浙大原创性成果登上《自然》 植物“电池”让动物细胞从衰老变年轻

　　菠菜，曾因“大力水手”这个卡通形象给许多70后、80后留下了深刻的童年回忆。现在浙江大学医学院附属邵逸夫医院骨科林贤丰医师、范顺武教授团队与浙江大学化学系教授唐睿康团队成功从菠菜中提取了具有光合作用的“生物电池”——类囊体，并通过精密的制备技术，在国际上首次实现植物的类囊体跨物种递送到动物体衰老病变的细胞内，让动物细胞也拥有植物光合作用的能量，以此敲开逆转细胞退变衰老的“时光之门”。这项原创性科研成果12月8日被国际顶级期刊《自然》（Nature）杂志以长文（Article）形式刊登。

　　据介绍，该项研究最令人兴奋之处在于，团队开发了细胞膜纳米涂层技术，将哺乳动物细胞膜包覆在纳米化植物类囊体外层，通过细胞膜伪装包封的方式巧妙地将植物类囊体种间移植到哺乳动物细胞，成功解锁跨物种间能量传递的“密码”，实现特异性供应能量，并在退行性骨关节炎疾病的治疗应用中得以验证。

　　越来越多的研究发现，动物细胞能量不足是组织衰老和退行性疾病发生发展的关键原因。正如人类一日三餐需要补充营养一样，细胞更新代谢也需要能量和物质补给，而ATP和 NADPH就是细胞再生修复不可或缺的能量货币和物质货币。

　　“我们能否设计一个‘充电’装置，在细胞内可控地产生ATP和NADPH？” 林贤丰提出了一个设想。利用生物材料合成ATP和NADPH，科学家们已经做出了巨大努力，但是如何让细胞“接受”这样一种外来装置，并精准地调控ATP和NADPH的浓度，一直是该领域的世界级难题。

　　团队敏锐地将目光投向了神奇的自然界——自然界中，植物和动物形成了完美的互补关系，植物通过吸收二氧化碳产生氧气和糖，而动物恰恰相反。是否能将这种宏观的互补关系延伸至细胞层面，让植物的能量供应系统成为动物细胞补给能量的“生物电池”？

　　数十亿年来，植物已经进化了出了一个近乎完美的能量供应细胞器——类囊体，正是一个可控、稳定生成ATP和NADPH的能量工厂。研究团队选择了在每天都吃的、菜市场中最绿的，也是在研究植物代谢领域较为普遍的菠菜作为原材料，经过不懈努力，成功提取并纯化了菠菜绿叶中的类囊体组分。

　　长久以来，跨物种递送生物活性组分研究进展缓慢。尤其是人体拥有一套复杂的免疫系统，以巨噬细胞为主的各类免疫细胞会对异物进行主动识别和吞噬清除，进而再通过溶酶体降解消化异物。

　　“既然物种间有屏障，那么就用细胞自己的细胞膜来包载怎么样？” 浙大邵逸夫医院骨科陈鹏飞利用同源靶向作用原理，让细胞以为所递送的类囊体是“自己人”，从而避免体内的免疫排斥，实现细胞跨界移植纳米植物类囊体。

　　经过一番摸索，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。

　　“外源生物材料从溶酶体逃离是实现成功递送的重要环节，我们通过多种胞吞抑制试验反复验证了动物细胞不再将纳米类囊体作为‘异物’进行清除，从而使其成为它的一部分。”研究团队成员、浙大邵逸夫医院生物医学研究中心特聘研究员刘欣补充道，这也就意味着，研究团队掌握了延缓动物细胞退变衰老的“黑科技”。

　　团队通过多种跨学科技术手段的验证，在经历了一年多的扎实实验和测试分析后，验证了纳米化的类囊体可以保留类囊体上光合作用所需的蛋白和其他功能单体，保持足够的作用时间和降解稳定性，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。

　　为了检验这类“生物电池”是否能逆转病变细胞代谢状态，团队首先选择了骨关节炎的疾病模型对这类“生物电池”进行“概念性验证”。骨关节炎是目前临床上致畸致残的最主要原因之一，正是由于软骨细胞的能量代谢失衡，ATP、NADPH耗竭而导致关节软骨破坏。目前骨关节炎的生物治疗还无法系统性地纠正损伤退变软骨细胞的代谢失衡，因此临床预后不佳。

　　浙大邵逸夫医院骨科主任范顺武带领科研团队历经一年多的时间，不断寻求各种跨学科的技术手段，系统地验证了软骨细胞膜包封的纳米类囊体不仅可以有效地逃避免疫系统清除，同时还能够被退变的软骨细胞选择性摄取。通过体外无创化光照治疗，实现精确增强退变软骨细胞内的ATP、NADPH水平并能维持足够的“续航”能力，从而重塑软骨细胞的合成代谢，实现退行性骨关节炎疾病的治疗。

　　唐睿康说：“这项研究展示了将天然植物来源的类囊体跨物种移植到哺乳动物细胞的生物医学应用，这项研究的关键原材料源于天然植物，生物安全性高，同时细胞膜纳米涂层技术具备规模化生产潜力，这一创新性技术有望未来在医学、能源、材料等领域实现应用。”

　　目前，研究团队已同步递交了发明专利并着手进行产品转化。