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#再生医学# 融合基因: 是致癌魔鬼还是治癌天使?

基因是遗传信息的基本单位,它携带着构建、维护以及修复生物体的必备信息,同时也支持着生命的基本构造和性能,储存着生命的种族、血型、孕育、生长、凋亡等过程的全部信息,决定生命健康的内在因素。因此畅销书《基因传》作者、肿瘤专家和知名科普作家悉达多·穆吉克将其称为“众生之源”。

几天前,《自然·通讯》杂志刊载了一篇关于融合基因的最新研究。研究人员利用CRISPR基因编辑技术,揭示了能够对癌细胞生长起到至关重要作用的融合基因类型,并且发现了一种新的融合基因,可为包括脑癌和卵巢癌在内的多种癌症提供新的药物靶点。融合基因,既是导致肿瘤的“魔鬼”,也能成为靶向治疗癌症的天使。

由染色体易位、缺失等原因导致

作为中科院昆明动物研究所肿瘤生物学学科组负责人,为乳腺癌等肿瘤发现多个候选靶标的陈策实研究员在接受科技日报记者采访时表示,人类基因组中约有2万多个不同的编码基因,正常情况下,它们会各自有条不紊地执行不同的功能。但人们发现,在肿瘤发生时,往往伴随着基因组水平的断裂和重新拼接。当两个或多个基因的编码区断裂,并与别的基因连接,则有可能形成位于同一套调控序列之下的新基因片段,这就是融合基因。一般由染色体易位、缺失等原因所致,通常情况下,它们会导致序列或者功能异常表达产物即融合蛋白的产生。

早在2009年,美国密西根大学综合性癌症研究中心推出了当时比较新的一种基因检测技术,当将染色体放在一起时基因便能发生融合。这种融合被认为是导致某些癌症形成的机制。他们在《自然》杂志上发表的研究认为,这种基因融合的发现有可能成为诊断癌症的标记或者作为今后药物作用的靶点。研究人员还在前列腺癌细胞中鉴别了数个融合蛋白,而且,这些融合物只见于癌细胞。

到目前为止,人们已经锁定了大约2万个融合基因,但是它们在癌症发展中的确切功能和作用,人们仍知之甚少。因此,区分融合基因是否对癌症存活有影响,具有重要的临床意义。

肿瘤产生,或因基因组重排作祟

在很早以前,科学家们就观察到了细胞“动力工厂”线粒体的变化在癌症生长中的作用。2018年《自然》杂志发表了哥伦比亚大学医学中心的一项重要成果,两个相邻基因的融合会导致线粒体过度激活,增加帮助细胞生长的“燃料”数量,从而导致癌症。研究人员还发现,靶向这种新发现癌症途径的药物可以阻止肿瘤生长,并在人类癌细胞和存在脑癌的小鼠中得到了证实。

陈策实认为,引起基因融合的基因重排类型主要包括平衡和非平衡重排。平衡重排是癌症中最常见基因融合方式,重排后染色体组的总量没有增减,只是结构稍有变化;另外非平衡重排指基因重排后染色体组的总量发生了改变,由基因缺失、重复等因素造成。

“引起基因融合的基因组重排,一是可能会导致原有基因过量表达,二是可能导致嵌合基因形成引起具有新功能的蛋白产生,这些异常通常在癌症发生的早期阶段发挥重要作用。”陈策实以导致急性淋巴细胞白血病的BCR-ABL1融合癌基因为例介绍道,22号染色体长臂与9号染色体发生易位形成新的染色体,致使相关基因重排,这种重排方式将BCR基因的5’端的部分基因和ABL1基因的3’端的部分序列连接在一起,形成一个新的融合蛋白BCR-ABL1,该蛋白具有很强的酪氨酸激酶活性,具有强促癌功能。基于此,人们开发出靶向药物格列卫,针对的就是该融合蛋白。

最新研究中,哥伦比亚大学医学中心及其合作者分析了来自43种不同癌症类型的1000多种人类癌细胞系中的8000多种融合基因。他们发现,90%的融合基因在癌症中并不起重要作用,但当从病人肿瘤的基因组重排推断癌症的原因时,“这些结果应该被考虑”。

现有检测方法优劣并存

融合基因通常是将两个或多个基因的编码区首尾相连,构成嵌合基因。根据构成,既有对功能基因进行示踪、研究其功能及特性的功能性融合,也有利用信号肽或单体序列携带目的基因高效表达,从而提取纯化目的蛋白的融合;还有增强基因功能、扩大基因应用范围的融合等。

