兩個(gè)年輕人的科研故事：發(fā)育，衰老與再生，它們之間有著怎樣的神秘聯(lián)系？
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發(fā)育，衰老，再生。三個(gè)不同的生物學(xué)主題，但彼此的分子機(jī)理又遙相呼應(yīng)。
在下面的故事中，具有發(fā)育生物學(xué)背景的王偉博士在尋找本領(lǐng)域博后遇挫后，嘗試?yán)靡环N新型的魚類衰老模型研究再生與發(fā)育在基因表達(dá)的差異再遭失敗，最終卻意外地找到了一系列全新的對(duì)再生過程特異性響應(yīng)的基因調(diào)控序列——再生響應(yīng)增強(qiáng)子；癡迷于揭示衰老機(jī)制的呂垣澄在博士研究的前四年屢戰(zhàn)屢敗，卻意外地發(fā)現(xiàn)一組對(duì)逆轉(zhuǎn)衰老寄予厚望的轉(zhuǎn)錄因子竟能激活神經(jīng)元的再生。
在未來，我們能否真正理解衰老在基因表達(dá)上的本質(zhì)特征？又能否找到安全有效的手段，真正做到逆轉(zhuǎn)衰老？
誰道人生無再少？門前流水尚能西！休將白發(fā)唱黃雞。
撰文｜黃宇翔
責(zé)編｜陳曉雪
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第一節(jié)
和幾位心儀的教授談完，王偉的心已經(jīng)涼了半截。
王偉在博士期間研究影響果蠅體節(jié)發(fā)育性別差異的分子機(jī)制 [1,2]，對(duì)果蠅發(fā)育原理產(chǎn)生了濃厚的興趣，因此借著這次參加果蠅發(fā)育大會(huì)的機(jī)會(huì)，打算向領(lǐng)域內(nèi)幾位研究果蠅發(fā)育進(jìn)化機(jī)制的學(xué)術(shù)大牛毛遂自薦，主動(dòng)尋求博后研究的工作崗位。
但一番談話下來，王偉發(fā)現(xiàn)幾位領(lǐng)域內(nèi)的領(lǐng)軍人物紛紛看衰果蠅發(fā)育進(jìn)化領(lǐng)域未來的發(fā)展前景，認(rèn)為目前基本的框架已經(jīng)建立，不太會(huì)有特別重要的新發(fā)現(xiàn)了。
大牛們自己紛紛計(jì)劃另謀出路，去尋覓新的研究領(lǐng)域，因此都不太可能在他們眼中已經(jīng)“過氣”的方向上繼續(xù)招人。
2013年4月5日的晚上，會(huì)議安排了一個(gè)討論再生研究的專場(chǎng)。從同行的報(bào)告中，王偉迅速意識(shí)到這是一個(gè)正飛速發(fā)展、充滿機(jī)遇的新興領(lǐng)域，重新打起了精神。
第二天，王偉為自己的研究設(shè)定了一個(gè)新的方向：再生。
發(fā)育與再生，二者之間有著千絲萬縷的聯(lián)系。
生命體在發(fā)育過程中，一系列基因的選擇表達(dá)決定了組織器官的形成，并在發(fā)育過程結(jié)束后及時(shí)關(guān)閉，處于休眠狀態(tài)。那么，當(dāng)組織器官發(fā)生損傷時(shí)，特定的刺激是否能夠重新喚醒沉睡已久的基因再次表達(dá)，在受傷的器官上讓發(fā)育的部分過程再次上演，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)器官的修復(fù)？
檢索近年來活躍在再生領(lǐng)域的研究團(tuán)隊(duì)，Sánchez Alvarado 這個(gè)重復(fù)出現(xiàn)的名字喚醒了王偉腦中一段久遠(yuǎn)的記憶：Sánchez Alvarado 曾在幾年前某次發(fā)育生物學(xué)大會(huì)作過主題報(bào)告，介紹其利用渦蟲研究器官再生原理的發(fā)現(xiàn)。更巧的是，王偉發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)報(bào)名在6月的一門由海洋生物學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室（MBL）舉辦的胚胎學(xué)培訓(xùn)課程，主管負(fù)責(zé)人正是美國(guó)斯托瓦爾斯研究所（Stowers Institute）對(duì) Sánchez Alvarado 教授。
