在尊龙凯时重点项目、中国科学院“百人计划”等项目的资助下，中科院动物所研究员陈大华带领的研究组以果蝇为模型，发现一个核膜蛋白Otefin（Ote）在维持果蝇生殖干细胞（GSC）自我更新的过程中起着关键调控作用。4月15日，这一关于干细胞命运调控研究的成果在国际著名期刊《发育细胞》（Developmental Cell）上发表。

　　该研究证明，核膜蛋白会参与干细胞的命运调控，并可能推广到哺乳动物，为核膜蛋白如何结合到沉默子上从而导致“基因沉默”来调节果蝇生殖干细胞的命运提供了初步的机制性解释；为解析人类核膜蛋白编码基因缺失相关疾病的发病机制提供了新的研究思路。

　　不对称分裂机制——干细胞研究的重中之重

　　成体干细胞是一群尚未完全分化具有高度自我复制、高度增殖的多向分化潜能的细胞群体。干细胞通过不对称分裂会产生具有相反命运的两个子代细胞：一个是通过自我更新，重新产生维持干细胞特性的新干细胞，从而维持自身细胞群的大小；而另一个子细胞则步入分化程序，分化成各种不同的组织细胞，进而构成机体各种复杂的组织器官，或替代生物体中损伤或丢失的组织和器官以维持生命活动的延续。

　　“干细胞增殖分化的研究在功能基因组研究、发育生物学、新药研发与评价等方面扮演了十分重要的角色，干细胞工程也就具有极其重要的理论意义和巨大的社会需求与应用价值。”陈大华说，“因此，干细胞不对称分裂机制的研究是干细胞理论研究前沿中核心的课题。”

　　陈大华介绍说：“成体组织中，干细胞被发现存在于一个特殊的微环境中，这一微环境被认为是控制干细胞自我更新和分化的关键。其原因在于微环境能够保证细胞间的相互作用和短距离调节因子的产生和传递。因此，干细胞必须在微环境内才能进行自我更新及不对称分裂产生分化子细胞，进而维持衰老或受伤组织的更新和代谢。干细胞的增殖分化受到外源信号与内源信号的双重调节，干细胞微环境中的周围细胞与干细胞本身之间会通过信号分子交流来进行相互作用，周围细胞通过产生信号分子来控制干细胞自身具有的许多调控因子，从而调节干细胞的增殖和分化。”

　　陈大华继续介绍道：“我们研究最基本的问题，就是干细胞与微环境之间的相互作用是如何发生的。例如，微环境周围细胞产生的信号分子是如何控制干细胞的不对称分裂，而干细胞又是如何反馈这些控制行为的。”

　　寻找合适的研究模式动物

　　要回答上述问题，必须进行必要和充分的实验验证。如何进行实验研究就成为摆在课题组面前的第一个难题。

　　目前，干细胞的相关研究主要有两种方法：一是离体系统，利用哺乳动物干细胞离体培养研究；二是活体系统，利用活体通过遗传学方法研究干细胞命运调控机制。

　　“这两种方法各有利弊。”陈大华说，“离体培养的研究方法与临床应用结合较为紧密，但是由于机制不明朗，离体培养得到的研究成果推广到再生医学应用要承担很大的肿瘤发生风险；而活体系统研究可以通过遗传学方法清晰地揭示干细胞增殖分化在体内是如何被调控的。”

　　果蝇生殖干细胞是目前研究干细胞命运调控的理想系统之一。据陈大华介绍，果蝇的优势一是生命周期短（约两周）；二是果蝇全基因组测序在2000年就已基本完成，约一半蛋白与哺乳动物蛋白有序列同源性；三是果蝇具有丰富的遗传学资源。这些特点使得果蝇作为有利的遗传学根据在生命科学研究中发挥重要的作用，并大大地推动生命科学的发展。

　　层层深入的研究路径

　　由于干细胞的增殖分化受到外源信号与内源信号的双重调节，区别外源信号与内源信号就显得尤为重要。由于果蝇具有良好的标记系统，研究者很容易将干细胞与分化细胞相区别。调节果蝇卵巢生殖干细胞的信号分子很多，各种信号的相关研究开展较早，机理也较为清楚。陈大华课题组的研究也是从对Bam（Bag of marbles)基因这种外源信号的研究展开的。

　　以前的研究表明，当Bam基因被从干细胞中去除时，果蝇卵巢内所有的生殖干细胞都不再进行分化而是不断自身复制和增殖，卵巢内所有的细胞都成为生殖干细胞类似细胞；当Bam基因在干细胞中易位表达时，果蝇卵巢内所有的生殖干细胞都不再进行自我更新而直接产生分化子细胞，使得生殖细胞缺失，最终导致果蝇丧失生殖能力。

　　有趣的是，另一外源信号Dpp（decapentaplegic）基因的作用效果刚好与Bam基因相反。那么Dpp基因产物是否参与了Bam基因表达的调控呢？

　　陈大华此前的研究发现，Dpp信号途径下游的转录因子能够与Bam沉默子结合并抑制Bam基因转录表达。这又产生了下一个问题，该信号途径究竟是如何产生的，要具备哪些必要条件呢？为此，课题组进行了遗传筛选工作。

　　结果，陈大华研究组发现，核膜蛋白Ote在信号途径中起着非常重要的作用。反复的实验证明，Ote蛋白能够通过调控某种信号途径，进而关闭控制干细胞分化的关键Bam基因的转录表达，以实现干细胞的自我更新。通过结构与功能的关系分析，他们发现Ote蛋白作用位点为干细胞的核内膜，证明它是一种内源因子，并由此推测Ote蛋白可能与信号途径的核内组分相互作用完成其功能。通过生物化学方法，他们还发现Ote蛋白能够结合到Bam沉默子上，以调节生殖干细胞的命运。

　　陈大华说：“核膜蛋白在染色质组织、基因调控、信号转导等方面均起着非常重要的作用。然而这类蛋白的生理功能至今仍未阐明。我们的研究工作的意义主要体现在3个方面：一是证明了核膜蛋白参与了干细胞的命运调控，并可能推广到哺乳动物；二是为核膜蛋白如何参与‘基因沉默’来调节果蝇生殖干细胞的命运提供了初步的机制性解释；三是可能为解析人类的核膜蛋白的编码基因缺失相关疾病（如早衰等）的发病机制提供新的研究思路。”