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被传染病改变的人类

读者朋友们一定听说过“红肉致癌”的说法,实际情况虽没有传说的那么严重,但红肉能增加患癌风险这件事已经被很多研究证实了,只不过增加得不多而已,比不上烟草和紫外线这些强致癌物。

这里所说的红肉指的是猪肉、牛肉和羊肉等哺乳动物的肉,颜色不那么红的也算。按理说,红肉在营养成分上和人体最为接近。为什么吃红肉反而会增加患癌风险呢?

这里面的原因直到最近几年才被逐渐搞清楚,其背后的机理和300 万年前暴发的一场疟疾疫情有点关系。

从时间上算,300 万年前正好是从猿到直立人的过渡阶段。我们的祖先从树上下来,逐渐学会了直立行走。也许正是因为这一生活方式的重大改变,导致人与人之间的接触更加频繁,给疟疾的大规模传播创造了条件。

疟疾是一种很严重的传染病,仅在2020 年就导致全球2.41 亿人被感染,62.7 万人死亡。为了对付疟疾,人类想尽了各种办法,甚至进化出了镰刀型贫血症这种遗传病,不惜牺牲一部分健康来换取对疟疾的抵抗力。

镰刀型贫血症是传染病改变人类基因组的一个著名案例,所有的遗传学教科书里都会提到。除此之外,人类还可以通过改变唾液酸的结构来降低疟疾的感染率,这就是红肉致癌的原因所在。

唾液酸很可能是最被低估的一种有机大分子,它是细胞膜的重要组成部分,所有动物细胞的表面都有它的身影。

正因为它无处不在,很多病原体都是利用唾液酸作为开门钥匙,成功入侵人体细胞的,比如大家熟悉的流感病毒和冠状病毒。

哺乳动物体内的唾液酸有两种主要类型,分别叫做Neu5Ac 和Neu5Gc,后者是疟原虫入侵人类细胞的“钥匙”。

于是在300 万年前那场疟疾大流行的过程中,一部分人的基因组发生了基因突变,不再生产Neu5Gc。这种突变型很快就在人群中蔓延开来,成为今天人类的标配。但其他哺乳动物没有经历过如此严重的疟疾疫情,所以它们体内仍然可以找到Neu5Gc。

这两种唾液酸在结构上的差别很小,但两者的免疫原性不一样。于是,当人类吃了其他哺乳动物的肉(红肉)之后,其中含有的Neu5Gc 会被人体吸收,变成自己细胞膜的一部分。但因为两者结构上的细微差异,Neu5Gc 分子会被人体免疫系统当作敌人,从而诱发出持续的炎症反应。众所周知,慢性炎症反应是一种很常见的致癌因素,这就是吃红肉会增加患癌概率的原因。

相比之下,家禽和鱼类这些“白肉”当中含有的唾液酸和哺乳动物的唾液酸在结构上的差别太大,无法被人体直接拿来用,所以吃白肉不会导致炎症反应,因此也就不会致癌了。

这个案例告诉我们,传染病对人类的影响有时是非常隐蔽的,我們需要拐好几个弯才能弄明白。这方面还有一个更为曲折的案例,同样涉及唾液酸,只不过这一次发生突变的不是唾液酸,而是它的受体。

前文提到,唾液酸存在于所有动物细胞的表面,没有例外,这就给哺乳动物的免疫系统提供了一种识别敌我的方法。已知所有哺乳动物免疫细胞的表面都有一种名为CD33 的受体,这种受体专门负责识别其他细胞表面的唾液酸,并以此来决定到底是立刻发动攻击还是视而不见。

哺乳动物大脑内也有免疫细胞,名为小胶质细胞。除了负责杀菌,小胶质细胞还有一个重要功能,那就是负责清除受损的脑神经元和淀粉样蛋白斑块,后者极有可能是阿尔茨海默病的罪魁祸首。问题在于,脑神经元恰好是唾液酸含量最丰富的细胞,这些唾液酸把脑神经元标记成“自我”,这就严重影响了小胶质细胞的清洁任务,导致脑组织内的废物越积越多,其结果就是各种退行性脑神经病变,比如阿尔茨海默病。

所有哺乳动物当中,只有人类进化出了一种突变型CD33,它不再和唾液酸相结合。带有这种突变型CD33 的小胶质细胞可以更好地扮演清洁工的角色,让大脑长时间保持健康,这就是有相当多的老年人思维依然很清晰的原因。

这件事的重要性再怎么强调都不会过分,因为在所有的陆地哺乳动物当中,只有人类存在三世同堂的情况。人类的祖父母虽然失去了生育能力,但身体和精神依然健康,可以帮助自己的儿女抚养下一代。人类学家认为,正是因为祖父母的存在,使得人类女性可以抚养更多的孩子,并加速了知识的代际传承。

其他哺乳动物为什么没有祖父母呢?因为他们被自然选择淘汰了。按照经典达尔文进化论,自然选择只会作用于和繁殖有关的基因。当动物失去生育能力之后,自然选择就不起作用了,其结果就是身体机能的迅速退化,动物很快就会死于非命。即使侥幸活到了老年,也会因为脑神经系统的退化而失去活动能力。人类虽然也不例外,但却是在这方面表现得最为优秀的,有大量老年人依然可以头脑清醒地活很久,其他哺乳动物都做不到这一点。

值得一提的是,尼安德特人和丹尼索瓦人这两个人类最著名的近亲都没有这种突变型,所以他们都是没有祖父母的人种,也许这正是他们惨遭淘汰的原因。

那么,人类是怎么进化出这种突变型的呢?这就是美国加州大学圣地亚哥分校医学院的阿吉特·瓦基教授想要回答的问题。他和同事们研究了CD33 突变型的进化过程,发现这一人类独有的突变型正是伴随着淋病的大流行而出现的,因为带有这种突变型的人不会感染淋病,从而有了进化优势。

具体来说,淋病的罪魁祸首是一种名为淋病奈瑟菌的革兰氏阴性球菌。这种细菌会分泌和人类一模一样的唾液酸,以此来欺骗人类的免疫系统,从而达到入侵人体的目的。但突变型CD33 受体不会和唾液酸相结合,因此也就不会被骗,所以携带这种突变型的人不会感染淋病。于是这一突变型很快就在人群当中普及开来,成为现代人的标配。

瓦基教授将研究结果写成论文, 发表在2022 年7 月9日出版的《分子生物学与进化》杂志上。这篇论文得出了一个看似不可思议的结论,那就是淋病的流行让人类有了长寿的祖父母,从而实现了一次进化上的飞跃。