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新(xin)智(zhi)元(yuan)報(bao)道(dao)

編(bian)輯(ji)：Joey

【新智元導(dao)讀(du)】如(ru)何(he)延(yan)緩(huan)细胞衰老退(tui)化(hua)是(shi)科(ke)學(xue)家(jia)們(men)壹(yi)直(zhi)以(yi)來(lai)的(de)夢(meng)想(xiang)，最(zui)近(jin)浙大醫(yi)学院(yuan)的研究團(tuan)隊(dui)想出(chu)了(le)個(ge)新點(dian)子(zi)——給(gei)细胞插(cha)上(shang)電(dian)池(chi)，让動(dong)物(wu)细胞也能光合作用，还登上了Nature。

妳(ni)有(you)沒(mei)有想過(guo)，人的细胞也能像(xiang)植(zhi)物一樣(yang)光合作用？

從(cong)菠(bo)菜(cai)中(zhong)提(ti)取(qu)「生(sheng)物电池」类囊(nang)體(ti)，让动物细胞也通(tong)过光合作用獲(huo)取能量(liang)，从而(er)返老还童，逆(ni)轉(zhuan)细胞的衰老退變(bian)。

這(zhe)不(bu)是天(tian)方(fang)夜(ye)譚(tan)，而是浙大团队的最新研究成(cheng)果(guo)。

近日(ri)，浙江(jiang)大学医学院附(fu)屬(shu)邵(shao)逸(yi)夫(fu)医院骨(gu)科林(lin)賢(xian)豐(feng)医師(shi)、範(fan)順(shun)武(wu)教(jiao)授(shou)团队與(yu)浙江大学化学系(xi)唐(tang)睿(rui)康(kang)教授团队成功(gong)从菠菜中提取了「具(ju)有光合作用的生物电池——类囊体」。

通过將(jiang)动物细胞膜(mo)包(bao)裹(guo)於(yu)納(na)米(mi)化类囊体外(wai)層(ceng)做(zuo)偽(wei)裝(zhuang)，他(ta)们首(shou)次(ci)實(shi)現(xian)了植物的类囊体跨(kua)物種(zhong)遞(di)送(song)到(dao)动物体衰老病(bing)变的细胞內(nei)，让动物细胞也能擁(yong)有植物光合作用的能量。

林贤丰（左(zuo)）和(he)陳(chen)鵬(peng)飛(fei)（右(you)）在(zai)实驗(yan)交(jiao)流(liu)中（圖(tu)源(yuan)：浙江大学）

北(bei)京(jing)時(shi)間(jian)12月(yue)8日，这項(xiang)原(yuan)創(chuang)性(xing)科研成果被(bei)國(guo)際(ji)頂(ding)級(ji)期(qi)刊(kan)《自(zi)然(ran)》（Nature）雜(za)誌(zhi)以長(chang)文(wen)（Article）形(xing)式(shi)刊登。

值(zhi)得(de)一提的是，本(ben)次研究团队中年(nian)齡(ling)最大的只(zhi)有34歲(sui)，最小(xiao)的26岁，可(ke)謂(wei)相(xiang)當(dang)年輕(qing)有為(wei)。

《自然》杂志資(zi)深(shen)编辑和審(shen)稿(gao)人對(dui)浙大科研团队的最新研究成果也给予(yu)了高(gao)度(du)評(ping)價(jia)，稱(cheng)其(qi)为：

遵(zun)循(xun)自然規(gui)律(lv)、创新性突(tu)破(po)向(xiang)细胞輸(shu)送能量的世(shi)界(jie)難(nan)題(ti)、開(kai)辟(pi)了代(dai)謝(xie)工(gong)程(cheng)的可能性。

接(jie)下(xia)来看(kan)看这项研究是如何化腐(fu)朽(xiu)为神(shen)奇(qi)的。

如何为动物细胞充(chong)电

细胞内合成代谢不足(zu)是导致(zhi)体内許(xu)多(duo)病理(li)过程的關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)，而细胞内物質(zhi)的合成代谢需(xu)要(yao)消(xiao)耗(hao)足夠(gou)的细胞内能量並(bing)產(chan)生还原当量。

