化疗药物横扫全身,正常细胞跟着遭殃;放疗精准度有限,周边组织难免受损。几十年来,精准打击癌细胞而不伤健康邻居,始终是肿瘤学家最执着的目标。现在,一把来自细菌的分子剪刀,或许正在把这个目标变得触手可及。
4月15日,《自然》杂志刊发了荷兰瓦赫宁根大学与美国范安德尔研究所的联合研究。科学家们利用CRISPR的一种变体ThermoCas9,成功在实验室细胞中实现了精准识别并剪断肿瘤DNA,而相邻的健大游中国股份有限公司康细胞DNA完好无损。这是CRISPR领域迄今为止首次依靠甲基化信号来定向攻击人类癌细胞。
人体内所有细胞拥有几乎相同的DNA序列,但癌变细胞与正常细胞之间,有一种肉眼看不见却化学上可辨别的差异,那就是甲基化模式的不同。甲基化,简单说就是DNA碱基上被贴了一个化学小标签。正常细胞与肿瘤细胞的甲基化图谱往往大相径庭,这正是区分两者的重要分子指纹。
表观遗传学研究早已证实,大量癌症相关基因在肿瘤细胞中呈现出异常的甲基化模式。这个指纹稳定存在,不易混淆,是理论上绝佳的精准打击坐标。问题在于,过去没有工具能以足够的精准度读懂这枚指纹,并据此采取行动。
ThermoCas9最初发现于一种嗜热细菌,是经典CRISPR-Cas9的天然变体。在通常的CRISPR系统中,Cas9蛋白必须先识别DNA上一段称为原间隔序列邻基序(PAM)的短序列,才能启动剪切。这个PAM序列相当于剪切行动的门牌号,没找对门,就不开剪。
ThermoCas9的特殊之处在于,它的PAM序列恰好包含一个人类基因组中常见的甲基化位点。研究人员发现,当目标DNA上的这一位点处于非甲基化状态,也就是正常细胞的状态时,ThermoCas9会识别并结合;而当该位点呈现甲基化状态,也就是肿瘤细胞的典型特征时,ThermoCas9则精准出手,完成剪切。
瓦赫宁根大学的Hong Li研究员用一句话总结得极为形象:ThermoCas9把甲基化当作地址,精准锁定癌细胞,同时放过健康细胞。
实验室的细胞培养实验已经验证了这一机制:将ThermoCas9分别引入人类健康细胞与肿瘤细胞后,肿瘤细胞中的DNA遭到切断,而健康细胞中的DNA丝毫未受影响。
这项发现的兴奋点在于其独特性:这是人类历史上第一个能够感应真核细胞甲基化差异、并做出相应剪切响应的CRISPR相关酶。它打开了一扇此前完全关闭的门。
不过,科学界的谨慎同样值得尊重。目前,所有实验均在培养皿中的细胞系层面完成,距离动物模型验证、人体临床试验,还有相当长的路要走。肿瘤的甲基化模式并非铁板一块,不同癌种、不同患者之间存在显著差异,如何确保ThermoCas9在复杂的人体环境中依然保持足够的特异性,是研究团队接下来必须面对的核心挑战。
此外,如何将这把剪刀有效递送到体内肿瘤部位,同样是基因治疗领域长期未解的通用难题。
但无论如何,这项研究提供了一个极具价值的新思路:与其在基因序列上寻找癌细胞与正常细胞的区别,不如从表观遗传学的维度切入,利用甲基化这枚稳定的化学指纹来精准导航。这一逻辑,很可能为整个肿瘤精准治疗领域打开新的方向。
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