發(fā)布日期：2018-05-08
▲本研究的通訊作者Wei Li博士（圖片來源：Bryan William Jones；CC BY-NC 3.0；http://prometheus.med.utah.edu/~bwjones/）
▲本研究榮登《細(xì)胞》封面（圖片來源：《細(xì)胞》）
和通常的小鼠、斑馬魚、果蠅等動(dòng)物模型不同，這支研究人員的主要研究對(duì)象是一種叫做十三條紋地松鼠（13-lined ground squirrels）的奇妙生物。之所以研究這類松鼠，是因?yàn)樗鼈兪堑湫偷亩邉?dòng)物。在寒冷的冬季，這種動(dòng)物能進(jìn)入休眠狀態(tài)，而極低的代謝，讓它們的體溫長(zhǎng)期保持在10度以下。
▲十三條紋地松鼠是一種神奇的動(dòng)物，能在冬眠時(shí)將體溫長(zhǎng)期控制在10度以下（圖片來源：維基百科public domain）
這些松鼠的耐寒能力引起了研究人員們的重視。要知道，對(duì)于不冬眠的動(dòng)物來說，如此低的體溫，已經(jīng)足以造成器官的嚴(yán)重?fù)p傷，這些松鼠是如何做到冬眠之后若無其事的？如果能找到這個(gè)問題的答案，或許能在人類的臨床上得到重要應(yīng)用——對(duì)于需要接受器官移植的患者，能夠拯救他們生命的腎臟或肝臟往往需要低溫運(yùn)送。如果能避免低溫給這些器官帶來的損傷，或許就能提高手術(shù)的成功率。
在研究的開頭，科學(xué)家們首先確定了低溫對(duì)細(xì)胞造成損傷的原理。他們發(fā)現(xiàn)在低溫環(huán)境下，大鼠（非冬眠動(dòng)物）的細(xì)胞骨架變得支離破碎，而地松鼠的細(xì)胞骨架在低溫下也保持完整。這表明細(xì)胞骨架的完整程度或許是讓細(xì)胞熬過低溫的關(guān)鍵。
為了更好地進(jìn)行研究，科學(xué)家們制造出了地松鼠的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC），以期用它作為一項(xiàng)重要工具進(jìn)行后續(xù)研究。一項(xiàng)測(cè)試表明，這些干細(xì)胞誘導(dǎo)出的神經(jīng)元與正常神經(jīng)元細(xì)胞在耐冷上幾乎沒有任何差異。這也奠定了后續(xù)研究的基礎(chǔ)。
▲本研究的圖示（圖片來源：《細(xì)胞》）
在干細(xì)胞的助力下，后續(xù)研究進(jìn)行得相當(dāng)順利。通過對(duì)比冬眠動(dòng)物與非冬眠動(dòng)物的細(xì)胞，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)兩者的基因表達(dá)譜有著顯著不同，而和線粒體功能相關(guān)的通路變化最大。進(jìn)一步的探索則表明，遇冷之后，普通動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的ROS水平會(huì)快速且大幅的上升，這與細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激有關(guān)。科學(xué)家們推斷，正是因?yàn)檫@些ROS的產(chǎn)生，才會(huì)氧化、破壞細(xì)胞骨架的完整性。
這一推斷很快得到了證實(shí)。這支團(tuán)隊(duì)隨后發(fā)現(xiàn)，通過引入幾種作用于這一機(jī)制的藥物，哪怕是尋常不冬眠的動(dòng)物，在低溫下也能對(duì)細(xì)胞進(jìn)行很好的保護(hù)。加入蛋白酶抑制劑后，這一保護(hù)效果更為明顯。
具體來看，在4度的低溫下處理4小時(shí)，僅僅有5%的大鼠視網(wǎng)膜細(xì)胞還保有功能；而在治療組中，這一數(shù)字高達(dá)70%。同樣，這種方法能有效保護(hù)低溫下保存的腎臟，減少潛在的副作用，提高移植的成功率。
▲值得一提的是，這支團(tuán)隊(duì)的三分之二都由華人學(xué)者組成（圖片來源：《細(xì)胞》）
正如這支團(tuán)隊(duì)在論文的最后所提到的那樣，這一全新的技術(shù)有望在人類器官中得到廣泛應(yīng)用。據(jù)估計(jì)，僅僅在中國，每年需要器官移植的患者就高達(dá)200萬?？紤]到中國地域廣闊，許多器官在運(yùn)送到手術(shù)臺(tái)邊時(shí)，不得不先經(jīng)過一番低溫處理，這對(duì)器官的功能會(huì)造成一定的影響。倘若這一新技術(shù)可行，無疑能將低溫的影響降到最小。
從冬眠的松鼠到救人性命的新技術(shù)，或許這就是科學(xué)轉(zhuǎn)化的魅力所在吧。
參考資料：
[1] iPSCs from a Hibernator Provide a Platform for Studying Cold Adaptation and Its Potential Medical Applications
來源：學(xué)術(shù)經(jīng)緯