借著為期45天培訓(xùn)課程的機(jī)會(huì)，王偉向Sánchez Alvarado 教授充分展現(xiàn)了自己在遺傳學(xué)和發(fā)育生物學(xué)方面扎實(shí)的訓(xùn)練——因此當(dāng)在課程結(jié)束前的最后一天收到王偉的博后申請(qǐng)時(shí)，Sánchez Alvarado 很高興地邀請(qǐng)他到自己位于堪薩斯的實(shí)驗(yàn)室參加面試。
面試非常順利，Sánchez Alvarado非常希望王偉能加入自己的團(tuán)隊(duì)，但同時(shí)坦誠(chéng)地告訴他目前實(shí)驗(yàn)室的渦蟲小組人員已經(jīng)接近飽和：“偉，你有沒有興趣去開拓一個(gè)新的模式動(dòng)物的再生原理——非洲青鳉魚？”
非洲青鳉魚（African turquoise killifish）是一種生存于非洲干旱地區(qū)的野生小魚，平均壽命只有四到六個(gè)月。斯坦福大學(xué)的Anne Brunet實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)了一些在實(shí)驗(yàn)室，用于衰老的研究。
而Sánchez Alvarado之所以會(huì)對(duì)這種短命小魚產(chǎn)生興趣，則是源于再生領(lǐng)域內(nèi)長(zhǎng)期的一個(gè)不足：研究者使用各式各樣的實(shí)驗(yàn)體系研究再生的分子機(jī)理，但彼此之間的結(jié)論卻因?yàn)槲锓N之間的巨大差異而難以整合在一起。
“脊椎動(dòng)物中研究者最常用的模式動(dòng)物是斑馬魚和小鼠，但考慮到斑馬魚和小鼠之間的差異，從一種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中得出的結(jié)論很難在另一種生物中進(jìn)行比較。” Sánchez Alvarado向王偉解釋起再生領(lǐng)域內(nèi)部研究者之間通力合作的一大阻礙，“但如果我們能直接比較斑馬魚和非洲青鰹魚，那就很可能得到一些非常有意思的新發(fā)現(xiàn)了。”
生物學(xué)研究的本質(zhì)是對(duì)照，而再生研究者最缺乏的恰恰就是一個(gè)合適的對(duì)照動(dòng)物模型。
在再生研究領(lǐng)域建立一個(gè)新的魚類模型，這對(duì)于領(lǐng)域會(huì)是個(gè)重大的推動(dòng)，并且自己在研究生階段確實(shí)也積累了不少建立新模型的經(jīng)驗(yàn)。因此在思考了兩周之后，王偉正式?jīng)Q定加入Sánchez Alvarado的團(tuán)隊(duì)。
當(dāng)時(shí)在全美范圍內(nèi)，能夠在實(shí)驗(yàn)室中飼養(yǎng)繁殖非洲青鳉魚的，僅有斯坦福大學(xué)Anne Brunet一家。
因此在到達(dá)堪薩斯后的第一個(gè)月，王偉就和實(shí)驗(yàn)室管理員飛到灣區(qū)向Anne Brunet實(shí)驗(yàn)室的成員學(xué)習(xí)養(yǎng)魚技術(shù)，并要到了80個(gè)魚卵帶回斯托瓦爾斯研究所。
申請(qǐng)飼養(yǎng)一種新的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，需要到動(dòng)物中心辦理許多手續(xù)，因此在非洲青鳉魚的專屬魚房建成之前，王偉需要為這80個(gè)魚卵找一個(gè)孵化場(chǎng)所。于是Sánchez Alvarado騰出了自己的一間辦公室，專門供王偉在其中養(yǎng)魚。
有了地方，魚卵的孵化卻出了大問題：盡管孵化條件處處都照搬Anne Brunet實(shí)驗(yàn)室傳授的要訣，但魚卵卻紛紛孵化失敗。80個(gè)魚卵到頭來只孵出了10只病怏怏的小魚。
