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【分享】微環(huán)境如何影響癌細胞生長?
?在不同的環(huán)境下,細胞做不同的事。
通常我不喜歡漫畫,我覺得很多漫畫并不有趣,我覺得它們很怪。但是我喜歡這幅《紐約客》的漫畫。
文字:永遠別想跳出箱子(常規(guī))思考。
所以,這人在對這只貓說,別想要跳出這個箱子,好吧,恐怕我曾經(jīng)是那只貓。我總想身處箱子之外。這部分是因為我的背景吧,涉足該領域前,我是化學家和細菌基因?qū)W家。人們對我說的有關癌癥的起因、來源,或者你為什么會進入這一領域,你是哪個領域的專家等問題根本沒有意義。
所以,請讓我迅速地告訴你為什么我會這么想、和我是怎么知道這些的。好的,可是一開始我需要給你們上一個非常非常短的有關生物生長的課程,同時我對你們之中有生物知識背景的人表示歉意。好的。當我爸爸媽媽的精子卵子相遇時,受精卵出現(xiàn)了,那個圓圓的有個小光點的東西。然后他生長啊生長啊,然后它長了一名帥哥。
所以,這個人,體內(nèi)的所有細胞,擁有相同的基因信息。為什么他的鼻子會變成鼻子,手肘變成手肘,還有為什么他某天起床,他的鼻子不會變成腳呢?這是應該是可能發(fā)生的,那些鼻子上的細胞有那套基因信息。孩子們,你們都記住了,這都是從一個干細胞開始的。那么,為什么這一切沒有發(fā)生呢?猜猜看他的體內(nèi)有多少的細胞?大約在10萬億到70萬億之間存在于他身體里。幾十萬億!現(xiàn)在,所有這些含有相同基因的細胞,是怎么形成那么多的組織呢?所以,我之前提的問題會更加有趣了,如果你在想你的身體里有如此多的細胞。
現(xiàn)在,主流腫瘤理論會說,一個癌細胞里面里的一個致癌基因會讓你變成癌癥患者。好吧,這個對我來說不科學。你知道一萬億是怎么樣的么?現(xiàn)在讓我們看看。來了,這些0一個接著一個。現(xiàn)在,如果,0.01%的細胞突變了,現(xiàn)在是0.001%的細胞致癌了,你會變成一大塊癌細胞。你會全身都是癌細胞。但是你不是。為什么沒有呢?
所以,我通過多年來一系列的實驗說明這是由于環(huán)境和體系的原因。
讓我簡略地告訴你那些重要的實驗是如何證明這些的。首先,我進行病毒的研究工作涉及雞身體里的惡性的腫瘤。Rous在1911年發(fā)現(xiàn)了這個。那是第一個被發(fā)現(xiàn)的腫瘤病毒,當我稱它為“致癌基因”,就是說“導致癌癥的基因”。所以他設計了一個過濾裝置,并用它過濾了腫瘤后得到一種液體,并把這種液體注射到另一只雞體內(nèi),他就得到了另一個腫瘤。
于是,科學家當時很興奮,它們就認為,一個致癌基因就可以導致腫瘤。你只需要一個致癌基因。所以,他們培養(yǎng)了那些雞的細胞,并倒入一些病毒,它們就會堆積起來,然后他們就說這些是惡性腫瘤,這些是良性腫瘤。
這個對我來說也不科學。所以由于多種原因,我們把這些致癌基因,用藍色標記物標記了,并把它們注射到胚胎中。現(xiàn)在來看看這個,這個胚胎里美麗的羽毛。這些藍色的就是致癌基因都在一個癌細胞中,這些就是它羽毛的一部分。所以,當我們分離這些羽毛并把它們放進一個培養(yǎng)皿里,我們就得到了一堆藍色細胞。所以你可以在雞里得到腫瘤,在雞胚胎里卻不能。你分離了它們,并把它們放到一個培養(yǎng)皿里你得到的是一個腫瘤。這說明了什么?說明了在微環(huán)境中環(huán)繞它們的細胞在告訴致癌基因和癌細胞該怎么做。
