DNA,陌生的“衛(wèi)士”

倪顯麗

自從美國(guó)人沃森和克瑞克1915年發(fā)現(xiàn)DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)以來(lái)，人們對(duì)DNA的認(rèn)識(shí)一直局限于它在細(xì)胞分裂時(shí)所起的傳遞遺傳信息的作用。最近的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，DNA的功能并非局限于此。

當(dāng)人體被病毒或細(xì)菌感染時(shí)，我們身體的免疫系統(tǒng)就會(huì)立即拉響警報(bào)。于是一批批增援的白細(xì)胞穿過(guò)道道血管，迅速趕到受感染的現(xiàn)場(chǎng)。它們用兩種手段來(lái)消滅微生物：一是立即在該環(huán)境中分泌出一些有毒物質(zhì)，然后更重要的一步是吞噬微生物，并把它們吞下消化掉。這種機(jī)制已經(jīng)為人類熟知?？墒?，最近一個(gè)德國(guó)科學(xué)團(tuán)隊(duì)卻發(fā)現(xiàn)了一個(gè)完全出人意料、聞所未聞的防衛(wèi)機(jī)制。

破譯防衛(wèi)秘密

眾所周知，細(xì)胞命名反映了各染色劑的性質(zhì)，根據(jù)染色劑的堿性、中性或酸性可以對(duì)細(xì)胞進(jìn)行區(qū)分。在人體白血球中，約有70％的細(xì)胞是由這類細(xì)胞組成的。它們以每分鐘8000萬(wàn)個(gè)的速度從骨髓中不斷被生產(chǎn)出來(lái)。它們中有一種叫中性粒細(xì)胞，獨(dú)特的防衛(wèi)方式就是發(fā)生在它身上。它將自身的DNA物質(zhì)釋放到細(xì)胞外部，形成一個(gè)由DNA絲狀體構(gòu)成的網(wǎng)，這張類似蛛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)能夠困住微生物，并將其消滅掉。

防衛(wèi)機(jī)制一經(jīng)公布，在生物學(xué)界無(wú)疑引起一場(chǎng)悍然大波。因?yàn)樗麄儗?duì)這些DNA的絲狀體實(shí)在是太熟悉了。過(guò)去，總能在樣品中看到它們，但之前一直以為那是因?yàn)轱@微鏡的蓋玻片不是很干凈，或認(rèn)為那是在研究操作中死去的中性粒細(xì)胞的DNA物質(zhì)?？傊?，之前根本沒(méi)有誰(shuí)想象到會(huì)有這樣的現(xiàn)象發(fā)生。然而，正是由于每次都能夠觀察到這些DNA絲狀體，德國(guó)的研究小組才決定要將問(wèn)題查清楚。研究小組在電子顯微鏡下對(duì)一些中性粒細(xì)胞進(jìn)行觀察，其中一部分處于休眠狀態(tài)，另一部分則由于接觸到一種源自細(xì)菌的蛋白質(zhì)而得到了激活。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果令人震驚：當(dāng)中性粒細(xì)胞在有細(xì)菌的環(huán)境中被激活時(shí)，DNA絲狀體總是無(wú)一例外地出現(xiàn)在該環(huán)境中，而這種現(xiàn)象也僅僅在有細(xì)菌時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。研究小組很快地意識(shí)到，他們可能看到了一個(gè)從未被發(fā)現(xiàn)過(guò)的機(jī)體自衛(wèi)武器。接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)更證實(shí)了他們的想法。他們用來(lái)自不同菌株的細(xì)菌種類(沙門(mén)氏菌、葡萄球菌)和一種真菌(白色念珠菌)做了測(cè)試，DNA絲狀體總能極其有效地將這些微生物摧毀。毫無(wú)疑問(wèn)，這就是一種“殺手DNA”。

DNA還是個(gè)殺手

不過(guò)，大家熟悉的遺傳信息傳遞工具DNA分子，怎么能夠消滅致病菌呢?首先，研究小組發(fā)現(xiàn)DNA分子自身并沒(méi)有殺死微生物的機(jī)能，DNA長(zhǎng)達(dá)2米，而且黏性極強(qiáng)，是它的這一物理特性形成了極其有效的網(wǎng)，使它能夠困住微生物!此外，研究小組發(fā)現(xiàn)DNA并不是獨(dú)自被釋放出體外的。它在細(xì)胞核內(nèi)時(shí)與某些蛋白質(zhì)結(jié)合在一起，被釋放出來(lái)后仍然與之相連，特別是組蛋白。這種蛋白質(zhì)平時(shí)將DNA分子保留在細(xì)胞核內(nèi)，并將其壓縮成為染色體。此外，組蛋白的殺菌特性早在上世紀(jì)50年代就已為人所知，但人們至今一直不知道這些特性的用途所在。之前，人們只在它們與DNA相結(jié)合、嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)地被包在細(xì)胞核里的情況下才觀察到過(guò)它們。

