细胞可塑性,有望成为打开诸多疾病黑箱的新“钥匙”

来源:《中国科学报》 | 2020-11-17 13:43:27 |

细胞可塑性,意味着细胞命运的决定、转变和重塑,它有望成为打开诸多疾病黑箱的新“钥匙”。

日前,以“细胞可塑性调控与细胞工程应用”为主题的香山科学会议学术讨论会在上海举行。与会专家认为,对于细胞可塑性调控与改造应用的科学研究,将有助于解决癌症等重大疾病诊疗的瓶颈问题。

在细胞水平认识疾病的发生

增殖、分化、衰老、死亡……作为生命的基本结构和功能单元,细胞命运中的每个环节都与人类疾病息息相关。

“以癌症为例,与正常组织相比,恶性肿瘤发生发展中细胞展现的多样性、异质性是把细胞命运可塑性发挥到极致的病变过程。”会议执行主席之一、中国科学院院士、军事医学科学院研究员张学敏在会议报告中指出,“而肿瘤治疗中展现的耐药性则是肿瘤细胞重塑结构和功能、逃脱被杀死命运的集中体现。”

因此,细胞可塑性是一个新的视角,能够帮助科学家在细胞水平认识疾病的发生。

张学敏在此次会议上进一步提出“细胞医学”概念,指在认识细胞可塑性的基础上,通过细胞修复、细胞改造、细胞调控等手段实现疾病治疗的医学科学。

一些前瞻性研究已经展开。今年3月,中国科学院分子细胞科学卓越创新中心研究员曾艺研究组在《细胞》上发表论文,他们发现并鉴定了小鼠胰岛中的干细胞类群,基于这些干细胞建立了小鼠胰岛类器官体外长期扩增的培养体系。这项研究围绕成体干细胞的可塑性,为未来彻底治愈糖尿病提供了理论和技术的支持。

“细胞医学是细胞生物学与医学交叉融合领域,既是细胞生物学今后发展的方向,也是医学发展赖以进步的动力。”张学敏总结。

多种复杂机制待解

从细胞命运的时间维度上看,细胞可塑性主要着眼于细胞命运决定过程中未达到成熟和稳定水平的时期——干细胞可以分化为多种细胞群类,分化后的细胞在应激情况下可以转换细胞身份和属性,分化的细胞也可以被诱导产生多能干细胞……

在专家们看来,细胞可塑性有着复杂的调控机制,亟待开展深入研究。例如,表观遗传因子被认为是细胞可塑性调控的要素之一。中国科学院生物物理研究所研究员朱冰在会议报告中提到:“近年来发现的各种细胞命运可塑性的障碍因素往往是表观遗传因子。因此,对表观遗传障碍的去除是细胞可塑性得以实现的关键。”

同时,近十年研究也表明,长非编码RNA参与染色体、细胞核亚结构域、转录和转录后、翻译和翻译后以及信号转导途径的基因表达调控,是细胞命运决定调控过程中不可或缺的生物大分子。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心研究员陈玲玲指出,由于长非编码RNA分子多样,细胞核亚结构域体积微小、结构精细和致密,开展相关研究仍具挑战性。

此外,阐明代谢物在体内的感知和信号传递机制、糖原合成储存驱动细胞癌变的过程等与细胞可塑性机制相关的前沿研究,也受到与会专家关注。

尚需开发先进“利器”

“看”清细胞可塑性的各种复杂机制,本质上是捕捉各种生物大分子的瞬间作用,这对新工具、新方法提出了要求。

由我国科学家全权主导提出的“基因组蛋白质标签计划(GTP)”将成为细胞可塑性研究的有效工具。该计划基于中国科学院分子细胞科学卓越创新中心研究员李劲松课题组开发的“人造精子细胞”介导的半克隆技术,使这类细胞中的特定蛋白质戴上一顶“帽子”,再通过“受精”产生携带“帽子”的半克隆小鼠,实现在体、实时、动态研究这些蛋白质的功能。

李劲松在此次会议上介绍,目前,GTP计划已经获得超过1216个标签的“人造精子细胞”和251个标签小鼠。

中国科学技术大学生命科学学院教授姚雪彪表示,调节细胞可塑性的无膜细胞器与蛋白质机器具有高度动态性,在分子水平实时研究其行为机制面临巨大的技术挑战。“技术层面,尚需突破的还有新一代结构照明动态超分辨成像、无膜细胞器理化表征—分子动力学关联的动态可控技术、时空关联光谱成像与冷冻电镜三维重构技术的融合等。”

与会专家期待,在多学科融合与协同下,发展出细胞可塑性研究新技术方法,尽快解决细胞可塑性领域的诸多科学问题,为“面向人民生命健康”提供重要科学支撑。(甘晓)


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