長壽=高罹癌風險?揭開老化與死亡的「關鍵機制」

(圖/unsplash)
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文/強納森.席佛頓(Jonathan Silvertown)

所有的生命都難逃一死,但死亡的年紀未必相同,例如果蠅孵化後只能活幾個小時,地球最長壽的生物奧氏蜜環菌(Armillaria solidipes)卻能從冰河時期存活至今,我們該怎麼解釋這些差異?古今中外,人類爭相尋找長生不老的解方,但究竟是什麼主宰了我們的壽命,我們又為什麼會變老?
作者生態演化學家席佛頓由許多生物共通的生命機制,歸納出「免疫系統」、「抗癌能力」、「抗氧化能力」、「胰島素傳達」這四個主要關鍵,展示控制生物壽命龐大而複雜的系統,並帶你看見這些機制真正的幕後推手:演化。壽命長度如何被物種的演化需求所主導?以基因技術修改壽命真的可行嗎?跟隨席佛頓的步伐進入書中,這些模糊未解的疑問都將獲得解答!(編按)

長壽=高風險?

多細胞生物就彷彿是停在非常陡峭的街道上的一輛車子,最後的下場就是衝進舊金山海灣裡。為了避免這樣的災難發生,就有多重的預警機制。舊金山當地有一條法令規定,如果你把車停在這種陡峭的街道上,就必須把輪胎轉向人行道,此外還要拉上手煞車,車子也必須換到停車檔,利用變速器鎖住輪胎。在細胞層次,為了阻止細胞猛衝到失控的機制比汽車還要多,但是因為細胞的數量有數十億個,每一個都是細胞分裂的產物,因此癌症對個體的傷害,比較接近在舊金山多變的街頭穿梭的車子中,每一千輛就有一輛失控的比例。也難怪大部分人在死去的時候,就算不是因為癌症而死,體內也都還是會有,因為我們對抗的是細胞分裂壓倒性的數學計算結果。

不受抑制的分裂繁殖的力量有多麼強大,可以用一種叫做海拉細胞(HeLa)的細胞株來說明。海拉細胞以一名罹患的女性拉克絲命名,源於一九五○年代初期,科學家從她的癌症組織中分離出這種細胞。在海拉細胞被發現之前,科學家都無法在實驗室的環境中保存活的人類細胞並使其分裂,多細胞動物身上取得的細胞,直到死亡前的分裂次數似乎有先天上的限制。但是拉克絲的乳頭狀瘤細胞,有著科學家在教科書上從沒見過的行為:只要實驗室提供正確的環境條件,這些細胞就能一再分裂。

海拉細胞很快成為生物學與醫學上的重要工具。拉克絲本人死於一九五一年,在短短一年後,她的細胞就被用於測試小兒麻痺症疫苗,最終拯救了數百萬的生命。短短幾年裡,供應海拉細胞的實驗室每周都會出貨兩萬支的試管,總細胞數大約是六兆。海拉細胞株變得無所不在,而且能輕易培養出來,也因此開始汙染實驗室培養的其他細胞,變得比較像是一種微生物,而不是一種人類細胞。事實上,不只有一位演化生物學家認為海拉細胞應該被視為一個新的物種,因為它具有自主性的存在。海拉細胞甚至有自己的暢銷自傳:史克魯特所著的《海拉細胞的不死傳奇》。

(圖/unsplash)

海拉細胞不是唯一甩開多細胞生物的束縛,不受困於大樓裡主宰生命的規範,像浪子般飄泊的腫瘤細胞。狗有一種性病是透過有感染力的細胞所傳染,染病的狗的生殖器上會生長出類似腫瘤的東西。這種疾病全世界都有,會影響所有品種的狗,甚至在狐狸身上也會發現。但是所有的感染似乎都是由單一源頭的同一細胞株所造成。還好這些犬科動物的性病腫瘤在幾個月裡就會恢復,推測是因為這些腫瘤會被宿主抵抗外來組織的免疫系統所攻擊,就像是人類移植器官後,必須服用抑制免疫系統的藥物才不會有排斥一樣。

免疫系統是多細胞動物主要防禦感染的方式之一,但是免疫細胞需要基因印記(genetic signature)才能分辨對方是敵人,還是一樣住在大樓裡的其他居民。像我們這一類遺傳變異性高的群體,每個個體都有自己的基因印記(雖然近親之間有很多相似之處),免疫系統也都運作良好。可是在近親交配頻繁的群體中,基因變異就少很多,因此為這些流浪的腫瘤細胞開了一扇大門。一九六六年,一種新的疾病突然使有袋食肉動物袋獾受盡折磨,倖存的袋獾只有在澳洲東南方的塔斯馬尼亞島才看得到,也稱做「塔斯馬尼亞惡魔」。這種疾病使得受感染的動物臉上出現腫瘤,而且致死率百分之百。研究人員後來有了相當驚人的發現:從不同隻袋獾身上的腫瘤所取得的細胞,莫名其妙的都一模一樣,顯示這些腫瘤並不像大部分的癌症那樣是源自個體身上不同的、各自獨立的流氓細胞,而是透過袋獾之間口鼻的接觸互相傳染。像袋獾這種棲息在島上的稀有物種,近親交配的行為通常很頻繁,也許這就是為什麼牠們面對這些流浪的腫瘤細胞會如此脆弱,並且會因為這種疾病而瀕臨絕種。袋獾可能進入了保育生物學家所謂的漩渦式滅絕(extinction vortex)的過程,也就是因為群體的數量過少,導致近親交配,而近親交配又使得個體暴露在疾病之下,進一步減少群體數量,最後因為群體的總數量過少,光是罹病的機率就可能使得整個族群滅亡。

書名:《壽命天註定?──揭開生命週期、老化與死亡的關鍵機制》
作者:強納森.席佛頓(Jonathan Silvertown)
出版社:貓頭鷹/城邦文化
出版時間:2022年11月5日

不論何種形式的癌症都毫不留情地提醒我們:長壽是一種不穩定的成就,必須抵禦快速的細胞分裂這股不受束縛的力量才能達成。動物的多細胞性帶來了較長的生命,但罹患癌症的風險,就是牠們必須付出的代價。細胞為什麼會變成流氓細胞呢?問題主要來自控制基因功能的DNA基因編碼發生自發性改變,稱為「體細胞突變」。每進行一次細胞分裂,DNA就會被複製,所以每一個新細胞都會有原細胞複製的編碼。這種複製很少會出錯,但不代表沒有。就算是很少見的事件,在機會夠多的時候,都可能變成不得不發生的事。只要一個禮拜的時間,你腸子表面的所有細胞都會因為細胞分裂而被取代― 而且是兩次。一次的體細胞突變不足以讓一個細胞在細胞分裂時失控,但是已經足以磨損煞車線,讓後代的細胞走上通往癌症終點的那條路。到了六十歲的時候,在你腸子裡提供替代細胞的幹細胞當中,有一些可能已經分裂過三千次了。這個數字再乘上腸子裡數千萬的幹細胞,結果會相當龐大;如果還不能以某種方法控制突變,那麼有些人在六十歲的時候,身體裡已經累積了數百種的突變。但如果是這樣的話,怎麼會有人能活過六十歲呢?

●本文摘選自社出版之《壽命天註定?──揭開生命週期、老化與死亡的關鍵機制》


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