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關鍵基因:兇猛小野貓變成溫柔小毛球?

蕭汎如
・2014/12/09 ・1258字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 562 ・九年級

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如果把現今的貓咪和9500年前的近東野貓(the Near Eastern wildcat)放在一起,你或許分辨不出來。牠們體型相似,看起來都是「貓」,但是性格可是天差地遠!科學家好奇,究竟是哪些基因,讓野生又兇猛的野貓,變成人們家中討喜的毛小孩呢?

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來源: Animal Photos!

貓咪為什麼進入人類社會?

歷史上,貓咪大約是在從9500年前進入人類社會,與人類最早開始經營農牧業(在中東地區)的時間點並沒有相差太遠。野貓們躡手躡腳地遠離惡劣的沙漠環境,並且進入人類村莊的時機,起因於齧齒類動物大舉入侵穀倉之後。因此,有許多科學家猜測,牠們最有可能是自我馴化了。因為性格友善的貓咪更有可能取得人類餐桌的剩餘食物,也會受到人類的保護。

數千年之後,貓咪的體型隨著時間逐漸縮小,獲得了花樣繁多、顏色豐富的皮毛,而且發展出有別於過去、反社交性(antisocial)的溫馴脾性。

更進一步的說,畜牧類的動物例如牛隻、雞、豬…….等等到狗,也經歷了相似的轉變過程,然而,科學家卻對這中間的基因機轉所知不多。

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來源: Animal Photos!

進擊的貓咪大變身

現在,由華盛頓大學醫學院的發表在《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)的一篇研究中,發現了貓咪體內281個變異的基因,有些基因表現在貓咪最為依賴的感官,比如視覺和聽覺上;其他則表現在脂肪代謝以及貓咪適應高度肉食性的生活型態上。

最有趣的是,則是該團隊定序了22隻家貓及2隻近東野貓的基因並且比較之後,找到了至少13個讓貓咪性格自兇猛到溫馴的關鍵基因。根據先前其他科學家對小鼠的研究,這13個基因在動物的認知與行為上扮演重要的角色,影響了動物對於害怕的反應,或是透過食物獎勵動物學習新行為的能力。主持這項研究的Montague博士說,「因為貓咪需要對於新環境以及人類更具勇氣,而且人類承諾給予的食物也讓牠們在附近地區徘徊」。

另外,研究團隊也發現了,有五個來自家貓的基因會影響神經脊細胞 ( neural crest cells )的演化,發展中的胚胎幹細胞會影響構成生物體的每個部分:從頭蓋骨的型構到皮毛的顏色。這也支持了最近的研究,也就是說,這些細胞可能都是影響動物馴養的主要控制開關,解釋了為何家畜都共享相同的特徵,例如牠們都擁有更小的腦和某種色素沉澱所致的斑紋。

假如貓咪因為基因改變而導致和原先的種類有不同的習性,而且變化的過程與其他家畜相似的話,為什麼貓咪仍然比其他家畜更保有野性呢?比如說,與狗兒相較?這篇研究的共同作者William Murphy表示,那是因為貓咪的基因體經歷演化壓力的強度較小,而且牠比狗的馴化過程短──狗可是陪伴了人類30,000年的好朋友呢──所以一點也不驚訝貓咪更具野性。另外,「貓咪最初被選擇變成家畜的原因和狗以及其他家畜不同,牠們原本只是到處遊晃,但人類卻容忍了牠們」。

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來源: Animal Photos!

資料來源:The genes that turned wildcats into kitty cats David Grimm (10 November 2014)

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文章難易度
蕭汎如
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PanSci 實習編輯,台大公衛系,對世界充滿好奇,最喜歡的句子是王爾德在《溫夫人的扇子》中寫的一句台詞:"We are all in the gutter, but some of us are looking at stars. "。沒錯,我們都身陷在日常生活的爛泥溝渠之中,但還是可以抬頭,仰望燦爛星空。:)

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貓咪也會跟人玩「拋接遊戲」?顛覆你對貓咪的印象,新研究揭示牠們遊戲背後的原因
F 編_96
・2024/12/29 ・2749字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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F 編按:本文編譯自 Live Science