王偉一面祈禱這十只 “希望之魚” 能盡快交配繁殖，一面想方設(shè)法調(diào)節(jié)魚箱的條件讓非洲青鳉們茁壯生長(zhǎng)。
Anne Brunet實(shí)驗(yàn)室的養(yǎng)魚之路也剛剛起步，魚的狀態(tài)也常常起伏，能分享的經(jīng)驗(yàn)十分有限，因此王偉能依靠的只有自己。
在實(shí)驗(yàn)室中模擬出一種讓野生生物興旺生長(zhǎng)的環(huán)境究竟有多艱辛，王偉的體會(huì)隨著不斷的失敗日益加深。在接下來整整兩年的時(shí)間里，他絕大多數(shù)時(shí)間都花在了每天給二三十缸魚換水、摸索它們孵化、發(fā)育、繁殖的實(shí)驗(yàn)條件上。
終于在2015年底，他熟諳了非洲青鳉魚的生長(zhǎng)特性，已經(jīng)能夠穩(wěn)定地培養(yǎng)出健康的魚兒了。
其中的關(guān)鍵細(xì)節(jié)有兩個(gè)。
第一是水溫。王偉從Anne Brunet實(shí)驗(yàn)室學(xué)到最適宜非洲青鳉魚生長(zhǎng)的水溫在26度左右，但培養(yǎng)了一段時(shí)間后王偉發(fā)現(xiàn)非洲青鳉魚胚胎在這個(gè)水溫下常常自動(dòng)進(jìn)入休眠，使得胚胎發(fā)育不同步、孵化率很低——如果把水溫略微上調(diào)到28度，僅僅兩度的細(xì)微差別，就能大大提升非洲青鳉魚胚胎同步發(fā)育及孵化成功率。
其次是氧氣濃度。為使魚苗孵化后能將魚鰾正常充氣，Anne Brunet實(shí)驗(yàn)室會(huì)向孵化容器中額外添加一種在溶解后會(huì)釋放氧氣的“藥片” 。但王偉發(fā)現(xiàn)，加了溶氧藥片反而會(huì)讓青鳉魚苗長(zhǎng)得更差——原來溶氧藥片產(chǎn)生的過多氧氣對(duì)于青鳉魚苗而言毒性很大，而且通過藥片釋放氧氣的速率很難得到精確的控制。后來，王偉給魚缸安裝了通氣的循環(huán)系統(tǒng)，終于找到了一個(gè)為魚群提供穩(wěn)定氧氣供給的方法。
終于建立好了養(yǎng)魚系統(tǒng)，王偉迫不及待地開始了第一批的再生實(shí)驗(yàn)。
他和導(dǎo)師的預(yù)期是非洲青鳉魚的再生能力會(huì)比較弱，因此如果從魚鰭上切下一小段，不太會(huì)引發(fā)像斑馬魚那樣強(qiáng)力的自我修復(fù)現(xiàn)象。
Anne Brunet實(shí)驗(yàn)室做的初步實(shí)驗(yàn)也表明，對(duì)于非洲青鳉魚來說，斷“鰭”確實(shí)難再續(xù)。
但在王偉從第一批成年的非洲青鳉魚身上割下一截魚鰭一周之后，新的魚鰭竟然奇跡般地長(zhǎng)了出來！
這是怎么回事呢？
短命的非洲青鳉魚（圖片來自王偉博士）
在實(shí)驗(yàn)室渦蟲組的同事們都不太看好的情況下，王偉耗時(shí)兩年，終于在實(shí)驗(yàn)室建成了非洲青鳉魚的養(yǎng)殖系統(tǒng)。
出乎王偉和Sánchez Alvarado的意料，非洲青鳉魚在被割去部分魚鰭之后，只需要一周，竟然就能重新生長(zhǎng)出全新的魚鰭。
幾次重復(fù)之后，王偉不僅確認(rèn)了這一事實(shí)，并且找到了自己與Anne Brunet實(shí)驗(yàn)室不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因：Anne Brunet實(shí)驗(yàn)室的再生實(shí)驗(yàn)是切割年老青鳉魚的尾鰭，不能觀察到尾鰭再生；王偉切割的是年輕青鳉魚的尾鰭，能引發(fā)尾鰭再生。這說明非洲青鳉魚尾鰭的再生能力會(huì)隨年齡增大而衰退。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)期背道而馳，王偉立刻調(diào)整了思路，將自己的科學(xué)問題修改為：“在尾鰭再生的過程中，非洲青鳉魚與斑馬魚中存在哪些共同的修復(fù)因子？”
