文 | 菠萝
我的新书《叛逆的细胞:癌症与我们》终于出版啦!这是我的第七本科普书,用了两年多才写完。我一直在思索两个问题:人类和癌细胞的行为模式为何这么像?人类最终结局会和癌细胞一样吗?(购买方式见文末~)
生存竞赛
谈到癌症和人类的关系,你会想到什么?
大家第一反应,当然是癌症会对人体健康有影响,但你是否想过癌细胞和人类行为的相似之处?人类有时被称为地球上的癌细胞,就是因为二者在很多方面非常像。
虽然维度不同,但癌细胞和人类的生命目标往往都是一个字:赢!人类要赢得生存竞赛,实现种群繁衍。为了实现这个目标,癌细胞和人类都不断繁殖,并且不断变化来适应环境,扩大生活地盘,在尽量多的地方扎根生活,人类甚至能改造环境,让它成为更理想的栖息地。
进化论告诉我们,生存竞赛的规则很简单,就是优胜劣汰,适者生存。只有胜利者才能最终活下来,对人类而言,是在地球上活下来,比如在平原或者高山,而对癌细胞而言,是在身体里活下来,比如在肺或者肝。
从结果来看,现在的人类,与形成肿瘤的癌细胞,都算取得了进化的阶段性胜利,不仅活了下来,而且看起来比别的物种或细胞要活得更好。
站在一个普通细胞的角度,想变成癌细胞是特别正常的想法。
除了极少数负责繁殖的干细胞,普通细胞就是身体的一颗螺丝钉。想想看,它们每天都得努力干活,肠道细胞要吸收营养,神经细胞要传递信号,心肌细胞要收缩泵血,免疫细胞要杀伤病原体。但这些细胞既不能移动,也不能繁衍后代,更惨的是,多数细胞完成使命后就会被身体淘汰,由新的细胞替代。真的是一代新人换旧人,身体还在运转,但细胞已经不是原来那个细胞了。
人面不知何处去,桃花依旧笑春风。
进化成癌细胞,或许是每个细胞的梦想。后代多,能到处跑,还不用干活,想想就很美好。
但是,身体并不喜欢癌细胞。对身体而言,癌细胞不是十恶不赦的罪犯,更像是自私自利的骗子。它虽然看起来也是细胞,却不执行任何身体需要的功能。肠癌细胞并不吸收营养,脑瘤细胞也不传递神经信号,白血病细胞更不会像免疫细胞一样保护身体。癌细胞一天到晚就知道吃喝拉撒,大量繁殖,完全不顾及身体其他细胞的感受。
但正常细胞要变成癌细胞太难了,难于上青天。每一刻,我们体内都在产生突变细胞,但为什么大多数癌症是老年病?为什么即使每天吸两包烟,接触大量致癌物,平均也要20多年才会得癌症?就是因为在生存竞争中,癌细胞想活下来非常不容易,绝大多数都夭折了。真正能变成癌细胞的细胞少得可怜,而最终能形成一大团癌细胞,能在医院被检查出来的就更凤毛麟角了。
之所以这么困难,是因为细胞从踏上癌变之路的第一天起,就卷入了一场疯狂的生存竞赛中,只有极少数才有活下来的希望。在细胞癌变的路上,至少得突破三层防御,堪比西天取经,九九八十一难。
第一层防御是细胞内部的抑癌基因。为了防止细胞癌变,大自然早就在每个细胞内部植入了一系列特殊的基因。这些基因的它们主要作用就是在细胞DNA突变的时候及时发现和止损,所以被称为抑癌基因。
当细胞的DNA突变的时候,这些抑癌基因会根据突变情况,启动修复机制或者自杀机制。如果DNA突变不严重,细胞会倾向于修复,也就是把突变了的DNA改回去,就像学生犯了小错,老师批评教育一下:“下不为例,以后可别这么干了!”但如果突变很严重,改不回去了,那抑癌基因就会干脆放弃挽救,直接启动细胞的自杀机制。对于无可救药的人,也就别想他改邪归正了。
无论是修复DNA还是启动细胞自杀,都能显著减少细胞癌变的可能。
所以对很多细胞来说,癌变的第一步,就是让抑癌基因失去功能。TP53是细胞内最重要的抑癌基因,也是癌细胞最常突变的基因。当TP53突变后,DNA的修复功能和细胞的自杀功能都严重受损,所以携带突变TP53的细胞活了下来,为后续更多突变提供了机会。
第二层防御是在细胞生长的微环境。在体内,细胞生长在特定的微环境中,包括氧气、养料,也包括周围的邻居细胞。当细胞开始不受控生长的时候,首先面临氧气、养料不足,它得想办法解决。而且当一个细胞开始掠夺周围细胞的食物,并且排放代谢废物的时候,周围的细胞也会察觉到异常,会尝试释放信号来抑制它的生长和扩散。就像没人喜欢自己小区里出现偷快递和外卖、乱丢垃圾的人。
如果细胞摆脱了自身抑癌基因的控制,也摆脱了周围微环境的限制,那它就是一个更独立的细胞,算是取得了一定的进化优势。但它离真正成为癌细胞还差得远,因为还有个最大的挑战需要解决,那就是第三层防御——免疫系统!
