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我们该制造基因“超人”吗?

来源:文汇报 作者: 2006-12-21
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摘要: “基因突变”造就“娃娃超人”德国首都柏林有个四岁半小男孩,其肌肉异常发达结实,胳臂与双腿的粗细几乎是同龄儿童的2倍,脂肪含量却只有一半。而且这位“娃娃超人”既中看也中用,力气之大绝对让人赞叹。“娃娃超人”并不是什么疯狂实验或终极训练的产物,而是天赋使然,他的身体由于发生一次小小的基因突变,先天就缺......


  “基因突变”  造就“娃娃超人”

  德国首都柏林有个四岁半小男孩,其肌肉异常发达结实,胳臂与双腿的粗细几乎是同龄儿童的2倍,脂肪含量却只有一半。而且这位“娃娃超人”既中看也中用,力气之大绝对让人赞叹。他双手平伸可举起3公斤的重物,成年人都未必有这等能耐。

  “娃娃超人”并不是什么疯狂实验或终极训练的产物,而是天赋使然,他的身体由于发生一次小小的基因突变,先天就缺乏一种调节肌肉生长的蛋白质“肌肉生长抑素”(myostatin),又称“第八生长分化因子”(简称GDF-8),因此产生所谓的“双肌肉”(doublemuscle)效应,使得他小小年纪就“孔武有力”。

  据美联社6月26日报道,这名柏林男孩在出生后不久就出现了抽搐症状。柏林夏莱特大学医学中心的神经科医生马库斯·舒尔克博士为他做了检查,发现孩子身体虽然没什么毛病,体重和其他新生儿也没有什么不同,但是肌肉却异常发达,这引起了舒尔克医生的极大兴趣。他带领多位学者长期研究这位“娃娃超人”的生长过程,并撰写成研究论文发表在今年6月24日出版的国际著名医学期刊《新英格兰医学杂志》上。

  舒尔克说:“在人类身上出现这样的基因突变是很罕见的,这是第一次发现人类肌肉生长抑素基因突变导致肌肉组织迅速发育。这名男童的案例,最终能带领医学界找出治疗肌肉萎缩和肌肉失养症等肌肉相关疾病的药物。那些希望体格更为强壮的运动员也可以得益于这种特殊基因药物。”

  在同一期《新英格兰医学杂志》上,还发表了另一篇分析性文章。芝加哥大学的伊丽莎白·麦克纳丽在文章发出警告:这一新的发现将来有可能被滥用在医学以外的领域,诸如被用在运动员身上或健身行业。

  研究人员不愿意透露这名德国男孩的姓名。仅告知男孩的妈妈今年24岁,是一名肌肉发达的女性,曾经是个职业短跑选手。男孩的哥哥和其他3位表哥也都拥有一身罕见的发达肌肉,而且他的几位舅舅都是虎背熊腰。他的外祖父则是一位建筑工人,别人必须以机具移动的大石块,他用双手就能举起。

  大部分人都有两个负责制造肌肉生长抑制素的基因。研究人员在男孩妈妈身上发现,控制肌肉生长抑素的基因有一个突变。她的宝贝儿子则青出于蓝,两个基因都发生了突变。其中一个基因几乎肯定是来自父亲,但是父亲的资料并未公布。

  “娃娃超人”发育到现在还算健康。不过,研究人员担心他特殊的体质会导致心脏肌肉功能异常。而且他的肌肉生长过于快速,也有可能再过一段时期反而提早开始萎缩。



  神秘基因  调控肌肉生长

  科学家们对这一发现十分兴奋。因为,弄清促使这名男孩变成超人的基因机制,将为肌肉萎缩患者和肌肉受到严重创伤而失去力量的人们带来肌肉重生的希望。同时,将来据此开发出来的基因药物,也会成为运动员们梦寐以求的东西,尽管这些基因药物极可能会被列入运动项目的禁药。

  我们知道,DNA是生物的遗传物质,它上面排列着一段一段的基因,通过基因表达而生成对应的蛋白质分子。蛋白质参与到机体的生化反应,如新陈代谢;构成机体,如肌肉、毛发的形成等等。肌肉生长抑素就是这样的基因产物,它是一种抑制性的细胞外信号分子。通过与细胞上的受体结合,引起一系列的连锁反应,使成肌细胞的分裂受到抑制。骨骼肌就是由成肌细胞融合到一起而形成的。成肌细胞数目减少,肌肉自然就少。如果肌肉生长抑素过度表达的话,就跟霍金一样肌肉萎缩了。与此相反,它一旦突变,将导致人体肌肉格外强壮。

