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《自然》:必须惊叹生命太奇妙!科学家亲眼见证正常上皮细胞疯狂围剿癌基因突变细胞,把癌细胞扼杀在萌芽中 | 科学大发现

奇点网  · 公众号  · 医学  · 2017-08-14 22:39

正文

覆盖在人体皮肤和体内各种腔道(食管、胃、肠和气管等)表面的上皮细胞,是恶性肿瘤发生的主要部位,其中很重要的两个原因是:上皮细胞分裂比较活跃和上皮细胞受周围环境影响较大,这也导致 上皮细胞发生基因突变的概率更高


究竟有多高呢?


2015年, 英国剑桥桑格研究所的科学家,从进行眼睑整形术的老年人那里,获得了眼皮部位的正常皮肤组织,然后他们列出 74个重要癌基因, 针对性地做了超深度测序。


英国剑桥桑格研究所科学家用 的老人眼皮(扫一眼就行)


结果比上面的图更让人震惊。那些 看起来并没有什么病理变化的皮肤组织,其实并没有那么健康, 18-32%的细胞携带有癌基因突变,平均在每平方厘米的上皮组织里可以找到约140个致癌驱动突变。 他们的这一重要发现发表在《科学》杂志上 [1]!


1平方厘米皮肤中的细胞癌基因突变情况,很多细胞携带多个突变


要知道,上面的74个基因都是癌基因,它们 要么会让细胞疯狂生长,要么会促进肿瘤的生成 。然而,让科学家疑惑的是,为啥这些组织没有癌变,甚至没有任何可见的组织异常?


携带大量癌基因突变的组织为什么不到处长肿瘤?为什么肿瘤形成的那一套突然失灵了?


耶鲁大学Valentina Greco博士团队和Fred Hutchinson癌症研究中心的Slobdan Beronja博士也一直在苦苦思考这个问题。在他们看来,解决的办法就是亲眼看看那些携带突变的细胞到底怎么了。


Valentina Greco博士(左)和Slobodan Beronja博士(右)


为了便于观察,他们选择了小鼠皮肤里的毛囊干细胞作为研究对象。 Greco博士和 Beronja博士 首先对小鼠皮肤的一小部分处于静息期的毛囊干细胞进行基因改造,让控制细胞生长的β-catenin基因突变,这样一来 这些细胞就获得了快速分裂增殖的能力,这是形成肿瘤所必备的能力


然后,他们将小鼠的皮肤放在 双光子显微镜下观察。 结果他们发现,β-catenin基因突变的细胞在1到2周内,会导致赘生物的生成,但是 4周内有 80%的赘生物都会消退 ,并且在随后的几周内并没有反弹。更让人震惊的是, 即使没有消退的那20%的赘生物,在接下来的皮肤静息期内也会完全消退


这就奇怪了。


接下来, Greco博士和 Beronja博士分别用红色荧光蛋白和绿色荧光蛋白标记了 基因突变的细胞和正常的细胞, 对处于毛囊生长期和退行期的细胞行为进行了追踪。


结果他们发现, 在生长期,那些 基因突变的细胞位于赘生物的中间部分 。在退行期之前, 正常的细胞会分布在基因突变的细胞周围,将这些突变细胞围住,逐渐让携带 基因突变的红色细胞完全 消退


一开始,基因突变的细胞(红色)生长较快,试图突围,随着时间的推移,正常的细胞(绿色)生长更快,迅速形成合围之势,将突变细胞一举围歼(或成功改造)


基因突变的细胞(红色)死命的突围,结果没坚持多久就被正常的细胞(绿色)包围


难道正常细胞真把基因突变的细胞围歼了?于是,研究人员又采用基因改造技术,让小鼠基因突变细胞周围的 正常细胞数量减少 。发现正常细胞数量减少后, 只有40%的赘生物发生了消退,其他的则接着生长


紧接着,研究人员通过基因改造让正常细胞完全不能增殖。结果 只有不到2%的赘生物发生了消退 。这说明 正常细胞是组织中消除突变细胞所必需的!


正常细胞(绿色)不再增殖之后,突变细胞(红色)肆意生长


正常细胞(绿色)不能增殖后,突变细胞(红色)失控了!


Beronja博士兴奋地表示: “这是一个意想不到的修复机制! 你的皮肤可以通过主动去除突变细胞,来耐受致癌突变 !” [2]


近日, Greco博士和Beronja博士的这一重要发现刊登 在《自然》杂志上 [3] 。这个研究告诉我们: 当含有致癌突变的皮肤细胞开始形成肿瘤时,相邻的正常皮肤细胞会像惩恶扬善的警察一样,积极纠正异常细胞造成的组织缺陷 !具体说来就是, 正常皮肤细胞会围绕在变形的组织周围,要么将这些赘生组织消灭掉,要么将其转化成包括毛囊在内的正常皮肤结构

是的,携带致癌突变的皮肤细胞被正常细胞包圆了,改造了,或围歼了!更有意思的是,正常的细胞在干完活之后,不会滞留原地,而是干完就走,或者边干边走。这样可以避免 赘生物生成。


箭头所指为干完活就走的正常细胞

那么这种现象到底是不是毛囊干细胞所特有的,而其他细胞不存在呢?抑或,这种现象只是针对 β-catenin信号通路才有的?同样的方法, 研究人员在 毛囊间的干细胞 中,以及其他的基因突变条件下,也观察到了类似的现象。


正常细胞(绿色)围堵基因突变细胞(红色)示意图,







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