現(xiàn)在,我們舉個正常例子,關于乳腺的例子。我研究了乳腺癌。這個是個可愛的人類乳房。你們中的很多人都知道它看上去是什么樣,但是它里面是什么樣卻沒有多少人知道了,這些是所有的可愛的,正在生長的,樹狀結構的組織。那么,我們決定將要做的就是取一些乳腺,這叫做“腺泡”乳房里都是這些東西,母乳便是在此生成的,在乳頭末端是一根根細小的微管,嬰兒可以從此吸到母乳。
我們不得說,這太棒了!看看這些可愛的結構。我們想要制造出這樣一個結構,并問個問題:細胞是怎么做到那些的?那么,我們?nèi)〉昧思t細胞--你們可以看到紅細胞被藍色的細胞圍著,藍色的細胞將紅細胞擠得緊緊的,在它們后面是人們通常認為的惰性物質(zhì),它只是為了維持某種形狀,所以我們在多年前利用電子顯微鏡首先給它做了一個快照,你們可以看到這個細胞看起來十分的可愛。它有底有頂,它正在分泌大量的乳汁,因為它是剛從懷孕初期的老鼠身上取得的。
你取得了這些細胞,并把它放在一個培養(yǎng)皿中,三天后,它們看起來就是那樣的。它們完全忘記了自己原來是乳腺細胞。你把它們再取出,放入一個培養(yǎng)皿,它們不會再產(chǎn)出乳汁。它們忘記了自己是乳腺細胞。例如,這兒,左邊是一滴可愛的乳黃色的乳汁而右邊什么也沒有??催@些“細胞核”。這些在左邊的細胞中的細胞核是在動物體中的,右邊的則是從培養(yǎng)皿出來的。它們完全不一樣。
那么,這說明什么?這說明這兒有環(huán)境影響。在不同的環(huán)境下,細胞做不同的事。但是環(huán)境是怎樣影響的呢?愛因斯坦曾說過,“如果一個想法一上來就不瘋狂,那么這個想法便毫無用處?!蹦敲矗銈兛梢韵胂笠簧蟻砦沂艿蕉啻蟮膽岩伞菢幼鰶]有前途,那樣做一點用也沒有,但是我很高興我這樣做出來了。
那么,我們做了老鼠乳腺的切片,所有可愛的腺泡都在那兒,每一個被紅顏色圍繞的東西都是一個腺泡,我們知道一切正常,我們將嘗試制造這一切,然后我說,也許那堆紅色的物質(zhì)就是圍繞的腺泡的那堆物質(zhì),人們會認為那只是一個結構支架:也許它承載著信息,也許它告訴細胞該做什么,也許它告訴細胞核該做什么。然后我說,細胞外基質(zhì),也是就這堆物質(zhì)叫做ECM,發(fā)出信號并告訴細胞該做什么。
所以,我們決定照著那個樣子開始著手制造。我們發(fā)現(xiàn)了一些黏稠的物質(zhì)。這些黏稠的中有著正確的細胞外基質(zhì),我們把細胞放進去,然后等,大約四天后,它們重組了。右邊的就是我們在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)出的。左邊的是動物體內(nèi)的,我們稱之為活體培養(yǎng)。培養(yǎng)出來的已滿是乳汁,那些可愛的紅色物質(zhì),已滿是乳汁。那么,我們制造出了乳汁,歡呼吧,美國人。完全正確。這些是美麗人類細胞,然后你們可以想象到,這兒是環(huán)境。
那么,我們要做什么?我做了一個發(fā)散性設想。我說,如果架構具有決定性作用是正確的話,癌變細胞的架構應該是讓該癌變細胞認為自己是正常的。這有可能嗎?于是,我們開始嘗試。然而,為了實現(xiàn)它,我們需要找到分辨正常與異常的方法。左邊的是單個正常細胞,人類乳房細胞,放置在有細胞外基質(zhì)中,就是這塊黏稠的凝膠中,它組成了這所有美麗的結構。右邊,你們可以看到它看上去很丑,這些細胞還在生長,而正常的已經(jīng)停止生長了。這兒你們可以看到高倍放大的圖片,正常的腺泡和極丑的腫瘤。
那么我們要問,什么東西在那些極丑無比的腫瘤的表面上?我們能讓它們停止嗎?它們正在瘋狂地發(fā)出信號,它們把所有的信道弄得亂七八糟,我們能讓它們恢復到正常水平嗎?額,這想法很奇妙。它使我靈感大發(fā)。這是我們獲得的成果。我們可以扭轉這惡性外顯物質(zhì)。
