2018年6月6日，英國皇家科學會會刊(Proceedings of the Royal Society B)以歷史最長篇幅（10頁），在線報道了東南大學陸祖宏、何春鵬師生等撰寫的研究性論文《Phagocytic intracellular digestion in amphioxus (Branchiostoma》，并被《自然》雜志以Highlight形式評論。
英國皇家科學會會刊是世界上最古老的科研雜志，是《自然》雜志索引名錄的30個生物類期刊之一。這次發(fā)表東南大學陸祖宏、何春鵬師生的研究論文，發(fā)現(xiàn)了文昌魚盲囊是一種執(zhí)行細胞內消化機制的消化器官，第一次以直接證據(jù)，證明細胞內消化機制在多細胞動物的真實存在，否定了流行170多年的肝盲囊理論。這是生物學史上一次重大的理論突破。
細胞內消化方式通常被認為是單細胞動物特有的原始消化方式。學界普遍認為：多細胞動物以細胞外消化方式來消化食物。陸祖宏、何春鵬師生在10余年的脊椎動物肝臟、胰腺演化起源研究中，意外發(fā)現(xiàn)文昌魚消化道（特別是盲囊部分）上皮細胞能夠直接吞噬藻類等食物顆粒，并且能夠對其進行有效的消化、吸收和利用。文昌魚消化道上皮細胞通過強大的消化和免疫功能基因群，不但能夠直接在細胞內部把藻類降解為氨基酸、寡肽、寡糖、寡核苷酸、脂肪酸、維生素和微量元素等營養(yǎng)物質，還能夠有效降解藻毒素等有害物質，達到直接把藻類轉化為可吸收、無毒害營養(yǎng)物質的目的（見下圖）。
藻類的生態(tài)污染治理和有效利用一直是困擾全世界的科學難題。現(xiàn)有藻類處理方法成本高昂、技術路徑曲折，實用性差。該論文報道的研究成果不僅加深了人們對脊椎動物的演化起源的認識，而且為藻類環(huán)境污染治理，藻類生物質的綜合利用等指明了方向，如把藻類轉化為飼料原料等應用。該成果將在生態(tài)環(huán)境治理、飼料產(chǎn)業(yè)結構等相關領域產(chǎn)生顛覆性變革。
1.在脊椎動物演化起源研究方面
文昌魚盲囊與脊椎動物的肝臟和胰腺相似，也發(fā)育來源于前腸內胚層的后部細胞群，因此文昌魚盲囊是脊椎動物肝臟和胰腺演化起源研究的焦點，正確認識文昌魚盲囊的生理功能和發(fā)育來源是相關研究的核心。在過去的170多年中，文昌魚盲囊的生理學定位一直存在巨大爭議。Müller于1844年，基于形態(tài)觀察提出文昌魚盲囊是脊椎動物肝臟的演化前體器官，因此定義盲囊為肝盲囊(Hepatic diverticulum)。van Weel于1937年，利用普通光學顯微鏡，觀察到文昌魚盲囊可以吸收一些微小顆粒，因此認為盲囊可能是一種消化器官，與脊椎動物的外分泌胰腺演化同源，故定義盲囊為消化盲囊(Digestive diverticulum)。近期研究又表明,文昌魚盲囊上皮細胞還能表達一定數(shù)量的免疫基因，如VCBPs等(Litman,2002)，因此有部分學者提出盲囊是一種原始的免疫中樞。現(xiàn)在三種觀點都很流行，分別被不同學者接受，以至全球生物學教科書和專著中對文昌魚盲囊的相關論述存在巨大分歧，嚴重影響學界對脊椎動物演化起源的整體性認識。由于文昌魚盲囊具有高度的內源酶活性，常規(guī)固定方法會引起其在固定過程中的快速自溶，因此不能得到令人信服的基于透射電子顯微鏡的高分辨細胞形態(tài)學直接結果。同時，現(xiàn)有報道也沒有基于轉錄組學或蛋白質組學研究的整體性研究結果，因此文昌魚盲囊的生理學定位一直處于不明確狀態(tài)。
過去10年中，陸祖宏何春鵬師生基于自主研發(fā)的能夠有效固定高內源酶活性組織的特殊固定方法，并結合全長轉錄組文庫制備和測序技術，輔以原位雜交和定量PCR技術，在生物學史上，首次證明文昌魚盲囊是一種執(zhí)行細胞內消化機制的消化器官，第一次以透射電子顯微鏡直接證據(jù)，證明細胞內消化機制在多細胞動物的真實存在，并徹底否定了流行170多年的肝盲囊錯誤理論。相關試驗結果顯示，所有文昌魚盲囊上皮細胞都具有直接吞噬藻類等食物顆粒的能力。同時，全長轉錄組測序和定量PCR結果表明，文昌魚盲囊上皮細胞具有雙重細胞生理學特性：在饑餓狀態(tài)，具有類似脊椎動物外分泌胰腺細胞的特性，高度表達多種消化酶；在飽食狀態(tài)，由于受到食物顆粒的刺激，具有脊椎動物吞噬細胞的類似特性，高度表達VCBPs、Gram-negative bacteria-binding protein、alpha2-macroglobulin、big defensin和Toll-interacting protein等多種免疫基因。這種雙重屬性保證，文昌魚盲囊上皮細胞在降解藻類等食物顆粒的同時，還能夠有效抑制藻毒素等有害物質，達到直接把藻類等食物顆粒轉化為無毒害可吸收營養(yǎng)物質的目的。
2.在藻類的環(huán)境污染治理和飼料工業(yè)應用方面
陸祖宏何春鵬師生同時利用Gateway™ pYES-DEST52載體，構建文昌魚消化道上皮細胞全長功能基因翻譯文庫，通過釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)體外海量表達文昌魚細胞內消化機制相關功能基因組，以此功能基因組的蛋白質粗提產(chǎn)物按照1：1000比例和藍藻混合，能夠得到與文昌魚盲囊上皮細胞在自然狀態(tài)的類似效果，在24小時以內把藍藻降解為無毒害、可吸收的小分子營養(yǎng)物質（相關研究還在進一步優(yōu)化之中）。相關研究成果如果能夠成功轉化，將在生態(tài)與環(huán)境污染治理，飼料產(chǎn)業(yè)結構，以及農業(yè)產(chǎn)業(yè)結構等三方面產(chǎn)生革命性影響。不但藍藻環(huán)境污染問題將得到有效治理，而且相關藍藻降解產(chǎn)物將是豆粕、肉骨粉和魚粉等飼料成份的有力低成本高質量替代品，進而對農業(yè)行業(yè)的口糧和經(jīng)濟作物比例產(chǎn)生根本性影響。
3.其它衍生研究成果
由于相關研究成果直接否定了肝盲囊的錯誤理論，證明了van Weel關于消化盲囊預判的正確性，陸祖宏何春鵬師生還從演化-發(fā)育生物學(Evo-Devo)研究出發(fā)，證明文昌魚盲囊和脊椎動物胰腺一樣，發(fā)育來源與Pdx1陽性前場內胚層，提示文昌魚盲囊和脊椎動物胰腺為演化同源器官。相關研究成果已被Nature Ecology & Evolution送審。