  早在1997年,约翰斯·霍普金斯大学教授李西金领导的研究小组就对肌肉生长抑素基因进行研究,他们将小鼠基因中控制制造肌肉生长抑素基因“剔除”,培育出的小鼠变得强壮有力,肌肉量为一般小鼠的2倍,研究者将其称之为“大力鼠”。而且科学家后来发现,畜牧业者在几十年前就误打误撞,培养出不具肌肉生长抑素、特别健壮的“比利时蓝牛”与“皮德蒙牛”。

  在一些慢性消耗性疾病、艾滋病毒感染及衰老过程的肌肉组织中,肌肉生长抑素表达水平均有不同程度的升高。人们还发现,通过不同方法(如应用反义RNA技术)阻断肌肉萎缩模型小鼠的肌肉生长抑素后,其肌肉萎缩病变和肌肉功能得到明显改善。这些证据有力地表明肌肉生长抑素有抑制肌肉生长与发育的功能。目前,人们对它发挥抑制作用的分子机制仍知之甚少。已有的研究结果表明,其抑制成肌细胞的增殖是通过上调细胞周期素依赖性蛋白激酶CDK2的抑制因子p21来实现的。同时,人们也发现,它还具有抑制肌细胞分化的作用。尽管如此,人们对于作为细胞因子的肌肉生长抑素如何通过其受体来影响细胞内信号传导通路,并进一步导致哪些影响细胞命运的靶基因的改变并不十分了解。因此,阐明肌肉生长抑素对于肌肉生长发育的作用机理,将有助于人们更深入地理解其生物学功能。

  近年来,人们对肌肉发育生物学的研究越来越深入。它不但可以作为一种模型来帮助人们了解细胞生长、分化与凋亡的规律,而且也为发现肌肉萎缩类疾病的致病机理并为最终攻克它带来希望。肌肉生长抑素作为肌肉特异性的负调控因子日益受到人们的重视,并逐渐被人们确立为肌肉萎缩类疾病的一个新的靶标分子,通过抑制体内肌肉生长抑素分子,可以改善萎缩肌肉的功能,同时,也为进一步开发肉食动物的生产性能提供了可能。因此,深入研究肌肉生长抑制素发挥抑制作用的分子机制也就显得尤为重要。

  正因为如此,许多大学和药剂公司的研究人员已开始着手进行试验,试图限制人体内的肌肉生长抑素含量与活性。美国科学家已就一种抑制该基因的抗体进行人体试验。参与这项研究的哈佛大学专家科恩克指出,科学界将在近年内找到抑制该基因的方法。波士顿儿童医院基因组研究计划主任金克尔医生表示,有关研究预料数年后便能取得成果。他指出:“这类药物研发几年内就可望成功,能对大部分的肌肉发育产生巨大影响。”



  基因突变  与改造生命

  “基因突变”就是“基因密码”的改变,在生物界经常发生。早在1886年,荷兰学者德·弗里斯就开始用月见草进行遗传与突变试验,并于1901年到1903年间提出了“突变”理论。在突变理论中,弗里斯把“突变”定义为:由种种原因引起的基因结构和功能上的改变。弗里斯认为,突变是不需要经过中间过渡而突然出现的,而且突变一旦产生,便可能一代代遗传下去。

  基因突变对于改造生命具有现实意义。早在20世纪初,一些科学家便开始利用提高温度、紫外线照射以及化学物质处理等方法进行诱导突变实验。1927年,美国遗传学家缪勒发现,用X射线照射果蝇精子,后代发生突变的个体数会大大增加。同年,苏联学者斯塔德列尔用X射线和γ射线照射大麦和玉米种子也得到了类似的结论。

  当人类掌握了人工诱发突变和转基因技术的方法以后,改造生命便成了一项时髦的科学活动。比如人类利用转基因技术改良品种,生产出更好的农业产品和畜产品;医学家利用基因疗法改造、替换病人体内有缺陷的基因,来治愈本来无法治愈的疾病。

  国际人类基因组计划的完成,使人类第一次有可能在基因水平上改造自身。例如,可以按照需要对运动员的基因进行改造、替换。篮球运动员通过“外力”的帮助大幅度增加身高,田径选手随心所欲地改变自己腿部的肌肉类型和血液里的红细胞,人类将极有可能在基因层面实现对自己身体的一次革命性优化组合。还有一种基因治疗方法,可能被应用于增强运动员某一特定部位的肌肉,例如一位铅球运动员的肱三头肌。实际上,早在1994年,美国芝加哥大学医院就成功地在动物身上完成了这种基因治疗的试验。据瑞士一家生物技术公司的帕特里克·艾比斯赫博士说,目前已可以通过遗传学操作手段产生能增强力量的生长激素,而且极难检测出来。而这可能只是“冰山一角”。

  哥本哈根大学肌肉研究中心的研究员本特·萨尔廷博士说,科学家们正在研究从人类基因组项目中得到的DNA数据,力图查明有助于可控制肌纤维大小和肌纤维数量的神奇“生长因子”的那些基因。他说:“给那些想提高成绩的运动员直接注射带有这些生长因子密码的DNA,不是什么难事。”一些科学家和国际奥委会成员相信,这种根据需要对某种基因进行改造的“基因兴奋剂”在近年内就会出现。2008年的奥运会上,反“基因兴奋剂”将是一个严峻的挑战。



  基因超人  是耶?非耶?

