近期倍受瞩目的颠覆性重要理论

　　近期被反驳的重要生命科学理论

　　

生物通综合：

miRNA具有转录激活作用

来自耶鲁大学医学院，霍德华休斯医学院分子生物物理及生物化学系的研究人员发现与之前广泛认为的，microRNAs这种非编码RNAs只用于抑制基因表达的见解不同，miRNAs也具有转录激活这一完全相反的作用。这一研究成果公布在新鲜出炉的《Science》杂志在线版上。

未参与此次研究，麻省理工的Phillip Sharp表示，这一研究“让我们重新开始思考miRNAs是如何调控基因的”，“按目前的常规看法，所有的调控都被认为是负调控——在癌症，免疫应答等等一切。这不是一个小问题，将引起广泛关注与讨论”。

一般认为，微小RNA (microRNA，简称miRNA)是生物体内源长度约为20－23个核苷酸的非编码小RNA，通过与靶mRNA的互补配对而在转录后水平上对基因的表达进行负调控，导致mRNA的降解或翻译抑制。对于miRNAs的研究起始于时序调控小RNA（stRNAs），由于miRNAs在物种进化中相当保守，在植物、动物和真菌中发现的miRNAs只在特定的组织和发育阶段表达，而且这种特异性和时序性，决定了组织和细胞的功能特异性，表明miRNA在细胞生长和发育过程的调节过程中起多种作用，因此miRNA的研究受到了生物学家的广泛关注。

miRNAs的负调控作用是通过靶向mRNA，从而抑制蛋白翻译的——大部分研究人员都这样认为，但是，耶鲁大学医学院，本文的第一作者Shobha Vasudevan表示，一些之前的研究也发现miRNAs也许具有激活的作用，比如说一项由斯坦福大学完成的研究就报道提出在人类肝脏中发现一种miRNA能增加丙型肝炎病毒（Hepatitis C virus，HCV）RNA的复制。

Vasudevan和她的同事在研究基因如何表达的过程中付出了许多努力，他们之前的研究表明腺嘌呤/尿嘧啶富集元件（adenylate/uridylate-rich elements，AREs，一种在许多mRNAs中都保守的元件）能与两个蛋白形成复合物激活翻译。由于这些蛋白已研究发现参与了miRNAs功能，所以研究人员开始分析ARE参与的miRNAs在翻译活性方面的作用，结果他们发现AREs与这两种蛋白的相互作用依赖于一种miRNA：miR369-3。

另外他们还发现miR369-3只有在细胞周期停止了之后才激活转录，在细胞周期过程中，虽然细胞在增殖，但是miRNA起的却是负调控的作用，而到细胞周期一停止，miRNA扮演的角色就逆转了。

然后研究小组也检测了其它两种miRNAs，想知道这一过程是否具有广泛性，结果这两种miRNAs都证明在细胞周期过程中在调控和激活这两种作用之间来回变化。

Vasudevan表示他们目前还并不完全清楚分别开启激活或抑制的机制，而且这种变化目前在体内还未观察到，“（我们的研究）为这一方向打开了更宽的道路，为miRNAs除了作为抑制因子增添了新的功能。”

冷泉港实验室的Greg Hannon也认为进一步的研究需要确定这种现象的生化机制，以及确定是否在体内出现，但是，他也表示，这项研究“确实挑战了我们对于miRNA靶定方式的看法。”

ATM修复新发现

当细胞核中的遗传物质开始分离的时候，一种称为ATM蛋白开始行使功能，这种蛋白由共济失调-毛细血管扩张突变基因（ataxia-telangiectasia mutated gene，ATM基因）编码。近期来自萨克生物研究学院（the Salk Institute for Biological Studies）的研究人员惊讶的发现，当ATM发挥出全部的作用的时候，染色体缺口上DNA的以侧区域与受损位点本身同样重要。至今为止，科学家们都认为只有已经激活了的ATM能修复DNA受损位点，但是Salk研究小组的这项发现则表明情况恰恰相反。这一研究成果公布在《Nature Cell Biology》杂志上。

