DNA，你所不知的另一面

倪顯麗

1915年，自從美國人沃森和克瑞克發(fā)現(xiàn)DNA是雙螺旋結(jié)構(gòu)以來，人們對DNA的認(rèn)識一直局限于它在細(xì)胞分裂時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，我們身體的免疫系統(tǒng)就會立即拉響警報。于是一批批增援的白細(xì)胞穿過道道血管壁壘，迅速趕到受感染的現(xiàn)場。它們通常采取兩種手段來消滅微生物：一種是在該環(huán)境中立即分泌有毒物質(zhì)，絞殺病毒和細(xì)菌；另外一種就是吞噬微生物，并把它們消化掉。這兩種機制已經(jīng)為人類所熟知?？墒?，最近一個德國的科學(xué)團隊卻發(fā)現(xiàn)了DNA另外一種完全出人意料、聞所未聞的防衛(wèi)機制。

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)染色劑的酸堿性，可以按照堿性、中性或酸性對細(xì)胞進行區(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8 000萬個的速度從人體骨髓中源源不斷地被生產(chǎn)出來。它們中有一種叫中性粒細(xì)胞，獨特的防衛(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，并將其殺死消滅掉。

這種獨特的防衛(wèi)機制在生物學(xué)界一經(jīng)公布，無疑引起一場軒然大波。因為生物學(xué)家對DNA的這些絲狀體實在是太熟悉了。過去，他們時不時總能在樣品中看到它們，但之前一直以為那是因為顯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片段?？傊?，之前根本沒有誰想象到會有這樣的現(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，德國的研究小組才決定要將問題查查清楚。

研究小組在電子顯微鏡下對一些中性粒細(xì)胞進行觀察，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。實驗的結(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，DNA絲狀體總是無一例外地出現(xiàn)在該環(huán)境中，而這種現(xiàn)象也僅僅在有細(xì)菌時才會出現(xiàn)。研究小組很快地意識到，他們可能看到了一種從未被發(fā)現(xiàn)過的機體自衛(wèi)武器。接下來的實驗更證實了他們的想法。他們用來自不同菌株的細(xì)菌種類（如沙門氏菌、葡萄球菌）和一種真菌（白色念珠菌）做了測試，DNA絲狀體總能極其有效地將這些微生物摧毀。毫無疑問，這就是一種“殺手DNA”。

不過，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分子自身并沒有殺死微生物的機能，DNA長達(dá)2米，而且黏性極強，是它的這一物理特性形成了極其有效的網(wǎng)，可以輕易困住微生物！此外，研究小組還發(fā)現(xiàn)DNA并不是獨自被釋放出體外的。它在細(xì)胞核內(nèi)時與某些蛋白質(zhì)結(jié)合在一起，被釋放出來后仍然與之相連，特別是組蛋白。這種蛋白質(zhì)平時將DNA分子保留在細(xì)胞核內(nèi)，并將其壓縮成為染色體。其實，組蛋白的殺菌特性早在上世紀(jì)50年代就已為醫(yī)學(xué)界所知曉，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)實實地被包在細(xì)胞核里的情況下才觀察過它們。

研究小組在細(xì)胞核外，并且在與細(xì)菌感染作斗爭的情況下觀察了組蛋白，終于預(yù)見到了它在這個殺菌行動中所起的作用。可這還不是全部。因為除了直接消除致病菌外，這張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)菌向機體的其他部分?jǐn)U散，并為后來其他的白血球爭取時間。事實上，中性粒細(xì)胞會在環(huán)境中釋放出蛋白酶，其作用就是降解細(xì)菌。同時，它們對機體自身的細(xì)胞也是一種威脅。這張DNA網(wǎng)可以將蛋白酶集中在局部，這樣就能限制住對宿主自身組織的傷害。

開辟醫(yī)學(xué)新天地

但是，讓我們實在難以理解的是，細(xì)胞排出自己的DNA，因為這種行為就如同在進行自殺式攻擊一般。這項發(fā)現(xiàn)完全干擾了人們過去認(rèn)為DNA作為遺傳信息載體的想法。過去人們認(rèn)為，DNA就是遺傳信息的載體，它在細(xì)胞分裂時會將此信息傳輸出去，除此之外，DNA別無其他功能。要知道，骨髓會不斷地產(chǎn)生出中性粒細(xì)胞，它們在血液中的數(shù)量很大。它們與某些神經(jīng)元細(xì)胞可不同，和神經(jīng)元一樣無法再造的細(xì)胞得盡量讓自己存活得越長越好。而中性粒細(xì)胞呢，卻有點像奔赴前線的戰(zhàn)士。這些離開血管來到受感染部位的細(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。它們是來與入侵者進行戰(zhàn)斗，完成自己最后使命的，無論會發(fā)生什么，它們幾個小時后都會當(dāng)場死去。

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。什么信號會發(fā)動這一機制呢？DNA是通過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？還有一個問題就是，這種自衛(wèi)機制會不會反過來損害機體本身呢？ 因為DNA身在細(xì)胞外部這個事實并不是毫無后果的。在許多自身免疫疾病發(fā)病時，當(dāng)免疫系統(tǒng)轉(zhuǎn)而攻擊宿主、襲擊機體細(xì)胞時，可以看到一個共同點，就是身體在制造反DNA的抗體。類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎就是個很好的例子。換句話說，當(dāng)細(xì)胞將DNA釋放到環(huán)境中時，DNA的存在可能會引發(fā)這種抗體的產(chǎn)生。同時，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)對這些細(xì)菌作出反應(yīng)。這為自身免疫疾病的研究開辟了前所未有的新天地。

中性粒細(xì)胞一旦釋放出DNA就會被“把關(guān)”受體辨認(rèn)出來。結(jié)果就是，免疫反應(yīng)得到了加強。機體從中得到了好處，它能募集更多的免疫細(xì)胞到受感染部位。只不過，抗DNA抗體的大量生產(chǎn)同樣也會引發(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，這項發(fā)現(xiàn)或許能夠?qū)δ承┎±碜鞒龈碌慕忉專热缦忍煨责ひ撼砗癜Y。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，人們在此前對這些DNA來源一無所知。毫無疑問，這種機制的發(fā)現(xiàn)從基礎(chǔ)研究的角度來看真的非常重要。