航母的電磁彈射器可以在幾秒鐘內(nèi)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(yī)學研究院張學敏院士將線粒體的“鈣閃”現(xiàn)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(tài)，細胞內(nèi)鈣離子會快速大量進入產(chǎn)生能量的線粒體，以調(diào)節(jié)其產(chǎn)能狀態(tài)。

“細胞在新的生命單元產(chǎn)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(tài)，并快速自我調(diào)節(jié)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(diào)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(xiàn)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(xiàn)增殖、分化、衰老、死亡等現(xiàn)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(zhuǎn)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(zhí)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(chuàng)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(zhuǎn)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(chǎn)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(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)換、細胞對環(huán)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(diào)控。

與會專家認為，細胞命運可塑性調(diào)控的機制研究，可從基因組不穩(wěn)定性、表觀遺傳及非編碼RNA、細胞代謝、細胞與微環(huán)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(fā)生，以癌癥為例，與正常組織相比，惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中細胞展現(xiàn)的多樣性、異質(zhì)性，就是把細胞命運可塑性發(fā)揮到極致的病變過程;腫瘤治療中展現(xiàn)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(xiàn)。

“細胞可塑性調(diào)控和細胞研究，有望實現(xiàn)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(huán)境變化狀態(tài)下的重塑與適應機制，解析腫瘤細胞可塑性的信號轉(zhuǎn)導調(diào)控與表觀遺傳調(diào)控網(wǎng)絡，揭示免疫系統(tǒng)與腫瘤發(fā)生發(fā)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(diào)控(例如巨噬細胞功能調(diào)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(fā)展的方向，也是醫(yī)學發(fā)展賴以進步的動力。”

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

與會專家認為，通過實現(xiàn)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(zhàn)。中國科學技術大學姚雪彪教授指出：“調(diào)節(jié)細胞可塑性的無膜細胞器與蛋白質(zhì)機器具有高度動態(tài)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(zhì)譜、單細胞組學等重要技術方法。”

“從5年前懵懵懂懂，到現(xiàn)在取得很多成果，我們希望不僅是做項目，而是進行學科規(guī)劃和項目集成，整合優(yōu)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(chuàng)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(fā)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(fā)現(xiàn)，既要鼓勵持續(xù)性的跟蹤研究，更要支持原創(chuàng)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。

關鍵詞： 細胞