抗癌仿生学

文 /袁越

2020年诺贝尔化学奖颁给了发明基因编辑技术的两位女科学家。这项技术的灵感来自古老的细菌，它们在几十亿年前就进化出了一套高效的基因剪切机制，用来对付环境中无所不在的细菌病毒。两位女科学家把来自细菌的这套“免疫系统”略加改造，使之成为一把锋利的基因剪刀，大大简化了基因操作的难度，获奖实至名归。

类似地，曾获得2018年诺贝尔生理学或医学奖的癌症免疫疗法，其灵感来自哺乳动物的免疫系统。这套系统不但能对付外来病原体，还具备很强的抗癌能力。绝大部分癌细胞都是被免疫系统识别并杀死的，但其中一部分狡猾的癌细胞会把自己伪装起来，躲过免疫系统的攻击，其结果就是癌症。所以，科学家们只要想办法揭开癌细胞的伪装，就能借助免疫系统强大的攻击力，把癌细胞消灭掉。

上述这两个案例清楚地表明，大自然才是新型生物技术的主要灵感来源。想想看，地球生命已经进化了40亿年，所有能活到今天的生物都身怀绝技，它们肯定还有很多秘密我们尚未知晓，还有很多绝招我们没有学到。2020年10月21日出版的《自然》（Nature）杂志刊登了加拿大多伦多大学的丹尼尔·卡瓦略（Daniel Carvalho）教授撰写的一篇论文，再次证明了仿生学的厉害。

此前有研究显示，癌细胞会分泌一种名为ADAR1的酶，能够分解双链RNA分子。但不知为何，这种酶还会让人体免疫系统失去判断力，不再对癌细胞发起攻击，卡瓦略教授的这篇新论文揭示了其中的原因。

众所周知，人类基因组里有很多高度重复的DNA序列，科学家们一直不知道它们是做什么用的，因此一直称它们为“垃圾DNA”。卡瓦略教授发现，当一个细胞发生癌变时，该细胞基因组里的那些重复序列就会被激活，并转录成相应的双链RNA。通常情况下，人体细胞不产生双链RNA，但很多病毒的基因组都是由双链RNA组成的，所以人体进化出了一个名为MDA5的警报系统，专门负责监视双链RNA的出现。一旦发现双链RNA，MDA5就会将其解读为病毒入侵的信号，并立刻发出警报，激活免疫系统，把这个细胞杀死。

换句话说，MDA5是专门对抗双链RNA病毒的侦察兵，而真核细胞基因组中的重复DNA则是在此基础上进化出来的一种抗癌机制。因为癌症出现的时间比较晚，因此多细胞真核生物借用了这套抗病毒机制，让发生了癌变的细胞模拟被病毒入侵的样子，好让MDA5侦察兵发现，从而被免疫系统当成感染了病毒的细胞而杀死。

但是，有个别时候，健康的人体细胞自己也会产生少许双链RNA，如果MDA5不分青红皂白一律发警报，很可能会导致自相残杀。于是人体又进化出了ADAR1酶，把正常情况下出现的双链RNA分解掉，不给MDA5侦察兵发警报的机会。一些聪明的癌细胞利用了这一点，也进化出了分泌ADAR1酶的能力，以此逃过一劫。

卡瓦略教授的这篇论文揭示了这个古老的抗癌机制的真相，有助于科学家们研发出针对性的药物，剥去癌细胞的伪装，从而让抗癌药物更好地发挥功效。比如，有一种已经被美国FDA批准的表观遗传学抗癌药物正是通过促进癌细胞分泌双链RNA来抗癌的，但在使用过程中发现癌细胞会进化出抗药性，从而降低治疗效果。如果我们在使用这种抗癌药的同时，再加入一种能够抑制ADAR1酶活性的药物，也许能够提高这种抗癌药物的疗效。 癌细胞抗癌仿生学科学科普生命八卦癌症