研究小組在細(xì)胞核外，并且在與細(xì)菌感染作斗爭(zhēng)的情況下觀察了組蛋白，終于預(yù)見(jiàn)到了它在這個(gè)殺菌行動(dòng)中所起的作用?？蛇@還不是全部。因?yàn)槌酥苯酉虏【猓@張DNA網(wǎng)似乎還有其他許多功能。不難想象，這張網(wǎng)能夠限制細(xì)菌向機(jī)體的其他部分?jǐn)U散，并為后來(lái)其他的白血球爭(zhēng)取時(shí)間。事實(shí)上，中性粒細(xì)胞會(huì)在環(huán)境中釋放出蛋白酶，其作用就是降解細(xì)菌。同時(shí)。它們對(duì)機(jī)體自身的細(xì)胞也是一種威脅。這張DNA網(wǎng)可以將蛋白酶集中在局部，這樣就能限制住對(duì)宿主自身組織的傷害。

開(kāi)辟醫(yī)學(xué)新天地

但是，讓我們實(shí)在難以理解的是，細(xì)胞排出自己的DNA，因?yàn)檫@種行為就如同在進(jìn)行自殺式攻擊一般。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)完全干擾了人們過(guò)去認(rèn)為DNA作為遺傳信息載體的想法。過(guò)去人們認(rèn)為，DNA就是遺傳信息的載體，它在細(xì)胞分裂時(shí)會(huì)將此信息傳輸出去，除此之外，DNA別無(wú)其他功能。要知道，骨髓會(huì)不斷地產(chǎn)生出中性粒細(xì)胞，它們?cè)谘褐械臄?shù)量很大。它們與某些神經(jīng)元細(xì)胞可不同，和神經(jīng)元一樣無(wú)法再造的細(xì)胞得盡量讓自己存活得越長(zhǎng)越好。而中性粒細(xì)胞呢，卻有點(diǎn)像上前線的戰(zhàn)士一樣。這些離開(kāi)血管來(lái)到受感染部位的細(xì)胞生命已經(jīng)走到了盡頭，不能再分裂了。它們注定是要死的。它們是來(lái)與入侵者進(jìn)行戰(zhàn)斗，完成自己最后使命的，無(wú)論會(huì)發(fā)生什么，它們幾個(gè)小時(shí)后都會(huì)當(dāng)場(chǎng)死去。這種背景下，我們就更容易想象到以下的情況：在生命即將結(jié)束的那一刻，為了造出了這張細(xì)胞外的DNA網(wǎng)，細(xì)胞改變了DNA作為基因信息的載體的功能。這一發(fā)現(xiàn)還引發(fā)出了許多疑問(wèn)。什么信號(hào)會(huì)發(fā)動(dòng)這個(gè)機(jī)制呢?DNA是通過(guò)什么路徑被釋放到細(xì)胞外部的呢?感染情況控制住之后，DNA是怎樣被降解的?還有一個(gè)問(wèn)題就是，這種自衛(wèi)機(jī)制會(huì)不會(huì)反過(guò)來(lái)?yè)p害機(jī)體本身呢?因?yàn)镈NA身在細(xì)胞外部這個(gè)事實(shí)并不是毫無(wú)后果的。在許多自身免疫疾病發(fā)病時(shí)，當(dāng)免疫系統(tǒng)轉(zhuǎn)而攻擊宿主、襲擊機(jī)體細(xì)胞時(shí)，可以看到一個(gè)共同點(diǎn)，就是身體在制造反DNA的抗體。類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎就是個(gè)很好的例子。換句話說(shuō)，當(dāng)細(xì)胞將DNA釋放到環(huán)境中時(shí)，DNA的存在可能會(huì)引發(fā)這種抗體的產(chǎn)生。同時(shí)，人類免疫系統(tǒng)的細(xì)胞還具有受體即“把關(guān)”功能，精確地辨認(rèn)出入侵細(xì)菌的DNA，以便引導(dǎo)免疫系統(tǒng)對(duì)這些細(xì)菌作出反應(yīng)。這為自身免疫疾病的研究開(kāi)辟了前所未有的新天地。

中性粒細(xì)胞一旦釋放出DNA就會(huì)被“把關(guān)”受體辨認(rèn)出來(lái)。結(jié)果就是，免疫反應(yīng)得到了加強(qiáng)。機(jī)體從中得到了好處，它能募集更多的免疫細(xì)胞到受感染部位。只不過(guò)，抗DNA抗體的大量生產(chǎn)同樣也會(huì)引發(fā)自身免疫疾病。這是不是解釋某些目前尚不明原因疾病的關(guān)鍵呢?同樣道理，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)或許能夠?qū)δ承┎±碜鞒龈碌慕忉?，比如先天性黏液稠厚癥。這種遺傳疾病源于基因異常，它特別影響肺部，能導(dǎo)致分泌物過(guò)于黏稠，堵塞支氣管。值得注意的是，這些在肺部的分泌物中含有數(shù)量極大的DNA，人們?cè)诖饲皩?duì)這些DNA來(lái)源一無(wú)所知。毫無(wú)疑問(wèn)，這種機(jī)制的發(fā)現(xiàn)從基礎(chǔ)研究的角度來(lái)看，真的非常重要。