出品：科普中国
作者：王飞（神经科学博士）
监制：中国科普博览
“72变”干细胞
最近国产游戏《黑神话：悟空》大火，不仅是因为国内游戏行业有了长足的进步，还得称赞咱们创造的齐天大圣孙悟空的形象实在是太经典了。于是我又找出86版经典《西游记》看了一遍，孙悟空的形象再次在我脑中鲜活了起来。当然，今天我想讲的不仅是孙悟空，还有在我们体内一类和他很像的一类细胞，它就是干细胞。
《黑神话：悟空》游戏海报
（图片来源：《黑神话：悟空》游戏官网）
说起孙悟空，小孩都知道的是他有72变的本领，而干细胞也能72变，甚至有更多的变化。干细胞就是我们体内一类具有无限潜能的细胞，它能够变成神经细胞、血细胞、肌肉细胞、骨细胞等多种多样细胞。而且干细胞可以由一变为二，由二变为四……成千上万的细胞就是由一个干细胞变的。这让我想起来孙悟空拔一根毫毛就可以变成很多个孙悟空，这不就是跟干细胞学的吗！
另外一个特点就是干细胞可以一直增殖，而且可以说它是“不死的”，这也和孙悟空有几分相似了。可以说有了干细胞，我们一生中遇到的很多疾病都可以被它克服。比如患者得了白血病，白细胞不够时，就让干细胞变成无数的白细胞，以后我们在电视剧里就再也看不到主人公因为突然得了白血病而死去的痛苦结局了。
干细胞的功能
（图片来源：The National Academies）
我们的大脑中也有干细胞，称为神经干细胞。不过成年大脑内的神经干细胞更像是被压在五行山下的孙悟空，它徒有一身本领却得不到施展。
如何把脑内沉睡的神经干细胞唤醒，让它释放出无限的潜力来治疗脑部疾病，是现代科研和医疗领域的一个重大问题。不仅在成年人脑内解救干细胞意义重大，在人的发育过程中，如果神经干细胞不能按时解除封印变成其他细胞，也会影响大脑的发育，出现小头畸形症、自闭症和脑瘫等神经发育障碍情况。因此，激活沉睡的神经干细胞，让它产生新的神经元，对于大脑的修复和生长都至关重要。
这让我想到，《西游记》里其实最重要的一集就是唐僧遇到了压在五行山下的孙悟空。试想如果当时他没有走那条路，或者没有看到山下的一个毛猴，又或者他看到被吓跑了，那就没有后面八十一难的故事了，大唐帝国也就不会迎来“大乘佛法”的真经。
《西游记》剧照
（图片来源：中央电视台）
解封“五行山”
那如何解除神经干细胞的封印，把它从“五行山”下释放出来呢？首先我们得知道压住神经干细胞不能施展魔法的“五行山”是什么。
来自杜克大学、新加坡国立大学的实验室联合研究了神经干细胞休眠的原因。他们通过超微显微镜和活细胞成像技术，发现在休眠神经干细胞里有一些细胞骨架蛋白，叫做F-actin（链状肌动蛋白）。这些细丝状的细胞骨架蛋白在神经干细胞由休眠变成激活过程中不停地运动，它们从细胞伸出的凸起处逐渐运动到细胞胞体内，进而在胞体内聚集，之后就进行了细胞的分裂。
干细胞
（图片来源：veer图库）
可以说，就是这些细胞骨架牢牢地控制住了神经干细胞的激活，它们就是压在神经干细胞身上的“五行山”。它们的运动就像五行山在崩塌时的运动一样，因此，只要掌握了控制F-actin运动的关键，就能释放出沉睡的神经干细胞了。
沉默神经干细胞中的F-actin
（图片来源：Lin et al., Sci. Adv. 10, eadl4694 (2024)）
那如何晃动五行山呢？其实五行山并不重，孙悟空凭自己的本事就能把它掀翻，关键还在于贴在五行山上的封印，那可是镇住五行山的关键。那对于神经干细胞来说，控制细胞骨架F-actin的封印又是什么呢？
这个联合团队就发现，一种特定类型的Formin蛋白（链状肌动蛋白聚合酶）控制了细胞骨架F-actin的变化，也就控制了神经干细胞激活的过程。在实验室里，当他们把Formin蛋白拿掉之后，神经干细胞就不能很好地从休眠状态进入激活状态。当然，束缚着神经干细胞的细胞骨架F-actin也就不能发生改变了。