正因为融合基因的发现,有可能成为诊断癌症的标记或者药物的靶点,因此融合基因检测对癌症临床诊疗及预后都具有实际意义,可以指导临床医生制定科学的治疗方案,避免发生治疗不足或过度。

陈策实介绍,基因融合检测的金标准是荧光原位杂交(FISH),这种方法可以检测目标基因在染色体中的定位,从而判断是否有基因异位的发生,但实验操作复杂、技术要求较高;其次,免疫组化(IHC)也是常用的检测方法之一,是利用特异性抗体检测目的蛋白表达水平的方法,能够显示靶标蛋白是否表达,以及表达量是否有改变,缺点是通常无法直接检测融合基因,对结果的判读主观性较强;第三个方法是反转录PCR(RT-PCR),优点是可操作性强,设计出针对已知融合基因的PCR引物,能简便快速地进行检测和判断。这三种技术只适用于肿瘤组织样本,限制了应用的拓展,因为很多晚期癌症患者无法进行手术取样,因此无法使用这些检测技术检测融合基因的状态。

但高通量测序(NGS)和微滴式数字PCR技术(ddPCR)不同,它不仅可以检测组织样本中的融合基因,还适用于非创伤手段获取的样本如血浆等样本,进行肿瘤融合基因的检测;NGS还可以一次检测多种基因、多种融合变体,发现未知变异,但实验操作和数据分析都很耗时,对样本的要求较高;ddPCR是对检测样本采用微滴化处理后进行PCR扩增,从而对少量样本进行多个基因位点的检测,缺点是无法对未知的融合基因进行检测。