文章的第一作者游中胜（Zhongsheng You）博士介绍道，“我们发现有效的ATM活性只出现在它与DNA缺口侧面区域有物理性接触的时候”，“当我们阻断这一邻近区域，ATM活性就会极大的下降”。

Salk分子与细胞生物学实验室的Tony Hunter教授表示，“‘on scene’激活ATM保证了局部DNA修复应答的进行，但是整体应答的幅度还是决定于细胞中双链缺口的数目。”

我们的遗传物质，即DNA在受到譬如太阳紫外线照射这样的外部来源损伤，或者活性氧分子的内在来源损伤下不断的受损，但幸运的是，细胞进化出了一套巧妙的监测机制检查和修复受损DNA。

在最具威胁性的DNA损伤：双链断裂这一情况下，ATM协调着细胞应答。ATM作为一种激酶——一种能用磷酸修饰底物的酶——激活了DNA修复的许多酶类，也激活了细胞周期调控子。从而细胞周期就能在DNA修复之后才继续进行，以防细胞直接通过受损遗传物质，避免引发癌症的突变，如果损伤不能修复，细胞就会进行程序性死亡。

像是共济失调-毛细血管扩张症(ataxia-telangiectasia,A-T)这种较罕见的遗传病就是由于ATM基因突变所致，研究证实A-T患者与基因携带者存在对辐射引起的DNA双链断裂修复的缺陷，而出现基因组的不稳定性，表现为对辐射的高度敏感和肿瘤易发倾向。

许多研究自ATM在10年前被发现之后都集中在ATM下游靶标处，但是受损DNA激活ATM的精确机制至今并不清楚，为了了解这一具体机制，You等人利用了由未受精蛙卵中获得的细胞分离物的一个独特的特征：将线状DNA片段加入到这些提取物中，能模拟细胞DNA中DNA双链缺口——ATM进行快速自我激活，并且细胞周期也同时“急刹车”。

Salk研究人员将DNA片段处理成了不同的长度（80bp-10kb），并且实验加入同样数目的分子，猜测是末端或“breaks”的数量，而不是大小起作用，然而情况并不是这样，You说，“越长，越好”，“有效的ATM激活严格依赖于DNA缺口的数量和受损DNA分子的总长度。”

这个令人疑惑的观察结果导致研究人员对DNA缺口邻近处在激活过程中的作用产生了疑问，进一步研究发现ATM在聚集到受损DNA末端以侧区域之后被协同激活，“这个机制提出ATM活性是与受损DNA偶联在一起的，这样就能确保ATM在少数几个DNA缺口应答的时候快速被激活。”

另外，DNA并不是散布在细胞核中的，而是与组蛋白紧密结合在一起，整个组装起来就形成了染色质，Hunter表示，“我们的发现说明来自DNA损伤应答的一个重要信号除了源自DNA损伤本身，也来自于DNA缺口以侧被修饰了染色质。”

乳腺癌研究新发现

尽管在多年前已经知道，“乳腺癌基因”BRCA1的缺陷能够增加人患乳腺癌的风险，但是它如何导致肿瘤生长却仍然是个谜。在10月15日的《Cancer Research》杂志上，来自美国芝加哥大学和日本京都大学的研究人员的新研究揭示出一种正常情况下修复受损DNA的机制可能在BRCA1功能异常时导致一种预后很差的乳腺癌的发生。

他们的新发现使得对正常BRCA1基因如何抑制种类的生长以及遗传稳定性本质有了更进一步的了解。

领导这项研究的Douglas Bishop和同事发现，因缺少BRCA1导致的生长缓慢可能通过增加DNA修复蛋白RAD51而得到补偿。

RAD51与同源重组有关，而同源重组则是细胞修复受损DNA的一种常用方法。在同源重组中，生物体利用未断裂的染色体拷贝作为模板来修复断裂的染色体。

BRCA1本身能通过重组来促进DNA修复，并且通常的观点认为BRCA1的丧失由于DNA修复的失败而导致肿瘤发生的。这项新的研究则挑战了这个经典理论。

Bishop指出，BRCA1缺陷本身可能并不会导致肿瘤的发生，但是试图通过增加RAD51水平来补偿修复过程中的BRCA1缺陷的细胞则可能比普通细胞的遗传稳定性要差一些，因此更容易形成肿瘤。

