擁有這些技術(shù)的科研人員就像煉就了孫悟空的“火眼金睛”。

機(jī)體衰老和很多疾病，都與細(xì)胞衰老有關(guān)。但對(duì)細(xì)胞衰老的研究失之精確，因?yàn)槿藗円恢比狈δ軌蚓珳?zhǔn)“狙擊”特定細(xì)胞類(lèi)型的衰老細(xì)胞的研究工具，而只能追蹤所有衰老細(xì)胞?，F(xiàn)在我們知道，肝纖維化也與細(xì)胞衰老相關(guān)。

10月7日，澎湃科技從中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）獲悉，周斌研究組近日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）上發(fā)表了一篇題為《確定不同細(xì)胞類(lèi)型細(xì)胞衰老的特定功能》（Identifying Specific Functional Roles for Senescence Across Cell Types）的論文。

衰老的p16-tdT小鼠多種細(xì)胞類(lèi)型表達(dá)tdT

周斌研究組創(chuàng)新研究方法，精準(zhǔn)追蹤特定細(xì)胞類(lèi)型的衰老細(xì)胞，通過(guò)研究小鼠模型發(fā)現(xiàn)，肝臟纖維化損傷中的細(xì)胞衰老主要與兩種細(xì)胞類(lèi)型有關(guān)——巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞；并首次確認(rèn)，是由于衰老巨噬細(xì)胞的“拖累”和“作惡”，導(dǎo)致肝臟纖維化加劇。而清除相關(guān)細(xì)胞，可以改善肝臟纖維化。這一研究有望為相關(guān)臨床應(yīng)用提供思路和理論依據(jù)。

簡(jiǎn)而言之，周斌課題組發(fā)明了一套通用的研究方法和相關(guān)動(dòng)物模型來(lái)解決上述科學(xué)問(wèn)題，新方法更精準(zhǔn)，也帶給人們更大的想象空間。

趙歡副研究員是上述論文的三位共同第一作者之一。她告訴澎湃科技，最新發(fā)表的論文一共報(bào)告了4套新系統(tǒng)，建立了一種針對(duì)體內(nèi)衰老細(xì)胞譜系追蹤并研究其特定功能的技術(shù)，“我們可以把工具小鼠共享出去，其他科學(xué)家可以研究衰老的其他類(lèi)型細(xì)胞”，“比如，此前人們?cè)谏窠?jīng)退行性疾病模型中研究發(fā)現(xiàn)，其大腦中衰老的星狀膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)增多，而清除掉衰老細(xì)胞群體，對(duì)它的疾病有改善。用我們這套工具，就可以非常精準(zhǔn)地研究其大腦中衰老的膠質(zhì)細(xì)胞”。

細(xì)胞衰老是指細(xì)胞在執(zhí)行生命活動(dòng)過(guò)程中，細(xì)胞增殖與分化能力及其生理功能隨著時(shí)間推移發(fā)生衰退的過(guò)程，此外，各種持續(xù)性細(xì)胞壓力也會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞衰老，如DNA損傷的積累、癌基因的激活、腫瘤抑制因子的喪失、活性氧的暴露等。

雖然它是新陳代謝的正常過(guò)程，但機(jī)體衰老和很多疾病，都跟細(xì)胞衰老有關(guān)。

看清衰老在不同尺度或水平上細(xì)胞衰老的細(xì)節(jié)，甚至逆轉(zhuǎn)相關(guān)細(xì)胞衰老過(guò)程，是很多科學(xué)家的夢(mèng)想。

如果把衰老細(xì)胞比作潛在犯罪分子，那么追蹤衰老細(xì)胞的這個(gè)過(guò)程就可以被比作是“追兇”。但因?yàn)槿鄙俸线m的研究方法和工具，人們難以“追兇”——無(wú)法追蹤特定的衰老細(xì)胞，也無(wú)法看清楚它們“從哪兒來(lái)，往哪兒去，要做什么”。

更復(fù)雜的是，衰老的細(xì)胞與新生的細(xì)胞可能毗鄰而生，這給現(xiàn)實(shí)中的研究更增加了難度。而且，有研究表明，衰老細(xì)胞在某些情況下可能發(fā)揮積極作用，如腫瘤抑制、胚胎發(fā)育、傷口愈合、毛發(fā)生長(zhǎng)、促進(jìn)肺再生等。

目前，人們認(rèn)為，人體里大約有30萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞，超過(guò)400種細(xì)胞類(lèi)型：成年男性約有36萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞，成年女性大約28萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞，兒童約有17萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞。在如此規(guī)模的細(xì)胞中“追兇”，難度可想而知。

不過(guò)，對(duì)細(xì)胞進(jìn)行譜系追蹤是周斌研究組的強(qiáng)項(xiàng)。此前，人們使用“外源性標(biāo)記”，比如利用“染色標(biāo)記”的方法來(lái)追蹤細(xì)胞。但是，當(dāng)細(xì)胞不斷分裂增殖，熒光也會(huì)被稀釋或代謝，最后難以被追蹤到。