借助RNAseq技術(shù)，王偉對(duì)于尾鰭切除手術(shù)前后的組織進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析，希望能找出受傷以后哪些基因在兩種魚中都會(huì)發(fā)生上調(diào)，另外是否能利用非洲青鳉魚找出一些在再生過程中發(fā)揮功能的新基因。
王偉于是挑選了200個(gè)受傷后轉(zhuǎn)錄表達(dá)升高的基因，通過CRISPR分組進(jìn)行敲除，希望能在其中找到不影響其中發(fā)育、但對(duì)于再生必要的全新?lián)p傷修復(fù)因子。
時(shí)間很快來到了2016年的4月，王偉經(jīng)過了一年多的篩選，還沒有發(fā)現(xiàn)任何一個(gè)有希望的基因。王偉后來猜測(cè)認(rèn)為，這輪篩選失敗的原因可能是絕大多數(shù)的已知再生修復(fù)因子對(duì)于正常發(fā)育同樣重要，因此在將它們敲除之后導(dǎo)致非洲青鳉魚根本無法活到成年做尾鰭切割手術(shù)。
就在篩選陷入停滯的時(shí)候，一篇新發(fā)表在《自然》的論文，為王偉帶來了新的啟發(fā)。
杜克大學(xué)Kenneth Poss團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，斑馬魚的尾鰭和心臟在發(fā)生再生時(shí)，一些被稱作 “增強(qiáng)子” 的調(diào)控序列的活躍程度會(huì)顯著升高?！霸鰪?qiáng)子”是分布在基因組中的一些DNA片段，自身不會(huì)表達(dá)出有功能的蛋白質(zhì)，但能通過激活其他基因的轉(zhuǎn)錄效率實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控功能。
這一發(fā)現(xiàn)首次證明斑馬魚體內(nèi)存在一些增強(qiáng)子，可以在再生修復(fù)過程中被激活，但所鑒定出的增強(qiáng)子在敲除后并不會(huì)顯著破壞斑馬魚的器官再生能力 [3,4]。這意味著，再生修復(fù)的調(diào)節(jié)很復(fù)雜，只破壞其中一部分增強(qiáng)子，還有其他未知的調(diào)控元件維持斑馬魚必要的再生激活。
也許基因的選擇性表達(dá)才是魚類器官再生的關(guān)鍵？王偉忽然覺得自己此前專注于尋找再生特異基因的想法可能走錯(cuò)了方向。
在同事曾安和胡德慶的幫助下，王偉將實(shí)驗(yàn)方法改為用ChIP-seq技術(shù)去搜索斑馬魚和非洲青鳉在損傷刺激下活躍性增加的增強(qiáng)子片段。
到了2017年年底，王偉找到了在兩種魚類中進(jìn)化保守的49個(gè)增強(qiáng)子片段——這些增強(qiáng)子的活性在魚鰭再生的過程中處于高度活躍的狀態(tài)。進(jìn)一步的表達(dá)實(shí)驗(yàn)表明，這些增強(qiáng)子區(qū)域的確會(huì)在再生的過程中被激活。另外，王偉利用生物信息學(xué)分析找出了人源的IEN（inhba enhancer），將人源的IEN放在魚中表達(dá)，也會(huì)對(duì)受傷的情況響應(yīng)，也就是說王偉在功能上證明了人源IEN具有再生響應(yīng)能力。
更為有趣的是，通過對(duì)篩選出的增強(qiáng)子序列進(jìn)行分析，王偉發(fā)現(xiàn)上游激活這些增強(qiáng)子的很可能是同一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子——AP-1，這是一個(gè)在各類細(xì)胞中都廣泛存在的轉(zhuǎn)錄因子。
那么問題來了，這些增強(qiáng)子片段在功能上對(duì)于尾鰭的再生究竟是否必不可少呢？
敲除IEN片段，非洲青鳉魚的尾鰭、心臟再生能力顯著受損；在此基礎(chǔ)上表達(dá)魚源IEN能重新恢復(fù)非洲青鳉的再生能力，但是表達(dá)人源的IEN卻不能恢復(fù)非洲青鳉的再生能力，說明人源的IEN在進(jìn)化過程中發(fā)生了功能性變化。
這是歷史上第一次找到具有功能的再生響應(yīng)增強(qiáng)子！