說到「拋接遊戲」,許多人腦中應該都會浮出狗狗的畫面,牠們會快速地撲向被丟出去的球或玩具,再興奮地叼回到主人面前。但超出大家想像的是,貓咪也擁有這項天賦(想不到吧),不少飼主都曾發現,家裡的貓貓竟然會以各種物品如紙球、髮圈、瓶蓋,甚至鉛筆等,主動找主人來一場「拋接遊戲」。

在大部分人的認知中,狗是天生「撿東西」的好手,因此曾被培育成獵犬或工作犬,用以回收獵物、報信或傳送物品。而貓咪喜歡捕捉老鼠,又孤傲高冷的形象,則似乎與這項技能沒有何關係。但既然如此,那為何新的研究以及大量飼主觀察都顯示,有些貓能不經任何刻意訓練,就自發地找主人玩起拋接遊戲呢?

在家感覺高冷又有點懶洋洋的貓貓,也會跟人玩拋接遊戲?圖 / unsplash

貓咪自發性的「拋接遊戲」

英國蘇賽克斯大學的博士生珍瑪.佛曼(Jemma Forman)與團隊近期在《Scientific Reports》上發表了一份有趣的研究。該研究針對 924 位飼主進行問卷,篩選那些聲稱自家貓咪曾展現「叼回來」行為的案例。結果發現,超過 94% 的飼主表示,自家貓咪的撿拾行為是「自然發生」的,而且往往在牠們還是不到一歲的幼貓時期就自發展開。

不少飼主的敘述顯示:這類行為的開始常常並非飼主主導,有時可能只是「不小心」丟出一個物體,貓看見後便會自行撲上前把它叼回來;或是貓咪先將某個小物件疊在主人腳邊,若飼主把該物件再拋出去,貓就衝向前撿回,來回幾次便形成「丟接」的循環。一位研究者便提到,有飼主開玩笑說:「其實是貓訓練了我們,而不是我們訓練了貓!」

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飼主與貓的互動:是誰主導了遊戲?

研究另一個重要發現,是貓比人想像中更「有意識」地控制遊戲進程。根據問卷結果,大多數貓會自行決定什麼時候開始玩,也多半由牠們決定何時結束。相較於狗狗可能乖巧等待主人丟球,甚至對「再來一次!」樂此不疲,貓咪常在丟接幾回合後顯露不耐、失去興趣或乾脆躺下睡覺。換言之,這些「叼回來」的遊戲時間通常很短,平均不到 10 次的往返後,貓就會轉移注意力。

此外,貓咪對「丟接」場域與對象都有明顯偏好。部分飼主觀察到,貓只會和特定人士或在特定房間裡玩這個遊戲;如果換個地方、換個人,貓便不再給予任何回應。物件本身也有強烈偏好:有些貓喜歡輕巧的紙團或塑膠瓶蓋,有些則迷戀鉛筆、彈性髮圈,甚至噗嚨共不明的「隨手抓到啥」。從個案顯示,某些貓跟筆有著奇妙的羈絆,一旦看到主人拿筆在地上,就會立刻叼起來,再「要求」被丟遠一點,好繼續衝刺撿回。

為什麼貓會撿東西回來?

不論是狗還是貓,「撿東西」基本上與狩獵本能脫不了關係。對狗來說,傳統解釋是牠們祖先源自狼族,群居習性和人類培育下的獵取天賦,使牠們更具把「獵物」叼回巢穴或交給領袖的行為模式。人類便利用此特徵,培養獵犬能把獵物從遠處叼回,或訓練牠們在工作環境中搬運物資。

不管是對貓還是狗來說,將物品叼回來的行為,與自身的狩獵本能有關。圖 / unsplash

至於貓咪,牠們並沒有經過繁雜而漫長的馴化過程來加強「帶回獵物」的基因。多數家貓的繁育重點在外觀(毛色、體型等)或日常溫馴度,而非特別功能。然而,野外的貓科動物依然經常把捕捉到的小動物叼回家中,可能是母貓餵養幼貓的天性延伸;既然公母貓都可能會「叼回來」,顯示其中還涉及更複雜的本能驅動。部分專家推測,或許貓有一部分遺傳特質,會對移動中的小物件產生高度興趣,因而自然而然地「啟動」衝刺、叼拿、再放回主人跟前的動作。

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貓咪真的「天生社交」嗎?