ATP充当细胞生物过程的「能量貨(huo)幣(bi)」，还原形式的NADPH是关键的电子供(gong)体，可为合成代谢提供还原能力(li)。

但(dan)在病理條(tiao)件(jian)下，很(hen)难糾(jiu)正(zheng)受(shou)損(sun)细胞的合成代谢并将不足的ATP和NADPH水(shui)平(ping)提高到最佳(jia)濃(nong)度。

因此(ci)，要给动物细胞「充电」，第(di)一步(bu)是找(zhao)到电池。

于是，林贤丰提出了一个設(she)想「我(wo)们能否(fou)设計(ji)一个「充电」装置(zhi)，在细胞内可控(kong)地(di)产生ATP和NADPH？」

图为本研究作用機(ji)制(zhi)（图源：浙江大学）

而这时唐睿康团队的化学生物学研究思(si)路(lu)及(ji)人工细胞器(qi)概(gai)念(nian)为研究打(da)开了新方向，他们也将目(mu)光转向了自然界。

自然界中，植物和动物形成了完(wan)美(mei)的互(hu)補(bu)关系，植物通过吸(xi)收(shou)二(er)氧(yang)化碳(tan)产生氧氣(qi)和糖(tang)，而动物恰(qia)恰相反(fan)。

于是他们思考(kao)：

是否能将这种宏(hong)觀(guan)的互补关系延伸(shen)至(zhi)细胞层面(mian)，通过植入(ru)光合细胞器让植物的能量供應(ying)系統(tong)成为动物细胞补给能量的「生物电池」？

最終(zhong)，研究团队選(xuan)擇(ze)将葉(ye)綠(lv)体中的能量供应细胞器类囊体作为「生物电池」的原材(cai)料(liao)，通过对菠菜提取物的純(chun)化获取类囊体。

叶绿体中的类囊体膜是光合作用中光反应階(jie)段(duan)的場(chang)所(suo)（图源：浙江大学）

根(gen)據(ju)澎(peng)湃(pai)新聞(wen)报道，范顺武調(tiao)侃(kan)說(shuo)：

大家都(dou)看过动畫(hua)片(pian)《大力水手(shou)》，一吃(chi)菠菜就(jiu)变得力气很大，而且(qie)菠菜也是菜市(shi)场中最绿的菜，我们就选了菠菜。

现在补给能量的电池有了，细胞充电的接口(kou)在哪(na)？还有如何将类囊体安(an)全(quan)、精(jing)準(zhun)地递送到动物的衰老退变细胞内，是該(gai)研究的第二道难题。

「要想把(ba)植物材料递送到动物细胞内，需要瞞(man)天过海(hai)」。

团队成員(yuan)陈鹏飞起(qi)初(chu)嘗(chang)試(shi)了脂(zhi)质体包載(zai)等(deng)多种递送方法(fa)，但效(xiao)果不理想。

直到有一天，他想到是否可以用受体细胞自身(shen)的细胞膜做载体？

利(li)用同(tong)源靶(ba)向作用原理，让细胞以为我们所递送的类囊体是「自己(ji)人」，从而避(bi)免(mian)体内的免疫(yi)排(pai)斥(chi)，实现细胞跨界移(yi)植纳米植物类囊体。

經(jing)过不斷(duan)摸(mo)索(suo)探(tan)究，团队成功用细胞膜伪装了纳米类囊体瞒天过海，实现了纳米类囊体的胞内递送。

研究团队成员、浙大邵逸夫医院生物医学研究中心(xin)特(te)聘(pin)研究员劉(liu)欣(xin)表(biao)示(shi)：

外源生物材料从溶(rong)酶(mei)体逃(tao)離(li)是实现成功递送的重要環(huan)節(jie)，我们通过多种胞吞(tun)抑(yi)制试验反復(fu)验證(zheng)了动物细胞不再(zai)将纳米类囊体作为‘異(yi)物’進(jin)行(xing)清(qing)除(chu)，而是成为它(ta)的一部(bu)分(fen)。

