北極弓頭鯨憑啥能活260多年？《自然》解鎖其長(zhǎng)壽健康密碼！

設(shè)置星標(biāo)★關(guān)注，從此你的世界多點(diǎn)科學(xué)~

千余年來(lái)，阿拉斯加的土著居民因紐皮特人一直在北冰洋海域捕獵弓頭鯨(

Balaena mysticetus

這種終生不離海冰的北極須鯨，擁有巨大三角形頭骨，可用來(lái)破開(kāi)冰層，還有著動(dòng)物界最大的嘴，嘴長(zhǎng)幾乎達(dá)體長(zhǎng)的1/3。此外，“弓頭”之名得自其高而拱、形似弓的下頜。

當(dāng)然，弓頭鯨最令人震撼之處不在于體型，而是它既巨大無(wú)比，又長(zhǎng)壽非凡。用因紐皮特捕鯨人的話說(shuō)：弓頭鯨的壽命差不多是人類的兩倍。

科學(xué)證據(jù)表明其真實(shí)壽命更長(zhǎng)。一些在20世紀(jì)末捕獲的弓頭鯨鯨脂內(nèi)，殘留著可追溯至19世紀(jì)中期的捕鯨叉碎片。研究人員通過(guò)測(cè)量鯨魚(yú)眼球、耳部及卵子中累積的分子損傷程度，推測(cè)弓頭鯨壽命可達(dá)268年。

如此漫長(zhǎng)的鯨生，秘訣何在？根據(jù)《自然》雜志10月底發(fā)布的研究發(fā)現(xiàn)，弓頭鯨神奇的DNA修復(fù)能力是關(guān)鍵。

據(jù)估算，弓頭鯨的壽命可達(dá)268年。科學(xué)家通過(guò)檢測(cè)弓頭鯨眼球、耳部及卵子中累積的分子損傷，發(fā)現(xiàn)了更多支持其超常壽命的證據(jù)

弓頭鯨本該極易患癌

新研究由美國(guó)羅切斯特大學(xué)的生物學(xué)家伉儷，維拉·戈?duì)柌贾Z娃(Vera Gorbunova)和安德烈·塞盧阿諾夫(Andrei Seluanov)主導(dǎo)，二人長(zhǎng)期關(guān)注蝙蝠、河貍、裸鼴鼠及弓頭鯨等長(zhǎng)壽哺乳動(dòng)物。他們發(fā)現(xiàn)，這些物種體內(nèi)某些特定蛋白質(zhì)水平更高，與其他蛋白質(zhì)間的相互作用方式亦有微妙變化，因此壽命更長(zhǎng)了。

而弓頭鯨最另類又迷人的地方是它在龐大體型基礎(chǔ)上的長(zhǎng)壽。體長(zhǎng)20米，體重近百噸。如此龐然大物從單個(gè)卵細(xì)胞發(fā)展至完全形態(tài)，所要經(jīng)歷的細(xì)胞分裂次數(shù)遠(yuǎn)非尋常動(dòng)物可比，每一次分裂又都伴隨著細(xì)胞獲得危險(xiǎn)突變進(jìn)而觸發(fā)癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。

因此從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度看，弓頭鯨患癌的概率理應(yīng)極高——除非它們演化出了特殊保護(hù)機(jī)制。

任何動(dòng)物都具備一定的抗癌機(jī)制。常見(jiàn)策略之一是細(xì)胞自我監(jiān)控增殖過(guò)程：細(xì)胞若開(kāi)始失控增殖，就會(huì)開(kāi)啟自我毀滅。而科學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)的疑問(wèn)是：面對(duì)更高患癌風(fēng)險(xiǎn)的巨大體型動(dòng)物，其防御機(jī)制是否演化得更先進(jìn)、完備？

2015年，研究人員發(fā)現(xiàn)，大象體內(nèi)有額外的p53基因拷貝，這種抑癌基因使危險(xiǎn)細(xì)胞自毀，從而幫助大象清除潛在威脅。(詳見(jiàn))

戈?duì)柌贾Z娃與塞盧阿諾夫推測(cè)，弓頭鯨可能獨(dú)立演化出了類似大象的防御機(jī)制。為驗(yàn)證猜想，他們必須做一件前人不曾做過(guò)的事，那就是對(duì)活體弓頭鯨的細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

在極地打包活組織

要想直接研究弓頭鯨細(xì)胞組織，科學(xué)家須遠(yuǎn)赴阿拉斯加北坡地區(qū)取材。當(dāng)?shù)匾蚣~皮特人時(shí)至今日仍通過(guò)捕鯨獲取食物。科學(xué)家可以向捕鯨隊(duì)申請(qǐng)?jiān)S可，從獵物身上取些組織帶回實(shí)驗(yàn)室。

出于便利性考慮，長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)臉颖咀骼鋬鎏幚怼５珜?duì)塞盧阿諾夫夫婦而言，冷凍處理會(huì)直接導(dǎo)致弓頭鯨細(xì)胞死亡，因此不可行。

