《自然》重磅：将光合作用搬进动物细胞，中国科学家让衰老细胞重回青春！

【《自然》重磅：将光合作用搬进动物细胞，中国科学家让衰老细胞重回青春！】▎药明康德内容团队编辑
在动画片《大力水手》中，一罐菠菜下肚，水手波派就变得力壮如牛。现在，这个看似不可能的设想正在走向现实：将菠菜细胞中参与光合作用的类囊体装配到衰老的哺乳动物细胞里，竟能重建动物细胞内的能量代谢平衡，让衰老的细胞恢复活力。
这项充满想象力的研究由浙江大学医学院附属邵逸夫医院林贤丰、范顺武与浙江大学化学系唐睿康团队领导，并发表于最新一期《自然》杂志。在这篇论文中，这项跨界的策略成功治疗了小鼠的骨关节炎，令它们老化的关节软骨细胞恢复了青春。未来，这项技术还有望治疗更多衰老退行性疾病。

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在细胞内，合成代谢（anabolism）是维持细胞正常功能的关键过程。合成代谢指的是利用细胞内的能量和电子供体，将小分子物质合成为生命所需的氨基酸、核苷酸、脂肪酸等组分。这些能量和电子供体包括细胞“能量货币”三磷酸腺苷（ATP），以及关键电子供体：还原形式的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）。
一旦合成代谢的供能出现障碍，细胞就难以正常运转并开始衰老。越来越多的研究表明，细胞内合成代谢不足是导致身体几乎所有病理过程的关键因素。如果能恢复受损细胞的内部供能，就将有望逆转这些细胞的老化。这也成为了最新研究的起点。
“如果我们能从其他地方找到合适的ATP和NADPH‘生产线’ ，把它们移植到受损的细胞里，去重塑退变细胞的合成代谢，这在临床上意味着新的希望。 ”浙江大学医学院附属邵逸夫医院主治医师/特聘研究员林贤丰表示。

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▲林贤丰（左）和论文共同第一作者陈鹏飞（图片来源：浙江大学）
如何去寻找ATP和NADPH的“生产线”？自然界数十亿年的生命演化指出了一个难以置信的方向：植物的光合作用。在光合作用中的光反应阶段，光能转变为ATP、NADPH形式的化学能并生成氧气，而这个转变发生的场所，就是叶绿体的内膜系统——类囊体。

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▲叶绿体中的类囊体膜是光合作用中光反应阶段的场所（图片来源：浙江大学）
将植物的类囊体跨界迁移到哺乳动物细胞内，借助“光合作用”增强动物细胞的合成代谢——沿着这个天马行空的想法，浙大联合团队选择叶绿体含量丰富的菠菜开展了研究。而实现这一设想的关键挑战，在于如何避免跨界移植带来的免疫排斥。
我们知道，我们的免疫系统可以识别并清理外源成分。如果直接将来自植物的类囊体移植到人体，不难想象其结局：我们的巨噬细胞会将它们视作异物清理，即使一些类囊体侥幸进入细胞，细胞内的溶酶体也能通过吞噬作用将它们降解。
要让动物机体为类囊体开启绿灯，研究团队的思路是设计具有生物相容性的“人工细胞器”：使用动物自身的细胞膜来包裹类囊体，借助这层伪装，类囊体就能成功“骗”过细胞，顺利抵达细胞内部。
▲30秒视频看懂研究过程（视频来源：浙江大学医学院附属邵逸夫医院）
在这项研究中，作者以骨关节炎小鼠模型为例进行了探索。骨关节炎的本质是软骨细胞的退变、老化。 ATP、NADPH的耗竭导致细胞内合成代谢受损，胶原蛋白、蛋白聚糖等胞外基质蛋白的合成减少。目前，针对这种衰老退行性疾病的疗法无法扭转这一失衡状态，因此预后不佳。