長久以來,狗被視為「社會性」動物,貓則被歸類為「獨居型」;然而,越來越多研究開始顯示,貓其實也會對飼主表現相當程度的關注,並非只在用餐時間才記得「家裡有個人」。一些行為專家指出,貓很可能透過「拋接遊戲」來吸引主人注意,或回饋主人放出的社交信號。例如,人類在地上丟出一個物品或在空間中拋擲,可能看似無意,但貓卻將之視為「你在呼喚我一起玩」,進而加入互動。

儘管貓普遍沒有群居獵食的祖先背景,也不如狗般崇拜「主人」,牠們仍能形成一種與人類共存並汲取好處的社交關係。例如,許多貓會主動把「戰利品」,像是戶外抓到的昆蟲、小鳥,甚至是室內看似無關痛癢的物體,叼到飼主面前,彷彿是獻禮或玩耍邀請。將叼回來的行為延伸成丟接遊戲,或許是貓對「社交互動」的一種嘗試,更帶有娛樂及互利的意味。

未解的謎團

雖然這項新研究顯示了「貓咪叼回來」行為的常見模式,也試圖探討牠們如何與人協作玩樂,但對「為何」會出現此行為,依然沒有定論。一般相信,狗會撿東西是出自體內被強化的基因;可貓的祖先卻是更善於獨自狩獵且不需看同伴眼色。若從母貓育幼行為或雄貓的「玩獵物」角度來看,都仍無法全面解釋:究竟貓自願玩「拋接」是基於何種驅力?

有些專家認為,品種也可能是關鍵因素。互聯網論壇以及養貓社群時常討論,西方的暹羅貓或孟加拉貓等品種出現「叼回來」行為的比率似乎較高,或許意味某些基因序列更傾向於進行空間探索與物件互動。可是,現今仍缺乏大型量化研究去證實這些品種間的顯著差異。

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有些人認為叼回物品的行為,可能也與貓貓的品種有關,但目前尚未證實。圖 / unsplash

人在貓科動物的研究上往往著重於飲食、繁殖或健康問題,而貓的玩耍模式與社交行為在科學領域仍是相對陌生的領域。不過,隨著新一代學者與廣大愛貓人士投入觀察、蒐集資料,或許很快就能釐清更多引人好奇的問題。例如:「各類貓咪在何種年齡段最常表現叼回行為?」「是否有特定環境因素(如家中空間大小、多貓相處情況)會影響貓的叼回頻率?」「不同個性或壓力承受度的貓,對『拋接』的接受程度是否有所差異?」等等。

這次研究也為後續打開一條可深入探究的線索,英國林肯大學的教授詹姆斯.瑟培爾(James Serpell)也持續透過線上問卷收集成千上萬份有關貓行為的回饋,期望未來能與其他學者合作,一起揭開更多「貓咪為何玩丟接」的奧祕。

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F 編_96
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一個不小心闖入霍格華茲(科普)的麻瓜(文組).原泛科學編輯.現任家庭小精靈,至今仍潛伏在魔法世界中💃

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從遺傳學角度剖析:女性能在體育場上超越男性嗎?——《運動基因》
行路出版_96
・2024/08/10 ・3712字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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科學期刊的預言:女性能追趕甚至超越男性?

我在 2002 年還在讀大四時,第一次看到兩位 UCLA 生理學家的論文〈不用多久女性就會跑得比男性快?〉,當時我覺得這個標題很荒謬。在那之前我花了五個賽季,進行 800 公尺中距離跑步訓練,成績已經超越世界女子紀錄。而且我還不是自己接力隊上跑最快的。

但那篇論文發表在《自然》(Nature)期刊上,這是世上極具聲望的科學期刊,所以一定有些道理。大眾就是這麼認為的。《美國新聞與世界報導》雜誌在 1996 年亞特蘭大奧運之前,對一千個美國人做了調查,結果其中有三分之二認為,「終有一天頂尖女運動員會勝過頂尖男運動員」。

