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原癌基因現形記:一隻雞背後的驚天秘密

前不久,世界頂尖醫學雜誌《柳葉刀》刊登了一項重要研究:在對195個國家和地區的數據進行分析之後,學者們發現,人類的頭號死因,不是感染,不是車禍,而是不良飲食。2017年,不良飲食導致了1100萬例死亡;具體到中國,大約16%的癌症死亡與飲食有關——或者這麼說,每棟居民樓里,都有一個人,因為吃飯不對而死亡。

2017年,不良飲食導致了1100萬例死亡,其中,心血管疾病最多,約1000萬,癌症次之,約90萬(圖片來源:《柳葉刀》)

那麼,不良飲食是怎麼引起癌症的呢?

這要從一隻雞開始說起。

佩頓·魯斯——從一隻雞開始的征程

人們常說,唯有死亡是平等的,其實,癌症也是平等的。許多疾病有着清晰的易感人群,比如最近經常被提到的超級真菌(candida auris),主要侵犯長期插管的老年患者;許多疾病有着清楚的原因,比如感染,通常由細菌引起,適當運用抗生素,很快就能痊癒。唯有癌症是個例外。吸煙的、不吸煙的、吃肉的、吃素的、男人、女人,都會患上癌症。

甚至有學者斷言,只要活得足夠長,每個人都會遇到它。

為什麼呢?

1909年,學者們終於得到了第一個線索。

患肉瘤的母雞(圖片來源:100 years of Rous sarcoma virus)

那一年,一位農夫抱着一隻母雞,找到美國生物學家佩頓·魯斯(Francis Peyton Rous)。這隻雞患上了癌症,它的胸口,有一團肉瘤。農夫希望魯斯能搞清楚,肉瘤,會傳染嗎,如果會的話,有沒有辦法預防。

兩個問題,擺在了佩頓·魯斯面前。

佩頓·魯斯(圖片來源:100 years of Rous sarcoma virus)

前一個問題,很容易回答,所謂傳染,就是疾病會從患者跑到健康人身上。魯斯從肉瘤中取出一小塊,配置成溶液,注射到另一隻母雞身上,結果,這隻母雞也出現了肉瘤。

後一個問題,則複雜不少。如果是細胞引起的疾病,將患病母雞單獨飼養即可,如果是細菌引起的,則需要嚴格隔離,最好將其焚燒或者深埋。為了驗證是哪一種途徑致病,魯斯設計了一連串的過濾網,有的網眼比細胞大、有的比細胞小、有的比細菌還小。結果,即使使用最小的過濾網過濾肉瘤溶液,仍然能讓其他母雞患上癌症。

這說明,癌症的源頭是一種比細胞、細菌都小的東西——即,病毒。

亞瑟·萊文森——怯懦的代價

魯斯發現的這種病毒,後來被稱為魯斯肉瘤病毒(Rous sarcoma virus),給了學術界一絲曙光。

如前所說,癌症看上去跟所有因素都有關,科學家總是想研究,也是狗狗遇到刺蝟,無從下嘴。有了魯斯肉瘤病毒,他們便可以深入到細胞之中,研究一下它對細胞的影響,試着尋找一下癌症的發生機制。

亞瑟·萊文森(Art Levinson)從魯斯手裡,接過了接力棒。在多次實驗之後,萊文森發現,病毒中的某個基因,似乎、可能、大概,影響到了正常細胞的細胞核,導致細胞複製失控。

得出結論之所以如此不確定,是因為當時有一條公認的鐵律——中心法則。打個比方說,細胞核好比是物流中心,中心法則認為,快遞(遺傳信息)只能由物流中心發送給快遞員(RNA)手裡,再藉助快遞員,送到客戶手裡(完成細胞調控)。病毒的遺傳物質是RNA,它怎麼可以影響細胞核呢?

中心法則(圖片來源:wikipedia)

初出茅廬,難免膽氣不足,萊文森猶豫了,害怕了,退縮了。一直到一年後,他才知道自己錯過了什麼。麻省理工學院的大衛·巴爾的摩和華盛頓大學的霍華德·特敏證實,魯斯肉瘤病毒中,有一種酶,可以逆轉遺傳信息的傳遞方向,將自身的RNA拷貝進細胞DNA中。兩人因此獲得諾貝爾獎。

修改後的中心法則(圖片來源:wikipedia)

物流中心可以分發快遞,客戶自然也可以從自己家把快遞寄出去!

