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、果蠅等動物模型不同，這支研究人員的主要研究對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，是因為它們是典型的冬眠動物。在寒冷的冬季，這種動物能進入休眠狀態(tài)，而極低的代謝，讓它們的體溫長期保持在10度以下。
▲十三條紋地松鼠是一種神奇的動物，能在冬眠時將體溫長期控制在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，對于不冬眠的動物來說，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？如果能找到這個問題的答案，或許能在人類的臨床上得到重要應(yīng)用——對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），以期用它作為一項重要工具進行后續(xù)研究。一項測試表明，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)研究進行得相當(dāng)順利。通過對比冬眠動物與非冬眠動物的細(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。進一步的探索則表明，遇冷之后，普通動物細(xì)胞內(nèi)的ROS水平會快速且大幅的上升，這與細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激有關(guān)?？茖W(xué)家們推斷，正是因為這些ROS的產(chǎn)生，才會氧化、破壞細(xì)胞骨架的完整性。
這一推斷很快得到了證實。這支團隊隨后發(fā)現(xiàn)，通過引入幾種作用于這一機制的藥物，哪怕是尋常不冬眠的動物，在低溫下也能對細(xì)胞進行很好的保護。加入蛋白酶抑制劑后，這一保護效果更為明顯。
具體來看，在4度的低溫下處理4小時，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，這支團隊的三分之二都由華人學(xué)者組成（圖片來源：《細(xì)胞》）
正如這支團隊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，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，許多器官在運送到手術(shù)臺邊時，不得不先經(jīng)過一番低溫處理，這對器官的功能會造成一定的影響。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