更有趣的是，在比較兩種生活環(huán)境差異很大的魚類之后，王偉發(fā)現(xiàn)對(duì)再生必須的再生響應(yīng)增強(qiáng)子是可進(jìn)化的，并且鑒定出了保守的基因和調(diào)控元件，同時(shí)提出解釋脊椎動(dòng)物再生能力不均勻的理論模型。
2020年9月4日，這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表于《科學(xué)》雜志 [5]。
2021年，王偉博士在北京生命科學(xué)研究所建立獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)一步利用非洲青鳉這一模式生物深入探索再生在分子水平的秘密。
王偉博士，現(xiàn)北京生命科學(xué)研究所研究員
相對(duì)于魚類強(qiáng)力的器官再生能力，哺乳動(dòng)物確實(shí)難以望其項(xiàng)背。
但器官再生的秘密，在演化的過程中是否被隱匿于關(guān)閉表達(dá)的基因網(wǎng)絡(luò)之中？
調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，是否能重新喚起哺乳動(dòng)物體內(nèi)沉睡已久的再生開關(guān)？
就在王偉準(zhǔn)備將自己從青鳉魚中獲得的啟示投稿出去的同時(shí)，在遠(yuǎn)隔千里的波士頓，一名研究生正為眼前顯微鏡畫面中小鼠視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞所呈現(xiàn)出的驚人畫面興奮不已。
2018年6月28日，哈佛醫(yī)學(xué)院共聚焦顯微鏡中心。
博士四年級(jí)的呂垣澄在低倍鏡下找到了視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞散發(fā)的模糊光斑，忐忑地將鏡頭切換到高倍鏡。
當(dāng)顯微鏡重新對(duì)準(zhǔn)焦距之后，在顯微鏡連接的電腦屏幕上，一縷縷纖細(xì)的線條從軸突斷裂的位點(diǎn)蔓延涌出，然后慢慢消失在前方的黑暗之中。
“本，你覺得這些信號(hào)是來自真正再生出的軸突嗎？”呂垣澄激動(dòng)地等待著身旁伙伴的反應(yīng)。
“沒錯(cuò)，軸突真的是重新長(zhǎng)出來了?！?Benedikt（Ben）Brommer憑借自己觀察視神經(jīng)節(jié)細(xì)胞軸突的豐富經(jīng)驗(yàn)給出了肯定的答復(fù)。
呂垣澄立刻意識(shí)到，自己作出了一個(gè)真正的突破性發(fā)現(xiàn)。
如果將時(shí)針回?fù)艿桨肽暌郧埃瑓卧卧?“逆轉(zhuǎn)衰老” 課題上的摸索仍然顯得遙遙無期。
他的導(dǎo)師是衰老領(lǐng)域的學(xué)術(shù)明星 David Sinclair，實(shí)驗(yàn)室的研究興趣緊緊聚焦在 “衰老” 的話題上。
基于此前的研究，他們實(shí)驗(yàn)室提出了“表觀遺傳的變化是導(dǎo)致衰老的重要原因”這一假設(shè)，因此呂垣澄希望能找到一種重編程表觀遺傳修飾的療法，逆轉(zhuǎn)衰老造成的表觀遺傳變化，進(jìn)而改善衰老相關(guān)疾病，甚至是延長(zhǎng)個(gè)體的健康。
在研究生的前四年時(shí)間，他嘗試了表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子Nanog、化學(xué)小分子誘導(dǎo)等多種方式改變衰老小鼠細(xì)胞的表觀遺傳狀態(tài)，但或是效果太差、或是毒性太強(qiáng)，都以失敗告終。
因獲諾獎(jiǎng)而聞名的山中伸彌因子（Yamanaka factors），承載著他最后的一絲希望：2016年，Salk研究所的Juan Carlos Belmonte團(tuán)隊(duì)將Oct4、Sox2、Klf4 和c-Myc這四種能誘導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入干細(xì)胞狀態(tài)的轉(zhuǎn)錄因子同時(shí)表達(dá)在早衰模型的小鼠體細(xì)胞后，大幅延長(zhǎng)了早衰小鼠的壽命 [6]。但上述這項(xiàng)研究也存在著明顯的局限性：同時(shí)表達(dá)四種山中伸彌因子顯著提高了小鼠罹患畸胎瘤的風(fēng)險(xiǎn)，另外該研究使用的都是轉(zhuǎn)基因小鼠，因此無法向臨床疾病拓展。
