顺利发了Nature,但回忆起3年前的那次意外,他仍⼼有余悸。由于灌⽔的机器发⽣故障,张智辉养了两年多的实验⿏全废了。看着眼前被挤爆的⽔袋和奄奄⼀息的⼩⿏们,他眼前⼀⿊,顿时不知所措。这意味着,张智辉关于裸鼹⿏⻓寿机制的研究进度⾄少要往后延半年。尽管3年后,这位来⾃美国罗切斯特⼤学的博⼠⽣还是顺利将成果发表在了Nature上,但回忆起博⼠三年级时这场祸起动物房的意外,他仍⼼有余悸。
这是张智辉读博以来最重要的成果之⼀。他花了近6年时间,在全世界⾸次将来⾃⻓寿物种的⻓寿机制转化⾄短寿物种上,成功验证了⾼分⼦量透明质酸可帮助其他物种抗癌,延⻓健康寿命。这个漫⻓⼜波折的科研故事,得从⼀间藏着很多“⽼神仙”的实验室讲起。研究衰⽼的实验室,⼤多喜欢选择⼀些短寿的模式⽣物做实验,如线⾍、果蝇和⼩⿏等。因为实验周期短,获取资源⽐较⽅便,能更快做出成果。
但在罗切斯特⼤学有这样⼀间实验室,却“反其道⽽⾏”,净找些动辄活好⼏⼗岁的⻓寿物种来研究,如平均寿命40岁以上的裸鼹⿏、能活200多岁的⼸头鲸等。这间实验室的负责⼈是⽣物系教授Vera Gorbunova,她也是罗切斯特⼤学衰⽼研究中⼼的联合主任。Vera教授在DNA损伤修复领域⾮常出名,但对很多年轻⼈⽽⾔,她实验室这些珍贵的“⽼神仙”样本则更具吸引⼒。张智辉便是慕名⽽来的学⽣之⼀。
6年前,他就对这间独特的实验室有所⽿闻,还打听到Vera Gorbunova本⼈的科研直觉⾮常敏锐,⼀直活跃在衰⽼研究最前沿,并且能给予学⽣很⼤的科研⽀持。研究⽅向、实验室氛围和导师⻛格都是他的“理想型”,于是,张智辉便申请了Vera的博⼠。由于实验室规模较⼤,Vera平时⼯作⼜忙,所以她对学⽣基本采取“放养”模式,很少直接⼲预他们的课题,同时给予各个课题最⼤的⽀持与辅助。
尽管同⻔众多,但每个⼈做的课题都各不相同,所以彼此间互不竞争,合作居多。这种“⼜卷⼜松弛”的氛围很对张智辉的胃⼝:“我本身就是很‘佛系’的⼈,不喜欢和别⼈争,主要也争不过。”说着,他腼腆地笑了起来。张智辉最感兴趣的是裸鼹⿏。事实上,裸鼹⿏是衰⽼领域的“明星物种”,它不仅能健康地活到40岁,甚⾄在死前⼀年还能⽣育,是⼈类研究⻓寿机制的优质样本。
Vera的实验室多年来⼀直对裸鼹⿏的抗癌及⻓寿机制进⾏深⼊的研究。在此前的研究中,团队对裸鼹⿏的细胞做了原代培养,发现相⽐于⼩⿏细胞,裸鼹⿏的细胞抗癌变能⼒极强。⽽⾼分⼦量透明质酸⼜是这种抗癌能⼒的关键。这种透明质酸在所有动物的体细胞内都存在,只是表达量各有不同。从那时起,科学家们就已经意识到细胞内的透明质酸含量和动物的健康寿命之间可能存在紧密关联。
在张智辉进⼊实验室前,实验室刚刚成功建⽴了过表达裸鼹⿏透明质酸合成酶(nmrHAS2)的转基因⼩⿏模型,为张智辉之后的研究打下了基础。针对这批⼩⿏,张智辉⾸先花了两年左右的时间建⽴它们的⻓寿曲线,发现转基因让雌性⼩⿏的平均寿命延⻓了9%左右,⽽雄性⼩⿏的最⼤寿命也延⻓了14%左右。更令⼈感到惊喜的是,产⽣更多的⼤分⼦量透明质酸让⼩⿏有了更好的抗癌能⼒。
转基因⼩⿏⾃发性癌症和化学诱导性癌症的发⽣概率都得到了极⼤降低。看来,来⾃裸鼹⿏的透明质酸合成能⼒的确能让其他物种的寿命延⻓,但是为什么呢?接下来,张智辉需要解释其中的原因。“机制难寻,肠道菌群”花了3年多,张智辉最终揭示了⼩⿏的⻓寿机制。对这些⼩⿏进⾏研究时,他激动地发现转基因⼩⿏在衰⽼过程中有着更低的炎症⽔平,⽽与衰⽼相关的慢性炎症被认为是很多衰⽼相关疾病的重要诱因。
更低的炎症⽔平正是nmrHAS2⼩⿏拥有更⻓健康寿命的关键!
