看过好莱坞电影《X战警》的人都会对“金刚狼”这一角色印象深刻,这位变种人的两只前臂可以伸出无比坚硬的利爪,并且拥有超强的自愈能力。现在,这种“超能力”被赋予了实验鼠。据每日科技(dailytech)网站近日报道,美国科学家发现,原本被设计为发展出肿瘤的幼年转基因小鼠非但没有患上癌症,反而变得体型巨大、毛发深长,定期修剪的指甲也会很快重新长出来。而这一切都只因为小鼠携带了一种名为Lin28的基因,该基因表达为蛋白质Lin28a。
Lin28a通常只在发育的胚胎中产生,在成体中丧失活性,由于其与干细胞的功能以及癌症有关,因而颇受科学家的关注。发表在11月7日《细胞》杂志上的这项最新研究表明,这种蛋白质可以提高组织的修复能力——即使是在成体中。实验中的转基因小鼠终生都可以产生Lin28a,它们的毛发以快于正常的速度在生长,耳朵上的刺伤也几乎完全愈合了。
“这个基因的微小变化能够对一个复杂的组织再生产生深远的影响,这令我们非常震惊。”研究报告的作者之一、得克萨斯大学西南医学中心的细胞生物学家朱浩(音译)说。
利用胚胎基因来重启细胞,这在以前的研究中并不鲜见。该领域最重大的突破就是培育出诱导多能干细胞(iPS细胞)——通过激活一组基因,得到的细胞能够重返类胚胎状态。但这项最新研究显示,这种去老化的改变不仅可以出现在培养细胞中,也能出现在机体已发育成熟的组织内。这说明,老化的组织也有可能恢复年轻状态。
“你的身体知道自己处于哪个年龄,这种认知是通过基因来调节的。”朱浩说,“这一点有遗传调节器来控制。我们无法知道所有的调节器,但我认为Lin28a就是其中之一。”
不过,并非所有经研究人员用Lin28a测试过的组织都能获得额外的愈合能力,比如心脏的再生能力就没有得到提升。另外,一旦幼鼠进入青年期,修剪过的指甲尖没有再长回来,但其毛发以及耳朵的软骨和结缔组织仍在继续加速再生。
“有时候会行不通,这一点更有趣,因为它提出了一个问题:为什么会这样?”密歇根大学的丹尼尔·戈德曼说,他研究过Lin28a在斑马鱼视网膜再生过程中的作用。他怀疑,有些组织,比如心脏,可能拥有抵抗进入重启模式的机制。
尤其令人好奇的是,Lin28a是如何重置一个细胞的生物年龄的?科学家们研究得最多的是这种蛋白质对名为let-7的RNA分子的影响,let-7能够限制细胞增殖、促进成熟。但朱浩和他的同事发现,Lin28a也会影响细胞的新陈代谢。
研究报告的另一位作者、波士顿儿童医院的细胞生物学家吴世昌(音译)说,事实上,这种自愈效应涉及到新陈代谢,这才是最令人惊讶的结果。“大多数生物学家会觉得,需要一个特殊的因子来制造愈合的路径,但代谢是每个细胞都具有的。”他说。
吴世昌同时表示,这种想法距离实际医疗应用还有很长的路要走。大部分药物瞄准的是细胞表面的酶或者受体,而Lin28a两者 都不是,它是一种位于细胞核内的RNA结合蛋白,常规药物很难以它作为标靶。此外,Lin28a对细胞有多种影响,目前还不清楚应该以哪一种影响为着力点。(生物谷Bioon.com)
生物谷推荐的英文摘要
Cell doi:10.1016/j.cell.2013.09.059
Lin28 Enhances Tissue Repair by Reprogramming Cellular Metabolism
Ng Shyh-Chang, Hao Zhu, T. Yvanka de Soysa, Gen Shinoda, Marc T. Seligson, Kaloyan M. Tsanov, Liem Nguyen, John M. Asara, Lewis C. Cantley, George Q. Daley
Regeneration capacity declines with age, but why juvenile organisms show enhanced tissue repair remains unexplained. Lin28a, a highly conserved RNA-binding protein expressed during embryogenesis, plays roles in development, pluripotency, and metabolism. To determine whether Lin28a might influence tissue repair in adults, we engineered the reactivation of Lin28a expression in several models of tissue injury. Lin28a reactivation improved hair regrowth by promoting anagen in hair follicles and accelerated regrowth of cartilage, bone, and mesenchyme after ear and digit injuries. Lin28a inhibits let-7 microRNA biogenesis; however, let-7 repression was necessary but insufficient to enhance repair. Lin28a bound to and enhanced the translation of mRNAs for several metabolic enzymes, thereby increasing glycolysis and oxidative phosphorylation (OxPhos). Lin28a-mediated enhancement of tissue repair was negated by OxPhos inhibition, whereas a pharmacologically induced increase in OxPhos enhanced repair. Thus, Lin28a enhances tissue repair in some adult tissues by reprogramming cellular bioenergetics.