这种难看的动物可能会帮助我们找到长寿的秘密
我们很难在一种丑陋的啮齿动物身上看到癌症和衰老。
这种没有长毛、布满褶皱的啮齿动物是裸鼹鼠,主要生活在东非的沙漠中。裸鼹鼠是哺乳动物中仅有的两种群居动物之一(另一种是鼹鼠):它们有高度组织化的社会结构,类似于蜜蜂。该群体由唯一的裸鼹鼠女王和几只执行繁殖任务的雄性裸鼹鼠组成。底部裸鼹鼠没有生殖能力,变成了工鼠。
这种长相奇特、长相丑陋、带着一丝崇拜的小动物比它的外表更有独特的生物学特征。在厌氧条件下,它们可以代谢果糖,因此在厌氧条件下存活长达18分钟。由于看似微小的突变,他们失去了部分痛觉。雄性裸鼹鼠的精子质量很差,但它们仍能顺利繁殖。它们最惊人的特点是几乎没有癌症,而且可能永远不会衰老。
永远不变老?
一般来说,啮齿动物的预期寿命与它们的大小成正比。例如,仓鼠的寿命一般为2-3年,普通老鼠的寿命不到4年,松鼠的寿命为5-10年。根据这个规则,裸鼹鼠的寿命应该是6年左右。然而,裸鼹鼠的真实寿命确实令人震惊:它们能在笼中存活30多年,远远超过同类。裸鼹鼠可以在野外生存17年。
裸鼹鼠长寿的秘密吸引了许多科学家的注意,包括生物学家罗谢尔·巴芬斯坦。巴芬斯坦在谷歌旗下的卡利科生物技术公司工作,主要研究癌症和衰老,而裸鼹鼠自然成为巴芬斯坦的研究对象。巴芬斯坦已经研究这些小动物30多年了。毫不夸张地说,她一生都在收集数据。她记录了3000多只裸鼹鼠的出生日期和死亡时间,以及它们是否因实验而死亡并被转移给其他研究人员。
在研究过程中,巴芬斯坦发现了一个令人震惊的结论:裸鼹鼠的生长与预测哺乳动物死亡率的贡帕斯模型相反。
1825年,英国数学家本杰明·贡帕斯发现,哺乳动物死亡的风险随着年龄呈指数增长。以我们人类为例。30岁以后,人类的死亡率大约每8年就会翻一番。Gompertz模型符合衰老趋势,几乎适用于哺乳动物,但巴芬斯坦发现裸鼹鼠是个例外。裸鼹鼠在6个月大时性成熟,之后它们余生的死亡率稳定在1/10,000左右。随着年龄的增长,死亡率下降了,而不是呈指数增长。说90岁老人的死亡风险低于30岁老人显然是荒谬的。但在裸鼹鼠中,这可能是事实。
以往的研究发现裸鼹鼠具有很强的DNA修复能力和较高的伴侣含量,可以避免其他蛋白质的折叠错误。巴芬斯坦认为,这可能是防止裸鼹鼠随着年龄增长而退化的关键:“与其他会积累错误的动物不同,这种动物可以一直保持‘房子’干净整洁。”
南加州大学的生物学家凯勒·芬奇提出了不同的观点。他认为巴芬斯坦的结论被过度解释了。芬奇指出,由于大多数裸鼹鼠死于实验目的,不能自然死亡或转移到其他实验室,在上述研究中,15岁以上的裸鼹鼠不到50只(目前巴芬斯坦实验室裸鼹鼠的最大年龄为35岁)。芬奇认为,需要越来越多的裸鼹鼠来证实这个结论的正确性。然而,巴芬斯坦认为裸鼹鼠的衰老不同于典型的哺乳动物衰老模型,她的数据具有足够的代表性。
利物浦大学的老年学专家若昂·佩德罗·德·马加勒斯认为,得出裸鼹鼠不会衰老的结论还为时过早。一种可能性是裸鼹鼠也会衰老,但它们的衰老开始得比其他哺乳动物晚得多。德国莱布尼茨研究所衰老研究所的生物学家马蒂亚斯·普拉斯也提出了类似的问题。他认为裸鼹鼠在20或30岁时的身体变化是解决这个问题的关键。"也许衰老发生得太快,以至于巴芬斯坦很难收集到这样的数据."
远离癌症
裸鼹鼠能否避免衰老还有待证实,而裸鼹鼠的另一个令人羡慕的功能——几乎没有癌症——已经得到证实。在之前的一项研究中,罗彻斯特大学的分子和细胞生物学家维拉·戈尔布诺娃发现了裸鼹鼠不能致癌的分子机制。
在发表在《自然》杂志上的研究中,戈尔布诺娃和他的同事将裸鼹鼠细胞放入培养皿中。他们发现细胞不会相互聚集,培养皿的内容物会随着时间的推移变得更加粘稠。这种接触后细胞生长受阻的过程被称为接触抑制,这是癌细胞缺乏的一种强有力的抗癌机制。去除粘性物质后,细胞开始聚集成团块,这意味着裸鼹鼠细胞此时有可能形成肿瘤,而这些粘性分泌物可能是裸鼹鼠抑制肿瘤的关键。
进一步的研究表明,这些粘性物质是由细胞产生的透明质酸。透明质酸存在于所有动物体内,是皮肤和软骨的重要组成部分。然而,裸鼹鼠的透明质酸含量较高,其分子大小是小鼠、大鼠和人体的5倍。这是因为裸鼹鼠体内分解透明质酸的酶活性相对较低,所以聚合物透明质酸可以积累。在接下来的研究中,他们没有观察到裸鼹鼠细胞在用导致小鼠癌症的病毒蛋白刺激裸鼹鼠细胞后的疯狂生长。当它们抑制透明质酸的产生或增加分解酶的活性时,肿瘤开始形成。研究人员怀疑,高浓度的透明质酸可能抑制了细胞的快速分裂,阻止了过多的细胞,抑制了癌细胞的生长和增殖,从而发挥了抗癌作用。
加州大学旧金山分校的癌症生物学家卡洛·马利(Carlo Maley)说,如果我们能增加人体内透明质酸的含量或减少酶对透明质酸的分解,我们就可能找到抑制癌症的方法。他认为,下一步的研究需要将裸鼹鼠的透明质酸相关基因引入小鼠体内,以观察这些转基因小鼠是否能抗癌。
即使裸鼹鼠从癌症中分离出来,它们也不会患其他慢性病,如糖尿病、阿尔茨海默病,甚至可能不会衰老,但它们最终会死亡。那么,裸鼹鼠的真正死因是什么?在野外环境中,裸鼹鼠通常死于天敌袭击、饥饿、缺水或感染。然而,在实验室里,裸鼹鼠的死因很难找到。巴芬斯坦通过尸检发现,裸鼹鼠的主要症状是口疮,这意味着它们难以进食、饮水、分泌足够的唾液并遭受感染。然而,他们死亡的真正原因是什么,为什么他们的寿命很难再延长,仍然需要进一步的解释。令人高兴的是,在世界上主要的裸鼹鼠实验室,裸鼹鼠的数据都是公开的。避免疾病和延长寿命的愿望将驱使各地的科学家继续破解这种奇怪动物的奥秘。