无论从哪个角度来看,蝙蝠在哺乳动物中都是独树一帜的一支。它们是唯一能自主飞行的哺乳动物;具有惊人的物种多样性,每5个哺乳动物物种中就有一个属于蝙蝠;拥有独特的回声定位系统,能在黑暗中听清周围的一切;还有着超长寿命和独特的免疫力。
对人类来说,蝙蝠的另一项特殊之处与我们的健康密切相关:蝙蝠是多种病毒进入人体之前的自然宿主,但问题是,它们携带了这么多致命病毒,为什么自己却安然无恙?
▲马铁菊头蝠(图片来源:Daniel Whitby)
目前,对蝙蝠的研究存在一项重要障碍:缺少可靠的蝙蝠细胞模型。受蝙蝠组织样本限制,对蝙蝠的实验室研究常常遇到困难。
现在,一项发表于《细胞》的研究改变了这一局面。这项由西奈山伊坎医学院的科学家领导的研究,首次生成蝙蝠的诱导性多能干细胞(iPSC),为蝙蝠的细胞生物学研究提供了重要平台。同时,研究团队利用这一模型发现了蝙蝠安全携带病毒的线索,蝙蝠与病毒的关系似乎比预想的更加错综复杂。
在发育过程中,“无所不能”的干细胞分化成各种类型的细胞。在正常情况下,这个过程是不可逆的。2006年,日本科学家山中伸弥教授成功将时钟“回拨”,提出了诱导成熟细胞回归多能干细胞的策略:Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc这4种“山中因子”的组合,可以实现细胞的重编程,回到iPSC阶段。
在最新研究中,研究团队正是应用山中因子来处理马铁菊头蝠(Rhinolophus ferrumequinum)的细胞。但他们发现,这4种因子的组合对蝙蝠细胞并不奏效。
在接下来的数月中,研究团队尝试重新寻找蝙蝠专用的重编程配方。在调整了4种山中因子的比例,并添加Lif(白血病抑制因子)、Scf(干细胞因子)、Pka激活剂Forskolin和Fgf2(成纤维细胞生长因子2)后,研究团队成功将马铁菊头蝠的成纤维细胞诱导为iPSC。随后,他们使用另一种亲缘关系较远的代表性蝙蝠物种大鼠耳蝠(Myotis myotis)重复了实验,同样取得了成功。
▲诱导蝙蝠细胞回到iPSC阶段的流程(图片来源:参考资料[1])
由此,研究团队创建了适用于蝙蝠的iPSC诱导工具。蝙蝠干细胞模型的出现,使得对蝙蝠的细胞生物学研究将不再受研究材料的限制——蝙蝠干细胞可以在实验室中保存,并根据研究需要分化为各种组织。
通过对比蝙蝠与其他哺乳动物的iPSC,研究团队发现了蝙蝠干细胞的独有特征:它们的细胞质中充满了囊泡,这是在其他哺乳动物的多能干细胞中未曾发现的。
论文通讯作者之一Adolfo García-Sastre教授表示:“这项研究最令人振奋的一项发现,就是蝙蝠干细胞中出现了含有病毒的囊泡,但这并不会妨碍细胞增殖、生长的能力。这意味着蝙蝠与病毒形成了一种共生关系,这也为蝙蝠忍受病毒的能力提出一种新模式。”