为了恢(hui)复軟(ruan)骨细胞的功能，研究团队采(cai)用了新興(xing)的细胞膜纳米塗(tu)层技(ji)術(shu)：

即(ji)利用小鼠(shu)的软骨细胞膜封(feng)装纳米化的类囊体，并註(zhu)射(she)到软骨受损的部位(wei)。

此时的类囊体仍(reng)處(chu)于「沈(chen)睡(shui)狀(zhuang)態(tai)」，而「喚(huan)醒(xing)类囊体」的方式自然就是光照(zhao)刺(ci)激(ji)。

光照刺激软骨细胞示意(yi)图（图源：浙江大学）

外部一束(shu)光透(tou)过小鼠的皮(pi)膚(fu)到達(da)软骨细胞内部，这时类囊体开始(shi)運(yun)转、生产出ATP和NADPH。

光照刺激使(shi)得软骨细胞内的ATP和NADPH水平顯(xian)著(zhu)提升(sheng)，衰老细胞的合成代谢也得到恢复。

更(geng)重要的是，小鼠的关节健(jian)康状況(kuang)得到明(ming)显改(gai)善(shan)。

根据关节健康水平通用的评估(gu)方法，评分为5的小鼠通过治(zhi)療(liao)，可以回(hui)到1.5分的状态（评分越(yue)高，关节炎(yan)程度越嚴(yan)重），软骨细胞的状态也相当于从人类的60岁回到20岁。

研究結(jie)果表明，CM-NTU治疗结合光照射显著(zhe)減(jian)轻了术後(hou)8周(zhou)和12周的软骨破壞(huai)（通过番(fan)紅(hong)-O染(ran)色(se)评估）（图5b），国际骨关节炎研究協(xie)會(hui) (OARSI) 的评分进一步证实了这一结果。

与ACLT对照組(zu)相比(bi)，接受ACLT并用CM-NTU和光处理的小鼠的评分显著降(jiang)低(di)（术后8周和12周分別(bie)为1.45和1.81）。

已(yi)提交發(fa)明專(zhuan)利，有望(wang)多領(ling)域(yu)应用

据澎湃新闻报道，经过一年多实验和分析(xi)，研究团队已经验证纳米类囊体进入动物细胞后仍可以保(bao)留(liu)类囊体上光合作用所需的蛋(dan)白(bai)和其他功能單(dan)体。

即在体内保持(chi)足够的作用时间和降解(jie)穩(wen)定(ding)性，并保证足量的ATP和NADPH的产生，从而系统性地逆转病变细胞代谢状态。

林贤丰表示：

我们先(xian)在骨关节炎治疗上尋(xun)找突破，骨关节炎是目前(qian)臨(lin)床(chuang)上致畸(ji)致殘(can)的最主(zhu)要原因之(zhi)一，正是由(you)于软骨细胞的能量代谢失(shi)衡(heng)，ATP、NADPH耗竭(jie)而导致关节软骨破坏。

范顺武接受采訪(fang)表示，团队已经同步递交了发明专利并着手进行产品(pin)转化。

因为关键原材料源于天然植物，安全性很高，细胞膜纳米涂层技术具備(bei)规模(mo)化生产潛(qian)力，我相信(xin)在不久(jiu)的将来，这一技术有望在多领域实现应用。

論(lun)文评审专家Francisco Cejudo教授認(ren)为：

这项工作的傑(jie)出之处在于研究团队成功地将植物微(wei)型(xing)细胞器种间移植到了哺(bu)乳(ru)动物细胞。

利用植物光合作用系统以依(yi)賴(lai)光能的方式在哺乳动物细胞中特异性供应 ATP 和 NADPH 的这一技术，是一项令(ling)人兴奮(fen)的成就，它开辟了代谢工程的可能性。

參(can)考资料：

https://mp.weixin.qq.com/s/kO1p8ZGxeCah2ui7VASTpA

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1751601519708694115&wfr=spider&for=pc返回搜(sou)狐(hu)，查(zha)看更多

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