免疫细胞是癌细胞最强大的天敌,尤其是T细胞和自然杀伤细胞。这些免疫细胞在全身游走,随时检查并消灭异常的突变细胞。大多数新生的癌细胞还在襁褓中就被干掉了,根本没机会发展壮大。
要想成为真正的癌细胞,进而大量繁殖形成肿瘤,最关键就是要进化出“免疫逃逸”功能,通过各种手段逃脱免疫系统的监管,甚至策反免疫细胞来帮助自己生长,就像电影《无间道》里帮助黑社会的警局卧底。
总而言之,癌细胞发展的每一天,都是与整个系统,甚至与别的癌细胞斗争博弈的一天。胜者为王,败者为寇。获胜的癌细胞能活下来看到第二天的太阳,失败者则直接出局,从身体里,也从历史上消失。
人类也一样。我们每个人,都是大自然生存竞赛的胜利者。也是由于基因突变,我们的祖先从灵长类脱颖而出,获得了生存优势。比如较大的脑容量和较多的神经链接数量,带来了认知功能涌现,出现了更强的记忆、推理和解决问题的能力,更复杂的语言系统,以及极强的合作能力。这些都帮助我们的祖先走出非洲后,即使面对恶劣的环境,也能抱团取暖,互帮互助,最终成功实现了种族繁衍和扩张,成为最成功的物种之一。后续农业革命、工业革命等一系列突破,更是帮助我们获得了改造自然世界的能力,成为生物圈的主宰。
人类不止一种,但我们智人是唯一存活的现代人类。就像癌细胞之间会竞争养分一样,不同的人类、物种之间也有竞争。在历史长河中,我们不仅战胜了其他物种,还战胜了别的人类。尼安德特人、丹尼索瓦人,他们几万年前和我们的祖先共存,虽然肌肉比我们发达点,或者抗寒能力比我们强点,但都在生存竞赛中失败,被历史淘汰了。
癌细胞在体内进化也往往会出现不同的分支,被称为“癌细胞亚克隆”,但最后占绝对优势的,往往就那么一两个分支。即使智人,也差一点就灭绝了,根据2023年《科学》(Science)杂志的一项最新研究,大约80万年前,我们祖先出现了惊人的人口减少现象,濒临灭绝,最惨的时候可繁殖后代的个体只剩下不到1300个。而且这种情况持续了近10万年,在这段时间,智人就是地球上苟延残喘,随时要被抹去的物种。1300 个是什么概念?按照现在国际自然保护联盟的标准,如果物种只有1300个繁殖个体的话,就会被归入“濒危”或者“极度濒危”。这么说吧,我国野生大熊猫种群总量现在都有近1900 只。
这就是我们遭遇的“种群瓶颈”“种群瓶颈”出现过不止一次,我们祖先在7万至10万年前还曾经历过一次严重的“种群瓶颈”,当时种群数量急剧下降,估计只剩下几千至几万名个体。我们经常套近乎,说往上数多少辈,我们都是一家人,这确实不是开玩笑,只要往上一直数,我们大概率是同一个爸妈,因为那会儿爸和妈都没剩多少了。
“种群瓶颈”背后的原因,很可能与极端气候变化、环境恶劣、食物短缺有关。生存竞赛很残酷,生长环境很恶劣,人也好,癌细胞也好,一不小心就可能全军覆没。有人一辈子不得癌症,并不是因为体内从来没有癌细胞,而是因为癌细胞在繁衍过程中没有扛住选择压力,在某个时候突然绝种了。
我们作为个体,也是进化的优胜者。
从出生开始,我们就要面对各种细菌、病毒的挑战。在古代,生存竞赛是绝对的困难模式,各种瘟疫,比如疟疾、肺结核、天花,每一个都能夺命。要想获得胜利,只能靠自己的免疫力。14世纪中期席卷欧、亚、非的黑死病,就让欧洲30%以上人口消失,全球更是估计有上亿人死亡。就像不适应新环境的癌细胞一样,这些人在生存竞赛中被淘汰了。我们的祖先活下来了,所以我们还在。随着科技进步,我们现在的生存模式难度降低了不少,除了靠免疫力,还能靠疫苗和抗生素。但新的挑战随时会来,前几年就有很多老人没扛过突如其来的新冠病毒侵袭。
从进化的角度来看,人类在地球上已经站稳了脚跟,发展还挺不错,就像身体里的一群癌细胞已经活了下来,还转移到了各个地方。在当下这个时间点,无论群体还是个体,人类都是生存竞赛的胜利者。
但进化告诉我们,任何胜利都是暂时的,因为环境会变,压力会变。
我很关心一个问题:人类的最终结局会和癌细胞一样吗?
我们都知道,即使癌细胞跨越身体的重重防御,成功实现了爆发性生长。但由于繁衍没有节制,最终结果往往是和人体一起消失。无论如何,这也算不上真正的胜利。
人类,会从这里学到点什么吗?
本文摘自《叛逆的细胞:癌症与我们》。
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