隐藏于我们体内的恶魔与天使
前沿科技解读丨基因突变：隐藏于我们体内的恶魔与天使
2018-01-08
今日科协
今日科协
文/王晓泽
基因突变
安吉丽娜朱莉因主演史密斯夫妇被我们所熟知的好莱坞巨星，却被查出带有高度患卵巢癌和乳腺癌风险的BRCA1/2基因缺陷，为了降低患癌风险，她接受了医生建议，先后切除了双侧乳腺和卵巢。乳腺、卵巢都是一个女性之所以具有女性魅力和生育能力最重要的来源，而作为国际巨星，安吉丽娜朱莉在37岁如此年轻时选择预防性切除乳腺和卵巢，从而永远失去生育能力并提前进入更年期，这究竟是真有必要还是得不偿失呢？基因突变与癌症的发生究竟有着怎样千丝万缕的联系呢？
“基因”一词来源于希腊语，意思为“生”。我们所说的基因实际上是染色体中一段具有功能性的DNA序列，是控制性状的基本遗传单位。从植物的花色、老虎的毛色、我们人类的单眼皮双眼皮以及困扰很多男性的中年脱发，都是由基因决定并且可以遗传给后代的性状。
基因是我们体内相对非常稳定的遗传物质，但是也并不总是一成不变的，基因重组、基因突变等多种方式会引起基因的改变。我们生活的环境中的诸多因素如紫外线、放射性物质、有毒化学试剂以及某些病毒等，都会造成我们DNA序列的改变引起基因突变，即引起我们的基因发生突然的、可遗传的变异。
▲SLC45A2基因突变或影响白色老虎的毛色
人类对癌症的探索历经了漫长的过程，从未停止，也远未结束。到目前为止，在很多方面依然知之甚少，对很多问题也没有达成共识。癌症的最早记录可以追溯到2000多年前的古埃及并被朴素的认为是天谴——上帝的惩罚所致。直到公元2000多年前被称为“西方医学之父”的希波克拉底，他不迷信癌症是由超自然力量所致，提出了癌症的“体液学说”。该学说认为癌症是由于人体内的四种体液即血液、黑胆汁、黄胆汁、黏液水平失调所致。但是我们用现代医学眼光稍加审视就发现，这些笼统的学说可以解释几乎所有的人类疾病。直到14世纪至17世纪的文艺复兴，人们开始学会结合理性的思考和科学的方法对癌症进行研究和探索。随着解剖学的不断深入以及之后显微镜技术的进步和细胞学说的创立，终于使得人们对癌症的认识有了本质的飞跃。人们现代对于癌症的理解，是由传统的解剖学、生理学、细胞生物学、遗传学、流行病学、病毒学以及分子生物学等多学科理论知识的长期积累而来。癌症的基因突变理论是迄今为止被科学界广泛接受的理论。
基因突变理论认为，癌症是由正常细胞发生基因突变而导致的。由于外界刺激或者遗传因素，正常的基因发生改变使得细胞的生长失去了控制从而导致了癌症的发生。一个十分典型的例子就是我们前面提到的安吉丽娜朱莉的例子，即家族性BRCA1/2基因突变。已有研究表明，家族性BRCA1/2 突变携带者患乳腺癌和卵巢癌的几率高达60%以上。即使没有任何外界不良因素刺激，安吉丽娜朱莉的基因中所带的患癌几率就有百分之六十，这真是一件令人悲观的现实。也是基于对癌症以及自身情况的了解，安吉丽娜朱莉做了自己觉得最可靠的选择——预防性切除乳腺和卵巢。
▲BRCA1/2基因突变与乳腺癌，卵巢癌的相关性
癌症的本质是细胞的过度增殖而不受控制。尽管我们体内的基因功能多种多样，从细胞的增殖角度来看，可以简单地分为促进细胞增殖的抑制细胞增殖的两类。本世纪70年代，美国科学家劳斯医生将鸡肉瘤组织匀浆后的无细胞过滤液注入到正常鸡的体内，可以引起正常鸡发生肿瘤，在当时这是一件非常奇妙的事情。肿瘤组织可以引起非肿瘤组织产生肿瘤，这是为什么呢？难道肿瘤可以像感冒一样互相传染？
科学家们凭着旺盛的好奇心和孜孜不倦的尝试和努力，终于找到了真正的原因。原来，鸡肉瘤组织中的病毒的v-Src基因可以整合到正常鸡的基因组中驱使受感染的细胞不断增殖，最后形成了肿瘤。1976年，科学家又发现鸡的正常细胞中也有一个Src基因被命名为c-Src，与病毒的v-Src基因高度相似。c-Src是一类正常功能为促进细胞正常增殖的基因，是维持正常生命活动所必需的。v-Src是c-Src的突变形式，可以导致细胞的过度增殖而不受控制。我们体内存在着很多像c-Src这样的基因，它们就是我们体内的原癌基因。当此类基因发生突变活性增强时，会使细胞过度增殖，从而形成肿瘤。
