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死後才大量活化?發現大腦中的「喪屍基因」

羅夏_96
・2021/04/19 ・2423字 ・閱讀時間約 5 分鐘

拜好萊塢電影所賜,現代人對喪屍 (Zombie) 這種怪物並不陌生。幸好現實中沒有電影裡那種死而復活、又會吃人的兇猛怪物!不過近期有研究發現,人體大腦中還真有一群「喪屍基因」,會在人死後才大量表現。研究人員發現在人死後,大腦中某些細胞的基因群會活化,並且細胞的活動也會增加(會伸出長長的觸手!)。而這個發現來自美國伊利諾大學芝加哥分校的研究團隊,並發表在 Scientific Report 期刊上1

研究團隊發現,新鮮人腦組織中的基因表達模式,和過去的資料有所差異,以往人類腦部組織的研究與實驗,通常是在死亡超過 12 小時才進行的。而這些報告包含正常人和患有神經系統疾病的病患,如自閉症、阿茲海默症、思覺失調等。

近期有研究發現,人體大腦中還真有一群「喪屍基因」,會在人死後才大量表現。圖/Wikipedia

研究死後的腦組織,了解神經疾病

目前我們對於自閉症、阿茲海默症和思覺失調等神經疾病的了解,都來自於人死後對其腦組織的研究與實驗(通常是在死亡超過 12 小時的人體上進行)。因為實驗動物的神經疾病模型,往往不能轉譯回人體。因此對死後腦組織的研究,對於尋找這些疾病的治療方法和潛在療法至關重要。

「大多數研究認為,當心臟停止跳動時,大腦中的一切都停止了,但事實並非如此。我們需要更多研究,來解釋人類大腦組織的在死後的變化,只是到現在我們還沒有量化這些變化。」伊利諾大學的神經學家,也是該研究團隊的主持人勒布 (Jeffrey Loeb) 教授說道。

有鑑於發現新鮮腦組織的基因表達模式和已知的報告都不同,勒布和他的團隊決定「模擬」人死後的狀態,並研究死亡後人腦組織的基因表達模式會如何改變。

在研究腦組織方面,勒布和他的團隊有特殊的優勢。勒布是伊利諾大學神經資料庫 (UI NeuroRepository) 的主任,這是一個專門收集神經疾病患者腦組織的大型資料庫。這些患者同意在死後或在治療癲癇等疾病的手術期間,將自己的腦組織捐出並用於研究。例如,在某些治療癲癇的手術中,會切除某些引發癲癇的腦組織。但並非所有切除的組織都會用於病理診斷,有些組織可用於研究,而勒布和其團隊就可以分析並研究這些新鮮腦組織。

死後的腦細胞基因表現會怎麼變化?

研究團隊將最近收集的新鮮人腦組織,置於在室溫下以複製死亡時間的間隔,並觀察腦組織在 0 到 24 小時的基因表達模式,而結果令他們大感意外。

他們發現腦組織的基因依其表現模式,可以分為三大類:

  1. 第一類基因多是持家基因 (Housekeeping gene),它們提供基本的細胞功能,在研究中常用來顯示腦組織的品質,它們在 24 小時內的表現量相對穩定。
  2. 第二類基因存在於神經細胞中,已證明與人類大腦活動(如記憶、思考和神經疾病的發作等)有複雜的關係。它們在人死後數小時內,表現量迅速減少。勒布表示,這類基因對於研究阿茲海默症和思覺失調等神經疾病非常重要。
  3. 第三類基因即「喪屍基因」,大多在神經膠質細胞中。在神經元基因活動減弱的同時,它們的表現量反而增加,並在人死後大約 12 小時達到頂峰。
死亡 24 小時內,腦組織內的三大基因群表現量的改變。持家基因 (Housekeeping) 基本不變;神經細胞 (Neuronal) 相關基因快速減少;神經膠細胞相關 (Glial) 基因快速上升。圖/參考文獻 1

雖然「喪屍基因」的活化看似聳動,但勒布表示這類基因和神經膠細胞的活化反倒不讓人意外。畢竟神經膠細胞在大腦內的主要功能,就是進行神經細胞的保護、修復與清除。當大腦死亡後,就會因缺乏養分和氧氣的狀況,讓神經細胞受損。因此在神經細胞受損的同時,神經膠細胞則會快速的活化,伸出它那長長的觸手來試圖保護和修復神經細胞,以試圖繼續維持神經細胞的正常運作(但可惜為時已晚!)。但 24 小時後,這些神經膠細胞也屈服於死亡了。

隨著死亡時間增加,神經膠細胞(黑色箭頭指出)會伸出觸手,並在 12 小時後達到巔峰,但 24 小時後神經膠細胞也開始死亡。圖/參考文獻 1

事實上早在 2017 年時,就有研究團隊用實驗動物(斑馬魚和小鼠)來研究生物死亡後的基因表達模式2。他們發現死後活化的「喪屍基因」主要有幾類:

  1. 與細胞在遭遇生存壓力時相關
  2. 與細胞凋亡相關
  3. 與免疫反應、發炎反應相關

而這個結果也和勒布團隊的發現類似。畢竟生物死亡後,體內的營養與氧含量都會快速減少,而這足以啟動一些跟生存壓力有關的基因活化,也自然會讓多數的細胞走向細胞凋亡。另外,生物死亡後,與生物共生的微生物其平衡也被破壞,會讓「還活著」的免疫細胞攻擊這些微生物,引起發炎和免疫反應。

了解大腦活動,越新鮮越好?

回到這篇研究,勒布表示真正重要的發現在於,大腦活動的相關基因群在人死亡後,其表現量會快速降低。因這群基因有部份也與神經疾病相關,因此這個研究提供了一個很重要的新觀點:若要研究這些與神經疾病相關的基因,最好在死亡後 12 小時內進行。

「這一發現並不意味著我們應該放棄人體組織研究,只是意味著研究人員需要考慮這些基因和細胞變化,並盡可能減少死後間隔時間,以降低這些變化的幅度。好消息是,我們現在知道了哪些基因和細胞類型是穩定的,哪些會減少;哪些會增加。這樣就可以更好地理解相關大腦研究的結果。」勒布如此說道。

關於死亡,有一種說法:「死亡並非結束,而是開始。」

對於人體,還真的是如此。死亡或許是身體某些部分的結束,但同時也是某些故事的開始!

參考資料

  1. Dachet, F., Brown, J.B., Valyi-Nagy, T. et al. Selective time-dependent changes in activity and cell-specific gene expression in human postmortem brain. Sci Rep 11, 6078 (2021)
  2. Pozhitkov AE, Neme R, Domazet-Lošo T, et al. Tracing the dynamics of gene transcripts after organismal death. Open Biol. 2017;7(1):160267.
  3. ‘Zombie’ genes? Research shows some genes come to life in the brain after death: Post-mortem changes may shed light on important brain studies

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陰謀論大徵集!你聽過哪些陰謀論?【科科齊打交】

stage_96
・2021/05/03 ・605字 ・閱讀時間約 1 分鐘

S編按:【科科齊打交】是我們希望與大家一起進行的對話形式,期待在討論的過程中,我們能離知識更近一些。

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