**鑒定出再生完整真渦蟲(chóng)的成體多能性干細(xì)胞

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)斯托瓦斯醫(yī)學(xué)研究所（Stowers Institute for Medical Research）的研究人員捕捉到一種能夠再生整個(gè)有機(jī)體的細(xì)胞。一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家們目睹了這種細(xì)胞奇跡的影響，這使得諸如真渦蟲(chóng)（planarian）之類的有機(jī)體能夠再生出切斷的頭部。但是在此之前，人們?nèi)狈Π邢蜃粉欉@種細(xì)胞所需的工具，因而無(wú)法觀察它的行動(dòng)和發(fā)現(xiàn)它的秘密。

如今，通過(guò)開(kāi)創(chuàng)性地開(kāi)發(fā)出將基因組學(xué)、單細(xì)胞分析、流式細(xì)胞術(shù)和成像結(jié)合在一起的技術(shù)，這些研究人員分離出這種具有顯著再生能力的細(xì)胞---一種得到長(zhǎng)期研究的成體多能性干細(xì)胞的一個(gè)亞群，而且是在它發(fā)揮其出色的再生作用之前分離出來(lái)的。這些發(fā)現(xiàn)可能促進(jìn)對(duì)真渦蟲(chóng)等具有較強(qiáng)再生能力的有機(jī)體開(kāi)展生物研究，而且也有助于對(duì)人類等具有較低再生能力的有機(jī)體開(kāi)展再生醫(yī)學(xué)研究。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月14日的Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Prospectively Isolated Tetraspanin+ Neoblasts Are Adult Pluripotent Stem Cells Underlying Planaria Regeneration”。

論文通信作者、斯托瓦斯醫(yī)學(xué)研究所研究員Alejandro Sánchez Alvarado博士說(shuō)，“這是**前瞻性地分離出成體多能性干細(xì)胞。我們的發(fā)現(xiàn)基本上就是這不再是一個(gè)抽象概念：真正地存在一個(gè)細(xì)胞實(shí)體能夠讓已失去再生能力的動(dòng)物恢復(fù)再生能力，而且如今這個(gè)細(xì)胞實(shí)體是活著地被純化出來(lái)的并且得到詳細(xì)的研究?！?/span>

每個(gè)多細(xì)胞有機(jī)體都是由單個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生的：它經(jīng)過(guò)分裂產(chǎn)生兩個(gè)相同的細(xì)胞，然后是四個(gè)，以此類推。在這些細(xì)胞中，每個(gè)細(xì)胞都含有完全相同的發(fā)生折疊的DNA鏈，并被認(rèn)為是多能性的---這意味著它在體內(nèi)能夠產(chǎn)生所有可能的細(xì)胞類型。但是在這個(gè)過(guò)程中，那些被稱作胚胎干細(xì)胞的起始細(xì)胞會(huì)讓它們自己接受一種不同的命運(yùn)，并轉(zhuǎn)化為皮膚細(xì)胞、心臟細(xì)胞、肌肉細(xì)胞或其他的細(xì)胞類型。在人類中，出生后不存在已知的多能性干細(xì)胞。在真渦蟲(chóng)中，多能性干細(xì)胞到成年時(shí)仍然存在，在那時(shí)，它們被稱作成體多能性干細(xì)胞或neoblast?？茖W(xué)家們認(rèn)為neoblast擁有再生的秘密。

盡管neoblast自1800年代后期就成為科學(xué)研究的主題，但是科學(xué)家們僅在過(guò)去的幾十年中能夠利用功能性測(cè)定和分子技術(shù)來(lái)描述這個(gè)強(qiáng)大的細(xì)胞群體。這些研究工作已證實(shí)這個(gè)看起來(lái)同質(zhì)的細(xì)胞群體實(shí)際上是不同細(xì)胞亞群的聚集體，其中每個(gè)細(xì)胞亞群具有不同的性質(zhì)和不同的基因表達(dá)模式。

