谈 谈 进 化 医 学

当大多数医生更关心疾病的直接原因时，出现了一个令人兴奋的新领域，被称为进化医学（Evolutionary medicine），它试图将医学科学的知识和进化科学领域的重要思想融合在一起，以提供对健康和疾病的独特见解。

Barbara Natterson-Horowitz，Daniel T. Blumstein著

   李升伟  李昱均  翻 译

我们为什么会生病?医生会说，根据疾病的不同，有很多原因：SARS-CoV-2病毒会导致新冠肺炎，不良的饮食习惯会导致肥胖，吸烟会导致肺癌。但如果我们换个角度看这个问题，作为一个物种，为什么我们进化出了容易生病的身体？我们不应该一直保持健康吗?

  进化医学（Evolutionary medicine）领域的目标是将医学科学的思想与进化科学的思想结合起来，更好地解释健康和疾病。这种方法可以为应对癌症、抗生素耐药菌、肥胖和新冠肺炎等人类健康威胁提供全新的思路!

进化可以帮助我们了解健康和疾病

你有没有想过是什么原因导致我们生病？你可能会说，这取决于不同的疾病原因——SARS-CoV-2病毒会导致新冠肺炎，不良的饮食习惯会导致肥胖，吸烟会导致肺癌，等等。虽然这些东西确实会让我们生病，但如果我们换个角度看这个问题，为什么我们的身体一开始就很容易生病呢？

如果进化真的是“适者生存”，那为什么人类——或者任何动物物种——会有生病的身体呢?当大多数医生更关心疾病的直接原因时，出现了一个令人兴奋的新领域，被称为进化医学，它试图将医学科学的知识和进化科学领域的重要思想融合在一起，以提供对健康和疾病的独特见解。

关于人类疾病，进化论究竟能教给我们什么？首先，大多数“人类”疾病并不纯粹是“人类”的——其他动物也会得。另一方面，某些动物物种对人类疾病有抵抗力，这意味着它们在某种程度上受到了保护。了解是什么使各种动物物种对“人类”疾病易感（敏感）或有抵抗力（得到来自“人类疾病”的保护），可以让我们深入了解这些疾病的机制以及如何与之斗争。其次，由于进化过程经常涉及生物“抵抗”环境中威胁其健康的事物（细菌、病毒、抗生素或农药等），进化医学可以帮助我们解决人类与传染性生物或癌细胞之间的“战斗”。最后，进化医学为我们提供了一种看待肥胖和糖尿病等“现代”人类疾病的新方法。例如，虽然肥胖是由不良的饮食习惯直接导致的，但它也是由过去人类进化的环境（食物稀缺）和今天的环境（食物容易获得）之间的不匹配造成的，这又会怎样呢?了解这种不匹配可能会为新的治疗或预防打开大门。简而言之，进化医学可能会帮助我们以新的、更有效的方式应对许多人类健康挑战!

我们能从其他物种身上学到什么?

地球上的动物种类极其多样——动物进化出许多独特的特征，帮助它们在特定的环境中生存和繁衍。一些进化的特征似乎可以保护某些物种免受常见的人类疾病，从传染病到癌症到心脏病（图1）。由于动物物种的多样性，自然界中可能有许多抗病的例子。此外，许多非传染性的“人类””疾病（癌症、糖尿病）也存在于其他物种中，包括心脏病、黑色素瘤、乳腺癌和肺癌、白内障和关节炎。通过研究患有“人类”疾病或功能失调或不患有这些疾病的动物，科学家们和医生们可能会了解到一些东西，帮助他们理解为什么人类会患有这些疾病。

图1.某些动物物种已经进化到对通常影响人类的各种疾病或功能失调具有抵抗力。研究耐药物种的独特特征可以帮助研究人员和医生更好地了解这些疾病，并可能加快新疗法或有效药的开发。人类疾病列在顶部，彩色箭头表示对每种疾病表现出抵抗力的动物。不同的颜色使箭头更容易跟随。此图最初发表于《科学前沿》。

在我们从这些知识中受益之前，必须确定动物的疾病耐受性和易感性模式。这并不容易，因为许多类型的人类疾病尚未进行跨物种研究，即使进行了研究，兽医和人类医生也没有像他们应该的那样经常交流知识。如果在圈养和野生动物死后，定期收集和研究它们的样本，就可以在数据库中收集有关它们易患疾病的信息。此类数据库可以为医生和研究人员提供信息，可能会导致新的治疗方法或有效药。

