05.20 正常人每天積累數萬億突變,你是怎麼活下來的?

千千萬萬的突變在我們體內積聚,我們卻大都好好的。這是怎麼回事?

正常人每天積累數萬億突變,你是怎麼活下來的?

就在你看這篇文章的同時,你體內的細胞正在分裂,其中的DNA正在一個鹼基一個鹼基地複製。人類基因組實在太長——有30億以上的鹼基對,即便錯誤率低至幾百萬分之一,每個細胞每次分裂時,也會攤上10個新突變。

也許,此時的你正曬著太陽(紫外線),喝著啤酒(酒精),或是剛下飛機(高空宇宙射線)。那麼祝賀你斬獲了更多的突變。科學家估計,隨便一天你體內的37萬億個細胞都會積聚幾萬億個新突變。

害怕了嗎?很好,我也怕。

不過,我們並沒有成為行走的癌窠。千千萬萬的突變在我們體內積聚,我們卻大都好好的。這是怎麼回事?

“聽著很嚇人,”約翰霍普金斯大學癌症研究院克里斯蒂安·托馬塞蒂(Cristian Tomasetti)坦言,“好在這些突變落入的那些區域,絕大部分的影響都不大。”

人類基因組就好比一輛可以微調的汽車。每天,你那幾萬億突變的效果好比更改車窗色調,影響並不大。還有的突變就比較嚴重,能殺死單個細胞,就好比從汽車發動機中取走一個閥門。很少有什麼突變會讓整部車性能提升。(為什麼我們沒有進化出超能力?那麼很抱歉讓你失望了,這不是《X戰警》。)

小部分突變有可能正中癌症基因,促進單個細胞的分裂、增長。但通常,一個突變不足以促成細胞癌變。“通過進化,我們建立起了無數的安全網,” 阿爾伯特·愛因斯坦醫學院遺傳學家簡·維吉(Jan Vijg)說。比如,一個細胞可以分裂的次數是有上限的,癌細胞必須破除這一自然的限制。它還要逃脫細胞凋亡機制,即細胞在異常情況下自我毀滅的傾向。而且,它還要躲過時刻監控著異常細胞的免疫系統。一個細胞必須集齊以上所有突變,才能癌變成功。

不同細胞的突變積累情況各不相同,一個很大的影響因素是細胞分裂頻率。比如,你的腸道內壁常常更新,這些細胞需要頻繁分裂,不斷更替。

正常人每天積累數萬億突變,你是怎麼活下來的?

環境因素也扮演了一定角色。比如,托馬塞蒂表示,肺部細胞可能會頻繁接觸菸草煙霧或空氣汙染,導致突變。另一方面,皮膚則頻繁暴露於陽光之下。一項研究發現,在歷經幾十年陽光暴露的中年和老年人中,眼瞼皮膚的突變量高得驚人:每個細胞中的突變數為60-180個不等。

維吉還對比了配子細胞(精子與卵子)與體細胞(除配子細胞外的所有細胞,包括皮膚細胞、肝臟細胞與血細胞等)。只有配子細胞中的突變可以遺傳給下一代。而配子細胞似乎有辦法抑制突變,這可能跟它強健的DNA修復有關。就比如,精原細胞源源不斷地分裂,以製造更多精子,但精子細胞的突變率只有體細胞的十分之一。從進化角度上,這完全說得通:在給卵子授精的競賽中,突變精子會陷於弱勢。

正常人每天積累數萬億突變,你是怎麼活下來的?

受精卵一旦形成,就會開始分裂。一分裂,DNA複製過程就會出錯。“從受精的那一刻起,我們的細胞就開始積累突變了,”桑格研究所(Sanger Institute)癌症遺傳學家彼得·坎貝爾(Peter Campbell)說,他研究過早期胚胎的突變率。(他也參與了上文的眼瞼皮膚突變研究。)突變的積累伴隨著人的一生。維吉說,在百歲老人體內,一個普通血細胞將含有4000個單鹼基突變,可能還有數百種其他類型的突變,只是難以從單細胞測序中發現。老年人癌症發病率更高,只是因為他們有更多時間集齊必備突變。

隨著年齡的增長,人體內的細胞越來越不相像。在你的血細胞中,可能有一半起源於20年前的某個突變細胞,另一半則不具備這一特定突變。試想在幾十年的時間裡,這個過程一遍又一遍地上演,漸漸地,你的身體就變成了各種細胞群的大拼盤,每個細胞群都有自己獨有的突變。人體變得“包羅萬象”。

翻譯:雁行

校對:其奇

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