技术:让水螅长出了9个脑袋的基因，可能隐藏着癌症的秘密

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资料来源:全球科学

打一个基因，蝌蚪居然露出多个头，就像打开了“开关”。

最近发表在《自然》杂志上的研究得到了瑞士日内瓦大学的生物学家布里奇的惊人结果。 加利奥特( brigitte galliot )带领的团队像希腊神话中的“九头怪”一样，让一个动物制造了多个头！ 科学家是怎么做到这个的？ 这个研究让我们理解生命的神秘，调查一下疾病的治疗有什么意义呢？

这是什么动物？

瑞士日内瓦大学科学家研究的动物其实非常小，是一群“身高”小于1厘米的异形小动物——棕榈树( hydra )。 蝌蚪是无脊椎腔的肠动物，大多生活在氧气含量足够的淡水中。 比如，地里的水质是干净的池塘凹陷。 池塘凹陷中的水蚤是天然的美食。

看起来闲居的脚气，有足够的成长和繁殖能力秒杀地球上所有生物。 蝌蚪不仅能“长生不老”，而且能“永远保持青春”。 体内的干细胞可以继续分裂。 也就是说，蝌蚪可以不断更新自己的体细胞，“返老还童”。 而且，他们的繁殖能力不受年龄影响，同时在外界环境发生较大变化的情况下，蝌蚪违背了平时无性繁殖(出芽生殖)的常态，打开了有性繁殖的大门，可以产生越来越多的健康后代，可以说是生存和繁殖能力的爆发 这是因为科学家成为研究长寿和癌症的重要实验对象。

蝌蚪是怎么做九个头的？

利奥特长时间致力于细胞生物学和发育生物学行业的研究，发表了近100篇高水平的论文。 2009年，伽利略教授发现了wnt3这种蛋白质参与的信号通路，对蝌蚪头部的再生起着重要作用。 但是，当时，伽利略和同事对控制上述细胞信号通路的活动，进而控制蝌蚪头部再生过程的机制尚不清楚。 因此，过去十年来，他们致力于探索这个问题。 随着时间的推移，年来，加利奥特队终于取得了突破性的进展。 他们在蝌蚪体内发现了一个叫sp5的基因。 同时发现，在一定程度上抑制这种基因的表达，可以在蝌蚪身上制造很多头。 这是什么意思呢？

事实上，从生物学机制来看，蝌蚪生长成多个大脑的过程不太多。 在wnt3蛋白参与的信号通路中，β-catenin这种蛋白在其中起着很大的作用。 β-catenin这种蛋白质可以进入细胞核，继续促进蝌蚪头部再生所需的蛋白质的生产。 这也是wnt信号通路在机体生长发育中常见的作用方法。 但是，β-catenin在细胞中容易被“消灭”(分解为其他蛋白质)，此时，wnt3蛋白起到“保护、护卫”β-catenin的作用，从“消灭”β-catenin的蛋白质中救出 由此，未被分解的β-catenin可以残留在细胞中，继续发挥生物学功能。

但是，通常蝌蚪头部的生长和发育并不任性，天然生长的蝌蚪只有一个头部。 因此，伽利略的团队推测，一定存在着控制wnt3信号通路的开放和关闭，保证蝌蚪头部正常生长和发育的开关这样的生物机制。 基于这一想法，他们以头部发育旺盛时期的蝌蚪为研究对象，采用生物技术手段多次筛选，终于发现了sp5这个基因。

伽利略的研究发现，sp5基因编码的蛋白质抑制了编码wnt3蛋白的基因，无法产生足够量的wnt3蛋白，因此BNT-Catenin也失去了为自己“护卫”的伙伴。 这样，sp5基因编码的蛋白质在一定程度上阻止了β-catenin进入细胞核内，细胞无法生产使蝌蚪头部再生的蛋白质。

更有趣的是，sp5基因也是由β-catenin调节的。 也就是说，编码wnt3、β-catenin蛋白的基因和sp5基因，这三种相互作用构成一个循环，sp5抑制wnt3蛋白的基因，wnt3蛋白抑制β-catenin蛋白、β-。 如果这个循环正常运转，蝌蚪的头部就会正常发育。 但是，如果这个循环中断，蝌蚪头部的发育就会产生问题。

为了验证这个构想，伽利略的团队在各自不同的蝌蚪中击倒了编码β-catenin的基因和sp5基因。 得到的蝌蚪形态与上述理论预想非常一致:敲除β-catenin的基因后，敲除蝌蚪头部发育迟缓的sp5基因，得到了惊人的结果。 没有抑制因素，蝌蚪头部发育失常，有些蝌蚪出了九个头！

那么，这个惊人的结果对生物学的其他行业有什么启示呢？

这项研究有什么启发？

要回答这个问题，我们的观察力需要回到wnt3信号通路本身。 事实上，wnt3蛋白是蛋白质大分类的一员，被称为wnt蛋白家族。 这个蛋白质家族在漫长的进化过程中非常保守---保守的意思是，生物体长期进化，但这个蛋白质家族没有太大变化。 因此，wnt蛋白家族成员所在的信号通路存在于很多生物体中，同时参与了生长发育。

更有趣的是，wnt蛋白家族最初是在小鼠乳腺癌细胞中发现的。 一位科学家发现，当老鼠患乳腺癌时，wnt蛋白家族成员的活性会显著上升。 科学家们还发现，如果在小鼠胚胎期敲除编码wnt蛋白的基因，小鼠的发育就不健全。 随后的研究发现，wnt蛋白家族对神经系统的发育也非常重要。 这些研究表明，wnt蛋白家族及其参与的信号途径不仅与多个生物体的生长发育有关，而且与肿瘤发生的迅速发展有关。 例如，wnt信号路径就像战场上引导士兵冲击的突击号，向细胞发出“前进”的信号和指令。 但是，即使是发育中的生物也不能随便成长，需要像战争那样适当的指挥，没有指挥就只能知道突击，最终可能只能得到壮烈的牺牲。

破坏人类健康的癌症是人体细胞生长紊乱引起的，其可能性之一是wnt信号通路在这些癌细胞中过于活跃，癌细胞打破人体内细胞的正常生长节奏，占领周边细胞所需的营养素，不受控制而拼命

既然蝌蚪存在sp5基因，有抑制头部过发育的倾向，其他生物体内是否也存在该基因，还有同样的作用吗？ 有了这个问题，伽利略教授的团队研究了蝌蚪后，又分解了其他种类的细胞，结果发现人和斑马鱼的细胞都存在sp5基因和wnt信号通路。

伽利略团队得到的结果是，给我们最重要的提示是科学家可能可以增强sp5基因的表达，强化癌细胞中wnt信号通路的抑制作用，从而抑制或治疗癌症。

事实上，包括最新基因技术在内的类似基因疗法在科学家的想法范围内。 因为基因疗法比以前传来的放射线治疗和化学疗法手段更正确，也能减轻患者的痛苦。 但是，生物体非常多且复杂，许多基因的功能及其相互作用还没有充分研究，能否利用sp5基因的抑制作用治疗癌症，需要科学家继续研究。