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

軍事醫(yī)學(xué)研究院張學(xué)敏院士將線粒體的“鈣閃”現(xiàn)象比喻成一次“電磁彈射”：細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂期，處于能量不足狀態(tài)，細(xì)胞內(nèi)鈣離子會(huì)快速大量進(jìn)入產(chǎn)生能量的線粒體，以調(diào)節(jié)其產(chǎn)能狀態(tài)。

“細(xì)胞在新的生命單元產(chǎn)生高強(qiáng)度能量，為自己放了一把‘生命的禮花’，以示慶祝。”張學(xué)敏用上述詩(shī)意的語言解讀了細(xì)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(xì)胞及其命運(yùn)，是11月9日—10日召開的第685次香山科學(xué)會(huì)議討論的關(guān)鍵詞。專家認(rèn)為，這次會(huì)議主題“細(xì)胞可塑性調(diào)控與細(xì)胞工程應(yīng)用”，不僅關(guān)注生物學(xué)的核心問題，而且希望從細(xì)胞水平破解重大疾病機(jī)理并實(shí)現(xiàn)干預(yù)治療。

研究成體干細(xì)胞可塑性，有助治愈糖尿病

“細(xì)胞是生命的基本結(jié)構(gòu)和功能單元。”張學(xué)敏說，細(xì)胞自身會(huì)呈現(xiàn)增殖、分化、衰老、死亡等現(xiàn)象，這種細(xì)胞的生命屬性也被概括為細(xì)胞命運(yùn)。細(xì)胞命運(yùn)的決定、轉(zhuǎn)變和重塑，即細(xì)胞可塑性，貫穿于多細(xì)胞生物機(jī)體的重大生理、病理過程。

“生命的執(zhí)行最終是落到細(xì)胞，這是最根本的問題。”張學(xué)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(jī)制，才能以不變應(yīng)萬變。”

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

曾藝透露，她們團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)了Procr+標(biāo)記的胰島成體干細(xì)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(xì)胞，使其胰島素的水平得到恢復(fù)。“這項(xiàng)研究圍繞成體干細(xì)胞的可塑性，為未來徹底治愈糖尿病提供了理論和技術(shù)的支持。”

“細(xì)胞可塑性有多種含義，包括細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)換、細(xì)胞對(duì)環(huán)境信號(hào)的應(yīng)答以及記憶，甚至還包括細(xì)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(xì)胞命運(yùn)的決定、維持、記憶3個(gè)角度講述了表觀遺傳從多個(gè)層面對(duì)細(xì)胞命運(yùn)可塑性的調(diào)控。

與會(huì)專家認(rèn)為，細(xì)胞命運(yùn)可塑性調(diào)控的機(jī)制研究，可從基因組不穩(wěn)定性、表觀遺傳及非編碼RNA、細(xì)胞代謝、細(xì)胞與微環(huán)境互作等方面展開。

研究不正常細(xì)胞，找到癌癥治療的新路徑

除了研究正常的細(xì)胞，研究不正常細(xì)胞或能為疾病治療找到新路徑。細(xì)胞可塑性的異常變化會(huì)導(dǎo)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(xì)胞展現(xiàn)的多樣性、異質(zhì)性，就是把細(xì)胞命運(yùn)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(xì)胞重塑結(jié)構(gòu)和功能、逃脫被殺死命運(yùn)的集中體現(xiàn)。

“細(xì)胞可塑性調(diào)控和細(xì)胞研究，有望實(shí)現(xiàn)癌癥等重大疾病機(jī)理的基礎(chǔ)性前沿突破，解決臨床診療的瓶頸問題。”張學(xué)敏介紹，比如可以研究腫瘤細(xì)胞在外界壓力和微環(huán)境變化狀態(tài)下的重塑與適應(yīng)機(jī)制，解析腫瘤細(xì)胞可塑性的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控與表觀遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，揭示免疫系統(tǒng)與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系，進(jìn)而通過細(xì)胞修復(fù)(例如PD-1抗體治療)、細(xì)胞改造(例如CAR-T細(xì)胞治療)、細(xì)胞調(diào)控(例如巨噬細(xì)胞功能調(diào)控)等手段來達(dá)到治療惡性腫瘤的目的。“這既是細(xì)胞生物學(xué)今后發(fā)展的方向，也是醫(yī)學(xué)發(fā)展賴以進(jìn)步的動(dòng)力。”

“我希望以后醫(yī)院不僅有外科和內(nèi)科等，還要開設(shè)細(xì)胞科。”張學(xué)敏呼吁，應(yīng)建立和發(fā)展細(xì)胞醫(yī)學(xué)這一新型學(xué)科，促進(jìn)細(xì)胞生物學(xué)與醫(yī)學(xué)交叉融合。細(xì)胞醫(yī)學(xué)就是在細(xì)胞水平認(rèn)識(shí)疾病發(fā)生機(jī)制的基礎(chǔ)上，通過細(xì)胞修復(fù)、細(xì)胞改造和細(xì)胞調(diào)控等手段實(shí)現(xiàn)疾病治療的醫(yī)學(xué)科學(xué)。

與會(huì)專家認(rèn)為，通過實(shí)現(xiàn)細(xì)胞可塑性的人工精準(zhǔn)操控和功能性細(xì)胞的應(yīng)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(dāng)然，該研究還面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)姚雪彪教授指出：“調(diào)節(jié)細(xì)胞可塑性的無膜細(xì)胞器與蛋白質(zhì)機(jī)器具有高度動(dòng)態(tài)性，在分子水平實(shí)時(shí)研究其行為機(jī)制面臨巨大的技術(shù)瓶頸。因此，研究細(xì)胞可塑性需要綜合利用成像技術(shù)、質(zhì)譜、單細(xì)胞組學(xué)等重要技術(shù)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(xiàng)目，而是進(jìn)行學(xué)科規(guī)劃和項(xiàng)目集成，整合優(yōu)勢(shì)力量和技術(shù)，在學(xué)科領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。”中科院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心(生化與細(xì)胞所)李林院士說。

專家建議，按照“裝備一批、研發(fā)一批、預(yù)研一批”的思路，在該領(lǐng)域加強(qiáng)基礎(chǔ)研究的投入，對(duì)具備“0到1”水平的重大發(fā)現(xiàn)，既要鼓勵(lì)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(guān)鍵問題都要到細(xì)胞中去尋找答案，一切疾病的關(guān)鍵問題也都要到細(xì)胞中去尋找答案。”張學(xué)敏希望，我國(guó)科學(xué)家能在細(xì)胞可塑性研究和應(yīng)用中搶占先機(jī)并取得一席之地。

關(guān)鍵詞： 細(xì)胞