DNA，你所不知的另一面

倪显丽

1915年，自从美国人沃森和克瑞克发现DNA是双螺旋结构以来，人们对DNA的认识一直局限于它在细胞分裂时所起的传递遗传信息的作用。最近的科学研究发现，DNA的功能并非局限于此。

当人体被病毒或细菌感染时，我们身体的免疫系统就会立即拉响警报。于是一批批增援的白细胞穿过道道血管壁垒，迅速赶到受感染的现场。它们通常采取两种手段来消灭微生物：一种是在该环境中立即分泌有毒物质，绞杀病毒和细菌；另外一种就是吞噬微生物，并把它们消化掉。这两种机制已经为人类所熟知。可是，最近一个德国的科学团队却发现了DNA另外一种完全出人意料、闻所未闻的防卫机制。

破译防卫秘密

众所周知，细胞命名反映了各染色剂的性质，根据染色剂的酸碱性，可以按照碱性、中性或酸性对细胞进行区分。在人体白血球中，约有70%的细胞是由这类细胞组成的。它们以每分钟8 000万个的速度从人体骨髓中源源不断地被生产出来。它们中有一种叫中性粒细胞，独特的防卫方式就是发生在它身上。它将自身的DNA物质释放到细胞外部，形成一个由DNA丝状体构成的网，这张类似蛛网的结构能够困住微生物，并将其杀死消灭掉。

这种独特的防卫机制在生物学界一经公布，无疑引起一场轩然大波。因为生物学家对DNA的这些丝状体实在是太熟悉了。过去，他们时不时总能在样品中看到它们，但之前一直以为那是因为显微镜的盖玻片不是很干净，或认为那是在研究操作中死去的中性粒细胞的DNA片段。总之，之前根本没有谁想象到会有这样的现象发生。然而，正是由于每次都能够观察到这些DNA丝状体，德国的研究小组才决定要将问题查查清楚。

研究小组在电子显微镜下对一些中性粒细胞进行观察，其中一部分处于休眠状态，另一部分则由于接触到一种源自细菌的蛋白质而得到了激活。实验的结果令人震惊：当中性粒细胞在有细菌的环境中被激活时，DNA丝状体总是无一例外地出现在该环境中，而这种现象也仅仅在有细菌时才会出现。研究小组很快地意识到，他们可能看到了一种从未被发现过的机体自卫武器。接下来的实验更证实了他们的想法。他们用来自不同菌株的细菌种类（如沙门氏菌、葡萄球菌）和一种真菌（白色念珠菌）做了测试，DNA丝状体总能极其有效地将这些微生物摧毁。毫无疑问，这就是一种“杀手DNA”。

不过，大家熟悉的遗传信息传递工具DNA分子，怎么能够消灭致病菌呢？首先，研究小组发现DNA分子自身并没有杀死微生物的机能，DNA长达2米，而且黏性极强，是它的这一物理特性形成了极其有效的网，可以轻易困住微生物！此外，研究小组还发现DNA并不是独自被释放出体外的。它在细胞核内时与某些蛋白质结合在一起，被释放出来后仍然与之相连，特别是组蛋白。这种蛋白质平时将DNA分子保留在细胞核内，并将其压缩成为染色体。其实，组蛋白的杀菌特性早在上世纪50年代就已为医学界所知晓，但人们至今一直不知道这些特性的用途所在。之前，人们只在它们与DNA相结合、严严实实地被包在细胞核里的情况下才观察过它们。

研究小组在细胞核外，并且在与细菌感染作斗争的情况下观察了组蛋白，终于预见到了它在这个杀菌行动中所起的作用。可这还不是全部。因为除了直接消除致病菌外，这张DNA网似乎还有其他许多功能。不难想象，这张网能够限制细菌向机体的其他部分扩散，并为后来其他的白血球争取时间。事实上，中性粒细胞会在环境中释放出蛋白酶，其作用就是降解细菌。同时，它们对机体自身的细胞也是一种威胁。这张DNA网可以将蛋白酶集中在局部，这样就能限制住对宿主自身组织的伤害。

开辟医学新天地

但是，让我们实在难以理解的是，细胞排出自己的DNA，因为这种行为就如同在进行自杀式攻击一般。这项发现完全干扰了人们过去认为DNA作为遗传信息载体的想法。过去人们认为，DNA就是遗传信息的载体，它在细胞分裂时会将此信息传输出去，除此之外，DNA别无其他功能。要知道，骨髓会不断地产生出中性粒细胞，它们在血液中的数量很大。它们与某些神经元细胞可不同，和神经元一样无法再造的细胞得尽量让自己存活得越长越好。而中性粒细胞呢，却有点像奔赴前线的战士。这些离开血管来到受感染部位的细胞生命已经走到了尽头，不能再分裂了，它们注定是要死的。它们是来与入侵者进行战斗，完成自己最后使命的，无论会发生什么，它们几个小时后都会当场死去。

这种背景下，我们就更容易想象到以下的情况：在生命即将结束的那一刻，为了造出了这张细胞外的DNA网，细胞改变了DNA作为基因信息的载体的功能。这一发现还引发出了许多疑问。什么信号会发动这一机制呢？DNA是通过什么路径被释放到细胞外部的呢？感染情况控制住之后，DNA是怎样被降解的？还有一个问题就是，这种自卫机制会不会反过来损害机体本身呢？ 因为DNA身在细胞外部这个事实并不是毫无后果的。在许多自身免疫疾病发病时，当免疫系统转而攻击宿主、袭击机体细胞时，可以看到一个共同点，就是身体在制造反DNA的抗体。类风湿性关节炎就是个很好的例子。换句话说，当细胞将DNA释放到环境中时，DNA的存在可能会引发这种抗体的产生。同时，人类免疫系统的细胞还具有受体即“把关”功能，精确地辨认出入侵细菌的DNA，以便引导免疫系统对这些细菌作出反应。这为自身免疫疾病的研究开辟了前所未有的新天地。

中性粒细胞一旦释放出DNA就会被“把关”受体辨认出来。结果就是，免疫反应得到了加强。机体从中得到了好处，它能募集更多的免疫细胞到受感染部位。只不过，抗DNA抗体的大量生产同样也会引发自身免疫疾病。这是不是解释某些目前尚不明原因疾病的关键呢？同样道理，这项发现或许能够对某些病理作出更新的解释，比如先天性黏液稠厚症。这种遗传疾病源于基因异常，它特别影响肺部，能导致分泌物过于黏稠，堵塞支气管。值得注意的是，这些在肺部的分泌物中含有数量极大的DNA，人们在此前对这些DNA来源一无所知。毫无疑问，这种机制的发现从基础研究的角度来看真的非常重要。