你想過細胞也能“電磁彈射”嗎?

解密人類“生老病死”，從細胞研究中要答案

專家在香山科學會議上呼吁大力發展細胞醫學

航母的電磁彈射器可以在幾秒鐘內將重達幾十噸的艦載，以每小時幾百公里的速度彈射至高空。你想過細胞也能“電磁彈射”嗎?

軍事醫學研究院張學敏院士將線粒體的“鈣閃”現象比喻成一次“電磁彈射”：細胞進入有絲分裂期，處于能量不足狀態，細胞內鈣離子會快速大量進入產生能量的線粒體，以調節其產能狀態。

“細胞在新的生命單元產生高強度能量，為自己放了一把‘生命的禮花’，以示慶祝。”張學敏用上述詩意的語言解讀了細胞的神奇——能精確感知自身能量狀態，并快速自我調節以維持平衡。

細胞及其命運，是11月9日—10日召開的第685次香山科學會議討論的關鍵詞。專家認為，這次會議主題“細胞可塑性調控與細胞工程應用”，不僅關注生物學的核心問題，而且希望從細胞水平破解重大疾病機理并實現干預治療。

研究成體干細胞可塑性，有助治愈糖尿病

“細胞是生命的基本結構和功能單元。”張學敏說，細胞自身會呈現增殖、分化、衰老、死亡等現象，這種細胞的生命屬性也被概括為細胞命運。細胞命運的決定、轉變和重塑，即細胞可塑性，貫穿于多細胞生物機體的重大生理、病理過程。

“生命的執行最終是落到細胞，這是最根本的問題。”張學敏以肆虐的新冠病毒為例，“病毒狡猾且不斷變異，我們要從防控角度找到病毒的共性機制，才能以不變應萬變。”

如何理解細胞的可塑性?中科院分子細胞科學卓越創新中心(生化與細胞所)曾藝研究員以干細胞為例解釋道，干細胞分化為多種細胞類群表明其具有可塑性;分化后的細胞在應激的情況下可以轉換細胞身份和屬性，參與到組織修復和再生等生命過程中，這說明分化后的細胞也具有可塑性;分化的細胞可以被誘導產生多能干細胞(iPS細胞)，進一步表明終末分化的細胞可以人工改變其身份和屬性。

曾藝透露，她們團隊首次發現了Procr+標記的胰島成體干細胞類群，在小鼠1型糖尿病T1D模型中，通過移植這類胰島干細胞，使其胰島素的水平得到恢復。“這項研究圍繞成體干細胞的可塑性，為未來徹底治愈糖尿病提供了理論和技術的支持。”

“細胞可塑性有多種含義，包括細胞類型的轉換、細胞對環境信號的應答以及記憶，甚至還包括細胞衰老過程中的變化。”中科院生物物理研究所朱冰研究員從細胞命運的決定、維持、記憶3個角度講述了表觀遺傳從多個層面對細胞命運可塑性的調控。

與會專家認為，細胞命運可塑性調控的機制研究，可從基因組不穩定性、表觀遺傳及非編碼RNA、細胞代謝、細胞與微環境互作等方面展開。

研究不正常細胞，找到癌癥治療的新路徑

除了研究正常的細胞，研究不正常細胞或能為疾病治療找到新路徑。細胞可塑性的異常變化會導致疾病的發生，以癌癥為例，與正常組織相比，惡性腫瘤發生發展中細胞展現的多樣性、異質性，就是把細胞命運可塑性發揮到極致的病變過程;腫瘤治療中展現的耐藥性更是腫瘤細胞重塑結構和功能、逃脫被殺死命運的集中體現。

“細胞可塑性調控和細胞研究，有望實現癌癥等重大疾病機理的基礎性前沿突破，解決臨床診療的瓶頸問題。”張學敏介紹，比如可以研究腫瘤細胞在外界壓力和微環境變化狀態下的重塑與適應機制，解析腫瘤細胞可塑性的信號轉導調控與表觀遺傳調控網絡，揭示免疫系統與腫瘤發生發展的關系，進而通過細胞修復(例如PD-1抗體治療)、細胞改造(例如CAR-T細胞治療)、細胞調控(例如巨噬細胞功能調控)等手段來達到治療惡性腫瘤的目的。“這既是細胞生物學今后發展的方向，也是醫學發展賴以進步的動力。”

“我希望以后醫院不僅有外科和內科等，還要開設細胞科。”張學敏呼吁，應建立和發展細胞醫學這一新型學科，促進細胞生物學與醫學交叉融合。細胞醫學就是在細胞水平認識疾病發生機制的基礎上，通過細胞修復、細胞改造和細胞調控等手段實現疾病治療的醫學科學。

與會專家認為，通過實現細胞可塑性的人工精準操控和功能性細胞的應用，可以為癌癥等人類重大疾病的有效診治提供新的思路和工具。

當然，該研究還面臨一些技術挑戰。中國科學技術大學姚雪彪教授指出：“調節細胞可塑性的無膜細胞器與蛋白質機器具有高度動態性，在分子水平實時研究其行為機制面臨巨大的技術瓶頸。因此，研究細胞可塑性需要綜合利用成像技術、質譜、單細胞組學等重要技術方法。”

“從5年前懵懵懂懂，到現在取得很多成果，我們希望不僅是做項目，而是進行學科規劃和項目集成，整合優勢力量和技術，在學科領域取得突破性進展。”中科院分子細胞科學卓越創新中心(生化與細胞所)李林院士說。

專家建議，按照“裝備一批、研發一批、預研一批”的思路，在該領域加強基礎研究的投入，對具備“0到1”水平的重大發現，既要鼓勵持續性的跟蹤研究，更要支持原創性的更多探索。

“一切生命的關鍵問題都要到細胞中去尋找答案，一切疾病的關鍵問題也都要到細胞中去尋找答案。”張學敏希望，我國科學家能在細胞可塑性研究和應用中搶占先機并取得一席之地。

標簽： 細胞