来源:十点科学

  DNA不止细胞里有,血液、唾液、尿液里都有,有些还和癌症息息相关。

  来源:CHRIS BICKEL/SCIENCE

  作者|刘天同 清华大学医学院

  编辑|陈天真

  DNA这种东西,真的很奇怪,到处都有。空气里有,水里有,人体里更有。

  我们知道,细胞核里的染色体携带着DNA,这是我们生长发育所必须的整套遗传物质。高中生物学得好的同学还知道,线粒体也有自己的一套DNA。除此之外呢?生物学家还分离出了各种来源的DNA:

  细胞核里染色体之外的区域有DNA,细胞核外的细胞质里有DNA,细胞膜上镶嵌着或长或短的DNA。而且,人体内还有很多处于完全游离状态的DNA,广泛存在于血液、唾液、尿液、脑脊液里——可以说一个人从头到脚,找不到一块没有游离DNA的地方。

  这些DNA从哪里来?它们是染色体DNA复制时打出来的草稿吗?还是在广袤无垠的细胞里迷失方向的DNA同胞?虽然科学家对此也没有确切答案,但一些研究发现,它们很多与癌症息息相关。

  游离肿瘤DNA:

  肿瘤细胞的遗物?

  我们通常以为,作为人体的遗传物质,DNA应该是乖乖待在细胞里。但研究发现,我们体内几乎所有种类的细胞,都在以某种方式向细胞外释放DNA,既可能是细胞衰老、死亡过程中被动释放出来,也可能是细胞主动“吐”出来。

  它们游离于血液和其他各种体液当中,因而被称为游离DNA。在肿瘤病人体内,来源于肿瘤细胞的那一部分游离DNA,被称为游离肿瘤DNA

肿瘤细胞会向血液中释放游离肿瘤DNA(ctDNA)。|mycancergenome.org肿瘤细胞会向血液中释放游离肿瘤DNA(ctDNA)。|mycancergenome.org

  这些DNA通常都很短,只包含50~200个脱氧核苷酸,完全不可能表达成蛋白质发挥功能。科学家对这些DNA测序后发现,基因组里几乎每一段DNA,都体现在这些片段化的游离DNA中,就像我们体内有一把无聊的剪子,咔嚓咔嚓把奇长无比的基因组DNA剪成了一段一段。

  我们的身体为什么会产生这些短小的游离DNA?是某种未知力量在故意捣乱吗?

  我们知道,肿瘤形成的本质是基因突变:人随着年龄增长,细胞内DNA复制次数增多,基因突变日积月累,最终引发肿瘤。

  各种研究证实,在老年人和多种疾病患者体内,可以检测到更多游离DNA。由于肿瘤细胞生长旺盛,更新速度快,在肿瘤病人的血液中,游离DNA更是比普通人高出数倍,且主要来自坏死或凋亡的肿瘤细胞的基因组。这些证据表明,游离DNA与癌症息息相关。

  所以从理论上,我们可以只抽一管血,检测这些DNA的特性,就能在一定程度上获得肿瘤本身的一些特性,比如肿瘤分期、肿瘤所携带的突变、抗肿瘤治疗的效果、手术后是否有复发等等。目前,类似应用还处于基础研究阶段,如果在未来应用于临床,将成为肿瘤治疗过程中性价比极高的辅助检查手段。

 检测游离肿瘤DNA可以帮助了解肿瘤细胞的特性。|来源:oxfordglobal 检测游离肿瘤DNA可以帮助了解肿瘤细胞的特性。|来源:oxfordglobal

  题外话:

  说到这里,不得不提到之前流传过的“震惊,一滴血就能检测你有没有患上癌症”的谣言,可是说是以只言片语,便解决了肿瘤筛查的所有问题,令人拍案叫绝,直呼过瘾。然而冷静过后,科学家们不得不用十倍于造谣的精力跟心血,辟了这个谣。通过血液检测肿瘤不是没有实现的可能,但至少现阶段,应用还非常有限。

 媒体如何报道科学 媒体如何报道科学

  染色体外DNA:肿瘤细胞的邪恶计划

  除了游离DNA,还有一种染色体外DNA。染色体外DNA,顾名思义,是独立于细胞核内染色体DNA之外的DNA分子。它们主要出现在肿瘤细胞中,很可能是肿瘤细胞蓄谋的邪恶计划。

