? ? ? ?你以為冬眠就是像只可愛的小松鼠一樣，簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單地睡上幾個(gè)月？

冬眠的哺乳動(dòng)物能在溫度小于10℃的環(huán)境中不受傷害地存活，堪稱細(xì)胞維持的非凡壯舉，具有寶貴的醫(yī)學(xué)應(yīng)用價(jià)值。然而，冬眠動(dòng)物耐寒的機(jī)制，例如如何保持細(xì)胞骨架的穩(wěn)定性，依然是一個(gè)迷。

最近，在國(guó)際期刊Cell上刊登了一篇題為“iPSCs from a Hibernator Provide a Platform for?Studying Cold Adaptation and Its Potential Medical?Applications”，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院眼科研究所的李偉研究團(tuán)隊(duì)，以一種典型的冬眠動(dòng)物，十三條紋地松鼠（13-lined ground squirrels，下文均用GS表示）為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)了對(duì)冬眠動(dòng)物耐寒至關(guān)重要的細(xì)胞途徑。研究小組發(fā)現(xiàn)，從松鼠的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）分化出來的神經(jīng)元細(xì)胞具有內(nèi)在的耐寒性。在將人類和松鼠的iPSC分化出來的神經(jīng)元細(xì)胞進(jìn)行表達(dá)譜和功能比較分析之后，研究者驚喜地發(fā)現(xiàn)，人類和松鼠對(duì)冷的反應(yīng)差異主要體現(xiàn)在線粒體和溶酶體中。這項(xiàng)研究給非冬眠動(dòng)物提高耐冷性的藥物提供了靶點(diǎn)。

為了弄清楚地鼠究竟怎么耐寒的，研究小組首先利用3種神經(jīng)特異性的微管蛋白（下圖綠色表示多聚谷氨酸化微管蛋白polyglutamylated tubulin，poly-E-T；紅色表示β微管蛋白Ⅲ型b-tubulin isotype-III，TUBB3；藍(lán)色表示Δ2-T）的抗體，對(duì)寒冷環(huán)境中(4℃)的大鼠原代皮質(zhì)神經(jīng)元細(xì)胞（Rat?cortical）、人類iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞（Human iPSC-neuron）、地鼠原代皮質(zhì)神經(jīng)元細(xì)胞（GS cortical）和地鼠iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞（GS?iPSC-neuron）進(jìn)行免疫熒光染色。結(jié)果如下圖所示，差異相當(dāng)明顯：大鼠和人類的神經(jīng)元細(xì)胞中的微管蛋白在低溫下會(huì)碎片化甚至完全消失，但是地鼠的神經(jīng)元細(xì)胞中的微管蛋白在即便在長(zhǎng)時(shí)間的低溫下也能保持穩(wěn)定，沒有一絲的異常。（不知道你們服不服地鼠，反正小編是覺得很服的）。還有一點(diǎn)需要強(qiáng)調(diào)，地鼠iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞也具有很強(qiáng)的耐寒能力，這說明地鼠iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞繼承了地鼠原代皮質(zhì)神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)在的耐寒能力。

? ? ? ?為了搞清楚地鼠的神經(jīng)元細(xì)胞中的微管蛋白在低溫下保持完整的機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)首先幾種微管蛋白的表達(dá)量進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果自然是在意料之中，在低溫環(huán)境下，地鼠iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞中的幾種微管蛋白表達(dá)量沒有變化，而人類iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞中的幾種微管蛋白表達(dá)量下降非常明顯。隨后研究團(tuán)隊(duì)又對(duì)地鼠和人類iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞進(jìn)行了RNA表達(dá)譜的比較分析，試圖去系統(tǒng)地研究寒冷誘導(dǎo)的微管蛋白降解的潛在機(jī)制。差異表達(dá)基因的聚類分析的結(jié)果顯示，當(dāng)處于寒冷環(huán)境中時(shí)，線粒體功能相關(guān)的基因以及熱激蛋白、蛋白酶、蛋白酶抑制劑等參與蛋白質(zhì)質(zhì)控（PQC）的基因，發(fā)生了非常顯著的變化。