SánchezAlvarado說(shuō)，“我們可能需要將一百多個(gè)細(xì)胞移植到盡可能多的真渦蟲(chóng)中以便找到真正是多能性的并且能夠讓有機(jī)體再生的細(xì)胞。這需要開(kāi)展很多研究工作，僅是為了找到一個(gè)真正符合neoblast的功能定義的細(xì)胞。如果我們想要通過(guò)鑒定這個(gè)細(xì)胞表達(dá)的基因而在分子水平上確定它的身份，那么我們?yōu)榇吮仨毱茐倪@個(gè)細(xì)胞。還沒(méi)有辦法做到這一點(diǎn)，同時(shí)又讓這個(gè)細(xì)胞活著以便在再生期間追蹤它?！?/span>

Sánchez Alvarado和他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始尋找一個(gè)能夠提前鑒定出這個(gè)難以捉摸的細(xì)胞的顯著特征。長(zhǎng)期以來(lái)用于區(qū)分neoblast和其他細(xì)胞的一個(gè)特征是一種被稱作piwi-1的干細(xì)胞標(biāo)志物，因此博士后研究員An Zeng博士決定從那里開(kāi)始研究。首先，他將表達(dá)這種標(biāo)志物的細(xì)胞與不表達(dá)這種標(biāo)志物的細(xì)胞區(qū)分開(kāi)來(lái)。他隨后注意到表達(dá)這種標(biāo)志物的細(xì)胞能夠分成兩組---一組表達(dá)高水平表達(dá)piwi的細(xì)胞（適當(dāng)?shù)乇环Q為piwi-high細(xì)胞）和另一組表達(dá)低水平表達(dá)piwi的細(xì)胞（被稱為piwi-low細(xì)胞）。當(dāng)Zeng研究過(guò)這兩個(gè)細(xì)胞群體中的成員時(shí)，他發(fā)現(xiàn)僅那些piwi-high細(xì)胞符合neoblast的分子定義。因此，他拋棄了piwi-low細(xì)胞。

Sánchez Alvarado說(shuō)，“這種對(duì)基因表達(dá)和蛋白水平同時(shí)進(jìn)行定量分析之前從未在真渦蟲(chóng)中開(kāi)展過(guò)。如果斯托瓦斯醫(yī)學(xué)研究所沒(méi)有很好的科學(xué)支持設(shè)施，包括分子生物學(xué)、流式細(xì)胞術(shù)、生物信息學(xué)和成像部門(mén)，我們不可能做到這一點(diǎn)。許多研究人員已假設(shè)所有表達(dá)piwi-1的細(xì)胞都是真正的neoblast，而且至于這種標(biāo)志物的表達(dá)數(shù)量，這并不重要。我們證實(shí)這確實(shí)很重要?！?/span>

接下來(lái)，Zeng選擇了8000個(gè)左右的piwi-high細(xì)胞并分析了它們的基因表達(dá)模式。令他吃驚的是，這些細(xì)胞可分為12個(gè)不同的亞群。通過(guò)一種消除過(guò)程，Zeng排除了任何一個(gè)具有表明這些細(xì)胞分化為特定細(xì)胞（比如肌肉細(xì)胞或皮膚細(xì)胞）的遺傳特征的亞群。這給他留下了兩個(gè)仍然具有多能性的亞群，他將之命名為Nb1和Nb2。

Nb2亞群中的細(xì)胞表達(dá)一個(gè)編碼四次跨膜蛋白（tetraspanin）家族成員的基因，其中這個(gè)蛋白家族是進(jìn)化上古老的仍未得到很好了解的蛋白，它們位于細(xì)胞表面上。Zeng開(kāi)發(fā)出一種能夠結(jié)合到這個(gè)蛋白上的抗體，從而將這些細(xì)胞從其他據(jù)猜測(cè)是neoblast的混合物中分離出來(lái)。他隨后將單個(gè)純化的細(xì)胞移植到已遭受致命輻射劑量的真渦蟲(chóng)中。這些細(xì)胞不僅重新定植在這些真渦蟲(chóng)中并且拯救了它們，而且它們的穩(wěn)健性要比利用舊方法純化出的細(xì)胞高14倍。

Sánchez Alvarado說(shuō)，“我們富集了一個(gè)多能性干細(xì)胞群體，這為開(kāi)展以前不可能開(kāi)展的大量實(shí)驗(yàn)打開(kāi)了大門(mén)。我們發(fā)現(xiàn)的這個(gè)標(biāo)志物不僅在真渦蟲(chóng)中表達(dá)，而且也在人類中表達(dá)，這提示著我們能夠利用一些保守的機(jī)制。”