精心培育的檸檬霜壁虎，患上了皮膚癌……
● ● ●
壁虎和人體皮膚癌之間，有什么關(guān)系？
6月24日，一篇發(fā)表于 PLOS Genetics 的論文指出，與人體黑色素瘤密切相關(guān)的基因SPINT1，在壁虎體內(nèi)突變后也能讓其患上皮膚癌，這一發(fā)現(xiàn)為研究人體皮膚癌提供了一種新的模型動(dòng)物。
論文的第一作者郭龍華（Longhua Guo）是加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）做遺傳學(xué)的博后，而論文的實(shí)驗(yàn)樣本，正是一群色彩明麗的可愛(ài)壁虎。
對(duì)于這一發(fā)現(xiàn)，郭龍華表示，“一切都是一個(gè)意外”。
故事要從一位名叫史蒂夫·賽克斯（Steve Sykes）的壁虎 “販子” 說(shuō)起。
史蒂夫可不是那種走街串巷叫賣壁虎的小商販，事實(shí)上，他是全美最大的壁虎繁育者，有自己的公司和團(tuán)隊(duì)，從事壁虎繁育工作已20余年。從最初的興趣愛(ài)好開始，他將繁育壁虎發(fā)展成一個(gè)可以養(yǎng)家糊口，并且提供十多個(gè)工作崗位的事業(yè)。
豹紋守宮（Eublepharis macularius）原產(chǎn)于中東和南亞，是一種性格溫順、色彩奇特的壁虎品種，近年來(lái)越來(lái)越受到寵物愛(ài)好者（尤其是青少年）的喜愛(ài)，現(xiàn)今市面上販?zhǔn)鄣膸缀醵际侨斯し庇皇且吧蹲降膫€(gè)體 [1]。
根據(jù)皮膚顏色和花紋的不同，豹紋守宮分為很多品種，史蒂夫最喜歡的一個(gè)品種，有著黃白相間的皮膚和黑色的斑點(diǎn)，它有一個(gè)好聽的名字：檸檬霜（Lemon Frost）。
史蒂夫第一次見到檸檬霜，是在2015年的一場(chǎng)拍賣會(huì)上。
2012 年，佛羅里達(dá)的一家壁虎公司第一次繁育出漂亮的檸檬霜，2015年，他們選了一公一母兩只檸檬霜壁虎進(jìn)行拍賣——小霜霜先生和霜女士（Mr. and Ms. Frosty）。史蒂夫一眼就相中了這兩只漂亮的小家伙，為此一擲千金，用每只1萬(wàn)美元的價(jià)格將它們買了下來(lái)。
隨后，史蒂夫利用小霜霜和其他雌性豹紋守宮雜交，培育出了許多新的檸檬霜。這些黃黃軟軟的小動(dòng)物深得史蒂夫的喜愛(ài)，他將它們細(xì)心地呵護(hù)起來(lái)。
但很快，他發(fā)現(xiàn)事情不對(duì)勁：
許多檸檬霜的皮膚長(zhǎng)出了白色的腫瘤，其中一些個(gè)體的腫瘤越長(zhǎng)越大，使它們行動(dòng)困難，甚至腫瘤破裂造成感染。
看著精心培育的壁虎一批批患上皮膚腫瘤，史蒂夫開始慌了，他很想搞清楚，到底是什么原因使得這些檸檬霜遭此橫禍？檸檬霜的腫瘤和它迷人的顏色之間有無(wú)關(guān)系？
無(wú)巧不成書。就在這個(gè)時(shí)候，他收到了一個(gè)神秘人發(fā)來(lái)的郵件，發(fā)件人希望他提供數(shù)量足夠多的壁虎，以此來(lái)支撐他們的科學(xué)研究。
發(fā)這封郵件的人，正是郭龍華。
正為檸檬霜患皮膚腫瘤而一籌莫展的史蒂夫，收到郵件后欣然應(yīng)允，他表示，自己不但可以為郭的科學(xué)研究提供壁虎樣本，而且不收費(fèi)！但他有一個(gè)條件：希望郭及所在的團(tuán)隊(duì)能幫忙研究一下，他的這些寶貝檸檬霜到底是怎么回事。
