多年来，研究人员一直在使用荧光蛋白
在细菌和动物体内研究从基因治疗、神经发育到癌症和肢体再生等一切领域（并创造一些非常漂亮的图像
）。其原理相当简单：通过将 GFP（绿色荧光蛋白，最初发现于水母）的基因插入到另一个基因的末端——例如血红蛋白的基因——其发出的光就可以用来测量产生多少血红蛋白以及在细胞的哪个部位产生。受 GFP 作为研究工具的成功启发（它为其发现者赢得了 2008 年诺贝尔化学奖
），科学家们采用了类似的方法来识别和定位动物模型中的移植干细胞。只是在他们的情况下，他们开始使用荧光素酶
的基因，这是一种负责萤火虫迷人光芒的酶。如果这种方法有效，它可能会使干细胞成为治疗心脏病的有力工具。生物发光成像（BLI）就是这种方法，它利用荧光素酶催化荧光素（一种色素，即使穿透多层组织也能被感知）氧化时发出的光，来追踪小型动物的胚胎和成体干细胞。尽管它缺乏磁共振成像等更先进成像技术的空间分辨率，但 BLI 在体外观察干细胞方面已经证明了其有用性。BLI 可能更有用的地方在于，它是否也能阐明干细胞的分化状态——也就是说，它们是否在履行其职责。例如，如果医生想用干细胞治疗中风患者，能够直观地监测细胞的进展并确定它们是否正在形成新的神经元将会很有帮助。得益于一些巧妙的工程技术，佛罗里达大学中央分校的 Steven Ebert 领导的一个研究小组开发了一种小鼠胚胎干（mES）细胞系，该细胞系发光越快，分化成新的心肌组织就越快
。这种细胞系可以极大地增进医生对患病心脏如何恢复以及干细胞如何引导再生过程的理解。最终，它甚至可能消除某些类型心脏手术的必要性。他们通过将荧光素酶基因 (LUC) 的表达与 Ncx-1 基因联系起来实现的，Ncx-1 基因编码一种能清除细胞中过量钙离子的蛋白质，对神经功能的正常发挥至关重要。由于 Ncx-1 基因仅在新组织中表达，Ebert 及其同事用它来量化组织生长。作为对照，他们创建了另外两个 mES 细胞系，其中荧光素酶的表达与另一些基因相关联。这些细胞系在其他方面与 Ncx-1-LUC 细胞系相同。他们将这些细胞系的区别和未区别的版本注入到几只小鼠的心室中，并立即测量荧光素酶活性（即寻找美丽的光芒）。虽然他们在少数样本中看到了光，但大多数样本在一段时间内几乎没有或根本没有荧光素酶活性。然而，几天后，光信号变得稳定，在某些情况下，光信号随着时间的推移而增强——这表明心脏正在再生。在心肌分化开始后表现出最强生物发光的小鼠，是那些接受了 Ncx-1-LUC 细胞系的小鼠。相比之下，接受荧光素酶与其他基因连接的细胞系的小鼠在分化后没有表现出增强的生物发光。事实上，有些甚至表现出更少的生物发光。尽管存在所有通常的注意事项，但该技术的主要优势在于，它能够使医生在不诉诸手术的情况下监测心血管疾病患者的恢复速度。将干细胞注入患者心脏后，医生只需一台配备特殊相机镜头的显微镜即可评估其进展。同样的方法也可以用于评估一系列其他基于干细胞的疗法。由于荧光素酶不会损害干细胞的性能或人体，因此没有理由不能将其用于其他器官——也许可以进一步调整基因，为每个器官产生独特的光芒。如果胚胎干细胞资助的持续诉讼得以解决，研究人员将拥有一个闪亮的新工具来帮助他们将干细胞转化为治疗方法。
图片：Steven Ebert/UCF
