在显微镜下观察结肠癌和其他胃肠道癌症，并观察它们的复杂性，让我想起了我们的使命的重要性，即弄清楚我们如何才能预防这些癌症的形成。”