日歷翻回到2017年，彼時(shí)的郭龍華正在UCLA做遺傳學(xué)博后，他的導(dǎo)師萊昂尼德·克魯格利亞克（Leonid Kruglyak）是霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員、加州大學(xué)洛杉磯分校遺傳學(xué)家。郭龍華本人也是個(gè)壁虎愛(ài)好者，他對(duì)豹紋守宮很感興趣，一開始他想做點(diǎn) “有趣的東西”，比如：豹紋守宮皮膚顏色和圖案背后的遺傳學(xué)原理。
要做研究，得有足夠的樣本，郭龍華開始在網(wǎng)上尋找能提供大量豹紋守宮的人或單位。他搜索了十幾個(gè)做壁虎繁育的人，然后挨個(gè)給這些人打電話、發(fā)郵件。表明來(lái)意后，有三個(gè)人給了他回復(fù)，表示愿意提供壁虎支持他做研究，但其中兩個(gè)人都不讓他從壁虎身上提取DNA。
不讓提取DNA，那還怎么研究遺傳學(xué)的東西？
好在還有一個(gè)人，回復(fù)郵件十分熱情，表示愿意提供幫助，且允許郭和團(tuán)隊(duì)從壁虎身上提取DNA，這個(gè)人就是史蒂夫。
回想起當(dāng)時(shí)的故事，郭龍華很是感慨。在他眼中，史蒂夫不只是一個(gè)繁育和售賣壁虎的商人，更是一個(gè)對(duì)科學(xué)充滿熱情的研究者。
收到郵件回復(fù)后，郭龍華十分驚喜，他馬上給史蒂夫打了電話。在電話中，史蒂夫說(shuō)起了自己的寶貝檸檬霜，希望郭能幫忙研究一下檸檬霜的腫瘤問(wèn)題。
兩個(gè)多小時(shí)的交流之后，郭龍華決定：就如史蒂夫所說(shuō)，進(jìn)行檸檬霜皮膚腫瘤背后的遺傳學(xué)研究。
史蒂夫?yàn)楣埲A的團(tuán)隊(duì)提供了500只珍貴的檸檬霜，這是一份大量的遺傳學(xué)樣本。要知道，人工繁育的壁虎并不便宜，花色好看的一只能賣上千美元，若按當(dāng)時(shí)史蒂夫買小霜霜的價(jià)格算，這份 “禮物” 價(jià)值500萬(wàn)美元！
此外，在研究過(guò)程中，史蒂夫還向郭龍華分享了他這20年來(lái)繁育不同壁虎的所有記錄和遺傳學(xué)內(nèi)容。
萬(wàn)事俱備，郭龍華和團(tuán)隊(duì)開始了對(duì)檸檬霜的觀察和研究。
“尋找一個(gè)表型背后的遺傳突變，是一個(gè)很磨人的過(guò)程?！?/span>
在郭龍華看來(lái)，團(tuán)隊(duì)關(guān)于壁虎的研究雖然復(fù)雜，但背后的意義卻是重大的——不僅能幫助史蒂夫解決檸檬霜的致病原因，還可能對(duì)鑒定人類遺傳疾病的突變產(chǎn)生借鑒意義。
不同于實(shí)驗(yàn)室常見的果蠅、線蟲等模型動(dòng)物，壁虎并不能在幾天或者幾周的時(shí)間里產(chǎn)生上百個(gè)后代，它們的家系結(jié)構(gòu)和人類社會(huì)有更多的相似之處。基因組和人類也是差不多大，所以獲得遺傳信息的方法學(xué)也可以相互借鑒。
一開始，郭龍華肯定了檸檬霜皮膚出現(xiàn)白色腫瘤的現(xiàn)象是基因突變。根據(jù)史蒂夫提供的繁育所得的遺傳學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)，他認(rèn)為這應(yīng)該是一個(gè)單一突變?！斑@是一個(gè)新的、自然發(fā)生的突變。來(lái)自于一個(gè)受精事件，剛發(fā)生幾年的時(shí)間，且符合孟德爾的遺傳學(xué)規(guī)律，所以我們覺(jué)得不會(huì)是多個(gè)突變?！?/span>
