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一只鸡背后的惊天秘密:原癌基因现形记
  • 赵言昌
  • |
  • 2019年04月16日 00:47

前不久,世界顶尖医学杂志《柳叶刀》刊登了一项重要研究:在对195个国家和地区的数据进行分析之后,学者们发现,人类的头号死因,不是感染,不是车祸,而是不良饮食。

2017年,不良饮食导致了1100万例死亡。具体到中国,大约16%的癌症死亡与饮食有关——或者这么说,每栋居民楼里,都有一个人,因为吃饭不对而死亡。

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2017年,不良饮食导致了1100万例死亡,其中,心血管疾病最多,约1000万,癌症次之,约90万(图片来源:《柳叶刀》)

那么,不良饮食是怎么引起癌症的呢?

这要从一只鸡开始说起。

佩顿·鲁斯——从一只鸡开始的征程

人们常说,唯有死亡是平等的,其实,癌症也是平等的。

许多疾病有着清晰的易感人群,比如最近经常被提到的超级真菌(candida auris),主要侵犯长期插管的老年患者;许多疾病有着清楚的原因,比如感染,通常由细菌引起,适当运用抗生素,很快就能痊愈。

唯有癌症是个例外。吸烟的、不吸烟的、吃肉的、吃素的、男人、女人,都会患上癌症。

甚至有学者断言,只要活得足够长,每个人都会遇到它。

为什么呢?

1909年,学者们终于得到了第一个线索。

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患肉瘤的母鸡(图片来源:100 years of Rous sarcoma virus)

那一年,一位农夫抱着一只母鸡,找到美国生物学家佩顿·鲁斯(Francis Peyton Rous)。这只鸡患上了癌症,它的胸口,有一团肉瘤。

农夫希望鲁斯能搞清楚,肉瘤会不会传染,如果会的话,有没有办法预防。

两个问题,摆在了佩顿·鲁斯面前。

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佩顿·鲁斯(图片来源:100 years of Rous sarcoma virus)

前一个问题,很容易回答,所谓传染,就是疾病会从患者跑到健康人身上。鲁斯从肉瘤中取出一小块,配置成溶液,注射到另一只母鸡身上,结果,这只母鸡也出现了肉瘤。

后一个问题,则复杂不少。如果是细胞引起的疾病,将患病母鸡单独饲养即可;如果是细菌引起的,则需要严格隔离,最好将其焚烧或者深埋。

为了验证是哪一种途径致病,鲁斯设计了一连串的过滤网,有的网眼比细胞大、有的比细胞小、有的比细菌还小。

结果,即使使用最小的过滤网过滤肉瘤溶液,仍然能让其他母鸡患上癌症。

这说明,癌症的源头是一种比细胞、细菌都小的东西——即,病毒。

亚瑟·莱文森——怯懦的代价

鲁斯发现的这种病毒,后来被称为鲁斯肉瘤病毒(Rous sarcoma virus),给了学术界一丝曙光。

如前所说,癌症看上去跟所有因素都有关,科学家总是想研究,也是狗狗遇到刺猬,无从下嘴。有了鲁斯肉瘤病毒,他们便可以深入到细胞之中,研究一下它对细胞的影响,试着寻找一下癌症的发生机制。

亚瑟·莱文森(Art Levinson)从鲁斯手里,接过了接力棒。在多次实验之后,莱文森发现,病毒中的某个基因,似乎、可能、大概,影响到了正常细胞的细胞核,导致细胞复制失控。

得出结论之所以如此不确定,是因为当时有一条公认的铁律——中心法则

打个比方说,细胞核好比是物流中心,中心法则认为,快递(遗传信息)只能由物流中心发送给快递员(RNA)手里,再借助快递员,送到客户手里(完成细胞调控)。

病毒的遗传物质是RNA,它怎么可以影响细胞核呢?

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中心法则(图片来源:wikipedia)

初出茅庐,难免胆气不足,莱文森犹豫了,害怕了,退缩了。一直到一年后,他才知道自己错过了什么。

麻省理工学院的大卫·巴尔的摩和华盛顿大学的霍华德·特敏证实,鲁斯肉瘤病毒中,有一种酶可以逆转遗传信息的传递方向,将自身的RNA拷贝进细胞DNA中。两人因此获得诺贝尔奖。

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修改后的中心法则(图片来源:wikipedia)

物流中心可以分发快递,客户自然也可以从自己家把快递寄出去!

迈克尔·毕晓普——失之东隅,收之桑榆

莱文森不是唯一的失意者,迈克尔·毕晓普(John Michael Bishop)当时也在他的实验室里。

毕晓普的一生,当得起“大起大落”四个字。他出生在一个极其贫困的小村庄,当地只有一所学校,学校里只有两间教室,却凭着聪慧,考上了哈佛.

