当今社会,健康无疑是人们最关心的话题之一,很多人每年都把大量的时间、金钱花在养身保健上,希望能免受疾病困扰。可是直到现在,人类却仿佛永远摆脱不了疾病的困扰。是因为疾病太过强大,还是因为现在的医疗水平不够?都不是。其实很多时候,疾病是人类基因的主动选择。虽然有些疾病,像糖尿病、高胆固醇等,现在带给人们的更多的是烦恼,但在人类进化的过程中,这些疾病却是帮助人类抵御外部环境变化,延续人类寿命的好伙伴。人与疾病的关系远比我们想象的复杂。
本书作者沙龙莫勒姆,是加拿大多伦多大学和美国纽约西奈山医学院的双料博士,神经遗传学专家。除此之外,他还是一位科普作家,著有《性与五感》《重启DNA》等多部科普著作。今天要讲的《病者生存》一书中,作者深入研究了人类的进化史,并以一种全新的视角审视生命、人类的身体,以及人们对于疾病的理解。
先来讲讲由基因导致的几种常见疾病。第一个就是血色素沉积症,它是由于人体内铁元素囤积过多,引发的代谢障碍疾病。
人们如此热衷于补铁,是有一定科学道理的。因为人体并不生成铁元素,全部要从外界获取。
在人类的新陈代谢过程中,起到了举足轻重的作用。没有铁元素,来自肺部的氧气就无法被运输到身体各处。铁元素还是很多酶的重要组成部分,这些酶能把糖分转化为能量,维持身体的日常运转。如果铁元素不足,人就可能得一系列疾病,比如“贫血”。得了缺铁性贫血的人会面色苍白、气短、乏力,免疫力下降,严重的会危及生命。
然而,铁元素真的是越多越好吗?并不是。可以说这绝对是人们在日常生活中经常陷入的一个误区。尽管铁元素在人体中必不可少,但也绝不是多多益善。铁补多了,人们反而更容易生病。
那么问题来了,像血色素沉积症这样的“杀人狂魔”,为什么还会顽强地存在于人类的基因里呢?那就只有一个原因:它对我们有用。
血色素沉积症虽然会在人体内囤积大量的铁,但这些铁的分布是不均匀的。有些地方囤积过量,比如肝脏、胰腺等,有些地方却异常匮乏,比如说巨噬细胞中就缺少铁元素。巨噬细胞就好像是人体免疫系统里的警察,它们每天在身体里来回巡逻,一旦发现病原体,就会通过包围和吞噬的方法,把它们制服,带回到淋巴结里消灭掉。然而,正常人的巨噬细胞里也含有大量的铁。因此如果它们抓捕的是一些感染能力很强的病原体,那么这些病原体就可以接触到大量使它们变强的铁,繁殖和感染能力也就大大增强了。而血色素沉积症患者的巨噬细胞中铁含量偏低,就不存在这样的风险。#地面生存#
听到这里可能有人要问了,这样看来血色素沉积症不是还对人体免疫挺有帮助的嘛,为嘛要说它是“杀人狂魔”呢?这是因为血色素沉积症虽然不会让你马上就死,但它会让人的心脏、肝脏、胰腺等器官慢慢纤维化,继而发生退行性改变。
你可能听说过鼠疫,它还有一个别称叫“黑死病”,这是欧洲历史上最著名,也是杀伤力最大的传染病。在年开始的那场鼠疫当中,整个欧洲有近三千万人死亡,几乎是当时欧洲总人口的一半。然而,携带有血色素沉积症基因的人,由于体内巨噬细胞缺铁,反倒对鼠疫有顽强的抵抗力。所以这些人生存了下来,并将这种基因遗传给了后代。在之后的三百年当中,随着鼠疫一次次的卷土重来,携带这种基因的人比例也越来越高,最终这种基因就牢牢地嵌在了欧洲人的基因库当中。
说完了血色素沉积症,我们再来说说现在非常常见的另一种疾病——糖尿病,它是世界上最常见的慢性病之一。根据世界卫生组织的统计数据显示,目前全球约有1.71亿人患有糖尿病。但糖尿病的致病原因究竟是什么,人们到现在也没能完全搞清楚,一般认为是遗传、感染或不良的饮食习惯造成的。
在医学上分为1型和2型两种,两者的区别主要在于体内胰岛素的水平不同。1型糖尿病胰岛生产能力大大下降,导致体内胰岛素供给不足;2型糖尿病虽然大多可以正常生产胰岛素,但是生产的胰岛素会被人体器官拒绝使用,导致胰岛素不能正常发挥功效。科学家在研究糖尿病分布的时候,发现了一个有趣的现象:1型糖尿病在北欧裔中最为常见,其中芬兰是世界上发病率最高的国家,瑞典次之,挪威和英国并列第三。而地理位置越往南,1型糖尿病发病率就越低,在非洲和西班牙裔中,糖尿病就很罕见。
人体维生素D的形成,它和人体内的胆固醇息息相关。
维生素D作为人体代谢的一种重要物质,在促进儿童骨骼发育和维持成年人骨骼健康方面起到了无可替代的作用。在生活中,你可能听家里的老人说过,小孩子要多晒太阳,这样可以补钙,不容易得软骨病。那么,人体补充维生素D,为什么要靠晒太阳呢?