而周斌研究組使用了一個(gè)強(qiáng)大的工具——遺傳譜系示蹤。這種技術(shù)利用基因打靶技術(shù)構(gòu)建轉(zhuǎn)基因小鼠，將帶有特定啟動(dòng)子的重組酶基因整合到細(xì)胞基因組中，與攜帶有報(bào)告基因的小鼠交配后，最終在子代小鼠中實(shí)現(xiàn)利用同源重組技術(shù)追蹤特定細(xì)胞。

傳統(tǒng)技術(shù)使用的是“Cre-loxP”的單同源重組系統(tǒng)，存在一些局限性，主要是非特異性標(biāo)記。周斌研究組在傳統(tǒng)的譜系示蹤系統(tǒng)上再疊加一個(gè)新的系統(tǒng)——Dre-rox，相當(dāng)于雙限定條件，構(gòu)建了一系列新的雙同源重組報(bào)告系統(tǒng)，用兩種同源重組酶，能夠同時(shí)標(biāo)記和追蹤兩種或三種不同的細(xì)胞群，讓示蹤結(jié)果更加精準(zhǔn)，從而為發(fā)育、疾病和再生研究提供了新的技術(shù)選擇。

周斌研究團(tuán)隊(duì)

周斌舉例說(shuō)，比如一個(gè)教室有30位同學(xué)，想找到符合特定條件的同學(xué)，傳統(tǒng)的單同源重組酶系統(tǒng)相當(dāng)于只設(shè)定一個(gè)條件，比如“長(zhǎng)頭發(fā)”；雙同源重組意味著提出兩個(gè)特定條件，比如“長(zhǎng)頭發(fā)”且“戴眼鏡”，結(jié)果更精確。

近年來(lái)，周斌研究組通過(guò)譜系示蹤技術(shù)，揭示了冠狀動(dòng)脈的發(fā)育起源，并證明了成體心臟不存在能夠形成心肌細(xì)胞的內(nèi)源性心臟干細(xì)胞；探索了肝臟血管的起源，并指出了成體肝臟中新生肝細(xì)胞主要來(lái)源區(qū)域。

趙歡告訴澎湃科技，通過(guò)雙同源重組系統(tǒng)，他們實(shí)現(xiàn)了對(duì)體內(nèi)特定細(xì)胞類(lèi)型的衰老細(xì)胞的追蹤，發(fā)現(xiàn)其細(xì)胞命運(yùn)，揭示其功能。因?yàn)檫z傳示蹤技術(shù)的同源重組是在DNA水平上發(fā)生的，所以，被標(biāo)記的目的細(xì)胞無(wú)論此后是分裂成了兩個(gè)細(xì)胞，還是發(fā)生了細(xì)胞分化——變?yōu)槠渌?lèi)型，它和它所有的子代細(xì)胞會(huì)一直帶著這種熒光標(biāo)記基因。此外，研究人員還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定類(lèi)型的細(xì)胞進(jìn)行遺傳操作，比如基因敲除或過(guò)表達(dá)，或者細(xì)胞清除等。

趙歡介紹，在基因組水平上，p16Ink4a是研究細(xì)胞衰老廣泛使用的標(biāo)志物之一。它是一種細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶（CDK）抑制蛋白?！叭绻麡?gòu)建了p16Ink4a的Cre或者Dre小鼠，就可以實(shí)現(xiàn)‘捕捉’其體內(nèi)所有衰老的細(xì)胞，但是沒(méi)有辦法做到細(xì)胞類(lèi)型特異性。我們就把兩套系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，建立了雙同源重組系統(tǒng)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，比如我可以用Cre同源重組酶去識(shí)別衰老細(xì)胞，然后用Dre同源重組酶去限定細(xì)胞類(lèi)型，比如巨噬細(xì)胞，取它們兩個(gè)的交集，就是衰老的巨噬細(xì)胞。兩個(gè)限定，就可以對(duì)它進(jìn)行更精準(zhǔn)的遺傳操作，比如追蹤、清除等?！?/p>

趙歡說(shuō)，除了肝臟，他們研究比較多的還有心臟和肺臟等重要器官，“我們實(shí)驗(yàn)室還在開(kāi)發(fā)鄰近細(xì)胞的遺傳操作技術(shù)，研究衰老細(xì)胞的微環(huán)境，比如它跟它周?chē)泥従蛹?xì)胞是怎么相互作用的；然后去調(diào)控這些衰老細(xì)胞或微環(huán)境細(xì)胞，以促進(jìn)損傷修復(fù)和組織再生”。

原載于澎湃新聞?2024-10-09

作者：吳躍偉、黃煜博