呂垣澄決定背水一戰(zhàn)，在四種山中伸彌因子中剔除一個(gè)致癌基因c-Myc，將剩余的三種轉(zhuǎn)錄因子（ot4、Sox2、Klf4簡(jiǎn)稱為OSK）整合進(jìn)一個(gè)AAV（腺相關(guān)病毒）載體注入小鼠體內(nèi)。
然而，盡管呂垣澄注射的AAV載體理論上應(yīng)該能侵染到小鼠全身各類細(xì)胞，但他很快發(fā)現(xiàn)重組的OSK實(shí)際僅僅主要在肝臟細(xì)胞中表達(dá)。
而肝臟，在哺乳動(dòng)物各個(gè)組織器官中恰恰又是衰老速度最為緩慢的。
研究的前路看上去被堵得死死的。
呂垣澄重新理了理思路，究竟什么器官最先表現(xiàn)出衰老的癥狀？
器官衰老的普遍表現(xiàn)之一，就是其再生能力的下降。長(zhǎng)期以來的研究表明，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的再生能力是最早喪失的，出生幾天后神經(jīng)系統(tǒng)的軸突就無法再生了。因此，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷是最難以修復(fù)的，比如車禍或者中風(fēng)導(dǎo)致的癱瘓，以及帕金森，阿爾茲海默等神經(jīng)退行性疾病導(dǎo)致的行動(dòng)能力下降，亦或是衰老或疾病導(dǎo)致的視力衰退。
而幫助呂垣澄制備表達(dá)OSK的AAV的何志剛教授實(shí)驗(yàn)室，恰巧專注研究能促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞在受到損傷后軸突再生的分子機(jī)制。
眼睛是中樞神經(jīng)的延伸，不如直接試試把AAV打進(jìn)眼睛里，看看表達(dá)OSK能不能促進(jìn)視網(wǎng)膜神經(jīng)元的軸突再生！呂垣澄把這個(gè)大膽的想法寫進(jìn)了一份哈佛醫(yī)學(xué)院內(nèi)部的基金申請(qǐng)，抱著試一試的態(tài)度交了上去。
很快，基金申請(qǐng)得到批準(zhǔn)的好消息傳來。經(jīng)費(fèi)到位，呂垣澄立刻與何志剛實(shí)驗(yàn)室展開了合作——何志剛實(shí)驗(yàn)室的資深技術(shù)員王晨幫助呂垣澄注射AAV和建立視神經(jīng)損傷模型，博后Ben Brommer指導(dǎo)呂垣澄使用共聚焦顯微鏡測(cè)量視神經(jīng)軸突的再生情況。
6月28日，到了觀察結(jié)果的這一天，坐在冷凍切片機(jī)前的呂垣澄異常緊張，如果這個(gè)實(shí)驗(yàn)再不成功，前路又將陷入迷茫，博士畢業(yè)也將遙遙無期。
他深吸了幾口氣才讓自己平靜下來，然后屏住呼吸小心翼翼地進(jìn)行切片。因?yàn)樾∈蟮囊暽窠?jīng)非常細(xì)，每一片切片的厚度只能有14μm，比我們最細(xì)的頭發(fā)絲還要細(xì)。
隨后，他和技術(shù)員余豆豆（處于本科畢業(yè)后的gap year ，目前已經(jīng)申請(qǐng)到博士項(xiàng)目）與Ben一起將第一次收集到的誘導(dǎo)表達(dá)OSK后切斷軸突的視神經(jīng)切片拿到顯微鏡下觀察。
坐在冷凍切片機(jī)前的呂垣澄舉著第一個(gè)OSK誘導(dǎo)視神經(jīng)再生的切片。本圖由呂垣澄提供。
昏暗狹窄的顯微鏡室內(nèi)，看到再生的視神經(jīng)的瞬間，呂垣澄難以抑制住自己內(nèi)心激動(dòng)的心情，興奮地叫出聲來，與余豆豆和Ben擊掌相慶。
接下來，呂垣澄的這一研究獲得了一個(gè)個(gè)的新進(jìn)展：
