從胚胎的角度研究腫瘤發生問題

一直以來，科學家們(men) 在研究某個(ge) 基因的功能時無非就隻有兩(liang) 種方法，要麽(me) 就是敲除這個(ge) 基因，或者下調其表達量，要麽(me) 就是提高其表達量。在20世紀90年代發現的RNA幹擾技術又給科學家們(men) 提供了一條新的研究基因功能的途徑，RNA幹擾技術可以通過小RNA分子（small RNA molecule）與(yu) 目標mRNA結合，並使其降解的方式，特異性地抑製某個(ge) 基因的表達。可是到目前為(wei) 止，科學家們(men) 也隻是利用RNAi技術對體(ti) 外培養(yang) 的細胞進行過全基因組篩查研究，這種細胞層麵的研究方法不能涉及生理狀態下細胞之間複雜的相互作用，可我們(men) 都知道，這些相互作用對於(yu) 正常的組織行為(wei) ，或者癌變等異常的病理改變才都是zui重要的。在本期《自然》（Nature）雜誌的第185頁上，Beronja等人將向我們(men) 介紹*用RNAi技術進行的活體(ti) （小鼠胚胎）全基因組篩查研究工作，他們(men) 的目標是找出與(yu) 非黑素瘤皮膚癌（non-melanoma skin cancer）形成有關(guan) 的基因。

非黑素瘤皮膚癌是zui常見的腫瘤之一，是由皮膚外層的表皮細胞（epidermal cell）惡變而發生的一種疾病。在胚胎發育過程中，當進行到孕中期（mid-gestation）時，外胚層（ectoderm）的表麵會(hui) 逐漸發育成表皮，並慢慢成熟成為(wei) 一種不通透的皮膚保護屏障，同時也會(hui) 發育出毛囊（hair follicle）等皮膚附屬結構。早期的非黑素瘤皮膚癌研究發現，Ras基因家族（Ras gene family）成員是非黑素瘤皮膚癌致病基因，但是由於(yu) 技術的限製，不能在單細胞水平對Ras基因的活性進行研究，所以無法了解其它基因在非黑素瘤皮膚癌，以及其它腫瘤發病過程中起到的致病作用。

Beronja等人之前已經發現了一種可以在發育表皮中進行RNAi操作的方法。他們(men) 的方法就是借助慢病毒載體(ti) （lentiviral vector）在小鼠胚胎外胚層表層細胞裏表達shRNA（這種RNA在細胞內(nei) 表達之後會(hui) 進一步被切割成RNAi分子）。現在他們(men) 已經將這項技術發展到可以對表皮細胞的全基因組（外顯子組）進行篩查，這主要歸功於(yu) 他們(men) 有了一個(ge) 針對小鼠細胞當中每一mRNA的shRNA文庫。由於(yu) 發育中的表皮細胞是以一種非常“保守的（reproducible manner）”方式進行分裂增殖的，所以任何RNAi序列，隻要它們(men) 能夠改變表皮細胞正常的增殖速度，那麽(me) 就可以通過確定整個(ge) RNAi庫中這種RNAi序列數量（增加或者減少）的方法發現它們(men) 。所以Beronja等人進行了這種研究，他們(men) 對RNAi操作開始時和RNAi幹擾9.5天之後的小鼠胚胎進行了比較，主要比較了細胞中shRNA的豐(feng) 度，結果就發現了被抑製之後能夠促進細胞增殖，或者抑製細胞增殖的基因。

Beronja等人進行了兩(liang) 次篩查，分別尋找了與(yu) 細胞正常發育有關(guan) ，以及與(yu) 細胞癌變（通過誘導Hras1基因表達的方法促使細胞癌變）有關(guan) 的基因。在這兩(liang) 次篩查當中都發現了同一種基因，那就是β連環蛋白（β-catenin）編碼基因，但是該基因對這兩(liang) 種情況下的細胞增殖卻起到了截然相反的作用。之前的研究也發現，β連環蛋白與(yu) 非黑素瘤皮膚癌的發生有關(guan) ，也發現如果表皮細胞不表達這種蛋白，也能夠促使細胞增殖（hyperproliferation），Beronja等人的發現也符合前人的這些研究成果。

