2018年6月6日，英國(guó)皇家科學(xué)會(huì)會(huì)刊(Proceedings of the Royal Society B)以歷史最長(zhǎng)篇幅（10頁(yè)），在線報(bào)道了東南大學(xué)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(píng)論。
英國(guó)皇家科學(xué)會(huì)會(huì)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(gè)生物類期刊之一。這次發(fā)表東南大學(xué)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(xì)胞內(nèi)消化機(jī)制的消化器官，第一次以直接證據(jù)，證明細(xì)胞內(nèi)消化機(jī)制在多細(xì)胞動(dòng)物的真實(shí)存在，否定了流行170多年的肝盲囊理論。這是生物學(xué)史上一次重大的理論突破。
細(xì)胞內(nèi)消化方式通常被認(rèn)為是單細(xì)胞動(dòng)物特有的原始消化方式。學(xué)界普遍認(rèn)為：多細(xì)胞動(dòng)物以細(xì)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(dòng)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(xì)胞能夠直接吞噬藻類等食物顆粒，并且能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效的消化、吸收和利用。文昌魚消化道上皮細(xì)胞通過強(qiáng)大的消化和免疫功能基因群，不但能夠直接在細(xì)胞內(nèi)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還能夠有效降解藻毒素等有害物質(zhì)，達(dá)到直接把藻類轉(zhuǎn)化為可吸收、無毒害營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)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(xué)難題?，F(xiàn)有藻類處理方法成本高昂、技術(shù)路徑曲折，實(shí)用性差。該論文報(bào)道的研究成果不僅加深了人們對(duì)脊椎動(dòng)物的演化起源的認(rèn)識(shí)，而且為藻類環(huán)境污染治理，藻類生物質(zhì)的綜合利用等指明了方向，如把藻類轉(zhuǎn)化為飼料原料等應(yīng)用。該成果將在生態(tài)環(huán)境治理、飼料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生顛覆性變革。
1.在脊椎動(dòng)物演化起源研究方面
文昌魚盲囊與脊椎動(dòng)物的肝臟和胰腺相似，也發(fā)育來源于前腸內(nèi)胚層的后部細(xì)胞群，因此文昌魚盲囊是脊椎動(dòng)物肝臟和胰腺演化起源研究的焦點(diǎn)，正確認(rèn)識(shí)文昌魚盲囊的生理功能和發(fā)育來源是相關(guān)研究的核心。在過去的170多年中，文昌魚盲囊的生理學(xué)定位一直存在巨大爭(zhēng)議。Müller于1844年，基于形態(tài)觀察提出文昌魚盲囊是脊椎動(dòng)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(xué)顯微鏡，觀察到文昌魚盲囊可以吸收一些微小顆粒，因此認(rèn)為盲囊可能是一種消化器官，與脊椎動(dòng)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(xì)胞還能表達(dá)一定數(shù)量的免疫基因，如VCBPs等(Litman,2002)，因此有部分學(xué)者提出盲囊是一種原始的免疫中樞?，F(xiàn)在三種觀點(diǎn)都很流行，分別被不同學(xué)者接受，以至全球生物學(xué)教科書和專著中對(duì)文昌魚盲囊的相關(guān)論述存在巨大分歧，嚴(yán)重影響學(xué)界對(duì)脊椎動(dòng)物演化起源的整體性認(rèn)識(shí)。由于文昌魚盲囊具有高度的內(nèi)源酶活性，常規(guī)固定方法會(huì)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(xì)胞形態(tài)學(xué)直接結(jié)果。同時(shí)，現(xiàn)有報(bào)道也沒有基于轉(zhuǎn)錄組學(xué)或蛋白質(zhì)組學(xué)研究的整體性研究結(jié)果，因此文昌魚盲囊的生理學(xué)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(nèi)源酶活性組織的特殊固定方法，并結(jié)合全長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄組文庫(kù)制備和測(cè)序技術(shù)，輔以原位雜交和定量PCR技術(shù)，在生物學(xué)史上，首次證明文昌魚盲囊是一種執(zhí)行細(xì)胞內(nèi)消化機(jī)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(xì)胞內(nèi)消化機(jī)制在多細(xì)胞動(dòng)物的真實(shí)存在，并徹底否定了流行170多年的肝盲囊錯(cuò)誤理論。相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果顯示，所有文昌魚盲囊上皮細(xì)胞都具有直接吞噬藻類等食物顆粒的能力。同時(shí)，全長(zhǎng)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和定量PCR結(jié)果表明，文昌魚盲囊上皮細(xì)胞具有雙重細(xì)胞生理學(xué)特性：在饑餓狀態(tài)，具有類似脊椎動(dòng)物外分泌胰腺細(xì)胞的特性，高度表達(dá)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(dòng)物吞噬細(xì)胞的類似特性，高度表達(dá)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(xì)胞在降解藻類等食物顆粒的同時(shí)，還能夠有效抑制藻毒素等有害物質(zhì)，達(dá)到直接把藻類等食物顆粒轉(zhuǎn)化為無毒害可吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的目的。
2.在藻類的環(huán)境污染治理和飼料工業(yè)應(yīng)用方面
陸祖宏何春鵬師生同時(shí)利用Gateway™ pYES-DEST52載體，構(gòu)建文昌魚消化道上皮細(xì)胞全長(zhǎng)功能基因翻譯文庫(kù)，通過釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)體外海量表達(dá)文昌魚細(xì)胞內(nèi)消化機(jī)制相關(guān)功能基因組，以此功能基因組的蛋白質(zhì)粗提產(chǎn)物按照1：1000比例和藍(lán)藻混合，能夠得到與文昌魚盲囊上皮細(xì)胞在自然狀態(tài)的類似效果，在24小時(shí)以內(nèi)把藍(lán)藻降解為無毒害、可吸收的小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（相關(guān)研究還在進(jìn)一步優(yōu)化之中）。相關(guān)研究成果如果能夠成功轉(zhuǎn)化，將在生態(tài)與環(huán)境污染治理，飼料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等三方面產(chǎn)生革命性影響。不但藍(lán)藻環(huán)境污染問題將得到有效治理，而且相關(guān)藍(lán)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(zhì)量替代品，進(jìn)而對(duì)農(nóng)業(yè)行業(yè)的口糧和經(jīng)濟(jì)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(guān)研究成果直接否定了肝盲囊的錯(cuò)誤理論，證明了van Weel關(guān)于消化盲囊預(yù)判的正確性，陸祖宏何春鵬師生還從演化-發(fā)育生物學(xué)(Evo-Devo)研究出發(fā)，證明文昌魚盲囊和脊椎動(dòng)物胰腺一樣，發(fā)育來源與Pdx1陽(yáng)性前場(chǎng)內(nèi)胚層，提示文昌魚盲囊和脊椎動(dòng)物胰腺為演化同源器官。相關(guān)研究成果已被Nature Ecology & Evolution送審。
