蝙蝠对病毒免疫且极少患癌我们正试图向它们学习——《华尔街日报》
Betsy McKay | Photographs by Dylan Nelson for The Wall Street Journal
对许多人来说,蝙蝠是可怕的威胁,是携带危险病毒(可能包括新冠病毒的祖先)的吸血鬼般存在。
但对研究人员和生物技术投资者而言,这种神奇哺乳动物能帮助预防大流行,并为致命人类疾病或延缓衰老揭示突破性疗法。
蝙蝠会感染对人类致命的病毒却通常不发病,极少患癌。它们是唯一能真正飞行的哺乳动物,寿命极长——考虑到体型因素,某些蝙蝠的寿命相当于人类200岁以上。
科学家表示,虽然新冠疫情暴露了蝙蝠带来的健康风险,但也使得破解它们如何击溃病毒感染、避免癌症和其他疾病的研究更为紧迫。哺乳动物具有相似的基因组,意味着某一物种的发现可能适用于其他物种。
“这些是真正令人着迷的生物体,”西奈山伊坎医学院干细胞研究员托马斯·兹瓦卡说道。他正与一批科学家共同解码这种有翼哺乳动物的超能力。
新加坡杜克-国大医学院新发疾病项目教授王林发表示,蝙蝠“与人类差异不大,但它们能做到的事我们只能梦想”。他从事蝙蝠研究已近三十年。
Paratus Sciences公司正投入1亿美元研究蝙蝠,以开发针对病毒以及潜在癌症、糖尿病、衰老等疾病的新药。兹瓦卡博士是该生物技术公司的创始人之一,王博士则是创始顾问。
托马斯·兹瓦卡博士在西奈山伊坎医学院的办公室。这家在纽约和新加坡设有实验室的新公司已发现一些针对炎症(该症状与多种疾病相关)的潜在药物靶点,并计划五年内推出首款产品,全球运营总裁菲尔·费罗表示。“我们正在做的是利用哺乳动物的极端生理特性来引导我们更高效地进行药物研发,“他说。
美国国家过敏和传染病研究所正在资助对蝙蝠免疫系统的研究,称这可能带来针对炎症和传染病的治疗方法。一个由研究人员组成的联盟正在进行名为Bat1K的项目,旨在对现存所有1,462种蝙蝠的基因组进行测序。
一些科学家表示,从蝙蝠身上找到治愈新冠或癌症的方法可能希望渺茫且需耗时多年。蝙蝠生物学研究尚处于起步阶段,全球仅有少数实验室拥有用于研究的活体蝙蝠群落。“我们目前处于非常前沿的探索状态,“以色列特拉维夫大学约维尔蝙蝠实验室的研究员玛雅·温伯格说。
泰国一只洞穴花蜜蝙蝠正在为树木授粉。图片来源:梅林·塔特尔/科学图片库在动物身上寻找人类疾病疗法或治疗方法的历史由来已久。科学家们曾研究狗DNA、蛇毒和鲨鱼抗体以寻求治疗灵感。蝙蝠之所以突出,在于它们拥有多种超能力,包括携带病毒却不发病的特性。它们能携带埃博拉、尼帕病毒(一种由果蝠传播的致命病毒,在亚洲部分地区导致猪和人类患病)以及感染人类的冠状病毒的祖先病毒,不过目前尚未发现它们携带新冠病毒本身。
据蝙蝠保护组织称,蝙蝠是地球上最多样化的动物类群之一,占哺乳动物物种的22%以上。它们的体型从一英寸长的大黄蜂蝙蝠到翼展达6英尺的果蝠不等。尽管看似可怕,它们对环境至关重要——捕食蚊虫甲虫、为植物授粉并帮助森林再生。
王博士表示,蝙蝠感染病毒却通常不发病的能力,可能与它们数百万年进化成飞行哺乳动物过程中的适应性改变有关。他指出,有些蝙蝠每晚飞行5至8小时,心跳加速至每分钟1000多次,身体消耗大量热量。
“生物压力和应激反应令人难以置信,”他说。
有些蝙蝠每天摄入与自身体重相当的昆虫;另一些则吸食相当于体重1.5倍的花蜜。只有三个品种以血液为食。