回想起⼤分⼦玻尿酸的⽣理功能,张智辉⾸先找到了⼤分⼦玻尿酸起作⽤的两条关键路径,分别是:第⼀,⼤分⼦玻尿酸可以直接中和⾃由基,从⽽保护体细胞免受氧化损伤,这样在⼩⿏衰⽼过程中会有更少的损伤细胞积累,从源头上降低了衰⽼相关炎症的⽔平;第⼆,⼤分⼦玻尿酸可以直接作⽤于⼩⿏的免疫系统达到免疫调控作⽤,在衰⽼过程中防⽌免疫细胞过度激活以达到抗炎症的⽬的。
在之后的研究⼯作中,张智辉更是有了⼀个惊奇的发现:⼤分⼦玻尿酸在⼩⿏体内⾃体合成后,竟然可以激活肠道的⼲细胞,促进肠道健康。“⼤家有句玩笑话叫‘机制难寻,肠道菌群’,近三四年很多⽂章都证明了动物在衰⽼的进程中,肠道的屏障作⽤会降低,肠道⾥的微⽣物就会进⼊到⾎液循环⾥⾯,造成炎症反应。”张智辉解释道。但他在⼩⿏身上印证玻尿酸与肠道⼲细胞之间关系的过程充满了戏剧性。
⼀开始,张智辉只是测试了⼀下⼩⿏肠道的通透性,得到了⼀个很好的结果后,再慢慢筛选,看到底是哪种细胞引起⼩⿏的肠道通透性表现更好,最后发现转基因⼩⿏中帮助形成肠道屏障功能的杯状细胞和潘⽒细胞数量都有明显上升。由于这两种细胞都是由肠道⼲细胞分化⽽来,所以他⼜检测了⼲细胞的数量,可惜的是,转基因⼩⿏并没有更多的⼲细胞。此时的他并没有放弃。
他分离了不同年龄段⼩⿏的⼲细胞,在体外进⾏了类器官的培养,发现肠道⼲细胞活性会随着⼩⿏衰⽼的过程逐渐降低。在把⽼年对照组⼩⿏的⼲细胞⽤玻尿酸处理过后,张智辉惊讶地发现,那些失去功能的⼲细胞被再次激活了!也就是说,⼤分⼦玻尿酸可以通过维持⼩⿏肠道⼲细胞的⼲性,来维持衰⽼过程中肠道的屏障功能,从⽽降低衰⽼相关炎症⽔平,延⻓⼩⿏的健康寿命。这个“试”的过程⾮常熬⼈。
在张智辉所在的基础⽣物学领域,花5⾄6年时间磨出⼀项有质量的研究是很常⻅的情况。更别说过程中可能会遭遇⼀些令⼈崩溃的突发状况了。博⼠三年级时,张智辉就曾经历过这样的崩溃瞬间。由于灌⽔机器发⽣故障导致⿏笼⽔袋泄漏,他养在学校动物房的⼀批两年龄⼩⿏全部⽆法被⽤于后续实验了。“我等了两年,就要等到⽤这些⼩⿏做实验了,发现全部都不能⽤了。”再讲起这起事故,张智辉脸上平静了许多。
在他看来,做动物衰⽼实验就是这样,需要有⾜够强的抗压能⼒和规划能⼒。“做⼩⿏衰⽼实验的话,你现在就得计划到两年后的实验,要为两年后的实验准备⾜够多的⼩⿏,以应对各种⻛险。”他说。张智辉是云南昆明⼈,2007年考⼊云南⼤学⽣命科学与技术基地班,2011年进⼊北京协和医学院攻读硕⼠研究⽣,2014年夏天毕业后,进⼊云南省疾控中⼼⼯作。
本科及硕⼠期间,张智辉还没能体会到做科研的乐趣,直到⼯作半年后才发觉,科研才是最适合⾃⼰的道路。“⼯作⼀直在重复同样的事情,那个时候才意识到,做研究是多么有意思,因为你每天都可以做全新的东⻄。”于是,张智辉辞职了,脱产申请博⼠。“我硕⼠是做丙肝病毒疫苗开发的,⼯作以后主要做艾滋病防治⼯作,从这些经历中我吸取到的经验就是,与其花时间花钱去治疗⼀个疾病,不如去预防⼀个疾病,这样成本更低。
”于是,张智辉才选择进⼊衰⽼领域。张智辉身上有种难得的舒展,和他聊天,仿佛时间都慢了⼀点。从2017年出国读博⾄今,由于疫情及签证的缘故,他已经有6年多没回家了。但好在他是和妻⼦⼀起出国的,就读于同⼀院系的两个年轻⼈相互⽀持,彼此陪伴,也悉⼼经营着科研之外的⼩⽇⼦。张智辉是名摄影爱好者,他经常为实验室的动物们拍摄写真,同时,还会为爱好汉服的妻⼦拍摄⼀些美丽的照⽚。
在他的镜头下,时间的纹理变得细腻⽽悠⻓,久居实验室的裸鼹⿏似乎也有了表情。接下来,张智辉和实验室的伙伴们也许会将“镜头”锁定到其他的⻓寿⽣物。他联系了⼀间跟计算⽣物学和⽐较⽣物学交叉的实验室,想继续做博后。“现在这个时代,学科交叉很重要。⽬前我还不⾜以完全独⽴,博后阶段我还想学更多的新技术和实验⽅法,多和交叉领域的⼈沟通交流,然后我也要往多个⽅向发展,这样才容易产⽣新的思路、新的成果。
”譬如靓汤需要慢炖,张智辉的科研之路也是如此。不慌不忙,稳扎稳打,继续驶向下⼀个彼岸。