此外，我们的体内还存在一类抑癌基因，也被称为肿瘤抑制基因。该类基因在我们体内的正常功能为抑制细胞的过度增长、增殖，从而遏制肿瘤形成，保护细胞的正常功能，非常像汽车的刹车装置。如果此类基因发生突变失去正常的功能，细胞出现异常而不能在该停止增殖分裂的时候停止，就有很大的可能发生癌变。人类第一个发现的抑癌基因是Rb1基因，其为正常增殖过程中重要的调控因子。Rb1基因编码的蛋白可以控制细胞周期。p53是另外一种很著名的抑癌基因，它的突变和人类发部分癌症的发生都有密切的关系。
日常生活中，我们发现，大部分癌症年轻人发病率都远远低于老年人。2013年，中国第一次发表了《肿瘤年报》，对我国癌症的发病率做出了整体分析。这个报告的数据显示，癌症的发病率从40岁以后就是指数增长关系，即年纪越长，患癌几率越高。绝大多数的癌症，比如肺癌、肝癌、胃癌、直肠癌等都是如此。这是为什么呢？
我们知道，体内大部分细胞都是不断分裂更新的。在细胞的每一次分裂过程中，基因也需要复制一次，这个复制的过程中就有可能出现差错，出现基因突变。岁数越大，细胞需要分裂的次数越多，基因复制的差错率也更高，基因突变积累的也越多。所以，老年人比年轻人更容易得癌症。说到这，我们很自然地会想到一个特例，那就是儿童白血病。实际上，儿童白血病的发生也是由于基因突变导致。一般是儿童已经遗传了父母已经突变过的基因，再加上外界持续不良刺激如室内甲醛污染等，从而导致白血病的发生。
▲中国居民恶性肿瘤不同年龄人群的发病情况统计
虽然从当下看来，大部分基因突变对于我们来讲都是不利的。但是把基因突变放到生物漫长的进化过程中来看，答案却是不一样的。
癌变细胞由于基因突变获得了不死和无限增殖的能力。除了不死和无限增殖，基因突变还可能为生物体带来新的性状。假设没有基因突变，生物体的各种特性将会永远不变，如果外界环境发生剧烈变化，则很可能因为不能适应外界环境而导致灭亡。基因变异是生物体不停进化适应环境的核心机制，从这个角度看，它是我们人类能够不断改过自新、适应环境顽强生存的天使。没有这种变异，就没有物种的进化。但是变异太过于激烈，也不利于物种的存活和繁衍。在长期的环境适应过程中，细胞形成了一套复杂的保护和修复机制，以平衡变异破坏性和进化能力。癌症多发于老年人，我们是不是应该庆幸生物进化机制的聪明，因为它把癌症尽量推后到了不会对生育繁衍产生直接影响的时期。
癌症的发生有两个很重要的促进因素：一个是内在因素——基因组不稳定和基因突变；第二个是外在因素——长期炎症或者不良刺激。一些常见的外在不良刺激如长时间暴露于强烈日光的紫外线中、长期食用农药残留过多的食物、肝炎病毒长期潜伏发作、长期吸烟对肺部的刺激等。癌症组织和正常组织比起来具有几个很关键的特征：不死、促进新血管生成、保持促生长信号、逃避抑生长因子、开启转移能力、无限复制、能量代谢重整、避免免疫系统追杀。癌症的这些关键特征是逐年形成的，因此大多数癌症在人体内基因突变开始积累到查出恶性肿瘤需要数十年的时间。我们如果要想降低罹患癌症的风险，就要尽量避免一些不健康的生活习惯和生活方式。长期保持良好的生活方式，保持愉快的心情，不仅仅是癌症，很多其他病也会远离我们。
▲生活习惯与癌症的相关性
现代医学已经建立了很多成熟的方法去干预、去治疗癌症，甚至有很多的癌症已经可以得到很好的控制甚至治愈。但是，我们都知道，对于很多晚期的癌症患者，现代医学也依然束手无策。路漫漫其修远兮，我们对癌症的研究还具有很多的局限性，还在艰苦的探索当中。就像文章开头我们提到的安吉丽娜选择预防性切除器官以防止癌症的发生，我们都知道切除人体的任何一种器官都会对身体造成严重损伤，但是这是基于现代医学的相关知识，综合权衡身体健康的各项风险做出的艰难选择。究竟这样做是益大于弊还是弊大于益，我们现在无法作出最终的判断，只能交给时间以及更多的研究带给我们最终的答案。
