多倍體將會(huì)有很多用途，我們現(xiàn)在知道的只是皮毛。
 

    細(xì)胞分裂通常會(huì)遵循一個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)則。在**DNA后，細(xì)胞分裂，產(chǎn)生兩個(gè)子細(xì)胞。幾年前，當(dāng)時(shí)在美國(guó)波特蘭俄勒岡健康與科學(xué)大學(xué)讀博士后的AndrewDuncan拍下了小鼠肝細(xì)胞分裂的影像，結(jié)果令其同事目瞪口呆。“我們看到一個(gè)細(xì)胞分裂成3個(gè)或4個(gè)子細(xì)胞。”Duncan說道。Duncan現(xiàn)在是匹茲堡大學(xué)的一名組織生物學(xué)家。染色體通常在分裂前會(huì)整齊地排列在細(xì)胞中間，然而很多肝細(xì)胞中的染色體卻以非常規(guī)的形式排列。

    這些肝細(xì)胞在分裂前有著不同尋常的行為，因?yàn)樗鼈兪嵌啾扼w，攜帶著額外的染色體。染色體在植物、昆蟲、魚和其他一些生物中盛行。但大多數(shù)的人類細(xì)胞是二倍體。事實(shí)上，額外染色體通常會(huì)給哺乳動(dòng)物的細(xì)胞帶來麻煩。

    幾十年來，研究人員一直猜測(cè)多倍體是否會(huì)為哺乳動(dòng)物細(xì)胞提供一些優(yōu)勢(shì)，例如增加蛋白質(zhì)合成等，但始終未能驗(yàn)證其想法。隨著科學(xué)家逐漸識(shí)別了一些可以幫助調(diào)節(jié)多倍體的蛋白質(zhì)，這一情況發(fā)生了變化。最近科學(xué)家開始探索這種奇怪的細(xì)胞狀態(tài)可能具有的功能。這些額外的染色體是否會(huì)為細(xì)胞儲(chǔ)備能力，從而使其應(yīng)對(duì)壓力和傷害呢？“真正懸而未決的問題是為何一些細(xì)胞會(huì)是多倍體？”北卡羅來納大學(xué)（UNC）的發(fā)育遺傳學(xué)家RobertDuronio表示，“我們正準(zhǔn)備開始回答這個(gè)問題。”

    盡管多倍體神秘的功能之謎尚未解開，一些研究人員已經(jīng)希望利用這一現(xiàn)象做更多的事。他們?cè)噲D用多倍體對(duì)抗某些癌癥，從而迫使細(xì)胞停止不受控制的分裂。

    利與弊

    Duronio和同事在2009年的一篇論文中描述道，多倍體就像是“一個(gè)危險(xiǎn)的惡作劇”。對(duì)于正常的兩套染色體來說，一個(gè)額外染色體的出現(xiàn)可能是災(zāi)難性的，例如導(dǎo)致唐氏綜合征。它還有一個(gè)潛在的危害。“它可以致癌。”波士頓Dana-Farber癌癥研究所的細(xì)胞生物學(xué)家和兒科腫瘤學(xué)家DavidPellman說道。Pellman稱，多倍體并不會(huì)在所有情況下都導(dǎo)致癌癥，但是風(fēng)險(xiǎn)很大。其同事在2013年發(fā)表于《自然-遺傳學(xué)》上的報(bào)告中稱，37%的癌癥都涉及到多倍體。細(xì)胞中的一種蛋白質(zhì)p53會(huì)在DNA數(shù)量異常時(shí)提醒細(xì)胞，從而實(shí)現(xiàn)自我凋亡或者減少分裂。俄亥俄州立大學(xué)生物學(xué)家GustavoLeone解釋道，因此細(xì)胞在變成多倍體之前，會(huì)使p53和其他能抵御基因損壞的蛋白質(zhì)喪失功能。

    由于對(duì)細(xì)胞周期的研究，研究人員逐漸掌握了細(xì)胞成為多倍體的分子機(jī)制。研究人員發(fā)現(xiàn)，在適當(dāng)情況下，一些蛋白質(zhì)會(huì)引導(dǎo)細(xì)胞成為多倍體狀態(tài)。為了調(diào)整細(xì)胞的染色體情況，一些研究小組最近使用小鼠開展多倍體轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)。通過實(shí)驗(yàn)，波士頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的生物藥學(xué)家KatyaRavid和同事推測(cè)，額外的基因可以幫助細(xì)胞制造血小板。

    2010年，Ravid的團(tuán)隊(duì)通過小鼠轉(zhuǎn)基因制造出大量可產(chǎn)生多倍體的蛋白質(zhì)。盡管這些蛋白質(zhì)使細(xì)胞含有的染色體組數(shù)量增加，但并未相應(yīng)引起血小板數(shù)量的增加。研究團(tuán)隊(duì)將報(bào)告發(fā)表在《生物化學(xué)雜志》上。Ravid提出，多倍體的好處其實(shí)是增加細(xì)胞的結(jié)構(gòu)支撐和細(xì)胞間聯(lián)系所需要的蛋白質(zhì)數(shù)量。

    賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的生物物理工程師DennisDischer卻給出了另一種解釋。他認(rèn)為，多倍體對(duì)巨核細(xì)胞的作用就像高卡路里的飲食對(duì)相撲選手的作用——可以增加體積。“如果你問我為何細(xì)胞會(huì)成為多倍體狀態(tài)，我會(huì)說因?yàn)樗梢詭椭潭ü撬杓?xì)胞。”Discher說道。其團(tuán)隊(duì)將發(fā)現(xiàn)發(fā)表于2013年11月19日的《國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。