郭龍華的研究團(tuán)隊(duì)人不多，主要成員除了他和導(dǎo)師萊昂尼德，還有一位統(tǒng)計(jì)學(xué)家、兩名本科生和兩位獸醫(yī)學(xué)教授。
研究團(tuán)隊(duì)切下檸檬霜的尾巴，或用棉簽擦拭其臉頰內(nèi)側(cè)，獲取了DNA樣本后，開始進(jìn)行基因組測(cè)序。
隨后，團(tuán)隊(duì)對(duì)這些 “路牌” 進(jìn)行了全基因組關(guān)聯(lián)分析（Genome-wide association studies, GWAS）——這是鑒定人類遺傳疾病的常用方法，能全基因組范圍內(nèi)找出存在的序列變異，通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析篩選出與疾病相關(guān)的單核苷酸突變位點(diǎn)。
在分析完檸檬霜的基因組之后，郭龍華團(tuán)隊(duì)大概找出了幾十個(gè)可能跟檸檬霜突變體中白色斑點(diǎn)和腫瘤生長(zhǎng)相關(guān)的基因位點(diǎn)。他們隨后分析了染色體進(jìn)化的信息，發(fā)現(xiàn)這些位點(diǎn)大部分都在染色體的同一個(gè)區(qū)域。
為了找出更為關(guān)鍵的位點(diǎn)，他們把更多的樣本按照表型分類后（超級(jí)檸檬霜、普通檸檬霜和野生型），把每一類樣本的DNA混合在一起進(jìn)行了全基因組測(cè)序。這可以幫助他們檢測(cè)在已鑒定區(qū)域內(nèi)可能遺漏的突變，和分析突變的分布頻率。最后他們終于找出了檸檬霜患病的罪魁禍?zhǔn)祝阂粋€(gè)名為SPINT1 的基因突變。這個(gè)基因同時(shí)控制檸檬霜的皮膚顏色和腫瘤，與郭龍華和導(dǎo)師最初的猜想是一致的。
具體來(lái)說(shuō)，突變的SPINT1 基因可能引起了壁虎皮膚中虹膜細(xì)胞（iridophores）的過(guò)度增殖。這些細(xì)胞是白色的，當(dāng)皮膚中的白色背景變得厚重，檸檬霜的檸檬色就會(huì)顯得鮮艷明亮，但皮膚腫瘤也會(huì)隨之而來(lái)了。
在這里要解釋一下虹膜細(xì)胞的概念。在生物體內(nèi)，產(chǎn)色細(xì)胞（Color-producing cells）形成生物體的顏色和圖案：如黑色素細(xì)胞（melanocytes）會(huì)以化學(xué)方式產(chǎn)生色素，虹膜細(xì)胞（iridophores）則通過(guò)制造晶體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性顏色。虹膜細(xì)胞廣泛存在于昆蟲、魚類、鳥類、兩棲動(dòng)物和爬行動(dòng)物中，不同類型的虹膜細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生不同的顏色。變色龍和章魚的偽裝色就來(lái)自于其對(duì)虹膜細(xì)胞的調(diào)控。
SPINT1 基因此前已經(jīng)被證實(shí)與人類的皮膚癌有關(guān)，是一個(gè)與人類皮膚黑色素瘤有關(guān)的腫瘤抑制基因。雖然良性黑色素瘤可以在早期發(fā)現(xiàn)后通過(guò)手術(shù)切除治愈，但就目前而言，惡性黑色素癌的5年存活率只有15-20%。
