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究竟是精神壓力大,還是和遺傳有關?從「與惡」到「瀑布」,我們為什麼會罹患思覺失調症?

天下文化出版

更新於 2022年08月16日02:45 • 發布於 2022年08月16日02:45 • 周成功

從演化看思覺失調症的根源

思覺失調症(schizophrenia)是現代社會中常見的精神疾病,發生率從5‰到1%。至今尚未找出明確的致病原因。從同卵雙胞胎的研究顯示,當一個有病而另一個得病的機率是一般人的200倍,表示思覺失調症背後有很強的遺傳因素。


圖片來源:pexels

藉由大規模基因體比對(genome wide association study,GWAS)的結果,到2018 年為止,可以找出145 個染色體上的位點可能與思覺失調症有關。表示它是一個多基因參與的疾病,而每一個參與基因對病徵的貢獻都不大。弔詭的是,思覺失調症病人的平均壽命比一般人少了12 至15 年,而生育能力也比一般人差,但是這些參與病徵的基因為什麼沒有在人類演化過程中被天擇清除?

思覺失調症在動物園或野外的黑猩猩都非常罕見,一個可能的原因仍然來自古老身體和現代生活型態錯配的結果。但有沒有可能它其實是來自人類和黑猩猩演化分道揚鑣之後,伴隨人類獨有的演化過程而來的副產品?

人類和黑猩猩演化分道揚鑣之後,人類最重要的演化歷程就是大腦的快速成長。大腦快速成長需要很多基因的參與,而很多這些基因都是人類所獨有的。有人去找基因體中從老鼠到黑猩猩變異很少、但從黑猩猩到人類變異很大的DNA 序列,表示這些DNA序列在人類和黑猩猩分家之後才加速演化,稱作人類加速演化區(human acceleration region,HAR)。HAR 本身不製造任何蛋白,但負責調控很多影響大腦成長的基因表現。

人類獨有影響大腦成長的基因和思覺失調症之間,在演化上可能是一個利害交換的關係。人類需要這些基因或DNA 序列,來增強大腦的結構和功能,包括:語言、思考、創意等等。在大腦發育過程中,神經連結受到不同環境的刺激會產生些許的不同。但當神經連結網路變得非常複雜之後,任何連結網路微小的差異,都可能造成單一刺激而會產生多樣反應的結果。

如果網路中部分組件的結構和功能又出現非常小的差異,那就要看這些組件參與了哪些連結網路。有的連結網路仍然可以運作良好,但在某些特定的連結網路中就可能出了大錯,而這些功能差異微小的組件,在演化中是不會被天擇清除掉的。

最近尼安德塔人的基因體完全定序之後,思覺失調症的遺傳因素又多了一個新的探索面向。一個是問與思覺失調症相關的遺傳變異,是出現在現代人和尼安德塔人分道揚鑣之前,還是之後?另一個問題則是現代人基因體中尼安德塔人殘存的DNA 序列,和思覺失調症的發生有關聯嗎?

回答前一個問題的方法很簡單,就是把人類基因體中與思覺失調症相關的遺傳變異,跟尼安德塔人和黑猩猩基因體中對應的DNA 序列一起比對,如果有一段DNA 序列在尼安德塔人和黑猩猩基因體中非常類似,但人的這段序列和他們不大相同,表示人的這段序列是現代人和尼安德塔人50 萬年前分離之後才發生變異。研究的結果正是如此,如果進一步大膽推測,尼安德塔人應該不太會得思覺失調症。

針對第二個問題的研究發現,思覺失調症的病人和正常人相比,他們基因體中殘存尼安德塔人的DNA序列比較少,這個結果是不是表示,殘存在現代人基因體中的尼安德塔人DNA 序列,可以減少現代人得到思覺失調症的機會?

因此,探討人類演化其實比想像中有趣,只有瞭解人在演化過程中的改變,才可能去瞭解我們身體在現代文明社會中不適應的地方,並找出可能的解決之道。最後我們也可以從野生動物身上,看到演化怎麼樣改變不同物種生病的型態。大象就是個好例子。

大象為何很少得癌症?

正常人一生中大概有25%的機率會死於癌症,但癌症的發生和一個抑癌基因P53的失活突變關係密切,如果一個人遺傳到一個壞的P53 基因,他得到癌症的機率接近百分之百。但相對而言,大象因癌症而死的比率卻小於5%。為什麼體型比人類大了許多的大象,得到癌症的機率會這麼低呢?

英國科學家理查德.佩托(Richard Peto)提出一個說法,稱為「佩托悖論」(Peto’s paradox)。大象的細胞比人多很多,代表在成長過程中,大象細胞分裂的次數比人多很多。如果癌症是因為細胞分裂過程中產生的基因突變所引起,大象理應比人更容易得癌症,但實際的情況卻正好相反。對此悖論,許多人提出各自不同的解釋,常見的說法是,大象比起人類行動緩慢,新陳代謝的速度比較慢,產生的氧化壓力(自由基)就比較少,基因突變自然也就比較少。但這些說法都很難用實驗來證實。

美國有兩個不同的實驗室,一是鹽湖城的猶他大學,一是芝加哥大學,同時在問大象為什麼很少得癌症。

他們實驗的結果完全相同,結論是什麼呢?他們都發現到著名的抑癌基因P53,在大象身上的基因拷貝數高達40個。P53基因在人類細胞中只有兩個拷貝,其中一個發生突變,就會造成非常高的癌症發生率。大象身上的P53基因拷貝數是人類的20倍,牠們為什麼會有這麼多P53 基因呢?生物學很多現象的發生,其實沒有什麼道理,只是單純歷史事件遺留下來的結果罷了。

人類有1個P53基因,而大象有20個,而這20 個P53 基因中,只有1個和人類P53的基因序列完全一樣,其他19個P53基因都有共同的一個特點:基因序列中沒有內含子,代表這些基因很可能來自mRNA經過反轉錄成DNA後,再重新插回染色體的結果。

為了證實這一點,研究團隊將19個P53基因都完整定序出來,結果發現這些P53基因周圍,確實存在許多反轉錄轉位子的基因序列。代表大象在演化過程中,牠們的P53基因曾被反轉錄轉位子插入,卻沒有造成P53基因失去功能,反而增加了P53在基因體中的拷貝數。不過這些多出來的P53基因,除了一個TP53RTG12外,大多不會轉錄出mRNA,而TP53RTG12基因中間多出一個轉譯終止密碼,導致作出來的蛋白只有正常P53長度的一半。

長度只有正常一半的P53蛋白究竟有沒有功能呢?研究團隊發現它在細胞中作出來後,會促使大象細胞對DNA的損害特別敏感。只要DNA發生一點點損傷,細胞就自動開啟自殺程式走向死亡,使基因突變無法在細胞中累積,解釋了大象不容易得到癌症的原因。

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新冠肺炎、猴痘全球大流行!為什麼我們會生病?你的身體裡,除了自己的細胞,也許還有別的「客人」!

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