邁克爾·畢曉普——失之東隅,收之桑榆

萊文森不是唯一的失意者,邁克爾·畢曉普(John Michael Bishop)當時也在他的實驗室里。

畢曉普的一生,當得起“大起大落”四個字。他出生在一個極其貧困的小村莊,當地只有一所學校,學校里只有兩間教室,卻憑着聰慧,考上了哈佛;進入哈佛之後,他一度困惑自己應該做什麼,整天泡在書店讀書,漸漸確定自己喜歡科研,結果因為缺課太多,未能以優秀成績畢業、失去科研資格;於是,他只好一邊做醫生、一邊申請博士學位,好不容易有了自己的實驗室,竟然一時猶豫,錯失諾貝爾獎……

畢曉普(圖片來源:cancer.gov)

差不多同一時期,畢曉普遇到了自己的終生摯友,瓦爾繆斯。瓦爾繆斯因為得罪了某個大人物,被發配到畢曉普的實驗室。兩個失意的人,湊在一起,反而生出了勇氣——不就是魯斯肉瘤病毒嘛,跟它死磕到底!

畢曉普與瓦爾繆斯(圖片來源:nih.gov)

那麼,魯斯肉瘤病毒,是怎麼影響細胞核的呢?

還是用那個比方好了,魯斯肉瘤病毒,是一個壞包裹。讀者朋友們肯定都知道,國家對於快遞,有相關規定,易燃的、易爆的、有毒的物質,不允許寄送。畢曉普與瓦爾繆斯發現,魯斯肉瘤病毒一共只有四個基因,其中三個負責複製己身,第四個,src基因,正是毒氣,會嚴重干擾物流中心的運轉。

src基因(圖片來源:wikipedia)

於是,下一個問題來了,毒氣從何而來?

既然魯斯肉瘤病毒只需要三個基因便能存活,那麼,src基因很可能是病毒無意中從某個細胞那裡俘虜來的。換句話說,只要找到src基因的遠祖,就能揪出癌症的罪魁禍首。

問題是,細胞核這個物流中心,每時每刻都有成千上萬的包裹進出,如何找到有問題的那個呢?

方法還是有的。比如說,可以問警察借只警犬,每個包裹都嗅一遍。如果警犬沒有反應,證明包裹安全;如果警犬狂叫不止,肯定有問題。

在生物學上,這被稱之為分子探針。複製一些src基因,用放射物進行標記,這就是生物學家們的警犬;對於要探查的細胞,將其細胞核進行水解,成為一個一個的小包裹。遺傳物質由四種鹼基組成,遺傳信息的奧秘,在於鹼基的次序;另一方面,片段狀的遺傳物質一旦相遇,會互相結合,而這種結合,遵循着嚴格的法則,胞嘧啶只能與鳥嘌呤結合、胸腺嘧啶只能與腺嘌呤結合。

分子探針(圖片來源:libretexts.org)

所以,如果把src基因投入到被水解的細胞核中,它們會彼此結合。一段時間以後,測量結合物的放射性,放射性越高,說明結合程度越高、越有可能是要找的基因。

畢曉普與瓦爾繆斯本來打算尋找src基因的遠祖,結果驚訝地發現,每個細胞內,都有src基因。

真相大白

原來,每一個細胞都有癌變的潛力。

前些年,有媒體報道,不要用84消毒液清理廁所,因為84消毒液和潔廁靈會發生反應,產生毒氣。原癌基因與此相似,每個細胞內都有原癌基因(84消毒液和潔廁靈),正常情況下,因為物流中心的管理,它們很老實;然而,在其他因素的作用下,它們會發生混合,產生毒氣(致癌基因),進而影響整個物流中心的運轉、引起細胞不可控地複製,演變為癌細胞。

細胞癌變過程(圖片來源:britannica)

在畢曉普和瓦爾繆斯的努力下,終於有了一個令人信服的、綜合全面的致癌理論,二人也終於因此奪得了諾貝爾獎。

原癌基因理論(圖片來源:《如何獲得諾貝爾獎》)

行至文末,想必已經有聰明的讀者猜出了不良飲食和癌症的關係——身體的運轉,離不開遺傳物質,而不良的生活方式,會導致遺傳物質失控,激活原癌基因。好消息是,《柳葉刀》的研究表明,鼓勵健康的生活方式比針對不健康飲食進行改變更重要,即是說,倒不用立刻戒掉紅肉、含糖飲料,先增加全谷、果蔬的攝入就好。

阿波羅網責任編輯:王和 來源:蝌蚪五線譜 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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