“我主要研究‘細胞命運’，也就是細胞的生老病死，新細胞是怎麼來的、從哪裡來、到哪裡去？”中科院分子細胞科學卓越創新中心周斌研究員如此解釋他的研究方向。
自2010年歸國後，周斌長期耕耘於“細胞命運”領域的基礎研究。周斌作為第一完成人的課題“器官發育與再生中細胞起源與命運研究”獲得2020年度上海科技進步獎自然科學獎一等獎。
兩套座標定位一類細胞
在周斌的研究中，幹細胞是一個重要的研究物件。幹細胞可以不斷自我更新，並且能夠產生至少一種分化的子代細胞，而有的幹細胞還具有多項分化潛能。人體器官中的幹細胞可以透過不斷分裂來修復組織，堪稱人體“修補匠”。
過去國外專家提出，成體心臟中心肌細胞可以由幹細胞轉變而來。“這個觀點為臨床治療心肌梗死帶來希望，但是缺乏嚴格的細胞示蹤實驗資料支援。成體心臟是否存在幹細胞這個問題在全球學術界爭論了十多年。”周斌解釋，因為心肌細胞的增殖能力太弱，很難檢測到。結合兩種經典的示蹤技術，周斌在小鼠身上做了一系列嚴格的遺傳譜系示蹤實驗，結果顯示，哺乳動物成體心臟中新的心肌細胞來源於自身增殖，而非幹細胞。
這只是周斌運用示蹤技術揭示的有趣規律之一。遺傳譜系示蹤技術就是將一段可遺傳的編碼熒光蛋白的DNA表達在特定細胞中，在發育形成的器官和組織中，該細胞的後代們都會持續發光。無論這些細胞的子代細胞分化和遷移到哪裡，研究人員都可以透過熒光來追蹤它們。“利用這個技術，我們可以決定在什麼時間點使小鼠體內特定一群細胞發出熒光。”周斌介紹。
周斌使用的關鍵技術Cre-loxp，被稱為“基因重組神器”，它的特點是可以完全在小白鼠體內進行標記，但也可能存在非特異性標記的技術瓶頸。“非特異性標記的意思是，我想標記A類細胞，有可能不僅標記了A類細胞，也標記了B類細胞，可能影響實驗結論。”基於此，周斌開發了新的示蹤技術——雙同源重組酶介導的譜系示蹤技術。
這種技術是在使用Cre-loxp技術的同時，引入了另一種名為Dre-rox的技術，即為“雙同源”。周斌創新性地將兩種不同的同源重組系統結合起來運用，透過兩套互不干涉的座標系，細胞示蹤的特異性大大提高。“這就相當於，我原來說我在肇嘉浜路上，但是肇嘉浜路很長，究竟在哪裡？你很難一下子找到我對吧。現在我說，我在肇嘉浜路與岳陽路的交界處，這樣是不是就精確多了？”周斌笑道。
“有趣”的肝臟和肺臟細胞
“相比再生能力較弱的心肌細胞，肝臟和肺臟中上皮細胞命運可塑性大，非常有趣。”周斌的主要研究領域是心臟，近年來，他也嘗試用雙同源重組酶介導的譜系示蹤技術來研究肝臟和肺臟細胞的“命運”。
肺臟自近端到遠端包括氣管、支氣管、小支氣管和肺泡等結構。有科學家提出，小支氣管和肺泡交界處存在許多幹細胞，名叫支氣管肺泡幹細胞（BASCs），它們非常神奇，可以“按需分化”。如果肺泡有損傷，這些幹細胞就會變成肺泡細胞；如果支氣管有損傷，這些幹細胞就會變成支氣管細胞。
這種神奇的幹細胞是否真實存在？在科學界飽受爭議。周斌在實驗小鼠體內利用雙同源重組酶系統標記和示蹤這種幹細胞，為支氣管肺泡幹細胞“驗明正身”，證明它們確實存在，並揭示其體內功能。他發現，當利用藥物損傷小鼠的肺支氣管後，支氣管肺泡幹細胞能增殖、分化為支氣管棒狀上皮細胞和纖毛細胞；而當利用藥物損傷小鼠的肺泡組織後，這群幹細胞又能增殖分化為I型和II型肺泡上皮細胞，進而恢復肺功能。該研究為肺臟的損傷修復以及再生醫學研究提供了新的思路。
與肺臟相似，肝臟具有很強的再生能力。部分肝臟切除後，依賴其自我增殖可實現再生。但是究竟哪一群肝細胞具有較強的增殖能力？利用傳統方法檢測細胞增殖效果很差，這個謎團長期無解。
周斌研究組開發了一種能夠捕捉細胞增殖的錄影機——ProTracer，既可以在長時間內不間斷地追蹤細胞增殖，又可以精準定位，追蹤到某一特定細胞亞群的增殖。“就像是讓黑夜中只有被鎖定目標的‘星群’發光，而不是在滿天繁星中找尋其中一兩顆。”周斌表示，在小鼠實驗中，他們利用這項技術給增殖的肝細胞打上“唯一標記”，經過長時間密切追蹤，最終發現成體肝臟中新生肝細胞主要來源於肝小葉中間區域的肝細胞。
冠狀動脈的兩種起源
冠心病引起的心肌梗死是全球人口因疾病死亡的首要原因。研究心臟冠狀動脈的“身世”，也許能為臨床治療提供重大意義。
以往科學界普遍認為，心臟冠狀動脈從心臟外表面長出，像樹枝生長一樣自外向內，血管越來越多、越來越密。然而，在對轉基因小鼠進行譜系示蹤時，周斌偶然發現，心臟中的一部分冠狀動脈居然是在小鼠出生後才自內向外開始生長的。
除已經認知的心外膜，冠狀動脈另一個重要“搖籃”——心內膜逐漸浮出水面。在小鼠胚胎晚期和出生後，心肌小梁緻密化，心內膜變成血管。與心外膜冠狀動脈血管像樹一樣的生長模式截然不同，心內膜冠狀動脈血管像河流——先由涓涓細流匯入小河，再進入大江。這兩種不同起源的冠狀動脈血管群，在出生後仍然保持著空間上的位置獨特性。
冠狀動脈的兩種起源，為治療心肌梗死以及其他先天性心臟病提供了哪些重要線索？周斌說，心梗過程中，大量心肌細胞死亡是因為心肌細胞缺少足夠的血管來供應血液，因此，治療“心梗”等相關心臟疾病，可以透過促進血管新生來增加血液供應。“這一研究發現告訴我們，冠狀動脈不僅來源於胚胎期心臟表面血管的擴增，而且心內膜也具有變成冠狀動脈的能力。弄清這一機理，科學家就能依此尋找新的治療方法。”
欄目主編：黃海華 文字編輯：侍佳妮
來源：作者：侍佳妮
