问题补充: 不易患癌的幸运儿。
我们知道,癌症的产生是因为细胞发生了变异。
根据1977年流行病学家理查德·佩托于提出的“佩托悖论”,细胞数量越多,因为基数越大,所以自然病变的几率越多,所以大型动物相对于小型动物,是更容易得癌症的。
一定程度上而言,这个逻辑没有错,大象的细胞数量是人类细胞数量的百倍,那是不是意味着大象患癌的几率是人的100倍呢?
不然,统计表明,大象种群中死于癌症数量比为5%,远远低于人类的20%至25%。
不光大象,在寿命比较长的动物中,如水豚、儒艮、裸鼹鼠、弓头鲸等动物,它们基本上是跟癌症绝缘的。
这就让人非常的羡慕了!科学家们也一直在研究,是什么机制,产生了这种现象。
以大象为例,科学家们发现,大象的基因组中有一个名叫P53的基因,共20个,而人类和其他哺乳动物体内仅有1个该基因复本。
豚鼠有多大只,此图很说明问题。
这一基因也被称作“肿瘤抑制基因”。它的作用是,当细胞DNA受到破坏发生变异后,这一基因会将病变的基因修复,进而降低患癌风险。大象的20个抑制基因相当等于给上了20份保险,相对于人类的1份,高下立判!
除了基因之外,以水豚为例,它还有自己的抗癌法宝,这就是透明质酸,听起来好像很专业的样子,实际上有一种透明质酸名字你肯定听过,那就是玻尿酸,它在护肤品上有着广泛的应用。
它的作用是什么呢?
这个东西吸水、锁水能力超级强。它存在的第一效用是润滑,而并不是抗癌,而是让水豚能够更自如的舒展皮肤。水豚透明质酸的长度是人类的5倍,虽然它本身虽然没有抗癌作用,但是研究发现它的存在却是水豚能够免疫癌症非常重要的原因之一,没有它的存在,水豚细胞癌变的速度非常之快,抗癌似乎只是“顺手把活干了”那么简单。
最后,开个玩笑,水豚能够免疫癌症,很重要的原因就是心态好,为何这么说,请见下图:
因为没有天敌,该吃吃,该喝喝,不急不躁,一切放轻松,这就是水豚的豚生写照!
通过对水豚、大象,这些癌症免疫动物的研究,人类对癌症的防治有了更新的认知,当然,距离临床应用,还有很远的路要走呢。
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水豚是世界上最大的啮齿动物,当动物变大的时候,它们必须找到对抗癌变的方法。
不独水豚如此,大象和鲸等大型动物都需要有自己的防癌秘籍,通过研究这些大型动物的防癌方法,可以帮助科学家找到新的治疗人类癌症的方法。当然水豚的有趣之处在于,它是世上最大的啮齿动物,通过比较水豚和其它啮齿动物的基因组,有助于我们搞清楚大自然在水豚进化的过程中,究竟如何增强了它的抗癌能力。
通常情况下,啮齿动物如家鼠、草原田鼠等体型很小,体型小有助于躲避捕食者,而凭借体型小,啮齿动物在自然界生存繁衍得极其成功。但是,当水豚的祖先在大约4000万年前进入南美洲之后,由于南美洲缺乏针对啮齿动物的天敌,于是体型小的优势丧失,弱势暴露,利弊倒转,于是自然选择开始促使水豚的祖先体型增大。
图示:南美州真是水豚的天堂。缺乏天敌的水豚,心态非常佛系。
小体型的烦恼
对温血动物来说,体型越小,每天所需的进食时间就越多,需要不停地找东西吃,否则很容易饿死。这是因为,作为温血哺乳动物,体型越小,体表面积与体重之比就越大,而这个比值增大就会导致散热加快,这就像把同样重量,同样温度的热水倒在一个大盘子里,会比它呆在锅里时散热更快,是同样的道理。而动物的热量都来自于食物的燃烧。所以,在没有天敌的南美,水豚的祖先开始向体型巨大化方向发展,成为地球上最大的啮齿动物。
从小体型到大体型进化的困难之处
当动物从小体型往大体型进化的时候,它们会迅速遇到一个致命的障碍,那就是细胞癌变的机会迅速增加,实际上在人群中,卫生统计学家就观察到平均来说高个子比矮个子的人患癌几率会轻微上升,身高每增加10cm,患癌风险大约增加1.1倍。而在人工驯养的家犬中,体重超过35公斤的大型犬,比那些小型犬的患癌风险更是增加了150倍之多!