利用一个公共数据库，Bishop和同事分析了117个原发性乳腺肿瘤的基因组数据，并发现其与同源重组有关的基因的RNA水平增加了。他们发现，RAD51和另外两个关键的附属因子的基因的RNA水平在BRCA1缺陷肿瘤中明显高于与BRCA1突变无关的乳腺肿瘤样本。

另外在今年8月，澳大利亚布里斯班的研究人员的一项新研究显示，雌性激素能开启一个与乳腺癌有关的基因。这个来自昆士兰大学Diamantina癌症、免疫和代谢医学研究所的研究组相信，这一发现将有助于解释乳腺癌和病人体内高浓度雌激素之间的关系。这项发现刊登在《PNAS》杂志上。Diamantina的癌症生物学首席教授Tom Gonda表示，他们的研究结果证明雌性激素开启这一基因的能力对于乳腺癌细胞的生长非常重要。

研究人员所研究的基因被称为MYB，它在大约70%的乳腺癌患者体内都存在，并且这也是数十个能促进肿瘤生长的致癌基因之一。Gonda教授指出，对于乳腺癌而言，真正重要的是雌性激素开启MYB基因表达的能力，而不是基因自身发生的变异。他还表示研究组下一步的研究计划是将这些得到的结果在实验鼠上进行测试。

 Gonda教授解释说，他们正在试图直接证明MYB基因能在健康的乳房组织中诱导出癌变。Gonda指出，能阻止MYB活动的药物在将来或许可以用来治疗乳腺癌，但是他同时提醒说这还需要很长时间的艰苦研究才能实现。

乳腺癌是妇女常见的一种肿瘤。数据显示，全球每年发现乳腺癌病例约120万，死亡病例40万。在上海地区，每年发现病例4500例。相较西方发达国家，我国女性乳腺癌具有发病高峰提前的特点。导致乳腺癌发病的原因多种多样，压力大、抽烟喝酒、晚睡晚起、缺乏运动、使用含雌激素的补品化妆品、晚育以及生育后不哺乳等，令职业女性(如教师、办公族、企业家等)成为乳腺癌的高发人群。这些人群的发病比例约占女性乳腺癌总病例的40%左右。

中国女性乳腺癌的发病年龄从三十岁开始增加，而且发病后就诊相对较晚，约有百分之三十五的患者就诊时已经是中晚期。目前乳腺癌的治疗分药物治疗和手术治疗。其中最新出版的《新英格兰医学杂志》公布的一项关于新的内分泌药物“弗隆”辅助治疗乳腺癌的研究显示，这种药物能降低43％的乳癌复发危险和50％的对侧乳癌发生，并能显著地提升无病存活率。

综合输液疗法的风险

来自杜克大学临床研究所心脏学系，维克森林大学（Wake Forest University）的研究人员发现常规的有关心脏病发作后立即使用由葡萄糖、胰岛素和钾组成的综合输液疗法曾被认为是有益的看法，被证明可能增加ST段抬高心肌梗塞（STEMI；心脏病发作后出现的某种心电图图形）患者头三天出现心力衰竭和死亡的风险。这一研究成果公布在《Journal of the American Medical Association》（JAMA）杂志上。

文章的背景信息指出，小规模研究支持在STEMI治疗时使用葡萄糖-胰岛素-钾（GIK）输液，而一项较大规模的研究显示，GIK输液对心脏病发作30天后的死亡风险会产生不确定的效果。