进化的“军备竞赛”

进化包括适应（Adaptation），也就是生物体遗传物质的随机变化，有助于其在环境中生存，增加其成功繁殖和将基因传递给新的世代的机会。一种理解的方法是，这是一个抵抗和反抵抗的过程，有点像国家之间的“军备竞赛”，每个国家都在不断地试图拥有最强的武器。抗生素耐药菌（Antibiotic-resistant bacteria）进化就是这一过程的一个很好的例子。细菌繁殖速度很快（每20分钟一代或更短！），所以在细菌中观察和研究适应性要比在人类或其他需要数年生长和发育的生物中容易得多。抗生素耐药性是如何发生的？让我们假设一个人感染了一种细菌，这种细菌通常对抗生素青霉素敏感。如果我们用大剂量的青霉素来“抵抗”感染，大多数感染细菌就会很快死亡。然而，如果一个或几个细菌发生了“抵抗”青霉素作用的突变，这些受保护的细菌将在药物存在的情况下继续生长。随着对青霉素敏感的细菌死亡，对青霉素耐药的细菌突然有了大量的空间和资源！不久，人体内的整个细菌种群将适应抵抗含有青霉素的环境，唯一剩下的细菌将是那些耐青霉素的（图2）！如果这些细菌传播到另一个人，由此产生的感染将对青霉素治疗无效。

图2.抗生素耐药性是如何形成的? (A)在细菌种群中，大多数细菌（蓝色）对用于治疗感染的抗生素敏感。然而，一种或几种细菌（红色）可能有一种突变来保护它们。(B)当给药时，敏感细胞会死亡，只留下耐药细胞，它们突然有了大量的空间和资源。(C)耐药细胞随后分裂，产生了新的耐药细菌种群。癌细胞对化疗产生耐药性的过程也是如此。

癌细胞的情况类似。癌症通常使用化疗药物治疗，高剂量的化疗药物会导致对这种药物最敏感的癌细胞死亡，留下一群耐化疗的癌细胞，这些癌细胞可以分裂并产生更多的耐药细胞——就像我们看到的细菌抗生素耐药性一样。一旦化疗药物停止工作，药物适应的癌症可以迅速生长，最终伤害或杀死患者。发达国家的人很少死于对药物敏感的细菌感染或癌症，所以在这两种情况下，关键的医学问题是耐药性的进化。

对抗抗生素或化疗耐药性的传统方法是不断开发新的药物来取代那些失败的药物。虽然这种方法可以在一段时间内奏效，但它是昂贵和耗时的。更重要的是，细菌和癌细胞不断适应，从而产生新的、更强的抵抗力。例如，一些细菌已经进化出了分子泵（molecular pumps），可以摆脱多种类型的药物——甚至是还没有发明的药物！与其继续开发最终会失败的新药，也许我们可以使用进化医学的方法，并解决进化过程本身！但如何实施呢？

用进化思想对抗传染病和癌症

进化医学的原理为我们对抗抗生素或化疗耐药性提供了一些思路：第一种方法是以更好的方式使用现有的药物，这种方法从一开始就不太可能导致耐药性的进化。例如，我们可以尝试联合使用药物或调整药物的浓度来减少适应性的进化，或者我们可以尝试随着时间的推移在药物之间来回切换。 癌症的适应性治疗（Adaptive therapy）旨在使用较低剂量的化疗药物——不是完全杀死癌症，而是尽可能长时间地保持其对药物的敏感性和控制。另一种被称为“灭绝疗法”（Extinction therapy）的方法确实旨在消除癌症——首先使用一种药物来减少癌细胞的数量，然后，当第一种药物仍然有效时，切换到另一种药物来杀死剩余的细胞。灭绝疗法是基于科学家们从动物种群灭绝中获得的经验——灭绝通常始于种群规模的减少，然后是新的自然事件，如严重的食物短缺或气候变化，导致剩余的个体死亡。

或者，我们可以开发出干扰进化过程本身的疗法。此类方法包括防止细菌“共享”耐药基因（它们通常做得很好），或使用其他药物与传统抗生素一起使用，这些药物只杀死那些产生耐药的细菌。为了对抗细菌感染，噬菌体疗法（Phage therapy）是另一种独特的选择；噬菌体是一种病毒，对人体细胞无害，但可以感染细菌并摧毁它们，同时产生更多的噬菌体，就像自我复制的“药物”!然而，就像细菌会对抗生素产生抗药性一样，它们也会对噬菌体产生抗药性。如果科学家们了解了导致抗药性的进化过程，他们可能能够工程化设计噬菌体，使他们感染的细菌产生“正确的”耐药性。例如，当细菌对特定的噬菌体产生耐药性时，它们会不会同时变得不那么危险或更容易受到抗生素或身体自身防御的影响呢？例如，也许噬菌体可以被设计成阻断前面提到的抗生素排出分子泵。

