果蝇：精原细胞可逆向分化成为干细胞

生物通网站：Johns Hopkins的科学家们在果蝇实验中把将要发育成精子的细胞逆转从而还原为果蝇的精原干细胞。在5月13日的《科学》杂志上刊登了这一意外发现。

象所有的干细胞一样，果蝇的精原干细胞（sperm-making stem cell，生物通网站注）能自我复制或者分化成为特化的细胞——最终成为精子。虽然已知一些已经分化的细胞有时能自然的逆向分化而回复到干细胞状态，比如蜥蜴断肢的再生，不过这次研究人员的实验结果被认为是首次明确的、在成年动物中以人工方法逆转细胞发育的方向的范例。

“除了一些例外，一般认为细胞一旦开始进入分化就无法回头，” Hopkins’ 基础生物医学系（Institute for Basic Biomedical Sciences，生物通网站注）的细胞生物学副教授Erika Matunis博士说。“但是我们已经在果蝇的实验中清楚的表明，丧失精原干细胞能够重新得到补充——不是通过残留的干细胞的复制而是通过已经部分分化细胞的逆转。”

在果蝇中，是由以精原干细胞簇围绕的中心制造出精子。这个中心发出“不分化”的化学信号，只有最靠近中心的精原干细胞维持它们的干细胞状态。干细胞与中心成垂直方向持续分裂，确保只有一个子细胞能够与之接触。当其中一个干细胞分裂成两个细胞时，靠近中心的“子细胞”保留干细胞状态，而另一个离的稍远的则进一步向精子方向发展——称为gonialblasts，再进一步分化成为精原细胞（spermatogonia，生物通网站注），每个精原细胞再分裂数次后成为精子的前体——精母细胞（spermatocytes，生物通网站注）。

Hopkins研究组对一种特殊的果蝇研究，这些果蝇能通过改变温度而打开/关闭这个干细胞“不分化”信号。在研究当这个信号关闭、然后再开启时会发生什么情况的实验中，研究生二年级学生Crista Brawley发现精原干细胞进入分化途径最多2步后可以逆向回复到原始状态——如果分化程度更深的细胞就不可逆转。Matunis Natasha Tulina在2001年发现了这个中心的信号。

Brawley将温度敏感型果蝇放入29℃（84℉）的较高温度的地方培养2天，发现仅有22％的果蝇睾丸仍残留有精原干细胞。4天后，几乎没有残留干细胞。这些果蝇在抑制信号的高温下培养2天后，在18℃（64℉）较低温度下培养2天。接着，Brawley使用一台特殊的显微镜检查果蝇干细胞是否恢复。

研究人员看到残留的干细胞得到恢复，但让他们更为惊奇的是，虽然仅有22％的果蝇睾丸有残存的干细胞进入复原期，但76％的果蝇睾丸在18℃下培养2天后重新拥有干细胞。

“我们预料22%那部分残余的干细胞能补充恢复，但甚至在没有残余干细胞的睾丸中，一旦信号被开启，干细胞就会再次出现，” Matunis说。“所以，这些干细胞必然来源于其它一些类型的细胞。”这些重新获得精原干细胞的睾丸看起来也有不同，在研究者的显微照片中，这些象覆盆子果实一样的精原干细胞围绕的中心直接接触精母细胞，而中间没有精原细胞。

然而，在恢复4天后，干细胞和精母细胞之间又重新被精原细胞填充，这表示新的干细胞已经正常工作。研究人员报道说，生活在29℃下仅剩下精母细胞的果蝇无法逆转恢复重新得到干细胞。 

因为这些观察结果提示精原细胞可能逆向分化回复到它们的干细胞状态，所以Brawley将其中一些精原细胞进行荧光标记并将果蝇在高温下处理4天。结果相当明确，只有残留了精原细胞的果蝇可以恢复重新获得干细胞，而且部分新的干细胞带有荧光标记。

了解分化细胞如何逆转分化过程，以及分化细胞在分化到哪个程度上能够逆转，这有助于科学家们研究出如何运用干细胞再生丧失或受伤的组织，或者如何促使残留组织更好的自我修复。然而因为对人类相应的过程还知之甚少，所以这个结果尚不能直接应用于人类。

“在果蝇中我们靠检测蛋白质而区分细胞，因此能准确地计算出睾丸中的每个细胞。并且我们也能准确知道干细胞在哪儿”， Matunis说。“在果蝇中，我们也了解使干细胞保持它们最初状态的信号，并能开启或关闭它。但我们没有关于人的任何这方面的信息，甚至连小鼠的也没有。”

现在，研究人员将检验这个称为细胞去分化（dedifferentiation，生物通网站注）的逆转过程是否能在果蝇中自然发生，以及精原细胞是否是逆着干细胞的分化途径返回，即－种真正的逆转，或者他们是否使用不同的信号、蛋白质和进程来还原为干细胞。（生物通网站编译，未经书面许可，不得转载）