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细胞研究|解密人类“生、死、病“

发布时间: 2021-03-19 22:38:05

细胞研究|解密人类“生、死、病“

时间: 2021-03-17 来源:生物网
  航母的电磁弹射器可以在几秒钟内将重达数十吨的航母以每小时几百公里的速度弹射上天。

  你有没有想过细胞也可以“电磁弹射”?

  军事医学科学院张学敏院士将线粒体“钙闪”现象比作“电磁喷射”:细胞进入有丝分裂期,处于能量短缺状态,细胞内钙离子会迅速进入大量产生能量的线粒体,以调节其生产力。

  “细胞在新的生命单位中产生高强度的能量,并为自己放一个‘生命烟花’来庆祝”。张学敏用上述诗意的语言诠释了细胞的魔力:他能准确地感知自己的能量状态,并迅速调整自己以保持平衡。

  细胞及其命运是最近召开的第685届香山科学大会讨论的关键词。"细胞是生命的基本结构和功能单位."张学敏说,细胞本身会表现出增殖、分化、衰老、死亡等现象,这类细胞的生命属性也被概括为细胞命运。细胞命运的决定、转化和重塑,即细胞可塑性,贯穿于多细胞生物的主要生理和病理生命事件。

  "生命的执行最终落到细胞身上,这是最根本的问题."张学敏以肆虐的SARS-CoV-2为例:“病毒令人尴尬,不断变化。我们必须从防控的角度找到病毒的共同机制,才能适应变化。”

  专家认为,这次会议的主题集中在“细胞可塑性的调节和细胞工程的应用”,既关注生物学的核心问题,又希望在细胞水平上解决重大疾病的机制,实现干预治疗。

  细胞可塑性或形态发生的研究热点

  如何理解细胞的可塑性?中国科学院分子细胞科学创新卓越中心(生物化学与细胞研究所)研究员曾艺以干细胞为例:干细胞分化为各种细胞群,表明其可塑性;分化细胞在压力下可以改变身份和属性,参与组织修复、再生等生命过程,说明分化细胞也是可塑的;分化细胞可以被诱导产生多能干细胞(iPS细胞),这进一步表明末端分化细胞的身份和属性可以被“人为”改变。

  曾艺透露,她的团队首先发现了普罗克罗标记的胰岛成体干细胞群。在小鼠1型糖尿病T1D模型中,通过移植这种胰岛干细胞来恢复胰岛素水平。“本研究着眼于成体干细胞的可塑性,为未来糖尿病的完全治愈提供理论和技术支持。”

  细胞可塑性有多种含义,包括细胞类型转化、细胞对环境信号的反应、记忆,甚至细胞老化过程中的变化中国科学院生物物理研究所研究员朱冰从决定、维持和记忆三个方面阐述了表观遗传对细胞命运可塑性的调控。比如细胞记忆的产生,就是细胞能够记住细胞或其祖先所经历的特定信号刺激,并在再次受到刺激时产生更强、更快、更灵敏的信号反应。免疫细胞记忆是具有代表性的细胞记忆事件之一。与会专家认为,可以从基因组不稳定性、表观遗传和非编码RNA、细胞代谢、细胞与微环境的相互作用等方面研究细胞命运的可塑性调控机制。

  研究异常细胞,寻找治疗癌症的新方法

  除了研究正常细胞外,研究异常细胞可能会为疾病治疗找到新的途径。细胞可塑性的异常变化会导致疾病。以癌症为例,与正常组织相比,恶性肿瘤发展过程中细胞的多样性和异质性是使细胞命运可塑性最大化的病理过程;肿瘤治疗中的耐药性是肿瘤细胞重塑结构和功能,逃避被杀死命运的集中表现。

  “细胞可塑性调节和细胞医学研究有望在癌症等主要疾病机制方面实现基础前沿突破,解决临床诊断和治疗的瓶颈。”张学敏介绍,例如可以研究肿瘤细胞在外界压力和微环境变化下的重塑和适应机制,分析肿瘤细胞可塑性的信号转导调控和表观遗传调控网络,揭示免疫系统与肿瘤发生发展的关系,从而通过细胞修复(如PD-1抗体治疗)、细胞转化(如CAR-T细胞治疗)和细胞调节(如巨噬细胞功能调节)达到治疗恶性肿瘤的目的。“这不仅是细胞生物学未来的发展方向,也是医学发展进步的动力。”

  “希望以后医院不仅要做手术内科,还要做细胞学。”张学敏呼吁建立和发展细胞医学,作为促进细胞生物学和医学交叉融合的新学科。细胞医学是在细胞水平理解疾病发生机制的基础上,通过细胞修复、细胞转化和细胞调节等手段实现疾病治疗的医学科学。

  与会专家认为,通过实现对细胞可塑性的人工精确操作和功能细胞的应用,可以为癌症等人类重大疾病的有效诊断和治疗提供新的思路和工具。

  当然,这项研究也面临一些技术挑战。中国科学技术大学姚学标教授指出:“调节细胞可塑性的无膜细胞器和蛋白机是高度动态的,在分子水平上实时研究其行为机制面临巨大的技术瓶颈。因此,细胞可塑性的研究需要综合利用成像技术、质谱技术、单细胞组学等重要技术手段。”

  “从五年前开始,我们已经取得了很多成绩。我们希望不仅仅是做项目,而是进行学科规划和项目整合,整合优势力量和技术,在学科领域取得突破性进展。”中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞研究所)的李林院士说。

  专家建议,按照“装备一批,研发一批,预研一批”的思路,加大对该领域基础研究的投入。对于“0比1”水平的重大发现,要鼓励持续的后续研究,支持更多的原创性探索。“生命的一切关键问题都要去细胞里寻找答案,疾病的一切关键问题都要去细胞里寻找答案。”张学敏希望中国科学家能够抓住机遇,在细胞可塑性的研究和应用中占有一席之地。
 

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