再活一甲子

标题: 胎盘：一个奇特的器官 [打印本页]

作者: 再活一甲子 时间: 2023-2-6 20:51
标题: 胎盘：一个奇特的器官
2008年，当医生萨姆·贝哈迪在产科病房例行查房时，一位同事把他拉到一个病人的房间。在那里他看到一位母亲喜笑颜开，正裹着一个健康的新生儿。贝哈迪的下巴差点掉下来。仅仅几个月前，医生给这位母亲带来一个不妙的消息：常规产前检查(从胎盘抽取样本)显示，她孩子的13号染色体有一个额外的拷贝，这种情况通常对新生儿是致命的。然而，产后检查显示，婴儿的染色体完全正常。贝哈迪离开房间时想：“这怎么可能?”
这是一个“变异仅局限于胎盘，而没有涉及胎儿”的例子。鉴于胎盘和胎儿来自同一个受精卵，这是很奇怪的。其实科学家知道这种现象已经有几十年了，但他们一直无法理解这是怎么回事。
奇特的器官
从某些方面来说，胎盘是一个奇特的器官。试想，胎盘的生成费去了大量资源，可是一等新生儿降生，胎盘就被扔弃了，从大自然总是尽可能“物尽其用”的进化观点看来，这种安排也太浪费了。几十年来，生物学家对此一直深感困惑。
它的起源也很奇特。胎盘被认为是在9000多万年前出现的，当时一系列逆转录病毒嵌入到哺乳动物祖先的基因组中，经过多代的进化，导致了这个器官的形成。
更奇特的是胎盘上充满了发生变异的细胞。科学家对来自37个胎盘的86个样本进行基因测序后发现，来自同一个胎盘的每一组细胞在基因上都是不同的。换句话说，胎盘事实上是由许多群基因不同的变异细胞组成的，它就像由不同色块组成的一个拼图。
这也意味着，胎盘上的细胞突变率很高。一些身体细胞，如结肠内壁的某些细胞，科学家知道它们天然地具有高突变率，但胎盘细胞的突变率比这些细胞还要高五倍。而且，一些大的突变(譬如大段的DNA增加或丢失)，在其他器官中非常罕见，仅常见于某些儿童的癌细胞中，但正如本文开头的例子，这类突变在胎盘中却大量存在。
为什么胎盘如此奇特?为什么这样一个重要器官，其基因组如此草率?
扔弃变异细胞的“垃圾场”
为了尝试回答这些问题，贝哈迪和他的同事决定回溯胎盘的形成过程。
我们知道，胎盘和胎儿最初都是由同一个受精卵发育而来的。受精卵分裂，发育成胚胎，胚胎发育到某个阶段，胚胎细胞开始分道扬镳：一些发育成胎盘，另一些发育成胎儿。但是，胚胎如何“决定”哪些细胞发育成胎盘，哪些细胞发育成胎儿?这研究起来并不是一件容易的事。
贝哈迪他们的方法依赖于这样一个事实，即细胞DNA中积累的突变，会在它们分裂时一代代传递下去。通过比较胚胎发育不同时期细胞样本之间的突变，有可能追溯细胞的谱系。
贝哈迪和他的同事比较了胎盘和与之相连的脐带样本中的突变。胎盘是由胎盘细胞发育而来，但脐带却是由胎儿细胞发育来的。他们发现，胚胎细胞分化成胎儿和胎盘，时间比预期的要早——在某些情况下，在受精卵的最初几次细胞分裂过程中就开始了。
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他们还发现，胎儿和胎盘的发育有微妙的不同：胎儿始终是由第一步就选择要发育成胎儿的那些细胞发育来的，所以胎儿就好比一个由纯种原住民发展起来的国家;与胎儿相比，胎盘更像移民国家，不断有来自胎儿的细胞添加进来。这些细胞大多数是发生了变异之后，被驱逐到胎盘上来的(因为它们要是留在胎儿中，会给胎儿带来极大的风险)。一个例子是，在一个活检中，研究人员观察到胎盘上某个部位的一组细胞有三个10号染色体的拷贝;但是脐带和胎盘其他部位的细胞都只有两个10号染色体的拷贝。
这就解释了胎盘上为何充斥着那么多的变异细胞：原来，胎盘是胎儿扔弃变异细胞的“垃圾场”。
与肿瘤有很多相似之处
那么，胎盘为什么要接受这些垃圾呢?把这些变异细胞消灭掉，让自己保持健康，不是更好吗?
科学家猜测，胎盘保存变异细胞可能出于两个原因：首先，在人类怀孕的前16周，胎盘的生长速度必须超过胎儿。因此，每一个细胞对胎盘来说都是宝贵的，都值得保存。其次，变异细胞对胎盘来说不是问题，因为胎盘的寿命很短。胎儿上的每个器官，差不多都要用一辈子;而胎盘到新生儿呱呱坠地，其寿命就终结了。变异细胞在这么短的时间内，其危害性还来不及发挥，所以对于胎盘来说，也就无所谓。
不过，上述解释只解释了胎盘的“意愿”——胎盘“愿意”收留变异细胞，但一般来说，任何变异细胞都会被母体的免疫系统识别出来而受到攻击，那么胎盘是如何保护这些变异细胞的呢?
研究人员早就注意到，肿瘤和胎盘之间有很多相似之处。譬如肿瘤细胞也是变异细胞，而且两者都能逃避免疫系统的识别和攻击。两者的行为也相似。为了成功怀孕，胎盘必须侵入母亲的子宫内膜，利用母亲的血液供应，并建立自己的血管网络——所有这些，肿瘤也都是如此。
不过，尽管胎盘和肿瘤都是侵入性的，但有一个关键的区别。肿瘤会无休止地生长，而胎盘通常知道何时停止生长。如果胎盘在侵入子宫内膜之后，继续侵入子宫肌肉或附近的器官(如膀胱)，胎盘就会撕裂。胎盘生长最快的时期是在怀孕的第一个月，此后速度就慢了下来;如果它像肿瘤一样一直疯长，那么到第三个月就会耗尽胎儿的宝贵资源。这样一来，胎儿不仅不可能长大，甚至面临夭折。
那么，作为充满“癌细胞”的胎盘，它是如何控制这些“癌细胞”的呢?这是科学家下一步研究的课题。弄清了这个问题，对于我们治疗癌症也许会有所启发。

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