7月29日，国际顶级学术期刊《自然》（Nature）在线发表了华中科技大学的最新研究成果“Intestinal stem cells count self-renewal divisions to switch multipotency（肠道干细胞依靠内置分裂计数机制，通过统计自身更新分裂次数实现分化方向的切换）”。华中科技大学为该研究成果的唯一完成院校，基础医学院郭峥教授牵头，机械科学与工程学院为第二完成单位。
我院医工交叉研究团队长期致力于生物启发的类生智能决策、调控系统研究，揭示生物决策、调控能力的底层生理运作机制，建立生物启发的仿生模型，为智能系统的开发提供全新思路。本次研究中，医工交叉研究团队深度参与，我院副教授梁杰俊一及2024级博士研究生蒋泉泉为论文核心参与作者，这也是我院研究生首次以核心作者身份参与在《Nature》正刊发表的研究工作，是医工交叉融合产出的标志性成果。
一．生命决策不止于大脑：干细胞分化命运的百年谜题
决策并不只发生在生物脑中，也时刻发生在组成生命体的众多细胞之中。生物体内的组织细胞始终处于新陈代谢中，多能干细胞可以分裂产生不同功能的子代细胞，共同维持组织稳态；不同功能的细胞始终按照固定比例配合，执行组织的生理功能。
然而，一个核心问题困扰了学界几十年：干细胞每次分裂只能产生一个子代细胞，它如何在连续分裂中进行决策，协调分化方向，确保不同类型子代细胞的比例长期稳定？
在本研究成果发表之前，领域内的主流解释始终围绕两类框架展开：
（1）随机决策模型（主流核心假说）：干细胞每次分裂以固定概率随机选择子代细胞类型，比例的稳定性由统计规律保证。但该模型存在天然局限：有限分裂次数下比例极易出现偏差，且会导致子代细胞空间分布不均，与真实生理观测不符。
（2）缺损代偿猜想：当某类细胞大量受损时，干细胞接收外部信号临时偏向分化缺失类型，补足后回归随机状态，仅被视作应激补充机制，并非稳态调控的核心。
这一谜题的本质，是对生命决策智能的深层追问。过往认知中，生命智能多与宏观神经系统的行为决策绑定，而微观层面的单个细胞是否具备自主、精密的命运决策能力，能否不靠随机概率、不靠外部指令就自主完成稳态调控，始终没有明确答案，也正是医工交叉可以突破的核心方向。
二．多学科闭环验证：从现象观测、定量建模到分子机制的完整证据链
研究整体依托基础医学院十余年谱系追踪、遗传筛选、突变体替换等生物实验，以果蝇肠道干细胞为模式体系开展观测：果蝇肠道持续更新过程中，需要稳定产生负责营养吸收的肠上皮细胞、分泌激素的肠内分泌细胞，生理状态下肠内分泌细胞长期维持约 10% 的稳定占比。
为区分“随机概率”与“固定时序计数”两种完全不同的分化调控逻辑，研究团队联合搭建“固定概率随机分化”、“固定次数确定性时序分化”两套竞争性数理模型，将两种生物学假说转化为可定量检验、相互对比的数学预测；随后将随机标记、起点标记获取的克隆尺寸、内分泌细胞数量等海量实验数据分别代入两套模型拟合分析（模型构建、数据拟合、十万级大规模计算机仿真验证工作由我院医工交叉团队核心承担）。实验真实数据完美匹配k=9固定次数时序模型：干细胞完成一次肠内分泌母细胞生成后，连续开展8轮专一产生肠上皮细胞的分裂，在第9次分裂时开关式切换分化命运，再次生成肠内分泌母细胞。
我院团队进一步将低频对称分裂过程纳入模型迭代，完成十万次克隆演化仿真，结果显示：固定次数时序模型可精准复现实验观测到的开关式阈值切换特征，而随机概率模型输出平滑上升曲线，与真实观测结果显著不符。从统计分析、数理建模、大规模仿真多个维度，完整验证了干细胞内源“分裂计数”调控现象客观存在。
在定量规律得到严格验证后，研究团队进一步解析该计数机制的分子实现路径：TrxG与PcG两组功能拮抗蛋白依靠组蛋白修饰动态消长，在干细胞内部构建“分裂计数器”；DNA复制过程中激活型组蛋白标记持续稀释、抑制型标记逐步累积，积累至临界阈值便触发分化方向切换；新生成的内分泌母细胞瞬时激活干细胞内Notch信号，重置细胞内组蛋白修饰基线，标定新一轮计数循环的起点。
三．研究价值：建立细胞确定性决策新范式，彰显医工交叉核心价值
1.基础理论突破：颠覆传统认知，实证微观生命决策智能
这项研究颠覆了长期以来生物学界针对多能干细胞分化调控机制的固有认知，直接挑战沿用数十年的随机概率模型，全球首次证实干细胞依靠表观遗传修饰记录自身分裂次数、程序化调控分化命运，建立细胞确定性时序决策全新研究范式。研究打破 “决策智能仅存在于宏观神经系统”的固有认知，证实单个细胞具备精密内源调控程序，依靠内置计数机制自主完成命运选择与组织稳态维持，实证了微观尺度独有的生命智能。
2.交叉学科价值：工科定量方法成为生命研究核心支撑
本次研究充分体现医工交叉协同创新优势，机械学科的系统建模、定量统计、大规模仿真分析手段，成为解析复杂生命现象、验证核心科学结论不可或缺的关键支撑。定量建模验证环节承接生物实验观测、衔接下游分子机制解析，是完整研究证据链的核心一环，为后续同类医工交叉课题提供可复制的研究范式，也为机械学科拓展微观生命智能、仿生系统前沿方向开辟全新路径。
3.应用延伸前景：
该内源分裂计数调控机制具备高度进化保守潜力，哺乳动物造血干细胞等各类成体干细胞或共用同类调控逻辑。研究明确的Notch信号通路、组蛋白修饰酶可作为干细胞分化靶向干预靶点，为肠道损伤修复、内分泌紊乱、分化异常型肿瘤提供全新临床治疗思路。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10814-y
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