原来啊,人体内有一套神奇的机制,可以通过接收阳光中的紫外线,把体内的胆固醇转化成维生素D。太阳晒得多,转化成维生素D的胆固醇就多;太阳晒得少,转化掉的胆固醇自然也就少。所以当你体检时发现胆固醇比以前高的时候,不要忙着紧张,先看看最近天气怎么样。很有可能是因为冬天的紫外线少,所以你身体里来不及转化的胆固醇比夏天的时候要多一点。
上面我们讲了这么多的疾病,它们有两个共同点:一、它们都和外界环境对人体的影响有关;二、它们都是通过基因表达表现出来的结果。
那么外界环境的刺激是如何引导甚至控制我们的基因,从而产生这些奇妙变化的呢?遗传学中有一门学科叫“表观遗传学”,就是专门研究这些现象的。
在经典的遗传学当中,生物所有外在的表现都是由基因决定的。如果生物的外在表现发生了变化,那么一定是基因发生了改变,这其中最主要的改变方式就是基因突变。通俗点讲,就是原本你应该完完整整地继承你父母留给你的基因,但是在遗传的过程中出现了一些突发状况,让你的一部分基因变得和你的父母都不一样。这样的变化结果完全是随机的,你可能因此变得像蜘蛛侠一样强大,也可能就此变成一个孱弱的病人。基因突变是被动的,但根据达尔文进化论“物竞天择”“优胜劣汰”的原则,如果这种突变让你变强,那么你就可能在繁衍过程中把它传递给你的后代,反之就会被淘汰掉。
基因突变的原因可能是内在的,比如你的遗传物质在复制过程中被辐射、高温或者被化学物质干扰了;也有可能是外界强加给你的,比如很多病毒就能将自己的基因整合进宿主细胞的DNA当中。无论是哪一种原因,对于人类而言,能不能变强完完全全是碰运气。
遗传学没有你想象的那么简单,越来越多的遗传学家开始意识到,地球上包括我们人类在内的生物,在享受基因突变带来的变化的同时,还有另一套系统可以控制基因的变化。科学家将这套系统称为“表观遗传学”。通俗来讲,就是在不发生基因突变的情况下,子女如何从父母身上遗传并表达新的性状。
表观遗传学是一门非常年轻的学科,它的概念首创于20世纪40年代,但直到年,科学家们才在研究中取得了巨大突破。
科学家们用来做实验的一种小鼠体内,有一种基因叫做“刺豚鼠毛色基因”,这种基因能让小鼠拥有独特的浅黄色皮毛,并且容易肥胖。这些小鼠互相交配后生下来的也都是黄色的、胖胖的鼠宝宝。杜克大学医学中心在用这种小鼠做实验的时候,出于对小鼠妈妈产前护理的重视,就给鼠妈妈的饮食中添加了复合维生素,没想到产生了震惊整个遗传学界的结果----小鼠妈妈竟然产下了骨瘦如柴的褐色小鼠。
可能你要问了,这是不是基因突变呢?并不是。因为科学家换了其他的黄色小鼠做实验,在喂食了维生素后,它们也都产下了褐色的、瘦瘦的小鼠。科学家们还对这些褐色小鼠进行了基因检测,发现它们的刺豚鼠毛色基因依然完好无缺地待在染色体上。换言之,这些基因并没有受到损伤,但是现在它们却不再表达了,仿佛被人关上了开关一样。
这个开关过程被称为“DNA甲基化”,简单来说就是有一种叫“甲基”的化学物质与基因相结合,在基因本身并没有发生变化的前提下改变了基因的表达方式,产生了不同的结果。杜克大学发现的这个现象对遗传学的影响非常巨大,它改变了经典遗传学当中的理念。科学家们意识到,一组基因带来的结果并不是像过去所想的那样一成不变,同一组基因也能表达不同的效果。因为这些甲基构成了基因上许多不同的开关,这就使得即便两个生物体的基因完全一样,也可以产生截然不同的结果。、
通过对小鼠的研究,科学家们发现这样的规律对于人类同样适用。要改变生物体的性状,不只是改变基因组成这一条路。很多时候我们的身体仅仅通过打开或关闭基因上某些开关的方式,就能让身体发生变化,比如,改变你的外貌特征,改变你的健康状况,甚至改变你在当前环境下的生存能力。
那么,这门学科对人类有什么帮助呢?
首先,这有助于保证人类胎儿的健康发育。
一直以来人们都有这样一个观念,就是给妊娠期女性良好的营养,能够减少生出来的孩子日后罹患某些疾病的可能性。但是在杜克大学这项实验之前,人们都是只知其然,不知其所以然。现在我们终于知道其中的原因了,这是因为母体补充的营养可以在不改变基因本身的前提下,改变后代的基因表达。
因此,外界的各种环境变化都能通过母体的神经和激素信号传递给胎儿,胎儿的身体会据此调整他们的基因,打开或者关闭一些开关,以便更好地适应外界的环境。
其次,表观遗传学能够为人类打开一条治疗疾病的新路。我们先举一个常见的例子。当你喝酒的时候,摄入的酒精会依靠肝产生的乙醇脱氢酶进行分解。当你在较长的一段时间里每天都喝酒的时候,肝细胞的基因就会打开开关,加速生产这种酶,这就让很多人产生了“酒量是可以练出来”的感觉。反之亦然,当你完全戒酒一段时间以后,对于酒精的耐受力也会下降。这是因为你的机体感觉不到对乙醇脱氢酶的需求,它就会自动把这条生产线关闭了。
这样的前景听着是十分美妙的,然而要实现它还有很长的路要走,科学家们对于表观遗传学的探索还将继续。