图示:大型犬患癌风险远远高于小型犬,原因很简单,因为大型犬拥有更多的细胞。细胞越多,在癌变风险不变的前提下,出现癌细胞的可能性自然也就越高。
如果这个比例在大自然中是恒定的,那么随着体型的数倍数十倍乃至数百倍的增长,动物在出生前,就可能已经全身出现了各种癌细胞,生下来之前就会一命呜呼了。但大自然中比比皆是的大型动物,如大象、河马、犀牛、鲸等说明这样的推理是有问题的,这就是癌症研究领域中最著名的悖论——佩托悖论(Peto's Paradox)。
图示:红线是预测癌变率,蓝线是实际观察到的癌变率。实验表明,不同种类动物癌变的风险,与不同种类动物的大小无关。只有在同一种动物内部,体型大小才和癌变具有明确的正比例关系,这被称为佩托悖论。
正是因为有佩托悖论,才激发了动物学家研究动物体型和动物癌变的兴趣。水豚并不是第一个被研究的动物,此前已经有人研究过大象为何能生存下来,不是刚出生就浑身长满肿瘤,原因之一是大象在进化的过程中,扩增了一种重要抑癌基因——TP53的数量,人类只有一对TP53基因,父母各给一个。但大象却拥有整整二十对TP53基因。让大象的患癌率大幅度降低到低于5%,而人类的患癌率为35~50%。有些倒霉的家伙,天生就有一个P53基因发生了突变,那么这群人的患癌率高达90%。
图示:狗和人一样都只有一对TP53基因,但狗的体型比人小,因此狗的患癌率也比人低。
TP53基因的功能是产生一种检查细胞中的遗传物质(DNA)是否正常的蛋白质,如果它发现细胞遗传物质发生严重损伤,它就会禁止细胞分裂,启动细胞修复受损DNA,如果情况严重到无法修复,那么P53会下令细胞自杀。简单说,P53基因就是监军,防止细胞叛变成癌细胞的监军,监军越多就越不容易被糊弄。
水豚的防癌秘密又是什么呢?
成年水豚的体重达到55公斤之多,野外寿命为6~7年,家养寿命据说可达15年。而大多数其它啮齿动物的体重按克计算,通常只有20~200克,寿命也很短暂,通常只有1年~3年。因此,当水豚的祖先开始向巨大化进化时,它们必须找到防止癌变的办法。
2018年,Herrera-álvarez的研究团队发现,水豚的免疫系统可以更好地检测和破坏那些分裂太快的细胞,一句话有杀错不放过。换句话说,水豚已经进化出了他们自己的癌症免疫疗法。这大概就是水豚防癌的秘密。希望科学家早日找到能将它应用到人类健康事业中的办法,比如怎样调教人类免疫系统。
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人类攻克癌症的方法,可能就藏匿在大型哺乳动物的基因密码里,等待人类发现。
“癌症”一听名字就让人害怕,医学工作者做梦都想把“癌症”这座难啃的山头给啃下来。人体由细胞构成,细胞需要不断的分裂才可以更新老去凋零的细胞,维持机体的活力,凡事有利有弊,细胞分裂,DNA就要复制,然而复制过程容易出错,特别是在化学因素的影响下,出错的概率会提高,一个新细胞,它的DNA有错误,人体内部的修复机制如果识别到了,那还好说,如果识别不到,这就是“幸存”下来的癌细胞,癌细胞增殖不受调控,它是完全失控的细胞,如果人体不能及时清理这些癌细胞,久而久之就是癌症。