2012年，因紐皮特人在阿拉斯加烏特恰維克附近海域捕獲弓頭鯨

于是，戈?duì)柌贾Z娃團(tuán)隊(duì)派出專人前往阿拉斯加，守候當(dāng)?shù)夭饿L隊(duì)的捕撈成果。一位船長(zhǎng)準(zhǔn)許他們采集皮膚和肺部組織。工作人員未對(duì)樣本作冷凍處理，而是用冷藏箱裝冰保存，隨即全速趕回羅切斯特大學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

令人欣慰的是，細(xì)胞在完成運(yùn)輸后依然存活。研究人員成功培育出弓頭鯨細(xì)胞群，接著開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，包括用紫外線照射等方式破壞細(xì)胞，觀察受損細(xì)胞會(huì)否癌變。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，弓頭鯨細(xì)胞的防癌變屬性極強(qiáng)，但防御機(jī)制與大象細(xì)胞截然不同：細(xì)胞受損時(shí)不會(huì)迅速凋亡(自毀)，而會(huì)阻止損傷累積。

當(dāng)紫外線照射細(xì)胞中的DNA片段時(shí)，分子鏈可能斷裂。細(xì)胞可以重新連接起斷裂的末端，但此過(guò)程常引入基因突變。弓頭鯨細(xì)胞修復(fù)DNA斷裂的速度很驚人，修復(fù)精度也遠(yuǎn)高于其他物種。

由此，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)始探尋弓頭鯨用于DNA修復(fù)的關(guān)鍵分子。

大量CIRBP蛋白包圍DNA

故DNA修復(fù)得極快

戈?duì)柌贾Z娃與塞盧阿諾夫發(fā)現(xiàn)，弓頭鯨細(xì)胞能大量產(chǎn)生一種名為CIRBP的蛋白質(zhì)。該蛋白的功能是加速合成其他保護(hù)性蛋白質(zhì)，以抵御低溫對(duì)細(xì)胞造成的損傷。關(guān)鍵的是，鯨魚(yú)的DNA周圍也存在大量CIRBP。(2018年有研究指出CIRBP可能參與DNA修復(fù)過(guò)程。)

二人又將弓頭鯨的CIRBP基因植入人類細(xì)胞，結(jié)果這些細(xì)胞的DNA修復(fù)速率直接翻倍了。

如此看來(lái)，DNA修復(fù)蛋白CIRBP及其編碼基因，似乎就是弓頭鯨長(zhǎng)壽的秘訣。

我們知道，動(dòng)物一生都在經(jīng)歷體內(nèi)受損DNA不間斷的累積，此過(guò)程可能觸發(fā)包括癌癥在內(nèi)的多種疾病。既然向細(xì)胞引入弓頭鯨CIRBP可顯著加速其DNA損傷的修復(fù)，那么，擁有這些細(xì)胞的動(dòng)物是否變得更健康、長(zhǎng)壽、遠(yuǎn)離癌癥了？

答案是肯定的，因?yàn)楫?dāng)科學(xué)家將弓頭鯨CIRBP基因植入果蠅體內(nèi)后，果蠅壽命超過(guò)了普通同類。

在北冰洋南部邊緣海楚科奇海域，一頭弓頭鯨正在噴氣

戈?duì)柌贾Z娃與塞盧阿諾夫推測(cè)，弓頭鯨大量產(chǎn)生CIRBP蛋白或許是它們適應(yīng)寒冷北冰洋的演化策略，結(jié)果還帶來(lái)了抗癌和延壽的意外收獲。

能否讓人類擁有更高CIRBP水平？

越來(lái)越多研究揭示了不同物種演化出的長(zhǎng)壽機(jī)制。10月初，同濟(jì)大學(xué)學(xué)者毛志勇于《科學(xué)》雜志撰文介紹了裸鼴鼠為何能有遠(yuǎn)勝其他嚙齒類的30年以上壽命——cGAS基因是延壽關(guān)鍵。

包括人類在內(nèi)的眾多物種都擁有cGAS基因。科學(xué)界很早就了解，它可以檢測(cè)入侵細(xì)胞的病原體的遺傳物質(zhì)，從而助機(jī)體抵抗感染。而在裸鼴鼠體內(nèi)，這種基因還具備修復(fù)DNA的功能。

長(zhǎng)壽動(dòng)物獨(dú)特的DNA修復(fù)基因，將啟發(fā)我們對(duì)衰老、疾病的理解和應(yīng)對(duì)策略。

近在眼前的一個(gè)問(wèn)題：若增加人體細(xì)胞內(nèi)的CIRBP含量，人能否像弓頭鯨一樣高效修復(fù)DNA，面對(duì)衰老更有抗性？

戈?duì)柌贾Z娃與塞盧阿諾夫已著手探索這方面的可能性，其團(tuán)隊(duì)培育出兩類轉(zhuǎn)基因小鼠，一類攜帶人類CIRBP基因，另一類則有弓頭鯨版本基因。經(jīng)過(guò)基因改造，這些小鼠能合成更多的CIRBP蛋白。

戈?duì)柌贾Z娃表示：“實(shí)驗(yàn)小鼠并未直接死亡，可見(jiàn)這種操作至少不會(huì)立即產(chǎn)生危害。現(xiàn)在我們需要監(jiān)測(cè)其生命周期，觀察會(huì)否出現(xiàn)意外情況。”

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