  正常生长的细胞就像一辆正常行驶的汽车,红灯减速,绿灯加速。细胞发生癌变时,通常伴随着两个重要特征:原癌基因的激活跟抑癌基因的失活。

  原癌基因的激活像一脚踩到底的油门,让细胞的生长增殖疯狂加速。还好正常情况下,细胞内有抑癌基因这个“刹车”在,让这辆车不至于彻底起飞。但如果这时候抑癌基因再失活,麻烦就大了,油门踩到底了,刹车也失灵了,我们体内各种防御机制根本拦不住细胞的野蛮生长,这时候就有可能发展出恶性肿瘤。

  研究表明,染色体外DNA携带的基因基本都是激活的原癌基因。这类DNA平时不大轻易现身,可是如果细胞生长的环境发生剧烈改变,比如有抗肿瘤药物或者遭受放射线时,就会刺激它们产生。肿瘤细胞一旦生成染色体外DNA,就像汽车挂上了爬坡挡,纵使前方险象迭生,仍能保证疯狂加速上坡,促使肿瘤细胞增殖。

  更麻烦的是,在同一个肿瘤内部,一部分肿瘤细胞产生染色体外DNA多,而另一部分产生得少,或者几乎不产生,这导致肿瘤内部的细胞鱼龙混杂,开车快慢不一,处理起来比较棘手。所以,如果有办法选择性地抑制与消除染色体外DNA,也许可以一定程度上抑制肿瘤细胞的生长

电子显微镜与荧光显微镜下的染色体外DNA。| 来源:BOUNDLESS BIO/TheScientist电子显微镜与荧光显微镜下的染色体外DNA。| 来源:BOUNDLESS BIO/TheScientist

  DNA疗法:癌症治疗的新思路

  尽管我们人体内有一道道屏障,帮助清除潜在的肿瘤细胞,科学家们也研制出了无数功能强大的抗肿瘤药物,但很多情况下,肿瘤细胞似乎总能想到应对之道——即使99%的肿瘤细胞都被消灭了,剩下的那一丁点儿细胞也总能韬光养晦,伺机东山再起,导致肿瘤的复发跟转移。

  从这一点来说,肿瘤细胞堪称细胞界的水熊虫,生命力异常顽强。

  在传统上,抗肿瘤药物杀灭肿瘤细胞,是利用肿瘤细胞分裂周期较短、正常细胞分类周期较长的特点。分裂周期短的肿瘤细胞对药物相对更敏感,正常细胞受到的伤害则要小一些。因此,只要把握好用药量和时间间隔,就能保证干掉大部分肿瘤细胞,而只影响一部分正常细胞,比如化疗期间掉头发或者肝脏、骨髓的功能受到损害。

  可是,肿瘤细胞是如此狡猾,药物有时候对它们完全束手无策。比如,化疗药物对抗肿瘤细胞,其实就像交警逮超速车辆一样。肿瘤细胞一个不留神踩了油门,分裂加速,立刻就被铐了起来。令人头疼的是,总有一些肿瘤细胞非常鸡贼,不光不加速,还狂踩刹车,碰到大坡不挂爬坡档,直接掉头,专业点来说,是进入“休眠状态”。

  结果就是,一个恶性肿瘤内部的细胞个个脾气都不一样,有的好开快车,有的开慢车,有的干脆不开车,想用同一套规章制度管理,确实不好整。

  游离肿瘤DNA和染色体外DNA则为我们提供了对抗肿瘤的新思路。通过检测血液中的游离肿瘤DNA,可以对肿瘤细胞的生物特性有进一步认识,搞清楚肿瘤内部各种细胞的脾气,推测哪种药物可能会有效,从而选择个体化的治疗方法。

  另一方面,通过定向瞄准、精准打击染色体外DNA,理论上可以对肿瘤细胞进行管教,让大家的脾气趋于一致,从而更好地控制肿瘤。

恶性肿瘤内的细胞个个脾气不一样,游离肿瘤DNA和染色体外DNA提供了对抗肿瘤的新思路。|Science恶性肿瘤内的细胞个个脾气不一样,游离肿瘤DNA和染色体外DNA提供了对抗肿瘤的新思路。|Science

  事实上,我们除了对染色体和线粒体DNA比较了解,至今仍然在尝试分离各种其他来源的DNA,并尝试理解这些DNA的来路、去路,它们的作用及可能的应用。

  我们向来认为染色体DNA含有一切与个体生长发育相关的的信息,但随着生物科学的爆炸式进展,教科书上的每一条知识都有机会被改写。身体里无处不在的DNA,可能让我们对DNA世界有更广阔的认知。


新闻来源:新浪