进入哈佛之后,他一度困惑自己应该做什么,整天泡在书店读书,渐渐确定自己喜欢科研,结果因为缺课太多,未能以优秀成绩毕业、失去科研资格.

于是,他只好一边做医生、一边申请博士学位,好不容易有了自己的实验室,竟然一时犹豫,错失诺贝尔奖……

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毕晓普(图片来源:cancer.gov)

差不多同一时期,毕晓普遇到了自己的终生挚友,瓦尔缪斯。瓦尔缪斯因为得罪了某个大人物,被发配到毕晓普的实验室。

两个失意的人,凑在一起,反而生出了勇气——不就是鲁斯肉瘤病毒嘛,跟它死磕到底!

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毕晓普与瓦尔缪斯(图片来源:nih.gov)

那么,鲁斯肉瘤病毒,是怎么影响细胞核的呢?

还是用那个比方好了,鲁斯肉瘤病毒,是一个坏包裹。读者朋友们肯定都知道,国家对于快递,有相关规定,易燃的、易爆的、有毒的物质,不允许寄送

。毕晓普与瓦尔缪斯发现,鲁斯肉瘤病毒一共只有四个基因,其中三个负责复制己身,第四个,SRC基因,正是毒气,会严重干扰物流中心的运转。

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SRC基因(图片来源:wikipedia)

于是,下一个问题来了,毒气从何而来?

既然鲁斯肉瘤病毒只需要三个基因便能存活,那么,SRC基因很可能是病毒无意中从某个细胞那里俘虏来的。换句话说,只要找到SRC基因的远祖,就能揪出癌症的罪魁祸首。

问题是,细胞核这个物流中心,每时每刻都有成千上万的包裹进出,如何找到有问题的那个呢?

方法还是有的。比如说,可以问警察借只警犬,每个包裹都嗅一遍。如果警犬没有反应,证明包裹安全;如果警犬狂叫不止,肯定有问题。

在生物学上,这被称之为分子探针。复制一些SRC基因,用放射物进行标记,这就是生物学家们的警犬;对于要探查的细胞,将其细胞核进行水解,成为一个一个的小包裹。

遗传物质由四种碱基组成,遗传信息的奥秘,在于碱基的次序;另一方面,片段状的遗传物质一旦相遇,会互相结合,而这种结合,遵循着严格的法则,胞嘧啶只能与鸟嘌呤结合、胸腺嘧啶只能与腺嘌呤结合。

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分子探针(图片来源:libretexts.org)

所以,如果把SRC基因投入到被水解的细胞核中,它们会彼此结合。一段时间以后,测量结合物的放射性,放射性越高,说明结合程度越高、越有可能是要找的基因。

毕晓普与瓦尔缪斯本来打算寻找SRC基因的远祖,结果惊讶地发现,每个细胞内,都有SRC基因。

真相大白

原来,每一个细胞都有癌变的潜力。

前些年,有媒体报道,不要用84消毒液清理厕所,因为84消毒液和洁厕灵会发生反应,产生毒气。

原癌基因与此相似,每个细胞内都有原癌基因(84消毒液和洁厕灵),正常情况下,因为物流中心的管理,它们很老实;然而,在其他因素的作用下,它们会发生混合,产生毒气(致癌基因),进而影响整个物流中心的运转、引起细胞不可控地复制,演变为癌细胞。

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细胞癌变过程(图片来源:britannica)

在毕晓普和瓦尔缪斯的努力下,终于有了一个令人信服的、综合全面的致癌理论,二人也终于因此夺得了诺贝尔奖。

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原癌基因理论(图片来源:《如何获得诺贝尔奖》)

行至文末,想必已经有聪明的读者猜出了不良饮食和癌症的关系——身体的运转,离不开遗传物质,而不良的生活方式,会导致遗传物质失控,激活原癌基因。

好消息是,《柳叶刀》的研究表明,鼓励健康的生活方式比针对不健康饮食进行改变更重要,即是说,倒不用立刻戒掉红肉、含糖饮料,先增加全谷、果蔬的摄入就好。

参考文献

[1]毕晓普. 如何获得诺贝尔奖[M]. 程克雄, 译. 新华出版社, 2004.

[2]默顿·迈耶斯. 现代医学的偶然发现[M]. 周子平, 译. 生活·读书·新知三联书店, 2011.

[3]众病之王[M]. 李虎, 译. 中信出版社, 2013.

[4]WEISS R A, VOGT P K. 100 years of Rous sarcoma virus[J]. Journal of Experimental Medicine, 2011, 208(12): 2351–2355.

[5]STEHELIN D, VARMUS H E, BISHOP J M等. DNA related to the transforming gene(s) of avian sarcoma viruses is present in normal avian DNA[J]. Nature, 1976, 260(5547): 170–173.

[6]Diet, Nutrition, Physical Activity and Cancer: a Global Perspective[R]. World Cancer Research Fund, 2018.


文章出处:蝌蚪五线谱

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