日本研究所探索器官保存新模式:用抗冻的小鼠

　　日本理化学研究所(RIKEN)生物系统动力学研究中心(BDR)的研究人员已经证明，动物的干细胞具有与动物本身相同的抗寒能力。这项研究发表在8月17日的《细胞报告》(Cell Reports)上，重点研究了具有不同冬眠特征的小鼠，结果表明，那些对低温抵抗力最强的小鼠，其干细胞产生的能量与其他小鼠不同。除了这些直接发现之外，该研究还建立了小鼠干细胞作为进一步研究器官保存甚至人类冬眠的实用模型系统。

　　

日本理研生物系统动力学研究中心(BDR)的Genshiro Sunagawa领导的研究人员已经证明，动物的干细胞具有与动物本身相同的抗寒能力。这项研究发表在8月17日的《细胞报告》(Cell Reports)上，重点研究了具有不同冬眠特征的小鼠，结果表明，那些对低温抵抗力最强的小鼠，其干细胞产生的能量与其他小鼠不同。除了这些直接发现之外，该研究还建立了小鼠干细胞作为进一步研究器官保存甚至人类冬眠的实用模型系统。

无论是移动器官进行移植，还是在中风后使大脑暂时停滞，低温最终都会造成无法弥补的损害。与此同时，冬眠的动物可以在低体温下存活数月，因为它们的新陈代谢变得极其缓慢。Sunagawa和他在RIKEN BDR冬眠生物学实验室的团队正试图了解动物或其器官如何在这些条件下生存。他们没有研究野生冬眠动物，而是使用实验室小鼠，因为遗传变量可以控制。新实验的目的是确定小鼠干细胞是否可以用于研究器官保存和冬眠。这将为已经开发出来的用于研究干细胞的实验系统开辟新的领域，并减少在研究中使用活体动物的需求。

虽然小鼠实际上并不冬眠，但它们可以进入一个短暂的一小时的冬眠期，称为冬眠。研究人员测试了近亲繁殖的实验室小鼠，并通过小鼠达到的最低体温和最低氧气消耗来表征冬眠。他们发现一种是浅昏迷，一种是深昏迷，还有一种介于两者之间。然后，他们从每个小鼠品系中建立胚胎干细胞系，并在小鼠体温(37°C / 98.6°F)和低温(31°C / 88.6°F)下检测细胞代谢。

细胞和动物生存所需的能量通过两种方式产生。一种叫做糖酵解的方法是分解糖分子。这个过程不需要氧气，当我们运动并耗尽可用的氧气时，我们可以在肌肉中感受到它的副产品。另一种方式被称为氧化磷酸化(OXPHOS)，发生在线粒体中，需要氧气。研究人员发现，在较低的温度下，来自浅睡眠和中度睡眠小鼠的干细胞转变为糖酵解，而来自深度睡眠小鼠的干细胞则没有。这些干细胞在任何温度下都保持着较高的耗氧率，这意味着无论如何，氧气在寒冷中仍然可用。进一步的测试表明，深度休眠干细胞的线粒体中氧气产生能量的方式与其他干细胞不同，氧气来自外部来源。

最后，研究人员询问他们从干细胞中获得的信息是否与成年小鼠有关。他们检查了每一种小鼠系的肝脏组织，发现与干细胞一样，来自深度休眠小鼠的组织在寒冷中不依赖糖酵解，并保持了高度的氧气使用。因此，即使在没有冬眠的情况下，这些小鼠的组织在较低的温度下也能得到更好的保存。

Sunagawa说:“我们已经证明，每种菌株对低温的独特反应，甚至在细胞水平上也被保留了下来。这为在冬眠动物组织中进行耐寒性的体外研究提供了巨大的机会。最终，在任何动物的组织中诱导出类似的抗寒性。从长远来看，这个系统的见解将帮助我们开发实现人类冬眠或人体器官冷冻保存的方法。”