1996 年亞特蘭大奧運前,一千位美國人中有三分之二認為,「終有一天頂尖女運動員會勝過頂尖男運動員」。 圖/envato

《自然》期刊上那篇論文的作者,把男子組和女子組從 200 公尺短跑到馬拉松各項賽事歷年的世界紀錄畫成圖表,發現女子組紀錄進步得遠比男子組急速。他們用外推法從曲線的趨勢推斷未來,確定到 21 世紀前半葉,女性就會在各個賽跑項目擊敗男性。兩名作者寫道:「正因進步速度的差異實在非常大,而使(兩者)差距逐漸縮小。」

2004 年,趁著雅典奧運成為新聞焦點之際,《自然》又特別刊出一篇同類型的文章〈2156 年奧運會場上的重要衝刺?〉(Momentous Sprint at the 2156 Olympics?)──標題所指的,正是女子選手會在 100 公尺短跑比賽中,勝過男子選手的預計時間。

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2005 年,三名運動科學家在《英國運動醫學期刊》發表了一篇論文,省去問號開門見山在標題宣稱:〈女性終將做到〉(Women Will Do It in the Long Run.)。

難道男性主導世界紀錄的情況,始終是歧視女性、把女性排除於競技場外的結果?

20 世紀上半葉,文化規範與偽科學嚴重限制了女性參與運動競技的機會。在 1928 年阿姆斯特丹奧運期間,有媒體(捏造)報導指稱,女性選手在 800 公尺賽跑後筋疲力竭地躺在地上,這讓一些醫生和體育記者十分反感,使得他們認為這個比賽項目會危害女性健康。《紐約時報》上有篇文章就寫:「這種距離太消耗女性的體力了。」〔1〕那幾屆奧運之後,在接下來的三十二年間,距離超過 200 公尺的所有女子項目,都突然遭禁,直到 2008 年奧運,男女運動員的徑賽項目才終於完全相同。但《自然》期刊上的那幾篇論文指出,隨著女性參賽人數增多,看起來她們的運動成績到最後可能會與男性並駕齊驅,甚至比男性更好。

運動能力的基因密碼:性別差異的生物學根源

我去拜訪約克大學的運動心理學家喬.貝克時,我們談論到運動表現的男女差異,尤其是投擲項目的差異。在科學實驗裡證實過的所有性別差異中,投擲項目一直名列前茅。用統計學術語來說的話,男女運動員的平均投擲速度相差了三個標準差,大約是男女身高差距的兩倍。這代表如果你從街上拉一千個男子,其中 997 人擲球的力氣會比普通女性大。

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不過貝克提到,這種情形可能是反映女性缺乏訓練。他的太太是打棒球長大的,輕輕鬆鬆就能贏過他。他打趣說:「她會發出一束雷射光。」那麼這是生物學上的差異嗎?

男性和女性的 DNA 差異極小,僅限於在女性身上為X或男性為Y的那單一染色體。姊弟或兄妹從完全相同的來源取得基因,透過重組母親和父親的 DNA,確保兄弟姊妹絕對不會相近到變成複製人。

性別分化過程大部分要歸結到 Y 染色體上的「SRY 基因」,它的全名是「Y 染色體性別決定區基因」。若要說有「運動能力基因」,那就非 SRY 基因莫屬了。人類生物學的安排,就是讓同樣的雙親能夠同時生育出男性的兒子和女性的女兒,即使傳遞的是相同的基因。SRY 基因是一把 DNA 萬能鑰匙,會選擇性地啟動發育成男性的基因。

我們在生命初期都是女性──每個人類胚胎在形成的前六週都是女性。由於哺乳動物的胎兒會接觸到來自母親的大量雌激素,因此預設性別為女性是比較合算的。在男性身上,SRY 基因到第六週時會暗示睪丸及萊氏細胞(Leydig cell)該準備形成了;萊氏細胞是睪丸內負責合成睪固酮的細胞。睪固酮在一個月之內會不斷湧出,啟動特定基因,關閉其他基因,兩性投擲差距不用多久就會出現。

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男孩還在子宮時,就開始發育出比較長的前臂,這使得他們日後投擲時會做出更有力的揮臂動作。儘管男孩和女孩在投擲技能方面的差異,不如成年男性和女性之間那麼顯著,但這種差異在兩歲幼童身上已經很明顯了。

