03.03 水豚是如何“剿滅”自身癌細胞的?

劉賢齊


水豚是世界上最大的齧齒動物,當動物變大的時候,它們必須找到對抗癌變的方法。

不獨水豚如此,大象和鯨等大型動物都需要有自己的防癌秘籍,通過研究這些大型動物的防癌方法,可以幫助科學家找到新的治療人類癌症的方法。當然水豚的有趣之處在於,它是世上最大的齧齒動物,通過比較水豚和其它齧齒動物的基因組,有助於我們搞清楚大自然在水豚進化的過程中,究竟如何增強了它的抗癌能力。


通常情況下,齧齒動物如家鼠、草原田鼠等體型很小,體型小有助於躲避捕食者,而憑藉體型小,齧齒動物在自然界生存繁衍得極其成功。但是,當水豚的祖先在大約4000萬年前進入南美洲之後,由於南美洲缺乏針對齧齒動物的天敵,於是體型小的優勢喪失,弱勢暴露,利弊倒轉,於是自然選擇開始促使水豚的祖先體型增大。

圖示:南美州真是水豚的天堂。缺乏天敵的水豚,心態非常佛系。


  • 小體型的煩惱

對溫血動物來說,體型越小,每天所需的進食時間就越多,需要不停地找東西吃,否則很容易餓死。這是因為,作為溫血哺乳動物,體型越小,體表面積與體重之比就越大,而這個比值增大就會導致散熱加快,這就像把同樣重量,同樣溫度的熱水倒在一個大盤子裡,會比它呆在鍋裡時散熱更快,是同樣的道理。而動物的熱量都來自於食物的燃燒。所以,在沒有天敵的南美,水豚的祖先開始向體型巨大化方向發展,成為地球上最大的齧齒動物。

  • 從小體型到大體型進化的困難之處

當動物從小體型往大體型進化的時候,它們會迅速遇到一個致命的障礙,那就是細胞癌變的機會迅速增加,實際上在人群中,衛生統計學家就觀察到平均來說高個子比矮個子的人患癌幾率會輕微上升,身高每增加10cm,患癌風險大約增加1.1倍。而在人工馴養的家犬中,體重超過35公斤的大型犬,比那些小型犬的患癌風險更是增加了150倍之多!

圖示:大型犬患癌風險遠遠高於小型犬,原因很簡單,因為大型犬擁有更多的細胞。細胞越多,在癌變風險不變的前提下,出現癌細胞的可能性自然也就越高。


如果這個比例在大自然中是恆定的,那麼隨著體型的數倍數十倍乃至數百倍的增長,動物在出生前,就可能已經全身出現了各種癌細胞,生下來之前就會一命嗚呼了。但大自然中比比皆是的大型動物,如大象、河馬、犀牛、鯨等說明這樣的推理是有問題的,這就是癌症研究領域中最著名的悖論——佩託悖論(Peto's Paradox)。

圖示:紅線是預測癌變率,藍線是實際觀察到的癌變率。實驗表明,不同種類動物癌變的風險,與不同種類動物的大小無關。只有在同一種動物內部,體型大小才和癌變具有明確的正比例關係,這被稱為佩託悖論。


正是因為有佩託悖論,才激發了動物學家研究動物體型和動物癌變的興趣。水豚並不是第一個被研究的動物,此前已經有人研究過大象為何能生存下來,不是剛出生就渾身長滿腫瘤,原因之一是大象在進化的過程中,擴增了一種重要抑癌基因——TP53的數量,人類只有一對TP53基因,父母各給一個。但大象卻擁有整整二十對TP53基因。讓大象的患癌率大幅度降低到低於5%,而人類的患癌率為35~50%。有些倒黴的傢伙,天生就有一個P53基因發生了突變,那麼這群人的患癌率高達90%。

圖示:狗和人一樣都只有一對TP53基因,但狗的體型比人小,因此狗的患癌率也比人低。


TP53基因的功能是產生一種檢查細胞中的遺傳物質(DNA)是否正常的蛋白質,如果它發現細胞遺傳物質發生嚴重損傷,它就會禁止細胞分裂,啟動細胞修復受損DNA,如果情況嚴重到無法修復,那麼P53會下令細胞自殺。簡單說,P53基因就是監軍,防止細胞叛變成癌細胞的監軍,監軍越多就越不容易被糊弄。

  • 水豚的防癌秘密又是什麼呢?

成年水豚的體重達到55公斤之多,野外壽命為6~7年,家養壽命據說可達15年。而大多數其它齧齒動物的體重按克計算,通常只有20~200克,壽命也很短暫,通常只有1年~3年。因此,當水豚的祖先開始向巨大化進化時,它們必須找到防止癌變的辦法。

2018年,Herrera-Álvarez的研究團隊發現,水豚的免疫系統可以更好地檢測和破壞那些分裂太快的細胞,一句話有殺錯不放過。換句話說,水豚已經進化出了他們自己的癌症免疫療法。這大概就是水豚防癌的秘密。希望科學家早日找到能將它應用到人類健康事業中的辦法,比如怎樣調教人類免疫系統。


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裸猿的故事


我們知道,癌症的產生是因為細胞發生了變異。

根據1977年流行病學家理查德·佩託於提出的“佩託悖論”,細胞數量越多,因為基數越大,所以自然病變的幾率越多,所以大型動物相對於小型動物,是更容易得癌症的。

一定程度上而言,這個邏輯沒有錯,大象的細胞數量是人類細胞數量的百倍,那是不是意味著大象患癌的幾率是人的100倍呢?

不然,統計表明,大象種群中死於癌症數量比為5%,遠遠低於人類的20%至25%。

不光大象,在壽命比較長的動物中,如水豚、儒艮、裸鼴鼠、弓頭鯨等動物,它們基本上是跟癌症絕緣的。

這就讓人非常的羨慕了!科學家們也一直在研究,是什麼機制,產生了這種現象。

以大象為例,科學家們發現,大象的基因組中有一個名叫P53的基因,共20個,而人類和其他哺乳動物體內僅有1個該基因複本。

豚鼠有多大隻,此圖很說明問題。

這一基因也被稱作“腫瘤抑制基因”。它的作用是,當細胞DNA受到破壞發生變異後,這一基因會將病變的基因修復,進而降低患癌風險。大象的20個抑制基因相當等於給上了20份保險,相對於人類的1份,高下立判!

除了基因之外,以水豚為例,它還有自己的抗癌法寶,這就是透明質酸,聽起來好像很專業的樣子,實際上有一種透明質酸名字你肯定聽過,那就是玻尿酸,它在護膚品上有著廣泛的應用。

它的作用是什麼呢?

這個東西吸水、鎖水能力超級強。它存在的第一效用是潤滑,而並不是抗癌,而是讓水豚能夠更自如的舒展皮膚。水豚透明質酸的長度是人類的5倍,雖然它本身雖然沒有抗癌作用,但是研究發現它的存在卻是水豚能夠免疫癌症非常重要的原因之一,沒有它的存在,水豚細胞癌變的速度非常之快,抗癌似乎只是“順手把活幹了”那麼簡單。

最後,開個玩笑,水豚能夠免疫癌症,很重要的原因就是心態好,為何這麼說,請見下圖:

因為沒有天敵,該吃吃,該喝喝,不急不躁,一切放輕鬆,這就是水豚的豚生寫照!

通過對水豚、大象,這些癌症免疫動物的研究,人類對癌症的防治有了更新的認知,當然,距離臨床應用,還有很遠的路要走呢。


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