大象为什么不会得癌细胞?大象那么胖为什么甚少患癌
大约30万亿个细胞造就了你。这些细胞每天都在更新,衰老的、死掉的细胞被新细胞所取代,大约每7年就要全部更新一次。换句话说,每过7年我们就拥有一个全新的身体。
新细胞是通过老细胞的分裂而诞生的。新细胞的DNA直接“抄袭”了老细胞的DNA。但是,这么多细胞在更新,“抄袭”时错误几乎不可避免,而这些错误往往转化为癌症。癌细胞就是失去控制,疯狂繁殖的细胞。
大象的近亲象鼩,只有老鼠那般大
按道理说,体型大(意味着细胞数量多)和寿命长(意味着细胞分裂次数多)为这些错误的出现创造了更多的机会,所以,作为当今陆上体型最大而且长寿的动物,大象患癌的风险应该是很高的,但事实上并非如此。
为什么大象甚少患癌呢?这个“动物大小和癌症发病率不匹配”的现象,很长时间里让生物学家感到困惑,而今我们终于开始明白个中原因。
无情的判官
2015年,大象细胞中一个叫做P53的基因首先引起生物学家的注意。这个基因在其他哺乳动物(包括人类)身上都有。但引人注目的是,人类只有一个拷贝,而大象有20个!
在我们以及大多数哺乳动物体内,P53基因的日常工作是,当细胞分裂时,它扮演着一个鉴别基因有无损伤的“判官”角色。它可以识别DNA损伤,然后决定有缺陷细胞的生死:如果是小伤,将命令将它们修复;如果有太多的损伤,细胞有演变成癌细胞的风险,那么P53就命令将它们杀死。所以,P53基因又叫肿瘤抑制基因。
在我们以及大多数哺乳动物身上,P53基因是相当温和的,因为DNA损伤中,以小伤居多,所以大多数有缺陷细胞都得到了修复的待遇。但奇怪的是,大象身上的P53基因特别无情,大多数有DNA损伤的细胞,即使是小伤,都得到了死亡的判决。
这给大象带来了意想不到的好处。因为我们知道,DNA在损伤之后,即使修复,往后发生再次损伤的风险也远高于完好无损的DNA。我们的P53基因仁慈,却无意中增加了我们患癌的风险;而大象的P53基因虽然无情,患癌风险却因此减少。
不过,这还不是故事的全部。生物学家发现,在大象的一些近亲(如金毛鼹鼠、象鼩和海牛)身上,多个P53基因拷贝的现象十分普遍。这些动物的体型小,按理说抗癌本领至少应该不逊色于大象,但情况似乎是那句古话的反面——“大时了了,小未必佳”。
复活的杀手
前面提到,P53基因担任着判官的角色,甄别细胞DNA有无损伤,并决定有缺陷细胞的生死。但正如人类的法官只负责审判,不负责执行,P53基因也并不自己来执行判决。而故事的另一半就藏在这里。
有一个叫LIF的基因,它因在提高生育力方面的作用而闻名。在包括人类在内的大多数哺乳动物身上,都只有一个LIF的拷贝。但生物学家发现,在大象和它们的近亲身上,LIF的拷贝有很多。由于突变,这些拷贝已经略有差异,我们称其为LIF1、LIF2、LIF3……以示区别。其中那个与生育有关的基因,在我们身上称LIF,在大象和它们的近亲身上称LIF1,是大家所共有的。
大象和它们的近亲虽然拥有多个LIF拷贝,但这些拷贝多数处于失活状态,或者说,它们就像DNA上的僵尸基因,不起作用。
但唯独在大象身上,LIF6依然活跃,它的一项功能就是执行P53基因的判决,制造有毒的蛋白,消灭DNA受损的细胞。而在大象的近亲身上,虽然有LIF6拷贝,但因为不发挥作用,有也等于没有,所以它们的抗癌本领并不比我们高超也就不难理解了。
科学家通过在实验室对非洲象细胞故意造成DNA损伤,来证明LIF6基因的活性。这种DNA损伤似乎触发P53开启LIF6基因,然后杀死受损细胞。如果阻止LIF6基因发挥作用,那么大象受损的细胞就不会被杀死。
特别的法官和特别的杀手,两者的联合,终于彻底解释了大象甚少患癌的谜团。
经研究,在大象的基因组中,LIF6最初可能也是一个无用的基因,正如它今天在大象的近亲中一样。它大约是在5900万年前被“唤醒”的,由此开启了大象跟它的近亲分道扬镳,往大型化方向发展的进化旅程。如果没有这一变化,大象的体型就会受到癌症的限制,不可能长到像今天这般大。换句话说,自然界用了大约5900万年为大象找到了避免癌症的最佳解决方案。
癌症是当今人类面临的一大杀手。研究大象的防癌机制,对于我们预防和治疗癌症有重要的意义。
为什么胖人易患癌?
在正文中我们解释了,为什么一般来说癌症发病率取决于动物的大小(当然,大象是个例外),即体型大的动物,细胞数量多,从统计学上讲,发生癌症突变的概率更大。这个简单道理甚至可用来解释人类中的一个谜:为什么胖人患癌的风险更高?
据估计,全世界大约有五分之一的癌症病例是由肥胖症引起的。最近,根据对750人的肾脏、胰腺和肝脏的CT扫描显示,胖人体内的器官比正常人大;身体质量指数BMI(BMI=体重÷身高的平方。体重单位用千克,身高单位用米)每增加5个点,肾脏、肝脏和胰腺的体积就会增加11%。
在一般人印象中,胖人似乎仅仅是脂肪多而已。但CT扫描显示,器官的增大,只有很小一部分是由脂肪增加引起的,主要还是由于正常细胞数量的增加。
从理论上说,任何器官中细胞的增多,都加大了该器官发生癌变的风险。实际情况也确乎如此。临床观察表明,身体质量指数BMI越大的人,患癌风险越高。