為了進(jìn)一步研究地鼠和人類iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞中的線粒體對(duì)寒冷的響應(yīng)是否不一樣，研究團(tuán)隊(duì)測(cè)定了溫度變化時(shí)神經(jīng)元細(xì)胞中線粒體膜電勢(shì)的變化情況。結(jié)果顯示，當(dāng)溫度從37℃降低到10℃時(shí)，人類iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞出現(xiàn)了超極化的線粒體膜電勢(shì)變化，而地鼠iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞中的線粒體膜電勢(shì)呈現(xiàn)出退極化。雖然這些膜電勢(shì)的變化非常短暫，但是這個(gè)短暫的變化卻能引發(fā)線粒體中活性氧（ROS）含量的顯著增加。當(dāng)用微量的線粒體解偶聯(lián)劑BAM15處理寒冷脅迫下的人類iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞時(shí)，細(xì)胞中的線粒體膜電勢(shì)及活性氧水平能夠迅速下降到與地鼠iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞相同的水平。

受損的蛋白通常會(huì)被蛋白質(zhì)控系統(tǒng)（PQC）清除，除了泛素介導(dǎo)的蛋白酶體途徑之外，溶酶體是另外一個(gè)途徑。而前面的結(jié)果提到，當(dāng)人類iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞暴露在寒冷中時(shí)，其細(xì)胞中的蛋白質(zhì)控系統(tǒng)（PQC）出現(xiàn)了失調(diào)，溶酶體完整性受損（如溶酶體膜通透lysosomal membrane permeability，LMP），使細(xì)胞質(zhì)酸化并釋放消化酶。為了解析地鼠和人類iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞中的蛋白質(zhì)控系統(tǒng)對(duì)寒冷的響應(yīng)是否不一樣，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)地鼠和人類iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞進(jìn)行Magic?Red和DND-26的染色，用以標(biāo)記溶酶體小泡的離散點(diǎn)。結(jié)果顯示，當(dāng)人類iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞遭受寒冷脅迫時(shí)，溶酶體小泡會(huì)非常彌散。這正是細(xì)胞溶酶體膜通透和細(xì)胞質(zhì)酸化的典型特征。

受到生物信息學(xué)分析以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)試圖去決定，針對(duì)地鼠中耐寒性相關(guān)的微管蛋白調(diào)控路徑來設(shè)計(jì)靶向藥物，能否賦予非冬眠哺乳動(dòng)物一定的耐寒性。前面的結(jié)果中提到，低劑量的線粒體解偶聯(lián)劑BAM15能夠起到保護(hù)人類iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞中微管蛋白的作用。相似的結(jié)果也顯示，在人類iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞瞬時(shí)超量表達(dá)線粒體解偶聯(lián)蛋白UCP1/UCP2時(shí)，也能使神經(jīng)元細(xì)胞具有一定的耐寒性。

另外，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)用蛋白酶抑制劑(protease inhibitor，PI)處理人類iPSC分化的神經(jīng)元細(xì)胞時(shí)，能減輕溶酶體膜通透引起的蛋白酶滲漏的危害。但是蛋白酶抑制劑無法緩解線粒體膜電勢(shì)的超極化和活性氧的過量產(chǎn)生。這說明溶酶體膜通透在線粒體活性調(diào)控的下游。由于BAM15和PI介導(dǎo)的調(diào)控路徑不相同（如下圖所示），因此將BAM15和PI聯(lián)合使用將起到比單獨(dú)使用更加顯著的效果。

讀完了這篇文章，小編可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來，那些愛美如命的小姐姐們，或許可以只有吃上一粒小藥丸（很可能就是BAM15和PI的二合一藥丸），就可以達(dá)到穿上一件貂毛大衣的御寒效果了。是不是很神奇？你們是不是很期待呢？

參考文獻(xiàn)

Ou et al.,?iPSCs from a Hibernator Provide a Platform for?Studying Cold Adaptation and Its Potential Medical?Applications.?Cell, 2018:73, 851–863.