Cell重磅發(fā)現(xiàn)：人類DNA會在細胞間直接轉移并改變細胞功能

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

哺乳動物和人類的基因組在分裂間期細胞核的范圍內受到保護，不會隨意游走。然而，基因組不穩(wěn)定性可導致細胞核 DNA 在微核內或作為碎片化染色體錯位到細胞質中。除了激活細胞自主信號程序外，這種錯位到細胞質的 DNA 是否能夠對鄰近細胞引發(fā)非細胞自主的后果，目前仍不清楚。

早在數十年前，科學家們就已知發(fā)現(xiàn)細胞之間存在著細絲一樣的連接，即細胞間納米管，它們就像細胞間運輸貨物的“高速公路”。最近的研究顯示，癌細胞能夠利用這些納米管從鄰近細胞中“竊取”健康的線粒體，還能將自身的線粒體送出去“洗腦”健康細胞。直到現(xiàn)在，還沒有發(fā)現(xiàn) DNA 沿著這些細胞間“高速公路”穿梭。

2026 年 5 月 19 日，德州大學西南醫(yī)學中心的研究人員在國際頂尖學術期刊Cell上發(fā)表了題為：Genome instability triggers intercellular DNA transfer between human cells 的研究論文。

該研究表明，基因組不穩(wěn)定性導致細胞核 DNA 錯位至細胞質，進而通過納米管（nanotube）進行細胞間 DNA 轉移，這些轉移的 DNA 片段在受體細胞基因組中作為功能性染色體外遺傳元件穩(wěn)定遺傳，并賦予受體細胞可遺傳的表型特征。

研究團隊表示，如果腫瘤細胞利用這種方式進行 DNA 轉移，那么有害基因突變就有可能從癌細胞傳播到健康細胞。研究團隊目前正在積極探究這些四處轉移的 DNA 片段是否會促成疾病以及如何促成疾病。

哺乳動物細胞可以通過納米管（nanotube）連接直接交換或通過分泌的細胞外囊泡（EV）間接交換多種細胞質貨物，包括細胞器（線粒體和溶酶體）、脂質、核糖核酸（mRNA、miRNA）以及外源表達的蛋白質。納米管介導的貨物轉移調控著真核生物的關鍵生理過程，包括小鼠的心臟形態(tài)發(fā)生和神經元通訊、斑馬魚的胚胎發(fā)育以及果蠅的干細胞信號轉導。在哺乳動物細胞中，細胞核 DNA 是否通過類似機制在細胞間轉移，尚不清楚。

鑒于基因組被空間限制在間期細胞核內，研究團隊推測，細胞核 DNA 異常錯位至細胞質，可能為其在細胞間的傳遞提供了一種許可狀態(tài)。

基因組不穩(wěn)定性可導致細胞核 DNA 錯位至細胞質。例如，有絲分裂細胞分裂錯誤會將錯誤分離的染色體困在稱為微核的異常細胞質結構中。盡管微核可引發(fā) p53 依賴的細胞周期阻滯，但繞過這一檢查點的細胞還能夠繼續(xù)分裂。在分裂間期，微核包膜的破裂破壞了正常的核質區(qū)室化，并將暴露的雙鏈 DNA 釋放到細胞質中。這可能會通過自噬樣機制和/或核酸酶活性導致的染色體斷裂來清除微核。微核也可在整個分裂間期中維持并持續(xù)到隨后的有絲分裂，從而觸發(fā)額外的 DNA 損傷爆發(fā)，導致災難性的染色體斷裂。這一過程被稱為染色體碎裂（Chromothripsis）。

有絲分裂后，來自微核的碎片化染色體可重新整合到一個或兩個子細胞的細胞核中，并通過易出錯的 DNA 修復產生基因組重排。盡管在分裂期存在將碎片化染色體物理拉近的機制，但部分碎片未能重新整合到細胞核中，反而錯誤地積聚在細胞質中。除了激活細胞自主信號程序（例如 cGAS-STING 通路）外，對暴露于細胞質的微核和/或細胞質 DNA 片段能否以非細胞自主方式影響鄰近細胞，目前仍知之甚少。

在這項最新研究中，研究團隊證實了細胞質 DNA 通過連接相鄰人類細胞的接觸依賴性、基于細胞骨架的納米管（nanotube）結構進行細胞間轉移。

研究團隊進一步證實，多種基因組不穩(wěn)定性來源，包括暴露于有絲分裂紡錘體毒物、電離輻射以及 Cas9 誘導的染色體斷裂，在癌細胞以及非癌細胞中均促進了納米管介導的 DNA 在細胞間的轉移。此外，這些轉移的 DNA 片段還會在受體宿主基因組中作為功能性染色體外遺傳元件穩(wěn)定遺傳（例如這些轉移的 DNA 片段環(huán)化后作為 ecDNA 元件擴增，而 ecDNA 元件通常會擴增癌基因或耐藥基因），從而賦予受體細胞可遺傳的表型特征。

該研究的核心發(fā)現(xiàn)：

• 基因組不穩(wěn)定性會在細胞質中產生微核和染色體片段；

• 直接的細胞間接觸會引發(fā)細胞間基因組 DNA 的轉移；

• 轉移的 DNA 片段在受體細胞基因組內具有功能并得以保持；

• 細胞間 DNA 轉移可導致可遺傳的表型變化。

總的來說，這項研究揭示了一種類似于水平基因轉移的細胞間 DNA 轉移新機制，通過這一機制，直接的細胞間接觸可以傳播基因組不穩(wěn)定性并重塑哺乳動物基因組。

論文鏈接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00508-8