性別分化過程大部分要歸結到 Y 染色體上的「SRY 基因」,會選擇性地啟動發育成男性的基因。 圖/envato

文化與訓練的影響:投擲項目中的性別差距

為了確定孩童之間的投擲差距有多少與文化有關,北德州大學和西澳大學的科學家組成團隊,共同測試美國孩童與澳洲原住民孩童的投擲技能。澳洲原住民沒有發展出農業,仍過著狩獵採集生活,他們教導女孩丟擲戰鬥及狩獵用武器,就像教導男孩一樣。這項研究確實發現,美國男孩和女孩在投擲技能上的差異,比澳洲原住民男孩和女孩之間的差異顯著許多。不過儘管女孩因為較早發育長得較高較壯,男孩仍比女孩擲得更遠。

普遍來說,男孩不僅比女孩更善於投擲,視覺追蹤攔截飛行物的能力往往也出色許多;87% 的男孩在目標鎖定能力的測試上,表現得比一般女孩好。另外,導致差異的部分原因,至少看起來是因為在子宮的時期接觸到了睪固酮。由於先天性腎上腺增生症,而在子宮裡接觸到高濃度睪固酮的女孩,上述項目的表現會像男孩一樣,而不像女孩;患有這種遺傳疾病的胎兒,腎上腺會過度分泌男性荷爾蒙。

受過良好投擲訓練的女性,能輕易勝過未受訓練的男性,但受過良好訓練的男性,表現會大幅超越受過良好訓練的女性。男子奧運標槍選手擲出的距離,比女子奧運選手遠大約三成,儘管女子組使用的標槍比較輕。此外,女性投出的最快棒球球速的金氏世界紀錄是 65 mph(相當於時速 105 公里),表現不錯的高中男生的球速經常比這還要快,有些男子職業球員可以投出超過 100 mph(相當於時速 160 公里)的球速。

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在跑步方面,從 100 公尺到 1 萬公尺,經驗法則是把菁英級表現差距定在 11%。從短跑到超級馬拉松,不管任何距離的賽跑,男子組的前十名都比女子組的前十名快大約 11%。〔2〕在職業等級,那就是個鴻溝。女子組的 100 公尺世界紀錄,跟 2012 年奧運男子組的參賽資格還差了四分之一秒;而在一萬公尺長跑,女子組的世界紀錄成績,與達到奧運參賽資格最低標準的男選手相比落後了一圈。

不論距離,男子組前十名的跑步速度普遍比女子組快約 11%。圖/enavato

投擲項目與純爆發力型運動項目的差距更大。在跳遠方面,女子選手落後男子 19%。差距最小的是長距離游泳競賽;在 800 公尺自由式比賽中,排名前面的女子選手,與排名前面的男子選手差距不到 6%。

預言女性運動員將超越男性的那幾篇論文暗示,從 1950 年代到 1980 年代,女性表現的進展遵循一條會持續下去的穩定軌跡,但在現實中是有一段短暫爆發,隨後趨於平穩──這是女子運動員,而非男子運動員進入的平穩期。儘管到 1980 年代,女性在 100 公尺到 1 英里各項賽跑的最快速度,都開始趨於穩定,但男子運動員仍繼續緩慢進步,雖然只進步一點點。

數字很明確。菁英女子選手並未趕上菁英男子選手,也沒有保持住狀況,男性運動員則在非常慢地進步。生物學上的差距在擴大。但為什麼原本就有差距存在?

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註釋

  1.  各報上氣不接下氣地報導 800 公尺女子選手紛紛倒在跑道上。正如運動雜誌《跑步時代》(Running Times)2012 年的一篇文章指出的,實情是只有一個女子選手在終點線倒下,其餘三名都打破了先前的世界紀錄。據稱人在現場的《紐約郵報》記者寫道,「11 位淒慘的女性」當中有 5 人沒有跑完,5 人在跑過終點線後倒下。《跑步時代》報導說,參賽的女運動員只有 9 個,而且全部跑完。
  2. 過去普遍認為,隨著比賽距離拉長,女子賽跑選手會超越男子選手。這是克里斯多福.麥杜格(Christopher McDougall)在《天生就會跑》這本很吸引人的書裡談到的主題,但不完全正確。成績非常優秀的跑者之間的 11% 差距,在最長距離和最短距離同樣穩固存在。儘管如此,南非生理學家卻發現,當一男一女的馬拉松完賽時間不相上下,那個男士在距離短於馬拉松的比賽中通常會贏過那個女士,但如果競賽距離加長到 64 公里,女士就會跑贏。他們報告說,這是因為男性通常比較高又比較重,比賽距離越長,這就會變成很大的缺點。然而在世界頂尖超馬選手當中,男女體型差異比一般群體中的差異小,而 11% 的成績差距,也存在於超級長距離的最優秀男女選手之間。