《西游记》剧照
（图片来源：中央电视台）
在《西游记》中，孙悟空在大闹天宫后被如来佛祖压在五行山下500年，最后被唐三藏解救出来后，一同西行取经，终成正果。那在我们的脑内，谁又是“唐三藏”呢？脑内的“唐三藏”又是如何解除五行山上的封印，让沉睡的神经干细胞重新激活的呢？
研究团队发现，脑内的星形胶质细胞就是解救“悟空”的“师父”。星形胶质细胞是我们脑内胶质细胞的一个亚型，因为形状像不规则的星星，因此而得名。它们一般的功能是保护神经细胞，为神经细胞提供营养。这里研究员们又发现了它们新的功能，那就是激活神经干细胞。
研究员们观察到，星形胶质细胞会分泌一种名Fog蛋白（折叠原肠胚形成蛋白），这种蛋白作为信号传递媒介，会引发一系列连锁反应，包括激活Formin蛋白通路来控制链状肌动蛋白的运动。最后，这些过程会唤醒神经干细胞，使其脱离休眠状态，然后神经干细胞开始分裂，产生有助于大脑修复和发育的新神经细胞。
星形胶质细胞
（图片来源：ScienCell Research Laboratories）
胞内信号“咒语”
通过这个过程我们看到，星形胶质细胞激活神经干细胞不是简单地揭下“封印”就行了，这里面有复杂的信号传递过程。这就像是唐僧当时在解除五行山上的封印时，也是跪地拜求，嘴中还念有咒语。只有通过正确的咒语，封印才能被解除。
试想当时如果唐僧佛学功底不足，不能准确地背出解封的咒语，他也不能将孙悟空解救出来。那在我们的大脑内，星形胶质细胞解除沉睡神经干细胞封印的咒语是什么呢？
《西游记》剧照
（图片来源：中央电视台）
这里，我给大家简单介绍下星形胶质细胞如何激活沉睡的神经干细胞。上面说到，星形胶质细胞会分泌Fog蛋白，神经干细胞中名为GPCR的受体蛋白随后对星形胶质细胞分泌的Fog做出反应，激活控制神经干细胞中链状肌动蛋白形成的信号通路。
这条通路上又包括Gαq，Rho1，Dia等“信号使者”。解除封印的指令，通过这一个个的信号信使最终会作用到链状肌动蛋白上，让其改变形状，将沉睡的神经干细胞释放出来。
通路上的信号使者
（图片来源：Lin et al., Sci. Adv. 10, eadl4694 (2024)）
由此可见，脑内星形胶质细胞激活沉睡的神经干细胞的过程是复杂的，通过分泌Fog蛋白，激活神经干细胞上的GPCR受体，GPCR受体在神经干细胞的胞体内又通过Gαq-Rho1-Dia信号通路打开链状肌动蛋白，最后激活神经干细胞。这一过程完全可以拍成《西游记》电视连续剧中的“唐僧救悟空”一集了！
看似简单的过程，其实蕴藏着大量的信息。86版《西游记》导演杨洁能够将其拍出来，实属不易，而科研人员能够将体内的这一过程呈现出来，也可以说是历尽艰辛。
星形胶质细胞激活沉睡神经干细胞模式图
（图片来源：Lin et al., Sci. Adv. 10, eadl4694 (2024)）
被解救出来的孙悟空后随唐僧一路斩妖除魔，经历了九九八十一难终取回真经，自己也被封为“斗战胜佛”。而在大脑内，激活的神经干细胞也是功用极大，及时激活的神经干细胞，在大脑发育过程中可以变成各类神经细胞，极大地降低了神经发育障碍导致的认知、沟通、适应行为以及精神运动技能受损。
结语
通过研究这一过程，我们掌握了解封神经干细胞的“咒语”，成了“唐僧”，当我们需要的时候，就念出激活神经干细胞的咒语。例如我们知道GPCR是咒语中关键的一步，GPCR蛋白家族也已成为治疗各类疾病的主要药物靶点。那我们设计出针对CPCR的药物，就可以控制神经干细胞的重新激活了。
这一思路为使用现有药物治疗神经发育障碍提供了潜在策略，也使我们掌握了一种激活神经干细胞的新方法。
扫码下载APP
科普中国APP
科普中国
科普中国
京公网安备11010202008423号