郭龍華告訴《知識(shí)分子》，在此之前，雖然小鼠既是哺乳動(dòng)物，也是常見的模型動(dòng)物，但它并沒(méi)有很好地復(fù)制人體黑色素瘤的表型：SPINT1 這個(gè)基因可以在小鼠中抑制腫瘤的發(fā)生，但是皮膚的表型并不是黑色素瘤。而且如果不是在成體中誘導(dǎo)突變，SPINT1 的缺失會(huì)導(dǎo)致小鼠胚胎的死亡。在斑馬魚中的突變會(huì)引起皮膚細(xì)胞的增殖，但也不是產(chǎn)色細(xì)胞瘤。用于研究人體黑色素瘤的斑馬魚SPINT1 基因突變模型需要額外引入HRAS突變或者移植黑色素瘤細(xì)胞。
而關(guān)于檸檬霜壁虎的新發(fā)現(xiàn)，則為人體黑色素瘤的研究增加了新的模型動(dòng)物，未來(lái)可能會(huì)開辟一條人體黑色素瘤新的研究道路。
“雖然檸檬霜的表型是在虹膜細(xì)胞，但是虹膜細(xì)胞和黑色素細(xì)胞等產(chǎn)色細(xì)胞都來(lái)自同一群胚胎細(xì)胞。斑馬魚中的研究表明虹膜細(xì)胞和小鼠黑色素細(xì)胞的很多調(diào)控基因都是一致的。” 郭龍華說(shuō)。
此外，作為鳥類和哺乳類動(dòng)物的近親，壁虎、蛇等有鱗類動(dòng)物（squamates）在許多重要的生物學(xué)特性上表現(xiàn)出廣泛的變異，包括膚色、分泌毒液和再生等，由于缺乏基因組工具，研究人員們很少對(duì)有鱗類動(dòng)物進(jìn)行遺傳學(xué)研究。雖然許多人在很多年前就做了爬行動(dòng)物某一表型背后遺傳規(guī)律的追蹤工作，但是沒(méi)有人能夠鑒定出某一特定表型背后的遺傳學(xué)調(diào)控的基因。郭龍華表示，“我們的工作將爬行動(dòng)物帶入了現(xiàn)代遺傳學(xué)的時(shí)代?！?/span>
從2017年開始，郭龍華和團(tuán)隊(duì)用了一年多的時(shí)間來(lái)收集檸檬霜的DNA樣本，用一年多的時(shí)間進(jìn)行基因測(cè)序和分析，最后用了一年多時(shí)間整理成文。
郭龍華說(shuō)，檸檬霜的故事雖是 “一個(gè)意外”，內(nèi)容也很有趣，但還是需要投入大量的時(shí)間和精力才能看到產(chǎn)出，他很開心這個(gè)曾經(jīng)的 side project（副課題）能夠成功完成。
檸檬霜和SPINT1 基因的研究已經(jīng)暫告一段落了。如今，郭龍華和團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始了壁虎其他幾個(gè)表型的新研究，他也在期盼著能夠建立自己獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室，未來(lái)會(huì)繼續(xù)致力于用遺傳學(xué)和基因組學(xué)研究有趣的科學(xué)問(wèn)題—— “遺傳學(xué)的好處是你可以研究任何你喜歡的生物學(xué)問(wèn)題，得到有時(shí)令人完全意外的發(fā)現(xiàn)。”
而壁虎 “販子” 史蒂夫，在研究結(jié)束之后，對(duì)其他所有發(fā)生SPINT1 基因突變的檸檬霜都實(shí)現(xiàn)了安樂(lè)死，并決定在科學(xué)研究徹底解決這一問(wèn)題之前，不再繁育新的檸檬霜，不再因人類的欲望而讓它們承受基因突變帶來(lái)的痛苦。
參考資料：
制版編輯 | 盧卡斯