——本文摘自 大衛・艾普斯坦(David Epstein)運動基因:頂尖運動表現背後的科學》,2020 年 12 月,行路出版,未經同意請勿轉載

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行路為「讀書共和國」出版集團旗下新創的出版社,出版知識類且富科普或哲普內涵的書籍,科學類中尤其將長期耕耘「心理學+腦科學」領域重要、具時代意義,足以當教材的出版品。 行路臉書專頁:https://www.facebook.com/WalkPublishing

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不抽菸也會得肺癌?PM2.5 如何「叫醒」沉睡的癌細胞?
PanSci_96
・2024/06/25 ・4403字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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不好意思,你很可能會得這種癌症。其實,我也是。

它就是台灣十大癌症榜首,肺癌。

現在,根據 2023 年 11 月衛福部發布的最新統計數字,肺癌一年的新增病人數已經超越大腸直腸癌,成為台灣每年癌症發生人數之最,堪稱臺灣人的「國民病」。

可怕的是,肺癌在癌症之中有三個之最:死亡率最高、發現時已經是晚期的比例最高、醫藥費也最高。現在再加上發生人數最高,堪稱從癌症四冠王。

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你說肺癌是抽菸的人的事?錯!台灣抽菸人口比例在全球排名 30,比日本、韓國、中國和多數歐洲國家都還低!顯然抽菸並不是肺癌的唯一主因!那難道是二手菸?還是空污惹的禍?還是台灣人的基因天生脆弱?我們到底要怎麼做才能遠離肺癌?

臺灣人的肺癌特別在哪?癌症和基因有關嗎?

根據衛福部國健署的說法,肺癌人數的增加,其實與 2022 年 7 月開始推動肺癌篩檢的政策有關。

隨著篩檢量的上升,近年內肺癌的確診人數預期還會再往上。

原來是因為篩檢量啊,那就不用擔心了。但換個角度想,這才是肺癌最可怕的地方,它可能已經存在在很多人身體裡,而我們卻沒能發現它。肺癌早期幾乎沒有症狀,高達 50% 的患者發現時已經是第 4 期。屆時不只肺部遍布腫瘤,癌細胞可能還轉移到大腦、骨頭等器官,讓治療變得加倍困難。

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對付肺癌,最關鍵點是愈早發現愈好。按照國健署統計,如果第 1 期就發現,5 年存活率可達九成以上,第 2 期發現降為六成,第 3 期存活率大約三成,一旦到第 4 期,僅僅剩下一成。

當然,最好的方法,就是做好預防,打從一開始就不讓癌細胞誕生。

那麼我們就要先了解問題到底是出在環境,還是你、我身體中的基因? 過去關於肺癌的遺傳研究,多半以歐美國家為主,套用到我們身上總有些牛頭不對馬嘴。幸好,我這裡一份以臺灣人為主角的大規模研究報告,將為我們揭露答案。

這份研究是由中央研究院團隊主導,結合臺灣大學、臺北醫學大學、臺中榮總等單位的研究,還登上生物領域頂尖期刊《Cell》2020 年 7 月的封面故事。非常具有權威性,不能不看。

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同時,這也是全球第一次完整剖析東亞地區肺癌的成因。他們的主題很明確:「為什麼不吸菸也會得肺癌?」

在西方,肺癌病人裡面只有 20% 左右的人不吸菸。但是在臺灣,卻有超過一半的肺癌病人都不抽菸,顯示有其他致癌要素潛伏在基因裡作怪。另外,臺灣肺癌病人的男女比例和西方人也大不同,臺灣女性通常更容易罹患肺癌。 為了瞭解肺癌,研究團隊取得肺癌病人的腫瘤和正常組織,解讀 DNA 序列和蛋白質表現量,最後鑑定出 5 種和西方人明顯不同的變異特徵。

