《科学》颠覆干细胞原有理论

　　

生物通报道：来自斯坦福大学医学院，其霍德华休斯医学院的研究人员在果蝇的生活周期中发现成熟的，已分化的细胞可以自然回复成一种事实（de facto，拉丁语，指虽法律上站不住，但事实上却为人所承认）干细胞。

这项令人惊讶的研究成果与一般看法相悖：一般认为随着一个细胞分化后，形成新细胞类型或组织的能力会变弱。这一研究成果公布在《Science》快讯上。

Mark Krasnow实验室（laboratory of Mark Krasnow）生化组组长Molly Weaver博士表示，“这令人难以置信，因为这与我们预计的结果完全相反”，“我们曾经预期过会得到怎样的实验结果，但是这样的结果又是很明确的。”

在成人细胞中利用这种发育回溯法（developmental backtracking，生物通注）能帮助研究人员探索出治疗许多人类疾病的新方法。虽然近期的研究发现人类皮肤细胞能在实验室中，被诱导产生许多不同类型的细胞，但是这种转换需要利用病毒传递重组基因进入细胞。而一种称为“临时干细胞”（facultative stem cells）的干细胞替代物近期也被提出，但仍存在着许多争议。

文章的作者Krasnow表示，“过去许多人都认为细胞的特殊化，或者分化是一种终结状态——不会再回头或变回年轻态”，“但是现在，不仅我们观察到了这种自然发生的逆转，也获得了一个研究这一变化的非常适合的遗传系统。”

Weaver博士等人一开始并不是打算颠覆干细胞理论，他们针对果蝇这种遗传研究较清楚的模式生物展开研究，起初只是希望探究一下果蝇在从幼虫变成成虫的过程中，其呼吸系统是如何变化的。

与其它昆虫一样，果蝇并没有肺部，其血液也不能携带氧气传递给组织，这种昆虫是通过体内一种称为气孔（spiracle）的部位进行“呼吸”。这种气孔与另外一种复杂的管系统——气管（trachea）结合起来，能传递氧气和携带二氧化碳，果蝇中的气管是由决定动物长度的背侧干（dorsal trunk）分支出来的。

在变态发育过程中，几乎所有的果蝇幼虫细胞都会被来自称为成虫盘(imaginal discs)的结构中形成的细胞所替代。这些成虫盘中未分化的细胞在幼虫阶段会停止分化，只等时间到了，才会开始分裂产生成熟果蝇组织需要的细胞。

Weaver和Krasnow希望能了解在果蝇从蠕动到飞翔这个转变过程中，气管系统发生了怎样的变化。研究人员先对果蝇进行了遗传改造，使得气管中增殖的细胞能表达一个可见度高的绿色荧光蛋白，帮助研究人员通过观测这些表达出来的绿色追中细胞的位置和命运。

之后的事情就变得有趣了，虽然气管是从背侧干的任一一边分支出来，但是只有一边有成虫细胞，研究人员推测这些细胞会从背侧干转移进气管的两边，形成适合飞行的细胞类型。但是尽管研究人员进行了无数次的观测，也看不到任何绿色细胞在另一端出现。

Weaver说，“我设想了4种不同的假说来解释为什么我没有看到任何这些绿色细胞穿过背侧干”，“经过很长时间我们才确信这确实发生了。”

之后研究人员进行了进一步的实验：在活体果蝇中的单个茎细胞（stalk cells）的变化证明已经成熟分化的前背侧干细胞（anterior dorsal branch stalk cells ）实际上重新进入了没有成虫细胞的气管的另一侧。因此研究人员认为这个简单的组织经历了两种类型的多能细胞的改造：一种是没有分化的成虫细胞能重新进入果蝇体内，另外一种是高度分化的细胞为了形成不同的细胞类型能逆转其发育过程。

Krasnow表示，“在一个果蝇组织中发现两种截然不同的祖细胞（progenitor cell）说明在哺乳动物中可能存在不只一种成人干细胞”，“也许生物在不同的情况下都利用静止的，未分化的细胞和已分化但能逆转的干细胞。”

（生物通：张迪）

注:

1.成虫盘(imaginal discs)

果蝇的受精卵在一天之内就发育成幼虫，然后经过连续的三个幼虫发育阶段（称为龄期），此过程持续4天多。在早期胚胎建成过程中，幼虫体内会形成几十种尚未分化的细胞团，称为成虫盘，变态期后不同的成虫盘可以逐渐发育为果蝇的腿、翅、触角和躯体的其他部分的结构。

原文摘要：

Published Online July 31, 2008
Science DOI: 10.1126/science.1158712
Dual Origin of Tissue-Specific Progenitor Cells in Drosophila Tracheal Remodeling
[Abstract]