金秋十月，是屬于科學(xué)的年度高光時(shí)刻。今年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者，從“停止生長(zhǎng)”的線(xiàn)蟲(chóng)出發(fā)，在微小RNA領(lǐng)域作出了突破性貢獻(xiàn)。線(xiàn)蟲(chóng)，也讓數(shù)位科學(xué)家摘得諾獎(jiǎng)桂冠。
在超級(jí)英雄電影里，再生能力是一個(gè)強(qiáng)力技能點(diǎn)——不論受到什么傷害，一會(huì)兒就能滿(mǎn)血復(fù)活繼續(xù)戰(zhàn)斗。線(xiàn)蟲(chóng)有個(gè)“好兄弟”渦蟲(chóng)，和諾獎(jiǎng)也有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，還是地表“最強(qiáng)再生之王”，別說(shuō)“一刀兩斷”，縱是“千刀萬(wàn)剮”，身體碎片也能再生出結(jié)構(gòu)完整的個(gè)體。正是因?yàn)樗麄儚?qiáng)大再生能力，正常飼養(yǎng)的渦蟲(chóng)幾乎被認(rèn)為是“永生”。
秋日午后，記者跟隨中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員曾安，走進(jìn)“再生實(shí)驗(yàn)室”。這里的培育的數(shù)十萬(wàn)條渦蟲(chóng)，“祖先”都是曾安2019年回國(guó)時(shí)帶回的第一條渦蟲(chóng)。
如此強(qiáng)大的再生能力從何而來(lái)？
渦蟲(chóng)如何感知自己丟失了哪部分的組織并完美再生？
我們是否有可能將這種再生能力運(yùn)用到人體中？
在“再生實(shí)驗(yàn)室”，科研人員正努力破解這些奧秘。
神奇但“陌生”的模式生物
在傳統(tǒng)的動(dòng)物分類(lèi)學(xué)上，渦蟲(chóng)隸屬于扁形動(dòng)物門(mén)渦蟲(chóng)綱，廣泛分布于世界各地。
19世紀(jì)，美國(guó)發(fā)育學(xué)家哈麗特·倫道夫就注意到了渦蟲(chóng)的強(qiáng)大再生能力。他發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)切割后的渦蟲(chóng)，身體的每一部分竟然都能重新發(fā)育為一個(gè)完整的個(gè)體?，F(xiàn)代“遺傳學(xué)之父”托馬斯·摩爾根也對(duì)渦蟲(chóng)再生開(kāi)展了近十年的研究，他將一只渦蟲(chóng)“千刀萬(wàn)剮”成了279個(gè)碎片，驚訝地發(fā)現(xiàn)渦蟲(chóng)在如此情況下，一些身體碎片依然能夠重新再生出結(jié)構(gòu)完整的個(gè)體。
?“然而，在發(fā)表了數(shù)篇論文后，摩爾根發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)的技術(shù)手段無(wú)法深入地窺見(jiàn)再生的機(jī)理，于是轉(zhuǎn)而研究果蠅，發(fā)現(xiàn)了染色體是生物性狀遺傳的本質(zhì)，開(kāi)啟了遺傳學(xué)的世紀(jì)。”曾安介紹。
他告訴記者，20世紀(jì)遺傳學(xué)興起后，憑借在研究基因調(diào)控機(jī)制方面的便利，以果蠅為代表的模式生物日漸“得寵”；而渦蟲(chóng)領(lǐng)域的研究者們由于缺乏遺傳學(xué)手段，無(wú)法將研究深入到分子水平，無(wú)奈停下了腳步。
轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在20世紀(jì)末，RNA干擾技術(shù)出現(xiàn)，曾安的博士后導(dǎo)師桑切斯教授將其引入了渦蟲(chóng)再生領(lǐng)域，并首次篩選了一些演化上保守的基因在渦蟲(chóng)發(fā)育再生過(guò)程中的功能，開(kāi)創(chuàng)了渦蟲(chóng)再生研究的遺傳學(xué)時(shí)代。“同樣是在線(xiàn)蟲(chóng)中發(fā)現(xiàn)的RNA干擾技術(shù)，在2006年得到了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的青睞?！痹惭a(bǔ)充說(shuō)。
也是在2006年，曾安一頭扎進(jìn)渦蟲(chóng)的廣闊天地。他發(fā)現(xiàn)，已知的“再生本領(lǐng)”里，無(wú)論是小鼠的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)再生、線(xiàn)蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元軸突再生，還是斑馬魚(yú)心肌細(xì)胞修復(fù)損失器官，都無(wú)法與堪稱(chēng)“逆天改命”的渦蟲(chóng)相提并論。
他堅(jiān)定地在利用分子手段解析再生原理的研究道路上走了下去。2019年秋天回國(guó)后，加入中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞卓越中心帶領(lǐng)研究組繼續(xù)攻關(guān)渦蟲(chóng)再生。
探秘渦蟲(chóng)成體多能干細(xì)胞
顯微鏡燈光的照射下，曾安手持切割刀片，小心翼翼地把一條2厘米長(zhǎng)的渦蟲(chóng)切割成數(shù)片，7天后，這些“碎片”就將長(zhǎng)成全新的個(gè)體。