    研究人員已經(jīng)從其他物種中獲得證據(jù)，表明多倍體的好處之一就是其產(chǎn)生的額外重量。在2012年的一項(xiàng)果蠅研究中，麻省理工學(xué)院的TerryOrr-Weaver和同事YingdeeUnhavaithaya發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們?cè)谛纬裳X屏障的細(xì)胞中減少可產(chǎn)生多倍體的蛋白質(zhì)時(shí)，細(xì)胞產(chǎn)生萎縮，該屏障也發(fā)生了泄漏。他們還發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)大這些變小的細(xì)胞后，就能恢復(fù)緊密的密封狀態(tài)。

    然而Leone的團(tuán)隊(duì)卻認(rèn)為，對(duì)于一種多倍體狀態(tài)達(dá)到極端的哺乳動(dòng)物細(xì)胞類型來說，這種體積作用是說不通的。小鼠胚胎表層的巨大滋養(yǎng)層細(xì)胞中的基因組**能達(dá)到1000個(gè)。這種細(xì)胞幫助將胚胎植入母體子宮，研究人員表示，增加的染色體允許細(xì)胞迅速擴(kuò)大，使胚胎滲透到子宮內(nèi)膜。“我們期待證實(shí)，多倍體的存在確實(shí)有一定意義。”Leone說道。

    潛在影響

    多倍體也存在于心臟和肝臟這兩個(gè)器官中，研究人員正在探索對(duì)多倍體的另一種解釋。杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的細(xì)胞生物學(xué)家DonaldFox表示，對(duì)于許多細(xì)胞類型來說，多倍體也許是一種重要的應(yīng)激反應(yīng)和適應(yīng)方式。

    這種說法的依據(jù)來自于一項(xiàng)小鼠心臟研究。在該研究中，幾乎所有的細(xì)胞都含有4組染色體。2010年，德國(guó)馬普學(xué)會(huì)心臟與肺研究中心的干細(xì)胞生物學(xué)家ThomasBraun和同事對(duì)轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)行研究，這些小鼠的肌肉細(xì)胞都缺少一個(gè)可以產(chǎn)生多倍體的基因。盡管該基因的缺少并沒有使所有心臟細(xì)胞都保持二倍體狀態(tài)，但確實(shí)使染色體組的數(shù)量減少了約1/3。

    “在基線條件下，小鼠都很正常。”Braun說道。不過，當(dāng)小鼠在處理心臟病等情況時(shí)，其缺陷就出現(xiàn)了。動(dòng)物心臟細(xì)胞中多倍體減少時(shí)，在心臟病發(fā)作后會(huì)泵入更少的血液。Braun稱，多倍體使心臟復(fù)蘇的方式尚不清楚。

    Duncan和同事對(duì)肝細(xì)胞的相關(guān)研究也支持這種猜測(cè)。在發(fā)表于2010年《自然》（Nature）雜志上的論文中，其團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，很多多倍體細(xì)胞分裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生雙倍體子細(xì)胞。但是這些雙倍體子細(xì)胞卻不會(huì)正常生長(zhǎng)，許多會(huì)增加或減少一個(gè)染色體，該情況被稱為“非整倍體”。“大多數(shù)癌癥病例都說明，非整倍體就是癌癥的代名詞。”Duncan說道。

    不過一些研究人員提出，非整倍體可以在組織或者器官中產(chǎn)生有用的遺傳多樣性，從而使細(xì)胞添加有益的基因副本。當(dāng)Duncan和同事研究小鼠肝臟再生時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)再生發(fā)生的位置有著豐富的非整倍體細(xì)胞。

    Duncan現(xiàn)在猜測(cè)，肝臟中的多倍體是產(chǎn)生有再生能力的非整倍體細(xì)胞的迂回方式。其團(tuán)隊(duì)目前正在試圖證實(shí)，這些細(xì)胞可以**乙肝患者的肝臟再生。

    如何利用

    盡管研究人員尚未解決多倍體之謎，但他們已經(jīng)在想，如何應(yīng)用已發(fā)現(xiàn)的信息。西北大學(xué)范伯格醫(yī)學(xué)院的白血病生物學(xué)家JohnCrispino和同事將目光投向了由巨核細(xì)胞引起的急性髓系白血病。Crispino和同事指出，迫使細(xì)胞成為多倍體并生長(zhǎng)成熟也許可以治療該病。

    多倍體研究在近年取得了一些進(jìn)展，但是多倍體對(duì)不同的哺乳動(dòng)物細(xì)胞類型有何作用仍未確定。Leone稱，為取得進(jìn)展，研究人員應(yīng)該從植物生物學(xué)家的工作中獲得靈感，他們已經(jīng)測(cè)試了特定環(huán)境條件下多倍體的優(yōu)勢(shì)——能提高對(duì)鹽度的忍受度?？茖W(xué)家可以對(duì)肝臟細(xì)胞進(jìn)行類似的研究。Duronio預(yù)測(cè)道，進(jìn)一步研究多倍體細(xì)胞的作用也許會(huì)產(chǎn)生一些驚喜。“多倍體將會(huì)有很多用途，我們現(xiàn)在知道的只是皮毛。”