擁有這些技術(shù)的科研人員就像煉就了孫悟空的“火眼金睛”。

機體衰老和很多疾病，都與細胞衰老有關(guān)。但對細胞衰老的研究失之精確，因為人們一直缺乏能夠精準“狙擊”特定細胞類型的衰老細胞的研究工具，而只能追蹤所有衰老細胞。現(xiàn)在我們知道，肝纖維化也與細胞衰老相關(guān)。

10月7日，澎湃科技從中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）獲悉，周斌研究組近日在國際學術(shù)期刊《細胞》（Cell）上發(fā)表了一篇題為《確定不同細胞類型細胞衰老的特定功能》（Identifying Specific Functional Roles for Senescence Across Cell Types）的論文。

衰老的p16-tdT小鼠多種細胞類型表達tdT

周斌研究組創(chuàng)新研究方法，精準追蹤特定細胞類型的衰老細胞，通過研究小鼠模型發(fā)現(xiàn)，肝臟纖維化損傷中的細胞衰老主要與兩種細胞類型有關(guān)——巨噬細胞和內(nèi)皮細胞；并首次確認，是由于衰老巨噬細胞的“拖累”和“作惡”，導致肝臟纖維化加劇。而清除相關(guān)細胞，可以改善肝臟纖維化。這一研究有望為相關(guān)臨床應(yīng)用提供思路和理論依據(jù)。

簡而言之，周斌課題組發(fā)明了一套通用的研究方法和相關(guān)動物模型來解決上述科學問題，新方法更精準，也帶給人們更大的想象空間。

趙歡副研究員是上述論文的三位共同第一作者之一。她告訴澎湃科技，最新發(fā)表的論文一共報告了4套新系統(tǒng)，建立了一種針對體內(nèi)衰老細胞譜系追蹤并研究其特定功能的技術(shù)，“我們可以把工具小鼠共享出去，其他科學家可以研究衰老的其他類型細胞”，“比如，此前人們在神經(jīng)退行性疾病模型中研究發(fā)現(xiàn)，其大腦中衰老的星狀膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞會增多，而清除掉衰老細胞群體，對它的疾病有改善。用我們這套工具，就可以非常精準地研究其大腦中衰老的膠質(zhì)細胞”。

細胞衰老是指細胞在執(zhí)行生命活動過程中，細胞增殖與分化能力及其生理功能隨著時間推移發(fā)生衰退的過程，此外，各種持續(xù)性細胞壓力也會誘導細胞衰老，如DNA損傷的積累、癌基因的激活、腫瘤抑制因子的喪失、活性氧的暴露等。

雖然它是新陳代謝的正常過程，但機體衰老和很多疾病，都跟細胞衰老有關(guān)。

看清衰老在不同尺度或水平上細胞衰老的細節(jié)，甚至逆轉(zhuǎn)相關(guān)細胞衰老過程，是很多科學家的夢想。

如果把衰老細胞比作潛在犯罪分子，那么追蹤衰老細胞的這個過程就可以被比作是“追兇”。但因為缺少合適的研究方法和工具，人們難以“追兇”——無法追蹤特定的衰老細胞，也無法看清楚它們“從哪兒來，往哪兒去，要做什么”。

更復雜的是，衰老的細胞與新生的細胞可能毗鄰而生，這給現(xiàn)實中的研究更增加了難度。而且，有研究表明，衰老細胞在某些情況下可能發(fā)揮積極作用，如腫瘤抑制、胚胎發(fā)育、傷口愈合、毛發(fā)生長、促進肺再生等。

目前，人們認為，人體里大約有30萬億個細胞，超過400種細胞類型：成年男性約有36萬億個細胞，成年女性大約28萬億個細胞，兒童約有17萬億個細胞。在如此規(guī)模的細胞中“追兇”，難度可想而知。