β連環蛋白是粘著連接（adherens junctions）的重要組成部分，所謂粘著連接是一個(ge) 蛋白複合體(ti) ，位於(yu) 上皮組織細胞和內(nei) 皮組織細胞之間，所以β連環蛋白在細胞之間的粘附作用當中扮演了非常重要的角色。與(yu) 此同時，β連環蛋白還是Lef1/Tcf轉錄因子家族成員一個(ge) 非常重要的輔因子（cofactor），而Lef1/Tcf轉錄因子家族成員則正是Wnt信號通路的效應因子。由此可見，β連環蛋白對於(yu) 多個(ge) 非常重要的細胞基礎進程都起到了調控作用。如圖1所示，Beronja等人在篩查研究工作中發現，β連環蛋白對正常表皮細胞的生長起到了負向調控的作用。之後的體(ti) 外試驗又發現這個(ge) 負向調控作用是不依賴於(yu) Wnt信號通路的，而是與(yu) 細胞之間的接觸抑製作用相關(guan) 。可是在對表達了Hras基因的小鼠胚胎表皮細胞的篩查工作中卻發現β連環蛋白對這種細胞的生長起到了正向調控的促進作用，這種作用卻又與(yu) Wnt信號通路活性上調相關(guan) 。可之前有一項研究發現，在表皮細胞中表達抑製型的（inhibitory form）Lef1，阻斷Wnt信號通路之後對腫瘤的形成造不成明顯的影響。因此，我們(men) 還需要開展更多的研究，深入了解β連環蛋白以及Wnt信號通路對腫瘤的影響作用和意義(yi) 。

 β連環蛋白與(yu) 正常細胞和癌變細胞的關(guan) 係。Beronja等人對正常的小鼠胚胎表皮細胞，和表達了Hras基因的小鼠胚胎表皮細胞進行了全基因組RNAi研究，發現β連環蛋白對於(yu) 維持表達了Hras基因的小鼠胚胎表皮細胞異常活躍的增殖非常重要，但他們(men) 同時也發現，抑製β連環蛋白的表達就能夠抑製細胞增殖。Beronja等人認為(wei) ，這種作用可能與(yu) β連環蛋白在Wnt信號通路中的作用有關(guan) 。可是對正常細胞的篩查卻發現抑製β連環蛋白的表達卻能夠促進正常表皮細胞的增殖。之後的試驗發現，這種作用與(yu) β連環蛋白在維持表皮細胞之間的粘著連接複合體(ti) （adherens-junction protein complexes）方麵的作用有關(guan) ，如果破壞了這種連接複合體(ti) ，就會(hui) 影響控製正常細胞生長的接觸抑製機製（contact-inhibition）

之前已經有人發現β連環蛋白與(yu) 多種惡性腫瘤疾病相關(guan) ，但是Beronja等人這一次在表達了Hras1蛋白的異常增殖細胞當中還篩到了另外一個(ge) 基因，那就是Mllt6基因。之前有人發現，Mllt6基因的染色體(ti) 轉位（Chromosomal translocation）異常與(yu) 混合型髓性白血病（mixed myeloid leukaemia）的發生有關(guan) 。雖然Mllt6蛋白的確切功能現在還不清楚，但是我們(men) 已經知道，該蛋白與(yu) Dot1a組蛋白甲基轉移複合體(ti) （Dot1a–histone methyltransferase protein complex）在胞內(nei) 的亞(ya) 細胞定位有關(guan) ，也能夠對幾個(ge) 特定的基因網絡（gene network）起到調控作用。與(yu) β連環蛋白一樣，Mllt6蛋白也是因為(wei) Ras基因突變而惡變的腫瘤細胞增殖所必需的因子之一。在Mllt6基因的啟動子上有多個(ge) Lef1/Tcf轉錄因子的結合位點，這說明β連環蛋白可以通過Wnt信號通路對Mllt6基因的表達起到調控作用，即Mllt6基因是β連環蛋白的下遊靶標因子。不過我們(men) 還需要進行更進一步的研究，以確定β連環蛋白是否直接調控了Mllt6基因？是否這兩(liang) 個(ge) 因子就足以促使細胞過度增殖？或者Mllt6蛋白是否通過其它信號途徑發揮了促癌作用？這些問題都是非常重要的問題，因為(wei) 這決(jue) 定了開發靶向藥物所需要確定的作用靶點問題。

Beronja等人開展的這項嶄新的全麵式研究給我們(men) 提供了大量的信息。他們(men) 研究獲得的大量信息為(wei) 我們(men) 將來開展全麵的計算機數據分析打下了堅實的物質基礎。他們(men) 發現的某些基因可能還與(yu) 表皮附屬器（epidermal appendage）的形成有關(guan) ，而不僅(jin) 僅(jin) 是與(yu) 細胞的增殖有關(guan) 。以這一段胚胎發育時期的基因表達譜（gene-expression pattern）數據為(wei) 基礎，對Beronja等人獲得的這些數據進行篩選也能夠有重要的發現，有助於(yu) 建起裏一個(ge) 基因分類框架，看看哪些基因與(yu) 內(nei) 環境穩態（homeostasis）相關(guan) ，哪些基因與(yu) 發育相關(guan) ，哪些基因又是能夠促進細胞生長的癌基因。除此之外，這些與(yu) Ras所誘導的細胞增殖作用相關(guan) 的基因是所有細胞異常增殖的作用基礎嗎？不同的組織是否進化出各自不同的內(nei) 環境穩態控製機製呢？這些都是非常值得研究的問題。