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現DNA是雙螺旋結構以來，人們對DNA的認識一直局限于它在細胞分裂時所起的傳遞遺傳信息的作用。最近的科學研究發現，DNA的功能并非局限于此。

當人體被病毒或細菌感染時，我們身體的免疫系統就會立即拉響警報。于是一批批增援的白細胞穿過道道血管壁壘，迅速趕到受感染的現場。它們通常采取兩種手段來消滅微生物：一種是在該環境中立即分泌有毒物質，絞殺病毒和細菌；另外一種就是吞噬微生物，并把它們消化掉。這兩種機制已經為人類所熟知。可是，最近一個德國的科學團隊卻發現了DNA另外一種完全出人意料、聞所未聞的防衛機制。

破譯防衛秘密

眾所周知，細胞命名反映了各染色劑的性質，根據染色劑的酸堿性，可以按照堿性、中性或酸性對細胞進行區分。在人體白血球中，約有70%的細胞是由這類細胞組成的。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出來。它們中有一種叫中性粒細胞，獨特的防衛方式就是發生在它身上。它將自身的DNA物質釋放到細胞外部，形成一個由DNA絲狀體構成的網，這張類似蛛網的結構能夠困住微生物，并將其殺死消滅掉。

這種獨特的防衛機制在生物學界一經公布，無疑引起一場軒然大波。因為生物學家對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，或認為那是在研究操作中死去的中性粒細胞的DNA片段。總之，之前根本沒有誰想象到會有這樣的現象發生。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胞進行觀察，其中一部分處于休眠狀態，另一部分則由于接觸到一種源自細菌的蛋白質而得到了激活。實驗的結果令人震驚：當中性粒細胞在有細菌的環境中被激活時，DNA絲狀體總是無一例外地出現在該環境中，而這種現象也僅僅在有細菌時才會出現。研究小組很快地意識到，他們可能看到了一種從未被發現過的機體自衛武器。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，研究小組發現DNA分子自身并沒有殺死微生物的機能，DNA長達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，可以輕易困住微生物！此外，研究小組還發現DNA并不是獨自被釋放出體外的。它在細胞核內時與某些蛋白質結合在一起，被釋放出來后仍然與之相連，特別是組蛋白。這種蛋白質平時將DNA分子保留在細胞核內，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50年代就已為醫學界所知曉，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相結合、嚴嚴實實地被包在細胞核里的情況下才觀察過它們。

研究小組在細胞核外，并且在與細菌感染作斗爭的情況下觀察了組蛋白，終于預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網似乎還有其他許多功能。不難想象，這張網能夠限制細菌向機體的其他部分擴散，并為后來其他的白血球爭取時間。事實上，中性粒細胞會在環境中釋放出蛋白酶，其作用就是降解細菌。同時，它們對機體自身的細胞也是一種威脅。這張DNA網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。

開辟醫學新天地

但是，讓我們實在難以理解的是，細胞排出自己的DNA，因為這種行為就如同在進行自殺式攻擊一般。這項發現完全干擾了人們過去認為DNA作為遺傳信息載體的想法。過去人們認為，DNA就是遺傳信息的載體，它在細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，骨髓會不斷地產生出中性粒細胞，它們在血液中的數量很大。它們與某些神經元細胞可不同，和神經元一樣無法再造的細胞得盡量讓自己存活得越長越好。而中性粒細胞呢，卻有點像奔赴前線的戰士。這些離開血管來到受感染部位的細胞生命已經走到了盡頭，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斗，完成自己最后使命的，無論會發生什么，它們幾個小時后都會當場死去。

這種背景下，我們就更容易想象到以下的情況：在生命即將結束的那一刻，為了造出了這張細胞外的DNA網，細胞改變了DNA作為基因信息的載體的功能。這一發現還引發出了許多疑問。什么信號會發動這一機制呢？DNA是通過什么路徑被釋放到細胞外部的呢？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，這種自衛機制會不會反過來損害機體本身呢？ 因為DNA身在細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病時，當免疫系統轉而攻擊宿主、襲擊機體細胞時，可以看到一個共同點，就是身體在制造反DNA的抗體。類風濕性關節炎就是個很好的例子。換句話說，當細胞將DNA釋放到環境中時，DNA的存在可能會引發這種抗體的產生。同時，人類免疫系統的細胞還具有受體即“把關”功能，精確地辨認出入侵細菌的DNA，以便引導免疫系統對這些細菌作出反應。這為自身免疫疾病的研究開辟了前所未有的新天地。

中性粒細胞一旦釋放出DNA就會被“把關”受體辨認出來。結果就是，免疫反應得到了加強。機體從中得到了好處，它能募集更多的免疫細胞到受感染部位。只不過，抗DNA抗體的大量生產同樣也會引發自身免疫疾病。這是不是解釋某些目前尚不明原因疾病的關鍵呢？同樣道理，這項發現或許能夠對某些病理作出更新的解釋，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，這種機制的發現從基礎研究的角度來看真的非常重要。