不過，對細胞進行譜系追蹤是周斌研究組的強項。此前，人們使用“外源性標記”，比如利用“染色標記”的方法來追蹤細胞。但是，當細胞不斷分裂增殖，熒光也會被稀釋或代謝，最后難以被追蹤到。

而周斌研究組使用了一個強大的工具——遺傳譜系示蹤。這種技術(shù)利用基因打靶技術(shù)構(gòu)建轉(zhuǎn)基因小鼠，將帶有特定啟動子的重組酶基因整合到細胞基因組中，與攜帶有報告基因的小鼠交配后，最終在子代小鼠中實現(xiàn)利用同源重組技術(shù)追蹤特定細胞。

傳統(tǒng)技術(shù)使用的是“Cre-loxP”的單同源重組系統(tǒng)，存在一些局限性，主要是非特異性標記。周斌研究組在傳統(tǒng)的譜系示蹤系統(tǒng)上再疊加一個新的系統(tǒng)——Dre-rox，相當于雙限定條件，構(gòu)建了一系列新的雙同源重組報告系統(tǒng)，用兩種同源重組酶，能夠同時標記和追蹤兩種或三種不同的細胞群，讓示蹤結(jié)果更加精準，從而為發(fā)育、疾病和再生研究提供了新的技術(shù)選擇。

周斌研究團隊

周斌舉例說，比如一個教室有30位同學，想找到符合特定條件的同學，傳統(tǒng)的單同源重組酶系統(tǒng)相當于只設(shè)定一個條件，比如“長頭發(fā)”；雙同源重組意味著提出兩個特定條件，比如“長頭發(fā)”且“戴眼鏡”，結(jié)果更精確。

近年來，周斌研究組通過譜系示蹤技術(shù)，揭示了冠狀動脈的發(fā)育起源，并證明了成體心臟不存在能夠形成心肌細胞的內(nèi)源性心臟干細胞；探索了肝臟血管的起源，并指出了成體肝臟中新生肝細胞主要來源區(qū)域。

趙歡告訴澎湃科技，通過雙同源重組系統(tǒng)，他們實現(xiàn)了對體內(nèi)特定細胞類型的衰老細胞的追蹤，發(fā)現(xiàn)其細胞命運，揭示其功能。因為遺傳示蹤技術(shù)的同源重組是在DNA水平上發(fā)生的，所以，被標記的目的細胞無論此后是分裂成了兩個細胞，還是發(fā)生了細胞分化——變?yōu)槠渌愋?，它和它所有的子代細胞會一直帶著這種熒光標記基因。此外，研究人員還可以實現(xiàn)對特定類型的細胞進行遺傳操作，比如基因敲除或過表達，或者細胞清除等。

趙歡介紹，在基因組水平上，p16Ink4a是研究細胞衰老廣泛使用的標志物之一。它是一種細胞周期蛋白依賴性激酶（CDK）抑制蛋白?！叭绻麡?gòu)建了p16Ink4a的Cre或者Dre小鼠，就可以實現(xiàn)‘捕捉’其體內(nèi)所有衰老的細胞，但是沒有辦法做到細胞類型特異性。我們就把兩套系統(tǒng)結(jié)合起來，建立了雙同源重組系統(tǒng)。簡單來說，比如我可以用Cre同源重組酶去識別衰老細胞，然后用Dre同源重組酶去限定細胞類型，比如巨噬細胞，取它們兩個的交集，就是衰老的巨噬細胞。兩個限定，就可以對它進行更精準的遺傳操作，比如追蹤、清除等?！?/p>

趙歡說，除了肝臟，他們研究比較多的還有心臟和肺臟等重要器官，“我們實驗室還在開發(fā)鄰近細胞的遺傳操作技術(shù)，研究衰老細胞的微環(huán)境，比如它跟它周圍的鄰居細胞是怎么相互作用的；然后去調(diào)控這些衰老細胞或微環(huán)境細胞，以促進損傷修復和組織再生”。

原載于澎湃新聞?2024-10-09

作者：吳躍偉、黃煜博