Cell重磅发现：人类DNA会在细胞间直接转移并改变细胞功能|dna|体细胞|线粒体|细胞质

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

哺乳动物和人类的基因组在分裂间期细胞核的范围内受到保护，不会随意游走。然而，基因组不稳定性可导致细胞核 DNA 在微核内或作为碎片化染色体错位到细胞质中。除了激活细胞自主信号程序外，这种错位到细胞质的 DNA 是否能够对邻近细胞引发非细胞自主的后果，目前仍不清楚。

早在数十年前，科学家们就已知发现细胞之间存在着细丝一样的连接，即细胞间纳米管，它们就像细胞间运输货物的“高速公路”。最近的研究显示，癌细胞能够利用这些纳米管从邻近细胞中“窃取”健康的线粒体，还能将自身的线粒体送出去“洗脑”健康细胞。直到现在，还没有发现 DNA 沿着这些细胞间“高速公路”穿梭。

2026 年 5 月 19 日，德州大学西南医学中心的研究人员在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Genome instability triggers intercellular DNA transfer between human cells 的研究论文。

该研究表明，基因组不稳定性导致细胞核 DNA 错位至细胞质，进而通过纳米管（nanotube）进行细胞间 DNA 转移，这些转移的 DNA 片段在受体细胞基因组中作为功能性染色体外遗传元件稳定遗传，并赋予受体细胞可遗传的表型特征。

研究团队表示，如果肿瘤细胞利用这种方式进行 DNA 转移，那么有害基因突变就有可能从癌细胞传播到健康细胞。研究团队目前正在积极探究这些四处转移的 DNA 片段是否会促成疾病以及如何促成疾病。

哺乳动物细胞可以通过纳米管（nanotube）连接直接交换或通过分泌的细胞外囊泡（EV）间接交换多种细胞质货物，包括细胞器（线粒体和溶酶体）、脂质、核糖核酸（mRNA、miRNA）以及外源表达的蛋白质。纳米管介导的货物转移调控着真核生物的关键生理过程，包括小鼠的心脏形态发生和神经元通讯、斑马鱼的胚胎发育以及果蝇的干细胞信号转导。在哺乳动物细胞中，细胞核 DNA 是否通过类似机制在细胞间转移，尚不清楚。

鉴于基因组被空间限制在间期细胞核内，研究团队推测，细胞核 DNA 异常错位至细胞质，可能为其在细胞间的传递提供了一种许可状态。

基因组不稳定性可导致细胞核 DNA 错位至细胞质。例如，有丝分裂细胞分裂错误会将错误分离的染色体困在称为微核的异常细胞质结构中。尽管微核可引发 p53 依赖的细胞周期阻滞，但绕过这一检查点的细胞还能够继续分裂。在分裂间期，微核包膜的破裂破坏了正常的核质区室化，并将暴露的双链 DNA 释放到细胞质中。这可能会通过自噬样机制和/或核酸酶活性导致的染色体断裂来清除微核。微核也可在整个分裂间期中维持并持续到随后的有丝分裂，从而触发额外的 DNA 损伤爆发，导致灾难性的染色体断裂。这一过程被称为染色体碎裂（Chromothripsis）。

有丝分裂后，来自微核的碎片化染色体可重新整合到一个或两个子细胞的细胞核中，并通过易出错的 DNA 修复产生基因组重排。尽管在分裂期存在将碎片化染色体物理拉近的机制，但部分碎片未能重新整合到细胞核中，反而错误地积聚在细胞质中。除了激活细胞自主信号程序（例如 cGAS-STING 通路）外，对暴露于细胞质的微核和/或细胞质 DNA 片段能否以非细胞自主方式影响邻近细胞，目前仍知之甚少。

在这项最新研究中，研究团队证实了细胞质 DNA 通过连接相邻人类细胞的接触依赖性、基于细胞骨架的纳米管（nanotube）结构进行细胞间转移。

研究团队进一步证实，多种基因组不稳定性来源，包括暴露于有丝分裂纺锤体毒物、电离辐射以及 Cas9 诱导的染色体断裂，在癌细胞以及非癌细胞中均促进了纳米管介导的 DNA 在细胞间的转移。此外，这些转移的 DNA 片段还会在受体宿主基因组中作为功能性染色体外遗传元件稳定遗传（例如这些转移的 DNA 片段环化后作为 ecDNA 元件扩增，而 ecDNA 元件通常会扩增癌基因或耐药基因），从而赋予受体细胞可遗传的表型特征。