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近日，發表在《Nature Communications》的一項研究揭示了一種在細胞功能中發揮作用的新機制：蛋白質濃度混亂波動有助於我們的免疫系統保持警覺和隨時備戰的狀態，從而預防癌症和糖尿病等慢性病。
現代醫學研究闡明了許多導致癌症發生的錯誤機制，然而還有很多機制有待科學家去發掘。
其中一些機制在細胞水平上圍繞著信號傳導途徑，它們負責調節細胞的生長、生存和增殖。在癌症中，一些信號蛋白過度活躍，導致腫瘤細胞的生長和增殖，而另一些通常作為腫瘤抑制因子會出現功能異常。因此，理解細胞內部的動態變化是預防和克服癌症及許多其他慢性疾病的關鍵。
最近這項研究在這方面取得了新的突破。三名科學家發現了一種新的細胞調節機制：「混沌」。
來自丹麥哥本哈根大學尼爾斯·玻爾研究所的博士研究員Mathias Heltberg和Mogens Høgh Jensen教授，與印度班加羅爾國家生物科學中心的Sandeep Krishna博士共同合作研究特定蛋白質如何刺激基因活性。
科學家們發現，答案就是混沌動力學。他們研究的蛋白質是核因子-κB (NF-kB)。
NF-kB是保持身體免疫系統警覺和功能性的關鍵。因此，該研究結果不僅能夠幫助我們避免癌症，如果研究人員更好地理解人體的自然防禦機制，糖尿病和阿爾茲海默症也將是可以避免的。
圖片來源：《Nature Communications》
「混沌」對於免疫反應是必需的
NF-kB是一種對「先天和適應性免疫功能」至關重要的轉錄因子，它還介導炎症反應。所以，NF-kB在體內的水平會隨著時間波動，影響基因和細胞功能。
最近的研究表明，NF-kB信號在癌症中也發揮著關鍵作用，它將癌症發生與炎症聯繫起來。
在當前的研究中，Jensen教授及其同事使用數學計算和實驗方法發現，NF-kB濃度的混亂起伏會激活本來保持沉默的基因。
研究結果表明，NF-kB蛋白需要處於「混沌」狀態，以激活能夠產生最佳免疫反應的正確基因。
到目前為止，研究人員一直認為所有生物體都避免了混沌動力學。但這項新研究挑戰了這一觀點，因為研究人員發現，蛋白質濃度的無序波動對激活關鍵基因至關重要。
Jensen教授解釋說：「『混沌』是一種數學上定義明確的動態現象。例如，之前曾用於解釋天氣系統的顯著變化。由於高階生物具有巨大的複雜性，所以很顯然混沌動力學將發生在不同類型的系統中，但是「混沌」如何在活細胞中起決定性作用是全新的領域。」
對糖尿病、癌症和阿爾茲海默症的意義
研究人員還指出這些發現的治療意義。該研究的作者之一Heltberg說，新的藥物可以確保適當的蛋白質功能。治療方法也包括從身體中提取細胞並對其進行測試，以評估細胞是否處於正確的狀態以做出正確的波動。」
Jensen教授同意這種觀點，他說：「如果細胞沒有處於正確狀態的話，我們就有可能在疾病發生之前預測和發現疾病。這些結果對於我們理解免疫系統功能和如何避免某些最嚴重疾病的發生具有重要意義，包括糖尿病、癌症和阿爾茲海默症。」
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