亚特兰大市艾默瑞医学院医学博士、公共卫生硕士Abhinav Goyal及其同事进行了一项研究，确定GIK输液疗法与STEMI患者30天和六个月结果之间的关联，以及GIK输液是否会在早期输液后阶段造成伤害。该项研究包括对2,748名急性STEMI患者OASIS-6 GIK随机控制试验结果的分析以及OASIS-6 GIK和CREATE-ECLA GIK试验22,943名急性 STEMI患者综合试验数据的实现规定计划的分析。

“对近23,000名STEMI患者的综合OASIS-6和CREATE-ECLA试验分析（GIK疗法的规模最大的全球试验）显示，GIK输液对STEMI后30天的任何重要的临床终点均无效。但是，与实现规定计划的假设相反，与控制组相比，我们在头三天在接受GIK疗法的患者中观察到较高的死亡率和死亡或心力衰竭综合发生率。”

 

大脑中Prion蛋白的含量也许不能作为可信的疾病标记

研究者发现，用于检测诸如“疯牛病”等Prion疾病的快速诊断方法可能无法识别高度感染样品。目前，筛查牛肉或其它肉类产品中的Prion感染通常采用检测从动物身体上获得的脑组织样品中异常折叠的Prion蛋白的方法，这种蛋白质也被称为PrP；这种异常PrP蛋白具有粘性，并难于降解，人们认为它是Prion疾病的感染源。

Rona Barron及其同事们进行了一些检测，以便研究异常PrP是否确实与感染有相关性。他们给小鼠注射了两种不同的Prion感染组织，并对这些小鼠的感染程度进行定量。然后，他们检测患病小鼠大脑中异常折叠PrP的数量，发现PrP的量与疾病感染程度没有任何关系，而且有些高度感染的组织样品几乎检测不到异常PrP。

这些结果说明，在疾病组织中发现的异常PrP并不都具有传染性，它可能是一种病理学副产品。可能其他物质或者特殊结构的异常折叠PrP是引起PrP疾病的原因，目前单纯依据异常PrP的检测方法恐怕不能正确估计发生感染的可能性。Barron及其同事认为，为了保证以后不会发生Prion疾病爆发，寻找更多的疾病标记物至关重要。

人类等位基因并非均等表达

在11月16日的《科学》杂志上，来自哈佛医学院的研究人员发表的一篇最新文章指出，遗传自父亲和父亲的基因拷贝中有大约5％会发生随机关闭，即人类等位基因的表达并非均等，数百个等位基因中只表达其中某个。这一发现暗示出，即使在拥有完全相同的基因组的情况下，细胞也能产生多样化的表型。

长期以来，遗传学家一直都认为，绝大多数人类等位基因在细胞内是均等表达的。这项新研究则颠覆了这一推论。

在之前一些研究中，研究人员在调查早期胚胎发育的印迹和X染色体失活过程中曾发现，等位基因并非随机选择表达，即单等位基因表达（Monoallelic Expression）。父亲和母亲版本的等位基因间的单等位基因表达的随机选择造就了一类包括X—失活基因和一些常染色体基因家族在内的特殊基因类群。

在这项新的研究中，哈佛医学院的Andrew Chess和同事利用一种基因组学方法，在克隆细胞系中分析了4000个人类基因的等位基因特异性转录本，并且发现超过300个基因发生了随机单等位基因表达。

研究人员还发现，一旦单个克隆体选择了某一个等位基因，它的后代都会继续表现出相同的模式。Chess教授解释说，这些等位基因的表达具有一种最初选择，并在此后的细胞分裂的过程中保持下来。在研究中，研究组还在多种基因官能团中发现了类似的单等位基因表达，而且其中一些与人类疾病相关。

这些新发现的意义重大。来自英国亚伯拉罕研究所的Wolf Reik评价说，这一发现有助于解释人类对于遗传疾病的易感性差异。美国宾西法尼亚大学医学院的Marisa Bartolomei则评价说，这项研究结果意味着要了解人类的表型特征将是一件更加复杂的事情，因为这不仅仅关乎携带的基因和变异，还需要进行更多深入的研究。