在世界的许多地区,如南非、东南亚,并非如美国、欧洲等地区有严格的食物供应监管,因此这些地区有高达80%的肝癌是由黄曲酶毒素导致。黄曲霉这种真菌经常长在玉米、花生和其他农作物中,这些地区的主要食物较容易容易滋生黄曲霉。
MIT的研究人员开发的一种方法,可以通过肝细胞DNA测序来确定这些细胞是否暴露于黄曲霉毒素中,以此来预测罹患肝癌的风险。这是一种灵敏的检测方式,也许能够将肝癌诊断提前若干年。
MIT生物工程和化学学院教授JohnEssigmann说,这是一个预防手段,通过减少致癌物质的接触,减少癌症发生的可能性。这种方法也适用于其他致癌物质。
该文章(3月27日PNAS)的第一作者是MIT的博士后SupawadeeChawanthayatham。其他作者包括技术助理CharlesValentine,科学家BogdanFedeles和RobertCroy,生物中心主任StuartLevine,博士后StephenSlocum,生物工程学院荣誉退休教授GeraldWogan。以及华盛顿大学的研究人员EdwardFoxand和LawrenceLoeb。
寻找罕见突变
Essigmann实验室此前报道过,经常暴露于黄曲霉毒素会导致DNA鸟嘌呤改变为胸腺嘧啶(G→C),从而导致肝癌。因此,这项最新研究的焦点是:是否能够在癌症发展之前识别出黄曲霉毒素产生的突变。
首先,研究人员将出生后4天的小鼠暴露于单一剂量的黄曲霉毒素中。所有小鼠最终发展为肝癌。
随后,研究人员在肿瘤发生前10周,从这些肿瘤肝细胞中分离DNA。为了监测DNA在10周内的突变,研究人员使用了一种强大的基因组测序技术,能够识别万到1亿个DNA碱基对中的突变。
与大多数DNA测序技术的DNA链分别测序不同,这篇文章中报道的技术(由华盛顿大学的研究人员开发)将DNA两条互补链的数据结合了起来。如此一来,可以降低因DNA单链反复扩增提高丰度带来的错配(PCR错误率为bp左右)。新技术的彼此互补的两条DNA链都被打上了标记,如此一来在进行数据处理的时候它们的序列信息就会被组合比较,研究人员就能区分真正的突变与复制错误。这项技术比常规DNA测序精确了到0倍。从而,研究人员能够更加确信样本中的是罕见突变而非简单的测序误差。
最终,数据显示了一种可以曝光黄曲霉毒素的“指纹”突变模式——约25%的突变发生在CGC序列,也就是说黄曲霉毒素更喜欢将左右都是C的碱基G突变为C(G→C)。
对小鼠来说,提前10周发现这个明显的突变,已经是我们所知道的较为早发的信号之一。
研究人员将小鼠的突变谱与世界各地的多名患者的肝癌基因序列进行了比较。他们发现,老鼠突变基因指纹图谱与其中主要来自撒哈拉以南和亚洲的13名患者的基因指纹非常吻合。据资料显示,它们的饮食中曾接触过黄曲霉毒素。明星药雷帕霉素竟是抗衰老神药!
黄曲霉毒素检测的应用
MIT的研究团队现在希望设计一个更简单的测试手段——比如血液测试。得知检测结果为阳性的患者可能会受益于定期检查肝脏,以确定是否肿瘤已经开始形成,然后就可以通过手术将肿瘤切除。
这个测试也可以用于抗癌药物研究,如奥替普拉(oltipraz),或者用于预防黄曲霉毒素诱发的DNA突变。
在中国,科学家们正在测试喝茶(花椰菜芽茶)是否能够防止这种类型的肝癌。花椰菜中含有一种化合物,能够阻止导致黄曲霉毒素诱发的突变。
MIT的这个研究小组,还在研究炎症反应对黄曲霉毒素癌的影响,除此之外,它们还致力于其他肝脏致癌物质,如著名的饮用水污染物二甲基硝胺的基因突变谱。Croy说,努力的目标是,找到每一个癌基因的环境改变剂所导致的独特突变特征,相信这些研究数据将会为肿瘤的预防和治疗做出贡献。
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