為了向大家展示這個惡性外顯物質(zhì),我沒有使用照片,而是帶來了一個小短片,有點模糊,但是大家可以看到左邊的是惡性細胞,它們?nèi)际菒盒缘?,我們一開始加入了單個制約因素,看看發(fā)生了什么,它們看上去都是那樣的。我們將其注射到老鼠體內(nèi),右邊那群,沒有一只老鼠得癌癥。我們將另一種細胞注射進老鼠體內(nèi),百分之百患癌癥。
那么,對于研究癌癥,這是一種全新的方法,這是一種滿是希望的方法。我們能夠在這個層級上對事物進行操作,實驗結論表明利用相關方法,細胞的增殖和惡性行為在組織層級上恢復了正常。而且組織結構是獨立于細胞外基質(zhì)和微部環(huán)境的。那么,這兒結構及功能不斷地動態(tài)交互作用。
當然,我們要問,下一步做什么?我們希望將這個想法用于臨床治療。但在那之前,我需要你們想一想,你們坐在這兒的每一分每一秒,你們體內(nèi)那700億細胞中的細胞外基質(zhì)正向細胞核發(fā)出信號,細胞核也想細胞外基質(zhì)發(fā)出信號回應,由此你們的機體保持平衡。
我們發(fā)現(xiàn)了很多現(xiàn)象,我們剛向大家展示了細胞外基質(zhì)與染色質(zhì)相互交流。我們展示了乳腺細胞某段有特殊功能的基因的DNA片段,就是它回應細胞外基質(zhì)的。我們做了很多年試驗,才發(fā)現(xiàn)這些,這些努力是值得的。
在看下一張幻燈片之前,我需要告訴你們?nèi)匀挥泻芏嗖粩嘣黾拥闹i團等待我們?nèi)ソ忾_。未解之謎浩瀚如星。我總是對我的學生和博士后說,不能驕傲,驕傲與好奇為敵。好奇心和熱情。你需要不斷想,還有什么沒被發(fā)現(xiàn)?也許我應該發(fā)現(xiàn)更多,也許我應該換個角度思考。
那么,現(xiàn)在我們有了一個驚人的發(fā)現(xiàn)后,實驗室里的一個物理學博士后問我,你把細胞放進去后,它們在做什么?它們在一開始的時候在做什么?我說,我不知道,我們不能一直看著它們。過去,我們并未充分利用我們的想象力。然后她,一個充滿想象力的物理學家,做了這件不可思議的事。這是一個人類乳細胞的三維圖。看看它,它經(jīng)常做這些。一系列的連貫動作。你把細胞都放在這兒,它們就開始動了,這些這樣做,那些那樣做。當我們還原這些癌癥細胞后,它們也有如此反應。這不得不使我驚奇。這些細胞就像胎兒一樣,多么神奇啊。
我想以一首詩來總結。我相當喜歡英國文學,我曾在大學選課時猶豫不決,該選哪一個?不知是幸運抑或不幸,我選了化學。不過葉芝有一首詩極符合目前情景,我就念一下最后兩行。詩名叫做“學童之中”?!芭?,曼姿隨樂起舞;哦,青睞湛湛灼灼,起舞之時才是舞者的人生?!边@是梅西·坎寧漢,我有幸在年輕時與他共舞,他是一名舞者,當其為舞,人與舞皆可嘆止。舞隨樂停,心猶醉不可醒。那么,這就像是結構及功能。
這是我們組現(xiàn)有成員的合照。能有這些優(yōu)秀的學生和博士后,我真是異常幸運,與他們交流我受益匪淺。我的組員流動性很大。他們是未來,我嘗試告訴他們,成為那只貓,或被告知不要想箱子外的世界時,不要害怕。
并且,我想留給大家思考一個問題。左邊是岸上潺潺流水,NASA的衛(wèi)星拍攝到的。右邊是一片珊瑚。現(xiàn)在如果你取得乳腺細胞并培養(yǎng)它抽取它的脂肪,它看上去會是這樣的。他們看上去一樣嗎?他們是否有相同的圖案?為什么自然一遍又一遍的畫著這幅圖?
這就是我要問大家的問題。我們給人類基因組排了序,我們知道基因序列的一切,語言基因,字母基因,但是我們卻一點也不清楚架構好的語言與字母。這是一條令人激動的新地平線,這對年輕人來說是一件激動人心的挑戰(zhàn),對于滿是激情的老人,比如我,也一樣。
那么,著手去發(fā)現(xiàn)它!
Mina Bissell教授