上海已然入秋，氣溫跌了不少。走進(jìn)恒溫20攝氏度的渦蟲(chóng)培養(yǎng)房，倒也不覺(jué)得清涼。亮堂的培養(yǎng)房里，整齊擺放著數(shù)十所“渦居”，好多渦蟲(chóng)貼在生化培養(yǎng)箱的壁沿上。
湊近了瞧，渦蟲(chóng)背腹扁平，像一片小柳樹(shù)葉，身體是黑褐色的，背面深，腹面則略淺；頭的背面有兩個(gè)黑色的眼點(diǎn)，而在腹面后約三分之一處，是渦蟲(chóng)的口。
“它們吃小牛的牛肝，一小塊牛肝就夠?qū)嶒?yàn)室里渦蟲(chóng)的全部口糧了?！闭谖故车难芯可f(shuō)。
曾安介紹，渦蟲(chóng)是少數(shù)幾種在胚胎發(fā)生后，仍能維持體內(nèi)多能干細(xì)胞的生物之一。這個(gè)多能干細(xì)胞群能不斷分化成所有三胚層來(lái)源的細(xì)胞類(lèi)型，用于生長(zhǎng)、再生和替換凋亡細(xì)胞。
?“當(dāng)渦蟲(chóng)受到損傷后，多能干細(xì)胞會(huì)迅速響應(yīng)并遷移至受損部位，啟動(dòng)分化進(jìn)程，誘導(dǎo)新芽基產(chǎn)生。一周內(nèi)，受損的渦蟲(chóng)就能重新長(zhǎng)出新的神經(jīng)、排泄、消化和生殖系統(tǒng)，甚至是整個(gè)大腦?！痹哺嬖V記者。
那么，成體多能干細(xì)胞是如何受到調(diào)控并起始分化成不同細(xì)胞類(lèi)型的？這種多能性調(diào)控和組織器官再生機(jī)制之間的聯(lián)系究竟是什么？
在前期研究中，曾安領(lǐng)銜的研究組運(yùn)用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)鑒定并分離了渦蟲(chóng)中成體多能干細(xì)胞類(lèi)群，并找到其分子標(biāo)記TSPAN-1?？蒲腥藛T把TSPAN-1+的單細(xì)胞移植到致死劑量照射后的渦蟲(chóng)體內(nèi)，可以重建整個(gè)渦蟲(chóng)三胚層來(lái)源的所有組織和器官，顯示TSPAN-1+細(xì)胞是其體內(nèi)成體多能干細(xì)胞。這個(gè)工作發(fā)表四年后就進(jìn)了美國(guó)大學(xué)生的教科書(shū)。
我們近期的工作聚焦在渦蟲(chóng)細(xì)胞如何感知自身空間位置信息。類(lèi)比到人身上來(lái)說(shuō)，就是組織損傷后如何恢復(fù)原來(lái)的器官的形態(tài)和空間位置。
要做“從零到一”造福健康的成果
人體大部分組織或器官中都有干細(xì)胞的身影，它們參與組織內(nèi)損傷細(xì)胞的更新和替換。
渦蟲(chóng)中，接近85%的基因與人類(lèi)高度同源。不過(guò)與擁有“不死之身”的渦蟲(chóng)相比，人類(lèi)只有少數(shù)器官具有非常有限的修復(fù)能力，并且這種能力還會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而削弱。
“研究渦蟲(chóng)再生過(guò)程的分子機(jī)制，揭示不同細(xì)胞如何幫助動(dòng)物再生受損組織，有利于我們理解為什么高等生物丟失了這種能力?！痹舱f(shuō)。
同樣有趣的是，渦蟲(chóng)除了“砍不死”，還“餓不死”——可以長(zhǎng)期抵抗饑餓，并根據(jù)營(yíng)養(yǎng)狀況“自主切換”生長(zhǎng)和去生長(zhǎng)。曾安研究組成員說(shuō)，當(dāng)食物充足時(shí)，渦蟲(chóng)會(huì)一直生長(zhǎng)到它們的最大體型；但在饑餓狀態(tài)下，渦蟲(chóng)會(huì)通過(guò)縮小體積來(lái)維持自身穩(wěn)態(tài)，饑餓數(shù)月后，一只完全成熟的2厘米渦蟲(chóng)，會(huì)收縮至1毫米甚至更小。
?“這種長(zhǎng)期抵抗饑餓的本領(lǐng)同樣值得深入探究，‘去生長(zhǎng)’很可能是逆轉(zhuǎn)衰老的方式之一。”曾安表示，若能揭示這一調(diào)控機(jī)制并加以運(yùn)用，古人靠煉制仙丹追求的“返老還童”或許可以靠小小渦蟲(chóng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
記者了解到，由于對(duì)渦蟲(chóng)再生的研究非?；A(chǔ)，屬于冷門(mén)學(xué)科，產(chǎn)出的成果短時(shí)間內(nèi)無(wú)法和轉(zhuǎn)化掛上鉤，因此國(guó)內(nèi)開(kāi)展渦蟲(chóng)研究的實(shí)驗(yàn)室和經(jīng)費(fèi)都非常有限，“研究渦蟲(chóng)，很多工具都要DIY！”
幸運(yùn)的是，中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞卓越中心給了曾安“定心丸”，讓他和研究組甘坐“冷板凳”，敢啃“硬骨頭”，面向人民生命健康，真正做一些從零到一的原創(chuàng)科學(xué)成果。
?“渦蟲(chóng)的再生和衰老這些基礎(chǔ)的科學(xué)問(wèn)題，可以幫助我們了解所有的物種，包括人類(lèi)自己。”曾安總結(jié)說(shuō)，我們對(duì)于人類(lèi)自身的好奇和治療疾病的努力，或許在此刻的自然界中都已有了答案。
原載于新民晚報(bào)?2024-10-14
作者：郜陽(yáng)