  正如其它高新技术一样,基因技术也是一把“双刃剑”。以“基因兴奋剂”为例,它对运动员的健康有着极大的危害。例如,血液里的红细胞过多,将造成血粘度上升,血液流动缓慢,血管腔逐渐变窄,容易出现血液循环障碍,最后可能引发高血压中风等疾病,是万万不可取的。

  哈佛医学院分子生物学中心主任克里斯托弗·埃文斯警告说:“运动员必须小心一点。基因兴奋剂还可能是肿瘤的一个促发因子。运动员弄不好赢了一块金牌,却患上了癌症。”专家们说,我们对基因兴奋剂了解得还很少,还会有很多的危险等着那些为拿金牌而使用它的运动员。基因技术可能使竞技体育大变样。至于变成什么样,纽约大学医学院的医学教授加里·瓦德勒形容道:“这可能是一个‘勇敢的新世界’或者一个‘末日的新世界’。”世界著名的运动生理学专家萨尔丁教授警告说,如果基因兴奋剂被广泛运用到运动员身上,它的危害将远远超过兴奋剂,对体育的打击将是毁灭性的。

  用不着统计,绝大多数人不同意创造优势基因的人,并由他们来主宰世界和统治弱势基因的人。著名科学家霍金也曾对此提出批评。1998年年初,这位英国著名科学家、剑桥大学理论物理学家在一次公开演讲中说,基因工程和生殖技术已经使人类能够创造出在体能和智力上远远高于其他人的“超人”,由他们统治世界也并非是一种幻想,而可能是一种现实。

  对基因超人持怀疑态度的人说,仅从常理角度讲基因超人是站不住脚的。人是几亿年进化而来的,肢体官能等都是严格配套,通过转基因技术即便可以使一个人发育出虎的背、熊的腰,那么他的腿脚、他的胳膊和手、他的心脏、他的大脑、他的背腰之外其他所有的器官是谁的呢?不仍然是人的吗?既然这些都是人的,纵然他发育一副虎背熊腰又能有什么作为呢?既无熊心,又无虎胆,他只能是一个怪胎畸形儿。退一步,即便他的身体完全可以胜任猎豹似地飞跑,如果他不生育在猎豹群体里,他仍然别想像猎豹一样奔跑,就像生在动物园的猎豹永远不可能像它们的父母那样奔跑一样。即使高智商、体魄强健、会飞奔、有多般变化的人确实出现,他们也未必能统治世界。

  国际人类基因组计划总协调人柯林斯博士郑重声明:“任何科学行为都应以尊重人类的自由和尊严为前提,对于滥用基因、制造基因超人的行为,我们都应坚决反对!任何企图利用生物技术重新设计甚至制造人类的想法,是永远不应允许实现的。我们希望所有的人都能够明白这个道理:设计和制造基因人违背了大自然的根本规律。基因人是一个幻想,既不能使人类更趋尽善尽美,也不能造福人类。”人类基因组计划的核心人物之一、美国科学院院士兰德博士斩钉截铁地指出:“制造基因人是绝对错误的。我们不能制造人类,也不能改变人类。人类基因组计划的目的是了解基因组,而不是去改变基因组。”

  人类今天正徘徊在福祉与灾难的分水岭上。人类基因组织伦理委员会提出,改造人类基因、使“良好的”特征遗传下去,这种做法的益处与安全性缺乏可靠的科学依据,有可能给人类后代带来危险,在伦理上也是不可接受的。

  当然,也有人对基因超人持认可态度。他们认为,世上从来就存在着优势基因的人和弱势基因的人。至于他们长大成人后会怎样,后天的环境影响、受教育程度等等是最为重要的。所以,基因超人是否真的会诞生,确实用不着太多忧虑。



  什么是基因突变

  “基因突变”就是“基因密码”的改变。它带给人类有益和有害的两种变化。比如:(1)有益的基因突变——人类利用“转基因”改良品种,生产出更好的农产品和畜产品;(2)有害的基因突变——引起疾病,如:癌症、遗传疾病、糖尿病冠心病等等。



  基因突变的特点

  基因突变作为生物变异的一个重要来源,具有以下主要特点:

  第一,基因突变在生物界中是普遍存在的。无论是低等生物,还是高等的动植物以及人,都可能发生基因突变。基因突变在自然界的物种中广泛存在。例如,棉花的短果枝,水稻的矮杆、糯性,果蝇的白眼、残翅,家鸽羽毛的灰红色,以及人的色盲、糖尿病、白化病等遗传病,都是突变性状。自然条件下发生的基因突变叫做自然突变,人为条件下诱发产生的基因突变叫做诱发突变。

  第二,基因突变是随机发生的。它可以发生在生物个体发育的任何时期和生物体的任何细胞。一般来说,在生物个体发育的过程中,基因突变发生的时期越迟,生物体表现突变的部分就越少。例如,植物的叶芽如果在发育的早期发生基因突变,那么由这个叶芽长成的枝条,上面生着的叶、花和果实都有可能与其他枝条不同。如果基因突变发生在花芽分化时,那么,将来可能只在一朵花或一个花序上表现出变异。

  基因突变可以发生在体细胞中,也可以发生在生殖细胞中。发生在生殖细胞中的突变,可以通过受精作用直接传递给后代。发生在体细胞中的突变,一般是不能传递给后代的。

  第三,在自然状态下,对一种生物来说,基因突变的频率是很低的。据估计,在高等生物中,大约十万个到一亿个生殖细胞中,才会有一个生殖细胞发生基因突变。不同生物的基因突变率是不同的,如细菌和噬菌体等微生物的突变率比高等动植物的要低。同一种生物的不同基因,突变率也不相同。

  第四,大多数基因突变对生物体是有害的,由于任何一种生物都是长期进化过程的产物,它们与环境条件已经取得了高度的协调。如果发生基因突变,就有可能破坏这种协调关系。因此,基因突变对于生物的生存往往是有害的。例如,绝大多数的人类遗传病,就是由基因突变造成的。但也有少数基因突变是有利的。例如,植物的抗病性突变、耐旱性突变、微生物的抗药性突变等,都是有利于生物生存的。

  第五,基因突变是不定向的。一个基因可以向不同的方向发生突变,产生一个以上的等位基因。例如,控制小鼠毛色的灰色基因(A+)可以突变成黄色基因,也可以突变成黑色基因。但是每一个基因的突变,都不是没有任何限制的。例如,小鼠毛色基因的突变,只限定在色素的范围内,不会超出这个范围。



  癌症与基因突变

  人类的全部基因里隐含着一类“癌基因”,它们在健康人的细胞里处于“休眠”状态,一旦“癌基因”发生突变,常常导致一种罕见而危险的结果,形成一群快速增生的变异细胞,医学上叫做“恶性肿瘤”。肿瘤细胞在“突变基因”指令下无休止、不受控制地增殖分化,导致复发和转移。如吸烟有可能引起气管和肺细胞的癌基因突变,生成肺癌;食用含有毒素的食物则可能引起消化系统细胞的癌基因突变,生成食道、胃、肠癌;紫外线可引起皮肤细胞的癌基因突变,从而发生皮肤癌;乙型肝炎病毒引起肝细胞的癌基因突变,生成肝癌;EB病毒引起鼻咽细胞的癌基因突变,生成鼻咽癌;放射线引起血细胞的癌基因突变,产生“血癌”;人体内分泌紊乱引起甲状腺、乳腺、前列腺细胞的癌基因突变,产生各种癌症等等。现在医学界比较一致的看法是,所有癌症的产生原因都可能与癌基因突变有关。

  21世纪肿瘤生物学研究主要是围绕“逆转”和“基因”而攻关。因为手术、放、化疗之类传统手段,不可能带来根治癌症的突破,人类征服癌症的希望在于新的手段,特别是基因疗法和逆转疗法。

  目前,国际公认恢复基因稳态失衡的首选方法是“抗基因突变、逆转肿瘤”。该疗法不同于传统的放化疗,其区别在于不杀伤肿瘤细胞,而是通过抗基因突变的物质,直接修复肿瘤细胞的突变基因结构,使癌细胞逆转向正常细胞转化,阻断癌细胞的复发和转移。



  图1:德国的“娃娃超人”未满月时的照片,右为他7个月时的照片。白色和黑色的箭头指示着他超凡的小腿和大腿肌肉。



  图2:培育出来的“大力鼠”



  图3:在美国科幻片《兵人》中,出现过一批经基因改良过的士兵,他们个个体魄强悍、耐力持久,是为战争度身定制的“兵人”。随着生物技术的飞速发展,科学家预言,用基因重建身体的设想,将在二○○八年以前成为现实,运动场上将出现用基因舞弊的“赛人”……

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