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小時候經常聽父母說,「你不好好學習多掌握一門技能,怎麼在社會激烈的競爭中活下來」。哎我現在不是活得也挺好,雖然房車不自由,但好歹小龍蝦自由啊。有吃有喝,這日子就過得下去了。
然而細胞們競爭壓力比我們大得多。萬萬沒想到,身體內每個細胞都時刻盯著自己鄰居的健康狀況,萬一有哪個細胞表現得稍稍落後,馬上就會被大部隊主動淘汰掉!
今日《自然》雜誌發表了一項來自西班牙科學家團隊的成果,研究者們發現了人體細胞中一種全新的細胞競爭機制,「健康指紋」[1]。而癌細胞可以利用這種機制,偽裝成超級健康的細胞,把周圍正常細胞殘酷淘汰掉。
哇,替細胞們感覺鴨梨山大啊~
零和博弈遊戲……
圖源 | pixabay
這個「健康指紋(fitness fingerprints)」其實指的是一種特別的細胞表面蛋白,名字也很好玩,叫做花蛋白(Flower,FWE)。研究者們第一次發現它的神奇作用,是在果蠅身上[2]。
這個蛋白很有趣,雖然它是由單個基因表達的,但是在轉錄過程中,會有兩種不同的RNA剪接方式,最終生成兩種不同的蛋白亞型,FWE-win和FWE-lose。
看名字,贏家組和輸家組,身份一目了然。表達FWE-win表示細胞年輕、健康,而表達FWE-lose就說明細胞老化、受損。看這兩種蛋白的相對數量,就能判定細胞的強弱。
實際上,組織中的細胞們時刻都在觀察鄰居的健康狀況。如果某個細胞表現得更loser,那麼其他的winner就會把它消除掉,以保證整個組織的健康和完整。要注意的是,這個機制得緊挨著的細胞之間才有作用。
Loser沒有生存下去的價值……說著說著我眼淚都要掉下來了……
圖源 | giphy.com
這個優勝劣汰的機制雖然聽上去殘酷了點兒,但是對組織的正常發育、損傷後組織再生和防止早衰還是非常重要的,可以說是一個保護我們健康的正向機制。
除非它被腫瘤劫持了。
也不知道癌細胞在哪里學的,它們也能表達FWE-win,而且比正常的健康細胞鄰居數量更多。這樣一來,在只認健康指紋的細胞們眼中,癌細胞就變成了一個身高體壯肌肉多的超級健康偶像,反而襯得原本健康的細胞像個loser。
結果可想而知。
通過高超的偽裝技巧,癌細胞誘騙正常組織殺掉了它健康的鄰居,給自己的生長騰出了空間,實在是非常的狡猾。
這項發現在2010年的時候發表在了《發育細胞》上,當時研究者們想,雖然FWE這個基因是廣泛保守的,但是人類中未必也有同樣的機制。
「健康指紋可以非常有用,但考慮到它會讓腫瘤更有侵襲性,健康指紋也會帶來顯著的癌症風險。對於果蠅這樣的短命物種來說,這樣的權衡尚且接受,但對人類這樣的長壽物種來說,風險就太大了。」通訊作者如是說。
然而誰能料到,健康指紋竟然在人類中也存在!
研究者找到了人體內的同源FWE基因,一般來說會叫它C90RFT或CACFD1,不過咱們把它記成hFWE就行了。
這個hFWE同樣會通過RNA剪接產生不同的產物,與果蠅不一樣的是,人體內共存在四種FWE蛋白,就按數字排序命名吧。其中hFWE1、hFWE3是FWE-lose,hFWE2、hFWE4是FWE-win。
看這張動圖,紅色的是表達hFWE-2的細胞,綠色的是表達hFWE-1的細胞。它倆放在一起培養,最開始還是一片綠,很快loser就被幹掉,變得紅色更多了。
慘!
那麼人類腫瘤能利用hFWE麼?
研究者找來了四種人類組織樣本,惡性腫瘤、良性腫瘤、腫瘤附近組織和正常組織。前兩種選擇的是人類乳腺癌和結直腸癌,後兩類也是取的對應患者的組織。
接下來就是分析這四種組織中FWE-win和FWE-lose的含量了。結果很能說明問題,咱們總結成幾條來說。
第一,正常組織中FWE整體表達就不多,FWE-lose比FWE-win要少。
第二,無論良性腫瘤還是惡性腫瘤,FWE-win表達顯著增加,而且惡性腫瘤比良性腫瘤多。
第三,最可怕的是,腫瘤附近組織似乎被腫瘤影響了,它們明顯表達了更高水平的FWE-lose,細胞死亡組織丟失的程度也更高,惡性腫瘤周邊尤甚。
表達FWE-win的腫瘤會誘導周邊組織表達FWE-lose
這個變化大到什麼程度:只看細胞間FWE-win和FWE-lose的水平,判斷是不是惡性腫瘤能有86.3%的準確率。
得,甭猜啦,人類腫瘤也會偽裝精神領袖。腫瘤自己高表達FWE-win,同時還誘使附近細胞表達FWE-lose,兩相結合共同促進惡性腫瘤生長。
我能說什麼,我只能給自己點首loser。
好在,搞清楚了其中奧妙,癌細胞的小心思我們也可以利用一下。既然癌細胞的擴張要依賴健康指紋,那從中作梗說不準就能一定程度上遏制腫瘤了。
簡而言之,讓癌細胞和基質細胞分別處於win/lose狀態,給小鼠接種!
果然,如果基質能夠勝過癌細胞,那麼小鼠可能就不會長出腫瘤了。不過直接用發卡RNA去拮抗FWE,只能說減少了腫瘤的體積、抑制了腫瘤發展,還達不到消除癌細胞的目的。
競爭結果一目了然
為了讓治療效果更好,研究者嘗試結合化療。這個就非常成功了,看圖!
hFWE shRNA+化療能夠大幅度殺滅腫瘤
但是吧,這個健康指紋機制基本還是個黑匣子機制。Loser細胞是怎麼死的呢?FWE什麼時候表達成win什麼時候表達成lose是誰控制的呢?一個RNA為什麼會有不同的剪接方式?促癌突變和FWE有沒有關係?
只能說生命真複雜,細胞壓力真大。
而我現在要去努力工作了,我可不想被淘汰啊!
編輯神叨叨
想到細胞間時刻在互相監視,我就有種old brother is watching you的感覺……
參考資料:
[1]https://www.nature.com/articles/s41586-019-1429-3
[2]https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(10)00218-2?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS1534580710002182%3Fshowall%3Dtrue
[3]https://www.nature.com/articles/d41586-019-02161-y#ref-CR4
[4]https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-07/ccft-oc071919.php
本文作者 | 代絲雨