Stowers醫(yī)學(xué)研究所的研究人員已經(jīng)捕獲了一個能夠再生整個生物體的細(xì)胞。一個多世紀(jì)以來，科學(xué)家們已經(jīng)目睹了這種細(xì)胞奇跡的影響，這種奇跡使得像渦蟲扁蟲這樣的生物能夠進(jìn)行像死亡頭部再生一樣的死亡專長。但直到最近，他們還沒有必要的工具來定位和跟蹤這個細(xì)胞，因此他們可以觀察它并發(fā)現(xiàn)它的秘密。

現(xiàn)在，通過開創(chuàng)一項(xiàng)結(jié)合基因組學(xué)，單細(xì)胞分析，流式細(xì)胞術(shù)和成像技術(shù)的技術(shù)，科學(xué)家們已經(jīng)將這種驚人的再生細(xì)胞 - 長期研究的成人多能干細(xì)胞的一種亞型 - 在它發(fā)揮其顯著作用之前進(jìn)行了分離。該研究結(jié)果發(fā)表在2018年6月14日的“細(xì)胞”雜志上，可能會推動對高度再生生物體(如渦蟲)的生物學(xué)研究，并為其他生物體(如再生能力較低的人類)提供再生醫(yī)學(xué)研究。

“這是第一次前瞻性地分離成人多能干細(xì)胞，”Stowers研究所和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的調(diào)查員，該研究的高級作者AlejandroSánchezAlvarado博士說。“我們的發(fā)現(xiàn)基本上說這不再是一種抽象，真正有一個細(xì)胞實(shí)體可以恢復(fù)失去它的動物的再生能力，而且這種實(shí)體現(xiàn)在可以被活化純化并進(jìn)行詳細(xì)研究。”

每個多細(xì)胞生物都是由一個細(xì)胞構(gòu)建的，它分成兩個相同的細(xì)胞，然后是四個細(xì)胞，依此類推。這些細(xì)胞中的每一個都包含完全相同的扭曲DNA鏈，并且被認(rèn)為是多能的 - 這意味著它可以在體內(nèi)產(chǎn)生所有可能的細(xì)胞類型。但是在這個過程中的某些地方，那些被稱為胚胎干細(xì)胞的起始細(xì)胞使自己屈服于不同的命運(yùn)，成為皮膚細(xì)胞，心臟細(xì)胞，肌肉細(xì)胞或其他細(xì)胞類型。在人類中，出生后沒有已知的多能干細(xì)胞。在渦蟲中，它們會長期存在于成年期，在那里它們被稱為成體多能干細(xì)胞或成神經(jīng)細(xì)胞?？茖W(xué)家認(rèn)為這些新生物體具有再生的秘密。

雖然自18世紀(jì)后期以來新生物已成為科學(xué)探究的主題，但僅在最近幾十年，科學(xué)家們才能夠利用功能分析和分子技術(shù)來描述這種強(qiáng)大的細(xì)胞群。他們的努力表明，這種看似同質(zhì)的細(xì)胞群實(shí)際上是不同亞型的聚集體，具有不同的特性和不同的基因表達(dá)模式。

SánchezAlvarado說：“我們可能不得不將一百多個單個細(xì)胞移植到盡可能多的蠕蟲體內(nèi)，以找到一個真正多能的細(xì)胞，并能再生這種細(xì)胞。”“這是一項(xiàng)很多工作，只是找到一個符合真正成纖維細(xì)胞功能定義的細(xì)胞。如果我們想通過識別細(xì)胞表達(dá)的基因來分子定義它，我們必須破壞細(xì)胞進(jìn)行處理。沒有辦法做到這一點(diǎn)，并保持細(xì)胞活著，以便在再生過程中跟蹤它。“

SánchezAlvarado和他的團(tuán)隊(duì)開始尋找一種可以提前識別這個難以捉摸的細(xì)胞的獨(dú)特特征。長期以來用于區(qū)分新生細(xì)胞和其他細(xì)胞的一個特征是稱為piwi-1的干細(xì)胞標(biāo)記，因此博士后研究助理An Zeng博士決定從那里開始。首先，他將表達(dá)該標(biāo)記的細(xì)胞與未標(biāo)記的細(xì)胞分開。然后他注意到細(xì)胞可以分成兩組 - 一組表達(dá)高水平的piwi(恰當(dāng)?shù)胤Q為piwi-high)，另一組表達(dá)低水平的piwi(稱為piwi-low)。當(dāng)曾梵志研究這兩個群體的成員時(shí)，他發(fā)現(xiàn)只有那些高度適合新生物的分子定義的群體。所以他放棄了其余的。

“這種對基因表達(dá)和蛋白質(zhì)水平的同步定量分析以前從未在渦蟲中進(jìn)行過，”SánchezAlvarado說。“如果沒有Stowers的驚人的科學(xué)支持設(shè)施，我們不可能做到這一點(diǎn)，包括分子生物學(xué)，流式細(xì)胞術(shù)，生物信息學(xué)和成像組。許多研究人員認(rèn)為所有表達(dá)piwi-1的細(xì)胞都是真正的新生細(xì)胞，而且它沒有他們表達(dá)了多少標(biāo)記物。我們發(fā)現(xiàn)它確實(shí)很重要。“

接下來，Zeng選擇了8,000個左右的piwi-high細(xì)胞并分析了它們的基因表達(dá)模式。令他驚訝的是，細(xì)胞不僅僅落入一兩個，而是12個不同的亞群。通過一個消除過程，Zeng排除了任何具有基因特征的亞組，這些亞組表明細(xì)胞注定了特定的命運(yùn)，如肌肉或皮膚。這讓他留下了兩個可能仍然是多能的子組，他將其命名為Nb1和Nb2。

方便地，亞組Nb2中的細(xì)胞表達(dá)編碼四跨膜蛋白家族成員的基因，該基因是一組進(jìn)化上古老且知之甚少的蛋白質(zhì)，位于細(xì)胞表面。Zeng制造了一種抗體，可以鎖住這種蛋白質(zhì)，將攜帶它的細(xì)胞從其他可疑成神經(jīng)細(xì)胞的混合物中拉出來。然后，他將單個純化的細(xì)胞移植到已經(jīng)受到致命水平輻射的渦蟲中。這些細(xì)胞不僅重新繁殖并拯救受輻射的動物，而且它們比通過舊方法純化的細(xì)胞更加一致。

“我們已經(jīng)豐富了多能干細(xì)胞群，這為以前無法??實(shí)現(xiàn)的大量實(shí)驗(yàn)打開了大門，”SánchezAlvarado說。“我們發(fā)現(xiàn)的標(biāo)記不僅表現(xiàn)在渦蟲中，而且表達(dá)在人體中這一事實(shí)表明我們可以利用一些保守的機(jī)制。我希望這些第一原理將廣泛適用于任何依賴干細(xì)胞成為生物體的生物體。他們今天是什么。這基本上就是每個人。“