其中最受關注的,是一種 APOBEC 變異,因為它有可能是臺灣女性為什麼容易罹患肺癌的關鍵。

這種變異特徵屬於內生性的,也就是人體機制自然產生的 bug。

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APOBEC 不是指單一基因,它是細胞內負責編輯 mRNA 的一組酵素,包含 11 個成員。主要功用是把胞嘧啶核苷酸(C)轉變尿嘧啶核苷酸(U)。簡單來說,APOBEC 原本是細胞正常活動的一環。但因為它有改寫核酸序列的能力,在 DNA 修復過程同時活躍時,就很有可能出事。這就像是一個創意豐富的阿嬤,看到破損的古畫,就在沒和別人討論的情況下上去東湊西補,用自己的方式重新修復了這件藝術。一個與原本不同的突變細胞可能就這樣產生了。

APOBEC 變異在臺灣女性病人身上特別明顯,舉例來說,60 歲以下沒有吸菸的女性患者,就有高達四分之三有這種變異特徵。研究團隊認為,APOBEC 出錯造成的基因變異可能是導致女性肺癌的關鍵。 除了內生性變異,另外一個容易導致肺癌發生的,就是周遭環境中的致癌物。

致癌物有哪些?

研究團隊總結出 5 種肺癌危險物質:烷化劑、輻射線、亞硝胺(Nitrosamine)、多環芳香烴(PAHs),還有硝基多環芳香烴(Nitro-PAHs)。

其中,亞硝胺類化合物主要來自食品添加物和防腐劑,多環芳香烴大多來自抽菸和二手菸,硝基多環芳香烴則是透過汽機車廢氣和 PM2.5 等毒害肺部。

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圖/unsplash

他們進一步分析,大略來說,女性在不同年紀,致癌因素也有差異。60 歲以下的女性肺癌病人,APOBEC 特徵的影響比較明顯;70 歲以上的女性患者,和環境致癌物的相關度比較高。 既然找到致癌原因,我們該如何著手預防呢?你知道肺癌,其實有疫苗可打!?

空氣污染和肺癌有關嗎?有沒有癌症疫苗?

想預防肺癌,有 2 種對策,一種是「打疫苗」,一種是「抗發炎」。

是的,你沒聽錯,英國牛津大學、跟佛朗西斯.克里克研究所,還有倫敦大學學院在 2024 年 3 月下旬公布,他們正在研發一款預防性的肺癌疫苗,就叫 LungVax。它所使用的技術,和過往牛津大學協同阿斯特捷利康藥廠製造 COVID-19 AZ 疫苗時的方法相似。

他們已經募到一筆 170 萬英鎊的經費,預計未來兩年資金陸續全數到位,第一批打算先試生產 3000 劑。不過,關於這款肺癌疫苗,目前透露的消息還不多,我們挺健康會持續追蹤這方面研究的進展。

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在疫苗出來之前,我們還有第二個對策:抗發炎。發炎和肺癌有什麼關係呢?這就要先回到一個問題:為什麼空污會提高得肺癌的機率呢?

一個很直觀又有力的推測是,空污會導致肺部細胞 DNA 突變,因此而催生出腫瘤。

圖/unsplash

但是修但幾勒,科學要嚴謹,不能只看結果。科學史上發生過很多次表象和真實截然不同的事件,空污和肺癌會不會也是這樣?