根据王博士及其同事的研究,蝙蝠天生能抑制由压力或危险信号引发的炎症反应,包括飞行需求或病毒感染导致的DNA损伤。人类在免疫系统过度反应对抗病毒时会生病,但蝙蝠免疫系统的反应更为克制,能够容忍入侵者。
新加坡杜克-国大医学院新发疾病项目教授王林发研究蝙蝠已近三十年。图片来源:Ore Huiying for The Wall Street Journal“我们人类确实通过智力和大脑发育实现了进化,”他说,“但在免疫系统方面,我想成为一只蝙蝠。”他目前正将蝙蝠研究拓展至代谢疾病及其他生理学领域。
都柏林大学动物学家艾玛·蒂林表示,蝙蝠的免疫系统和炎症反应还可能帮助其抵抗衰老。过去十年她致力于研究长寿野生蝙蝠的衰老机制。“我们发现随着年龄增长,它们修复DNA的能力会增强,”同时担任Paratus公司创始顾问的蒂林博士说。
兹瓦卡博士的突破性研究正助力病毒学家和蝙蝠生物学家加速科研进程。2020年初得知新冠大流行病毒可能与蝙蝠有关时,这位干细胞研究者决定运用专业能力培育蝙蝠“多能”干细胞——通过将皮肤或血细胞重编程为类似胚胎细胞、能分化成任何细胞类型的干细胞,为实验室研究提供各类蝙蝠组织样本。
科学家们此前未能成功从蝙蝠身上培育出这些细胞。在兹瓦卡博士的实验室里,距离中央公园一处临时医院仅几个街区之遥(那里医生们正在照料新冠患者),他和同事从西班牙研究者寄来的蝙蝠组织中提取细胞,经过数月尝试不同配方,最终发现了一种能将其转化为多能干细胞的方案。
兹瓦卡博士实验室中储存在液氮里的冷冻细胞。美国国家过敏和传染病研究所病毒学家文森特·蒙斯特表示,兹瓦卡实验室培育的细胞让研究者前进了一步,他正在研究某些病毒对这些细胞的影响。“这些新工具将使我们能够进行非常精细的机制研究”,他说。
研究人员培育出的圆形蝙蝠干细胞与其他哺乳动物细胞差异显著。兹瓦卡博士指出,这些细胞含有携带病毒样结构的微小囊泡,以及许多其他干细胞不具备的基因——当病毒入侵细胞时这些基因会被激活。他表示,大量病毒基因已整合到蝙蝠基因组中,这进一步证明了蝙蝠如何耐受病毒。
一台帮助研究者对比蝙蝠蛋白质与人类细胞蛋白质的机器。“它们的基因构造似乎天生就能支持病毒存活,“他说道。
兹瓦卡博士表示,他和团队正在利用干细胞培育蝙蝠大脑和肺部"类器官”(能展现完整器官特性的人工培育细胞团)以及血液。在继续研究病毒感染的同时,他们还计划探究蝙蝠组织对癌症基因的反应机制、蝙蝠干细胞衰老过程,以及冬眠对蝙蝠的益处。
Paratus公司正与学术及政府科学家合作,深入研究蝙蝠的生理学特征,并通过基因组测序、干细胞等多种渠道收集分析数据。该公司通过对比蝙蝠细胞与人类细胞,试图理解两者对应激源的不同反应机制。Paratus首席科学官Deborah Slipetz(曾任默克公司药物研发专家)表示,团队还在进行跨物种数据比较——包括长寿蝙蝠与短寿蝙蝠、患癌蝙蝠与不患癌蝙蝠、以高蛋白昆虫为食的蝙蝠与以水果花蜜为食的蝙蝠的对比研究。
“它们如何应对足以引发人类代谢紊乱的高糖负荷?“她指出,“这可能为理解糖尿病等疾病的控制方法提供独特视角。”
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本文发表于2023年4月13日印刷版,原标题《为何人类应该向蝙蝠学习》