科学家在细胞上“印制条形码”以解开医学之谜

根据一份新报告，科学家们发现，癌症并不总是起源于发现成熟的骨髓细胞。相反，对于一些患者来说，癌症的母体可能是原始的骨髓细胞，即干细胞，它们产生了身体的所有白细胞和红细胞。这些细胞不受化疗的影响，可以产生新的癌细胞，导致复发。这一发现是“条形码”方法的早期成果之一，它有助于研究癌症和其他疾病的起源。这些结果太新，不能导致病人的治疗。但它们正在导致具有启发性的发现，预计将激发出治疗疾病的新方法。

该方法的工作原理是用一个“印记标记”单个细胞，并将其传递给所有细胞的后代。研究人员可以观察一个细胞，注意它的“条形码”，并一直追溯到它的起源--因为从最初的“条形码”细胞产生的每个细胞都有同样的“标记”。在胚胎发育过程中进行“条形码”的想法源于华盛顿大学的 Jay Shendure博士和他的同事，这类方法在2018年被《科学》杂志誉为年度突破。现在，从胚胎细胞到癌细胞再到成熟细胞，都有各种各样的“条形码”方法。

例如，Shendure博士和宾夕法尼亚大学的另一组研究人员正在对患有胰腺癌的小鼠使用“条形码”来研究癌细胞在其体内的扩散。在上述CLL的案例中，波士顿儿童医院的Vijay Sankaran博士和他的同事通过利用无害的、自然发生的突变对人类癌细胞进行“条形码编码”，这些突变标志着单个细胞并被其后代所继承。 Sankaran博士说：“条形码开始让我们对癌症有了前所未有的认识。”

该技术还向哈佛大学医学院的Leonard Zon博士揭示了一个令人惊讶的结果。他想研究意义未明的克隆性造血(CHIP)，这是一种常见但不为人知的情况，在老年人中很常见，会增加癌症和心脏病的风险。当单一造血干细胞的后代占据了全部或大部分的骨髓，挤压了其他干细胞时，就会发生CHIP。

为了调查，Zon博士在微小、透明的斑马鱼中用不同的颜色标记单个骨髓干细胞。结果与患者的情况相似--当鱼儿成年后，它们的血细胞有一半是单一颜色，这意味着它们是由单一干细胞所衍生。

但一个细胞是如何“接管”的？

答案是令人惊讶的。主导细胞分泌有毒的炎症蛋白。这些蛋白质抑制了其他干细胞的生长，并伤害了骨髓细胞的生长环境。但干细胞“父母”存活下来，并不断产生新的分泌毒素的后代。

该小组还在突变体细胞中发现了一个基因，使它们对炎症具有抵抗力。当他们阻断该基因时，突变体细胞就不能再接管了。

波士顿儿童医院的干细胞生物学家Fernando Camargo解决了一个不同的问题--为什么从捐赠者那里移植健康骨髓干细胞的标准癌症治疗如此困难，往往让患者容易受到严重感染？

当他和他的同事通过用被称为CRISPR的基因编辑技术对小鼠的骨髓细胞进行基因标记时，他发现大家称之为干细胞的细胞并不是造血的主要贡献者。Camargo博士说：“我们一直认为这些是通常产生你所有血液的相同细胞。”

相反，一组不同的细胞，他称之为祖细胞，在活体动物中产生了大部分血液。在干细胞移植中，祖细胞和假定的干细胞都被移植，但祖细胞在新环境中迅速死亡。

现在的问题是：为什么祖细胞不能在移植中存活？可能是为移植而清除骨髓的强剂量放疗和化疗，使骨髓变得不适宜。也可能是祖细胞与干细胞一起注入血液后，无法找到进入骨髓的途径。

Camargo博士说：“我们此前认为我们对造血干细胞了如指掌。显然，我们并没有。”