当进化无法跟上我们不断变化的生活

进化医学不仅可以帮助我们了解疾病的脆弱性和抵抗力，还可以帮助我们理解：快速变化的社会和文化习俗是如何导致我们当前环境与帮助我们在漫长进化历史中生存的环境中茁壮成长的特征之间的进化不匹配（Evolutionary mismatch）的。进化是一个缓慢的过程——比文化变迁慢得多。当一个生物体暴露在一个新的环境中时，过去发挥重要作用的适应性可能不再有用，反而可能导致疾病。

让我们以不良的饮食习惯及其对健康的影响为例。自第二次世界大战以来，与食物相关的健康疾病，如肥胖、心脏病和2型糖尿病，在高收入社会中一直在增加，虽然它们通常被视为“生活方式”疾病，应该通过更健康的饮食和更多的锻炼来治疗，但这些疾病可能更准确地描述为进化不匹配的问题(图3)。在我们进化的过去，食物的得到和处理要难得多，高脂肪、高热量和高糖的食品是不存在的。因此，我们的“营养生态系统”变化的速度比人类物种进化的速度还要快。我们的身体不适应于进食在今天来说容易获得的食物类型（和数量），其结果是肥胖水平的增加及其相关的健康失调症状。

图3.我们今天看到的与食物有关的健康疾病的常见现象是进化不匹配的一个例子。人体进化在消化我们祖先的食物方面用了数千年的时间，这些食物有时很稀缺，而且通常是低脂肪和低糖的。进化是一个非常缓慢的过程，而我们的“食物生态系统（Food ecosystem）”变化很快。今天，我们的身体还没有适应消化我们可以得到的食物的种类和数量，所以暴饮暴食或吃今天很容易得到的食物类型会导致疾病。

未来是进化的!

尽管医生和科学家们在了解各种疾病的病因、症状和治疗方法方面取得了很大进展，但人类仍然面临着严重的和新出现的健康威胁。我们希望你现在能更清楚地了解为什么我们的身体容易在第一现场感染疾病，以及为什么对人类健康的威胁不断出现。进化医学融合了医学科学和进化科学的知识，为我们提供了关于病毒和细菌疾病、癌症、肥胖、心脏病和2型糖尿病等疾病的独特而不寻常的见解。研究其他物种的易感性和耐药性模式可以让我们了解人类疾病；思考耐药性的进化可以为癌症和抗生素耐药性带来新的治疗方法；将“现代”人类疾病视为我们过去和当前环境之间的不匹配，可以为这些健康威胁提供新的视角。这种新颖的、混合的治疗人类疾病的方法最终可以改善全世界人民的健康。

术语表

进化（Evolution）：动物为了更好地在环境中生存而代代变化的过程。进化是通过自然选择发生的——适应性最好的动物最有可能繁殖和传递它们的基因。

进化医学（Evolutionary Medicine）：一个相对较新的领域，将进化科学的思想与医学科学的思想结合起来，目的是以新颖的方式改善人类健康。

适应性（Adaptations）：帮助有机体在其环境中生存的物理或行为特征。

抗生素耐药菌（Antibiotic-Resistant Bacteria）：进化到可以在被开发出来杀死它们的药物（抗生素）存在下存活的细菌。

适应性疗法（Adaptive Therapy）：一种癌症疗法，使用低剂量的化疗药物长时间控制癌症，而不完全杀死它。

灭绝疗法（Extinction Therapy）：一种癌症疗法，其中一种药物用于减少癌细胞的数量，然后使用第二种药物杀死任何剩余的耐药细胞。

噬菌体疗法（Phage Therapy）：利用噬菌体病毒来特异性感染并杀死细菌来治疗细菌感染；抗生素的潜在替代品。

进化不匹配（Evolutionary Mismatch）：生物体在过去环境中进化出的有益特征在当前环境中不再有用，甚至可能导致疾病。

资料来源：Frontiers for Young Minds

原文链接：

https://kids.frontiersin.org/articles/10.3389/frym.2023.1052144