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(xì)胞核的范圍內(nèi)受到保護(hù)，不會隨意游走。然而，基因組不穩(wěn)定性可導(dǎo)致細(xì)胞核 DNA 在微核內(nèi)或作為碎片化染色體錯位到細(xì)胞質(zhì)中。除了激活細(xì)胞自主信號程序外，這種錯位到細(xì)胞質(zhì)的 DNA 是否能夠?qū)︵徑?xì)胞引發(fā)非細(xì)胞自主的后果，目前仍不清楚。

早在數(shù)十年前，科學(xué)家們就已知發(fā)現(xiàn)細(xì)胞之間存在著細(xì)絲一樣的連接，即細(xì)胞間納米管，它們就像細(xì)胞間運(yùn)輸貨物的“高速公路”。最近的研究顯示，癌細(xì)胞能夠利用這些納米管從鄰近細(xì)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(xì)胞。直到現(xiàn)在，還沒有發(fā)現(xiàn) DNA 沿著這些細(xì)胞間“高速公路”穿梭。

2026 年 5 月 19 日，德州大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心的研究人員在國際頂尖學(xué)術(shù)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(dǎo)致細(xì)胞核 DNA 錯位至細(xì)胞質(zhì)，進(jìn)而通過納米管（nanotube）進(jìn)行細(xì)胞間 DNA 轉(zhuǎn)移，這些轉(zhuǎn)移的 DNA 片段在受體細(xì)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(xì)胞可遺傳的表型特征。

研究團(tuán)隊(duì)表示，如果腫瘤細(xì)胞利用這種方式進(jìn)行 DNA 轉(zhuǎn)移，那么有害基因突變就有可能從癌細(xì)胞傳播到健康細(xì)胞。研究團(tuán)隊(duì)目前正在積極探究這些四處轉(zhuǎn)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(xì)胞可以通過納米管（nanotube）連接直接交換或通過分泌的細(xì)胞外囊泡（EV）間接交換多種細(xì)胞質(zhì)貨物，包括細(xì)胞器（線粒體和溶酶體）、脂質(zhì)、核糖核酸（mRNA、miRNA）以及外源表達(dá)的蛋白質(zhì)。納米管介導(dǎo)的貨物轉(zhuǎn)移調(diào)控著真核生物的關(guān)鍵生理過程，包括小鼠的心臟形態(tài)發(fā)生和神經(jīng)元通訊、斑馬魚的胚胎發(fā)育以及果蠅的干細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。在哺乳動物細(xì)胞中，細(xì)胞核 DNA 是否通過類似機(jī)制在細(xì)胞間轉(zhuǎn)移，尚不清楚。

鑒于基因組被空間限制在間期細(xì)胞核內(nèi)，研究團(tuán)隊(duì)推測，細(xì)胞核 DNA 異常錯位至細(xì)胞質(zhì)，可能為其在細(xì)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(dǎo)致細(xì)胞核 DNA 錯位至細(xì)胞質(zhì)。例如，有絲分裂細(xì)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(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)中。盡管微核可引發(fā) p53 依賴的細(xì)胞周期阻滯，但繞過這一檢查點(diǎn)的細(xì)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(zhì)區(qū)室化，并將暴露的雙鏈 DNA 釋放到細(xì)胞質(zhì)中。這可能會通過自噬樣機(jī)制和/或核酸酶活性導(dǎo)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(dǎo)致災(zāi)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(xì)胞的細(xì)胞核中，并通過易出錯的 DNA 修復(fù)產(chǎn)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(jī)制，但部分碎片未能重新整合到細(xì)胞核中，反而錯誤地積聚在細(xì)胞質(zhì)中。除了激活細(xì)胞自主信號程序（例如 cGAS-STING 通路）外，對暴露于細(xì)胞質(zhì)的微核和/或細(xì)胞質(zhì) DNA 片段能否以非細(xì)胞自主方式影響鄰近細(xì)胞，目前仍知之甚少。

在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)了細(xì)胞質(zhì) DNA 通過連接相鄰人類細(xì)胞的接觸依賴性、基于細(xì)胞骨架的納米管（nanotube）結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)胞間轉(zhuǎn)移。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步證實(shí)，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(dǎo)的染色體斷裂，在癌細(xì)胞以及非癌細(xì)胞中均促進(jìn)了納米管介導(dǎo)的 DNA 在細(xì)胞間的轉(zhuǎn)移。此外，這些轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移的 DNA 片段環(huán)化后作為 ecDNA 元件擴(kuò)增，而 ecDNA 元件通常會擴(kuò)增癌基因或耐藥基因），從而賦予受體細(xì)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(xì)胞質(zhì)中產(chǎn)生微核和染色體片段；

• 直接的細(xì)胞間接觸會引發(fā)細(xì)胞間基因組 DNA 的轉(zhuǎn)移；

• 轉(zhuǎn)移的 DNA 片段在受體細(xì)胞基因組內(nèi)具有功能并得以保持；

• 細(xì)胞間 DNA 轉(zhuǎn)移可導(dǎo)致可遺傳的表型變化。

總的來說，這項(xiàng)研究揭示了一種類似于水平基因轉(zhuǎn)移的細(xì)胞間 DNA 轉(zhuǎn)移新機(jī)制，通過這一機(jī)制，直接的細(xì)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