人體每時每刻都在發生細胞分裂。細胞分裂通常包括細胞核分裂和細胞質分裂兩部分，母細胞會在核分裂過程中將遺傳物質傳遞給子細胞，維持生命遺傳信息的延續。在中學教科書裡，這一過程被描述為「平均分配」。
近日，浙江大學醫學院、浙江大學附屬第二醫院呼吸與危重症醫學科應頌敏教授、沈華浩教授團隊最新發現，高等動植物在細胞分裂時存在染色體「分配不均」的現象，帶有DNA損傷的染色體會去往同個子代細胞，以保證另一個子代細胞的健康，前者伴有明顯的DNA損傷修復反應。研究人員還發現，ATR/CHK1信號通路對損傷染色體的非隨機分配起著至關重要的調控作用。相關研究成果已在線刊登於國際著名《分子細胞》雜誌上。
分裂後的「雙胞胎」外表很像內在不同
2013年，在帶領本科學生做創新實驗時，應頌敏與學生意外觀察到了一對外表長得很像但內在並不相同的「雙胞胎」細胞。
通過免疫螢光染色的方法，他們發現，其中一個子代細胞完好，另一個則有很多DNA損傷。應頌敏說，從表面上看二者有新舊之別，實則是源於損傷與非損傷染色體的分配。
經過7年研究，應頌敏率課題組先後在數十種不同的細胞體系中發現了「非隨機」現象，包括人的細胞和實驗小鼠的細胞，既有正常細胞，也有腫瘤細胞。
應頌敏解釋道，細胞增殖、分裂的過程中，有可能出現染色體DNA損傷的情況，但有時受損的染色體DNA並不能在細胞分裂之前完成自我修復。這一情況下，如果細胞分裂仍採用隨機分配，就會把受損的染色體DNA同時遺傳給兩個子細胞，再迭代相傳，可能造成不可估量的後果。
「為規避風險，母細胞會進行調配，將無損傷的染色體分配給其中一個子代細胞，使其保留增殖能力；而損傷的染色體都被『隔離』到另一個同胞子代細胞中，並傾向於發生細胞周期阻滯或死亡。」應頌敏說，隔離受損細胞這一調配作用可能在幹細胞發育時也起到保證生命種子長期存活的關鍵作用。
非隨機分配能保證遺傳信息代代相傳
人體細胞有23對染色體，每一對染色體在細胞分裂中能平均分配給子細胞。若缺乏高效的調控機制，所有染色體均發生非隨機分配的概率其實很小。
課題組成員介紹說，大概要觀察成千上萬個細胞才能看到一個處於非隨機分配中的細胞。而要發生非隨機分配還有一個前提條件，就是染色體出現損傷而且在細胞分裂之前沒有被修復。
據了解，DNA複製過程中，會發生諸多狀況，就像拼俄羅斯方塊那樣，不是所有地方都是嚴絲合縫。DNA末端的端粒部分也特別不易複製，一旦複製不好就會出現損傷。這種複製障礙被稱為複製壓力。一些細小的損傷在非隨機分配後聚沙成塔，導致細胞DNA傷痕遍布。此外，內部因素如腫瘤原癌基因的激活、外部因素如影響DNA複製的化學藥物等也都會造成DNA損傷。當這些損傷沒有被完美修復的時候就可能會觸發非隨機分配。
「在正常細胞中，非隨機分配相當於是築起了生命繁衍的一道最後防線，保證把完好的染色體信息一代代傳遞下去。而在腫瘤細胞中，非隨機分配則可能起到了利好腫瘤生長的作用。」沈華浩表示，如果能夠掌握非隨機分配的發生機制，就能讓我們更深刻地理解腫瘤快速增殖和耐藥的原因，為腫瘤精準治療提供潛在的靶向方案。
腫瘤治療靶點參與調控染色體分配
細胞的非隨機分配究竟是如何產生的？課題組認為，從原理上看分三步，首先是細胞要識別出染色體複製有無問題，如果發現有問題，再下達非隨機分配的信號並開展分離，最後將有損傷的染色體儘可能地完全隔離開。
值得關注的是，課題組在實驗中對多條信號通路進行了篩查，結果發現，ATR/CHK1這條通路在這三步曲中起了作用，可以在一定程度上控制非隨機分配的發生。課題組成員說，此前ATR/CHK1已經在臨床上作為腫瘤靶向治療的靶點，多個化合物均在臨床試驗。因此相關研究為明晰腫瘤發生機制和精準靶向治療提供了新的理論依據。
「自然界的生命體非常智慧，一旦細胞出現損傷，既會自我修復，又備著最後防線，即通過非隨機分配來隔離受損部分，以保證整個群體的利益最大化。」應頌敏表示，對於非隨機分配背後的機制，團隊還將繼續探索。