2023 年 4 月《Nature》的一篇封面故事,明確地說:Yes!肺癌真的和我們想的不一樣。

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其實早在 1947 年,就有以色列生化學家貝倫布魯姆(Isaac Berenblum)質疑主流觀點,他提出的新假設是:除了 DNA 突變以外,癌細胞還需要其他條件才能坐大。用白話說,就是肺癌是個會兩段變身的遊戲副本頭目,正常細胞先發生變異,接著再由某個條件「扣下扳機」,突變細胞才會壯大成腫瘤。

也就是説,只要攔住任一個階段,就有機會能防範肺癌。假如這論點正確,全球肺癌防治的方向將會直角轉彎。

《Nature》的研究支持這個假說,扭轉了過去 70 多年來的看法。在這項里程碑研究中,臺灣也是要角。

時間回到 2020 年,《Nature Genetics》上發表了一份針對 20 種致癌物質的研究報告,包括鈷、三氯丙烷和異丙苯等,但注意,這研究指出這些致癌物大多沒有增加實驗鼠的 DNA 變異量。

這個現象實在太違反直覺,過了 3 年,疑團還是懸而未決。直到《Nature》的跨國研究出爐,才解開部分謎底。

英國倫敦佛朗西斯.克利克研究所主導 2023 年的一項研究,他們鎖定對象為肺腺癌。肺腺癌是典型「不吸菸的肺癌」,台灣每 4 個肺癌病人就有 3 人是肺腺癌,尤其是女性肺腺癌患者有高達九成不抽菸。 為了抽絲剝繭探明空污和肺癌的關係,研究團隊聚焦在肺腺癌患者常發生的表皮生長因子受體基因變異,縮寫 EGFR。他們收集英國、加拿大、韓國和臺灣四國大約 3 萬 3 千名帶有 EGFR 突變的病人資料,進行深入分析,並且發現 PM2.5 和肺腺癌發生率有顯著關聯。研究團隊進一步用小鼠做試驗,把小鼠分成吸入和未吸入 PM2.5 兩組,結果發現吸入組更容易長出惡性腫瘤。

圖/pexels

到目前為止都還不算太意外,然而,團隊切下肺部細胞、分析 DNA 以後發現,DNA 的突變量居然沒有明顯增加!但是有另一件事發生了:堆積在肺的 PM2.5 顆粒會吸引免疫細胞從身體各處聚集過來,並分泌一種叫做 IL-1β 的發炎因子,導致肺組織發炎。

這下子有趣了,根據克利克研究所團隊的檢驗結果,估計每 60 萬個肺部細胞有 1 個帶有 EGFR 突變,這些細胞在發炎環境裡會快馬加鞭生長。相反的,當他們給小鼠注射抑制 IL-1β 的抗體,肺癌發病率就跟著下降。 《Nature》一篇評論引述美國加州大學舊金山分校分子腫瘤學專家波曼(Allan Balmain)的看法。他總結說,空污致癌的主要機制,可能不是因為空污誘發了新突變,而是持續發炎會刺激原本已帶有突變的細胞生長。換句話說,本來在熟睡的壞細胞會被發炎反應「叫醒」。

這會給肺癌防治帶來巨大衝擊,這樣一來,問題就從「用公衛或醫療方法防止 DNA 變異」變成了「如何抑制發炎」。

人體的細胞每天不斷分裂,用新細胞替換老舊細胞。但是這就像工廠生產線,良率無法百分百,組裝幾十萬產品難免會做出幾件瑕疵品,也就是帶有基因突變的細胞。換句話說,從自然界角度來看,DNA 變異是一種自發現象,醫療手段實際上幾乎不可能阻止。

但是,降低發炎卻是有可能做到的,例如注射抑制 IL-1β 因子的抗體。不過,就公共衛生來說,要給幾千萬人施打抗發炎因子藥物根本不切實際,因為太花錢,而且也可能造成其他的副作用。 波曼在《Nature》評論裡建議,透過簡易可行的飲食方式來降低體內發炎,或許有機會減少某些癌症的風險。這也就是說,科學家應該重新回來審視,怎樣把每天的生活點滴點石成金變成防癌手段。

圖/unsplash

這也等於預告了肺癌的下一階段研究方向,除了內科、外科醫療科技持續精進,尋求預防惡性疾病的最佳飲食要素,也成為聚焦重點。

也想問問你,關於肺癌,你最看好的下一個突破是什麼呢?

  1. 希望有篩檢技術 2.0,不但百發百中,如果連X光都不必照,只要抽血就能順便驗出有沒有癌細胞,那該多好。
  2. 當然是癌症疫苗,最好是能一勞永逸。
  3. 科學證實有效的抗發炎防癌食物組合,我一定立刻加入菜單,不過還是希望味道要好吃啦。

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