假设每个细胞癌变的几率都差不多,那么很好推导出体型越大的生物,患癌症的几率就越大,因为体型大代表细胞多,细胞多出错的可能性就高了。如果是这样,那么蓝鲸等体型庞大的鲸鱼以及陆地上的大象,它们作为地球上体型大的动物,它们患癌症的几率应该比人类等体型小的生物大才对,可事实并非如此,这也就是著名的“佩托悖论”,由英国流行病学家理查德·佩托(Richard Peto)提出,该怎么去解释这个悖论呢?佩托猜测:在自然界中,动物肯定具有某种独特的抑癌机制。
题目所说的水豚只是具有这种抑癌机制的动物中的一种。水豚,人们常称它为“没有尾巴的大老鼠”,只因为它长得像老鼠,水豚是一种半水栖的食草动物,也是世界上最大的啮齿动物,体重27-50㎏,体长100-130CM,肩高半米,这果然是一只“成了精”的大老鼠,它生活在南美洲植物繁茂的沼泽地带,它们经常逗留在水边,饿了吃水生植物,偶尔跑出去加个餐,偷吃稻米、蔬菜水果、甘蔗,还有时会混在家畜中偷吃牧草,风吹草低见的不一定是牛羊,还有可能是水豚,在水边逗留有一个好处,它可以随时躲入水中以躲避捕食者的攻击。
科学家通过研究发现,水豚之所以不容易患癌症,是因为它的免疫系统可以很快的检测出那些分裂过快的细胞,并剿灭它们,的确是它的免疫系统很厉害。比如非洲象,非洲象的患癌率只有百分之五,而人类则达到了11%-25%,通过研究非洲象的基因组,科学家发现在基因组里作为抑癌基因存在的TP53基因多达20对,相比较人类,人类只有1对,看来自然一点儿也不眷顾我们啊。有这么多抑癌基因存在,大象就是想得癌症都难。
裸滨鼠(或者叫它裸鼹鼠),也是一种不易患癌症的动物,它的独特之处是体内含有大量的透明质酸,这种物质可以阻止癌细胞聚集成团,没有聚集成团的癌细胞则会被逐个击破,能把原因都归结于裸鼹鼠体内含有大量的透明质酸吗?我个人觉得还是得需要经过更深层次的研究才能下结论,因为裸鼹鼠还具有抗毒性的能力,这些秘密都隐藏在它们的基因密码里。
鲸鱼几乎不会得癌症,即便它们的寿命都很长。
“攻克癌症”是现代医学的终极目标,它的解决办法很可能就隐匿在这些动物的基因密码里。
水豚是不易患癌的幸运儿,那么水豚是如何剿灭自身癌细胞的呢?
为了有助于理解,我们首先介绍一下癌症的发生机理,然后介绍一下水豚的形态特征,最后再基于前面两点来介绍水豚的抗癌策略。
癌症的产生原理
在生物体内普遍存在一种基因,叫原癌基因,即使一个人没有得过癌症,体内也存在这种基因。一般情况下,原癌基因处于被抑制的状态,也就是说虽然体内存在原癌基因,但是并不会得癌症。
常见癌细胞
正常情况下,原癌基因被抑制而不会导致癌症的产生,但是在非正常情况下或在特殊情况下,比如过度劳累、病毒感染、化学物质(如甲醛)刺激、高剂量辐射(核电站泄漏产生的辐射)等等,原癌基因就有可能被激活而导致细胞发生癌变,从而导致癌症发生。
癌症
体型最大的啮齿动物
水豚,是一种半水栖的食草动物,也是世界上最大的啮齿动物。啮齿动物通常很小,常见的啮齿动物有老鼠、鼠兔等,这种相对较小的体型,有助于躲避捕食者的猎杀。水豚作为啮齿动物中的另类,体长最大可达135厘米、体重最大可达70公斤,体重是它们的近亲——老鼠的体重的60~70倍。
可爱的水豚
那么,水豚的体型为什么如此之大呢?原因主要有两点:
1)水豚体内可产生一种独特的胰岛素,该胰岛素除了调节血糖之外,还能促进细胞的分裂,最终导致体型较大;
2)数百万年的自然选择也进一步增强了胰岛素促进细胞分裂的能力,从而促进了水豚的生长,导致其体重达100多磅。
体型巨大的水豚
水豚如何成为抗癌明星?
从某种角度来说,体型越大,生物体患癌症的风险越高。这是为什么呢?