陈策实认为,这些融合基因的检测方式各有优劣,往往需要结合多种检测方式,进行综合判断。

“吃”不能解决问题,小龙虾上榜云南入侵物种名录
#小龙虾上榜入侵物种名录#
经济日报
《云南省外来入侵物种名录》发布,将入侵物种分为5大类,Ⅰ级恶性入侵类包括微甘菊、水葫芦等
外来入侵物种,是指在当地的自然或者半自然生态系统中形成了自我再生能力、可能或者已经对生态环境、生产或者生活造成明显损害或者不利影响的外来物种。
近年来,我国外来物种入侵形势严峻。云南省发布了我国首个省级外来入侵物种名录,农业农村部印发的《2019年农业农村科教环能工作要点》提出,将推动外来物种管理立法,提出第二批国家重点管理外来物种名录。
5月21日,云南发布《云南省外来入侵物种名录(2019版)》(以下简称《名录》),是我国首个省级外来入侵物种名录。《名录》收录了云南境内发现的福寿螺、美洲大蠊等外来入侵物种441种及4变种,其中50.1%的原产地来自美洲。
近年,我国面临着严峻的生物入侵形势,海关在查验时经常查获入侵物种。农业农村部今年的重点工作之一,就是推动外来物种管理立法,提出第二批国家重点管理外来入侵物种名录。
牛蛙、小龙虾属严重入侵类外来物种
所谓外来入侵物种,是指在当地的自然或者半自然生态系统中形成了自我再生能力、可能或者已经对生态环境、生产或者生活造成明显损害或者不利影响的外来物种。
云南此次发布的《名录》将入侵物种划分为5大类,包括Ⅰ级恶性入侵类、Ⅱ级严重入侵类、Ⅲ级局部入侵类、Ⅳ级一般入侵类、Ⅴ级有待观察类。
其中,Ⅰ级恶性入侵类包括微甘菊、凤眼蓝(水葫芦)、褐云玛瑙螺、小管福寿螺等。美洲大蠊(大蟑螂)、克氏原螯虾(小龙虾)、牛蛙等属于Ⅱ级严重入侵类。
中国科学院昆明植物研究所所长孙航表示,云南外来入侵物种的原产地来自6个区域,其中来自美洲的种类最多,有223种及1变种,占全部入侵种类的50.1%,“《名录》将在推动云南生物多样性监测等方面提供科学支撑,也将为我国其他区域外来入侵物种名录的编研提供经验和借鉴”。
据了解,目前常用的防治外来入侵物种的方式主要有人工防治、化学防治等,人工防治依靠人力或者机械设备进行清除,化学防治则是用化学除草剂防除。此外,也可通过生物或天敌防治,利用致病微生物等控制外来入侵物种的种群密度,或者通过综合治理,结合单向技术发挥各自优势。
我国海关今年多次查获入侵物种
云南面临的棘手局面,是我国物种入侵形势的一个缩影。中国是遭受外来物种入侵最严重的国家之一,海关在查验时经常查获入侵物种,仅今年就发生多起。
今年3月,广州海关隶属广州白云机场海关现场关员对一名非洲籍留学生携带的进境行李进行检查时,发现其包内夹带两只活体非洲大蜗牛。非洲大蜗牛被称为“田园杀手”,当事人称想作为宠物报关。
4月,杭州海关隶属钱江海关驻邮局办事处查验关员在对进境邮件进行例行查验时,发现一件来自西班牙的邮件存在异常。开箱后发现有8个小盒,里面装有200余头活体鼠妇。同月,成都海关查获了8只活体蝎子。这批蝎子来自英国的无申报品名进境邮件,过X光机时图像异常,打开后发现8只收纳盒内均有一只蝎子。经检测鉴定,属于南非扁石蝎,原产于南非,毒性弱,性情温驯、稍微神经质。
“吃”不能解决外来物种入侵问题
近年来,亚洲鲤鱼在美国疯狂繁殖,威胁到当地的生态平衡。不过作为中国人烹饪的一种材料,鲤科鱼类深受国人喜爱。得知美国鲤鱼泛滥后,很多网友表示,“让国内吃货去解决”。巧的是,入侵中国的外来物种小龙虾,也是我国餐桌的一道美食。这使得很多网友认为,入侵物种之所以会泛滥,主要是因为没有开发出“吃法”。
这种观点显然有失偏颇。北京师范大学生命科学院教授廖万金告诉新京报记者,如果“吃货”能解决一切问题,就不会出现物种入侵了。
廖万金表示,入侵物种只是外来物种中的极小部分。记者查阅中国外来物种数据库发现,我国的入侵物种保守估计有754种。其中,入侵植物种类最多,分别是入侵动物和微生物的1.4倍和4.4倍。从来源看,入侵植物主要源于北美洲和南美洲,入侵动物主要来自亚洲,入侵微生物主要来自北美洲。
前不久,一种名为日本虎杖的生物大肆入侵英国,造成当地生态危机的消息引发网友热议,有网友担心这种可怕的物种也会入侵我国。
廖万金介绍,日本虎杖是一个变种,19世纪引入英国,分子标记揭示英国的日本虎杖是一个大克隆,主要依靠克隆生长,基本没有遗传变异。该变种与同属另一物种杂交产生了一个杂交种,这个物种有一定的遗传变异。
“中国有没有日本虎杖?这个问题尚无定论,英文版中国植物志说没有这个物种,但在发表的论文中,武汉植物园和贵州师范大学有研究者认为日本虎杖在中国南方有分布,这个物种是中国土著种。”廖万金说,虎杖所在的属叫“首乌属”,入侵物种在原产地不造成危害主要因为有天敌。

关注
我国今年将推动外来物种管理立法
我国相关部门一直对物种入侵保持警惕,多部门发布过入侵物种名录。
由原国家环保总局和中科院联合发布的外来入侵物种名单已经公布4批。2003年1月,原国家环保总局与中国科学院联合发布第一批外来生物入侵的名单,共有16个品种,典型物种如凤眼蓝(水葫芦);2010年1月,原环境保护部和中国科学院联合制订,原环境保护部发布第二批外来物种入侵的名单,共有19个品种,比较出名的如克氏原螯虾(小龙虾);2014年8月,原环境保护部办公厅发布第三批外来物种入侵的名单,共有18个品种,常见有巴西龟等;2016年12月,原环境保护部办公厅发布第四批外来物种入侵的名单,共有18个品种。
2007年,原农业部和原国家质检总局发布了我国进境植物检疫性有害生物名录,名录分为六大类435种。2017年,名录进行了一次更新,增加了包括扶桑绵粉蚧、木薯绵粉蚧、向日葵黑茎病、异株苋亚属杂草等6种新的检疫性有害生物,新的名录包括了昆虫、软体动物、真菌、原核生物、线虫、杂草六大类441种。此外,我国还有禁止携带、邮寄进境的动植物及其产品和其他检疫物名录,除了猫狗外的活动物均在禁止之列。原农业部于2013年公布了国家重点管理外来入侵物种名录,共52种。
值得一提的是,今年农业农村部印发的《2019年农业农村科教环能工作要点》提出,将推动外来物种管理立法,提出第二批国家重点管理外来物种名录。


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