在視神經(jīng)軸突被夾斷后再表達(dá)OSK，仍然能誘導(dǎo)軸突的再生，顯示出治療（而不僅是預(yù)防）的前景——如果驗(yàn)證其能用于脊髓神經(jīng)再生，對(duì)癱瘓的病人將是極好的消息；
在年老的小鼠中表達(dá)OSK，損傷后的軸突也能在被夾斷后長(zhǎng)出 “新枝”，表明其效果不受年齡的限制；
與麻省總醫(yī)院專攻眼科疾病的 Meredith Ksander、Bruce Ksander 夫婦的合作，發(fā)現(xiàn)OSK表達(dá)能部分恢復(fù)青光眼疾病模型小鼠甚至是年老小鼠的視力，表明OSK表達(dá)不僅能恢復(fù) “形態(tài)”，在功能水平同樣對(duì)受損的視神經(jīng)也有增益效果；
在安全性上，最早一批表達(dá)OSK的小鼠在生存兩年之后并沒有表現(xiàn)出比對(duì)照組更高的患癌風(fēng)險(xiǎn)。
更有趣的是，當(dāng)他們?nèi)y(cè)量小鼠視神經(jīng)細(xì)胞的表觀遺傳修飾，驚訝地發(fā)現(xiàn)軸突損傷會(huì)迅速增加視神經(jīng)元的“表觀遺傳年齡”，而表達(dá)OSK能使 “表觀遺傳年齡” 的青春常在，恢復(fù)年輕的表觀遺傳修飾和基因轉(zhuǎn)錄水平——其中，DNA去甲基化酶TET1/2的作用必不可少，表明DNA的甲基化修飾是參與衰老和再生相關(guān)基因表達(dá)調(diào)控的一大重要修飾。
另外，實(shí)驗(yàn)室的同事田驍幫助呂垣澄對(duì)人類神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行了體外測(cè)試，發(fā)現(xiàn)OSK重編程同樣能夠誘導(dǎo)人類神經(jīng)細(xì)胞軸突在損傷后的再生。
2019年7月31日，趕在妻子生產(chǎn)的前一天，呂垣澄將這些發(fā)現(xiàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)和內(nèi)容整理好，投稿《自然》并上傳到預(yù)印本網(wǎng)站bioRxiv。之后經(jīng)過一年多兩輪的審稿和補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，這些發(fā)現(xiàn)最終在2020年12月3日作為封面文章發(fā)表于《自然》雜志 [7]。
哈佛大學(xué)已經(jīng)將這一創(chuàng)新技術(shù)授權(quán)給波士頓的 Life Biosciences，期待將其用于人類衰老相關(guān)疾病，如青光眼病等的治療。
呂垣澄也將再接再厲，與多個(gè)實(shí)驗(yàn)室合作，嘗試在更多的器官中測(cè)試OSK療法促進(jìn)再生和逆轉(zhuǎn)衰老的效果，并加入麻省理工的Jonathan Weissman 實(shí)驗(yàn)室做博后，探索表觀遺傳重編程的機(jī)理和更多途徑。
發(fā)育，衰老，再生。
三個(gè)不同的主題，但彼此的分子機(jī)理卻又遙相呼應(yīng)。
王偉的研究啟發(fā)我們思考：當(dāng)損傷發(fā)生時(shí)，機(jī)體是否能通過調(diào)動(dòng)原本只在發(fā)育過程中激活的基因表達(dá)，讓組織器官在 “二次發(fā)育” 的過程中實(shí)現(xiàn)再生？呂垣澄則通過他的OSK實(shí)驗(yàn)向我們揭示：再生能力之所以會(huì)隨著機(jī)體的衰老而降低，本質(zhì)上有可能是衰老引發(fā)了DNA甲基化修飾增加，阻礙了再生調(diào)控元件對(duì)細(xì)胞命運(yùn)的重編程。
在未來，我們能否真正理解衰老在基因表達(dá)上的本質(zhì)特征？又能否找到安全有效的手段，真正做到逆轉(zhuǎn)衰老？
誰道人生無再少？門前流水尚能西！休將白發(fā)唱黃雞。
2018年6月28日，呂垣澄在顯微鏡下觀察到的圖像：相比于對(duì)照組，OSK表達(dá)的視神經(jīng)細(xì)胞在損傷后長(zhǎng)出許多新的軸突 [7]。
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