生物体的每个细胞都有发生癌变的概率,生物体细胞的数量越多,细胞发生突变的概率也越大,而生物体细胞越多则意味着体型更大,因此体型越大的生物患癌症的概率也就越高。
这就是著名的“佩托悖论”,该悖论于1977年由流行病学家理查德·佩托于提出。
著名的佩托悖论
基于“佩托悖论”推论,与体型较小的啮齿动物如老鼠、鼠兔等相比较而言,体型硕大的水豚具有更多的细胞,因此,豚鼠患癌症的概率应该更高,然而事实却正好与此相反。
水豚的患癌概率为13%,远低于其它啮齿动物30~50%的概率。通过对水豚开展基因组的研究发现,科学家们发现水豚进化出了一种全新的抗癌策略——即一种全新的T细胞介导的抗癌机制:
1)在正常的体细胞中,MAGE基因会失活,处于完全不表达的状态;而在高度增殖的细胞如胎盘、肿瘤细胞中,MAGE基因会大量表达;
3)当细胞变成肿瘤时,MAGE基因会被重新激活,产生的蛋白会被细胞毒性T淋巴细胞识别,触发T细胞介导的肿瘤抑制反应;
4)细胞毒性T淋巴细胞杀伤反应诱导之后,会通过半胱天冬酶依赖性的细胞凋亡方式将癌细胞清除,从而降低癌症发生的几率。
温顺的水豚
总结
作为体型最大啮齿动物,水豚表现出了MAGEB5表达水平的增高,并促进T细胞介导的肿瘤抑制反应,进而大幅减少体型较大带来的高患癌风险。
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主要原因是心态好,能吃能玩!人和动物都有这个原则,越压抑越容易患癌,当然也有一定的基因原因:
一、水豚介绍
水豚是一种半水栖的食草动物,同时也是世界上最大的啮齿动物。体长1-1.3米,身高0.5米左右,体重27-50千克。栖息于植物繁茂的沼泽地中。多以聚居,每群不超过20个。喜夜间活动,不挖洞穴。植食性。行动迟缓,但遇到危险则反应迅速,可以跳进水中逃跑,寿命8-10年。
主要分布在南美洲,具体在巴西南部、阿根廷北部、哥伦比亚东南部、委内瑞拉还有巴拉圭。
二、水豚的体型其实容易有癌
细胞
发表于科学期刊 BioRxiv上的一项新研究说,来自南美、瑞典和美国的科学家将水豚的DNA进行排序后,找到了超速运转系统的线索。他们还在其中发现了可能的抗癌机制,这将被用于未来的抗癌研究。
身材高很威风,但“大”也麻烦,除了需要努力寻找更多的食物,水豚似乎也面临着更高的患癌风险。假如每一个细胞都有着一定概率发生癌变,那么从概率上拥有更多细胞的动物将更容易患上癌症。但南美洲的水豚是避开这个理论的幸运儿。
三、水豚如何剿灭癌细胞
水豚到底是如何剿灭癌细胞的呢?
科学家研究水豚发现,它们的基因里免疫系统能更好、更快地检测出并破坏癌细胞,所以说水豚有一套独特的癌症免疫疗法。
芝加哥大学癌症进化生物学家文森特·林奇也表示:“我对水豚的抗癌能力感到非常惊喜,从来没有想过这会和免疫系统相关。也许这可以为我们带来新的灵感,开辟一个抗癌战场。”
一般来说,在人、猪和其他哺乳动物体内,细胞会不断生长分裂直到碰到其他细胞,这种细胞接触会使它们停止分裂或者死亡。水豚细胞对其他细胞的接触更为敏感,不仅如此,经过科学家的研究,还发现水豚的另一个特点。罗彻斯特大学的科学家将水豚的细胞放入营养液中,过几天后,他们发现细胞将这些液体变成了黏黏的浆状。这些浆状的胶体由一种名为透明质酸的链状分子组成。其实人和老鼠体内也有这种透明质酸,但是经过研究,水豚体内的透明质高于人类的5倍。这可能是抗癌的原因。
四、心态
看看水豚的心态吧,这么没心没肺的吃喝玩乐,与其他生物和谐相处,人际关系好,能吃能睡,不急不躁,有好奇心,热爱生活,怎么可能患癌,人们也该学学水豚[呲牙]