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体内住着另一个人?“嵌合体”现象不是神话

《科技生活》周刊||热度 ( )

编译 王小艳 编辑 丁林

最近,一篇名为《一对夫妻生的娃DNA检测竟然是叔叔的,咋回事》奇文在网络流传,讲述美国一位30岁的父亲在出生前的“宫斗”中“吞噬掉自己的兄弟”,但这位兄弟通过发育成生殖系统,让这位爸爸戴了绿帽子云云。

其实这个故事并不新鲜:2014年6月,美国华盛顿州一个33岁的男子和妻子通过试管婴儿的方式,生下了一个健康的男孩。但奇怪的是,孩子的血型和父母的都对不上。后续的两次亲子鉴定的结果均显示妈妈的确是亲生母亲,但爸爸并不是亲生父亲。这家人开始认为,肯定是生育诊所把精子弄错了。但这个爸爸是捐精当天诊所内唯一的白人客户,不可能轻易弄错。无奈之下,他们找到了一家基因测试公司,做了一次更加全面的基因测试。2014年年底,这对夫妻收到了测试结果:孩子是这位爸爸的“兄弟”的。这位爸爸是独子,孩子的DNA怎么可能来自于“叔叔”?

原来,这位父亲的精子中90% 来源于他自己,而其余的10% 则属于他从未出生的孪生兄弟——由于母体自身的情况或是胎盘营养的问题,双胞胎中的一员有时会死亡,或者被另一个“吸收”(这些情况统称“双胞胎消失综合征”)。30多年前,这位父亲在他母亲的子宫中吸收了一个他的双胞胎,变成了两个胚胎的“嵌合体”——从某种角度来说,他既是自己孩子的父亲、又是孩子的伯/叔父。

嵌合体比想象中常见

所有人都知道,双胞胎有同卵双胞胎和异卵双胞胎两种:在人类的每1000次生育中,大约会有3位孕妇产下同卵双胞胎、6位生下异卵双胞胎。然而,子宫中的双胞胎和多胞胎会有20%~30%被胎盘、母体或“兄弟姐妹”们吸收掉。如果一个胚胎在母亲怀孕很早期死亡,那么这个胚胎的部分细胞就会被另一个胚胎吸收。这个剩下的胎儿就会有两套细胞——自己的原始细胞加上另一个胚胎的细胞。

不过,许多人终其一生也不知道自己是嵌合体。1953年,《英国医学期刊》报道了最早的嵌合体案例:一位女性在献血时被发现同时有两种血型。最终,科学家证实她是一个嵌合体。

2002年,美国籍妇女Lydia Fairchild因申请社会救济,向医院申请DNA报告以证明与已经出生的两个孩子的亲属关系——结果发现孩子都不是她的,Fairchild因此被控诱拐别人小孩和诈骗社会福利,并被强迫与她的孩子分开。当她生第三个孩子时,法官要求见证人全程录影,并保证她与小孩的血液样本被立刻送往化验。两个星期后,报告出炉——她也不是那从她子宫生出的小孩的母亲。控方感到惊讶,其中一名律师翻阅医学文献,在《新英格兰医学期刊》发现一个类似案例:事主是一名52岁女子Karen Keegan。她因为需要换肾,便和两名成年儿子接受基因检验,以决定谁比较适合捐肾,却发现两名儿子的基因都与她不符。医生困惑了两年后才发现,她是一位人类嵌合体。受到这个案例启发,后来法院发现Fairchild也是一位人类嵌合体——她头发和皮肤的DNA和她子宫组织的DNA完全不同。

为人母者都是“微嵌合体”

除了吸收同胞兄弟,许多人在出生后也有可能成为嵌合体。根据2004年《自然》旗下《骨髓移植》发表的一份研究综述:输血会暂时让受体携带一些来自于捐献者的细胞;而接受骨髓移植的患者,则将永久成为一个嵌合体——他们拥有与供体基因完全相同的血液细胞。

只有一小部分细胞来源于他人的嵌合体也称为“微嵌合体”。除了输血之外,微嵌合体也可能发生在一个怀孕的女性身上——胎儿的少量细胞会通过血液循环流进她的身体器官内。2015年的一项研究表明,这种情况几乎发生在所有孕妇的身上:研究人员调查了26位在怀孕期间或是分娩后一个月内死亡的孕妇,分别检测了她们的肾脏、肝脏、脾、肺组织样本、心脏和大脑。他们发现,这些孕妇的所有组织内都有胎儿的细胞。

在2012年发表于《公共科学图书馆·综合》的另一项研究中,研究人员分析了年龄在32-101岁的59名已经死亡的女性的大脑。他们发现,有63%的女性大脑中有胎儿细胞中的Y染色体。在大脑中残留胎儿细胞的最老女性已经94岁——这表明,胎儿细胞也可能会在母体内停留一辈子的时间。

嵌合双胞胎“喜当爹”非常罕见

虽然嵌合体并不稀有,但许多被吸收的胚胎只是发育成了不被注意的身体部分。让故事中这位嵌合体爸爸变得不同寻常的是:他所融合的双胞胎兄弟胚胎,有一部分发育成了生殖细胞(后期发展成精子的细胞)。

异体细胞可以在胚胎发育的早期“混进”组织,并且不会有免疫排异反应——因为胎儿的免疫系统此时还不会将这些细胞视为“外来入侵”,而是把这位父亲的孪生兄弟的DNA当成是他自己的。这位父亲的兄弟很可能不仅成为了生殖系统的一部分,因为他的皮肤也显示出了不同的纹路和颜色——从各种证据中甚至可以推断出“兄弟”的皮肤略暗于他。

另一种罕见的“嵌合”双胞胎是“寄生双胞胎”—— 一个胎儿正常生长,另一个“寄生”在前者身上的某部位,且分离后无法生存。乍看起来,寄生双胞胎也是“身上长了个怪叔叔”的情况,但它其实不属于嵌合体,而是同卵双胞胎在分离时并未完全分裂产生的情况。寄生双胞胎非常罕见,每100万个新生儿中只有一个。在非常极端和罕见的情况下,可以发现一个胎中胎,但被寄生的一方完全是无意识的。

▲个体中存在不同 遗传信息的细胞, 就是嵌合体(来源: 《科学家》)

不只嵌合体“随身携带”多套基因

并不是所有的“嵌合”都来源于两个不同受精卵的融合。在胚胎发育的过程中,细胞分裂时染色体分离错误或产生了突变,也会导致个体内出现两套或多套不同的基因。这种个体也被称为“镶嵌体”。

嵌合体的学名“Chimera(奇美拉)”原是神话中的怪兽,它的各个躯体部分仿佛来自不同的动物——这与嵌合体融合不同个体的方式一致;而镶嵌体的学名“Mosaic(马赛克)”原指镶嵌壁画——这些个体中的细胞也的确暗合镶嵌壁画“相同材质、不同颜色”的特点。

一个世纪以前,遗传学家发现有些动物罕见地带有奇怪的皮毛斑块。但是,这些动物的父母系均没有这些斑块的基因。研究者最终发现:在它们的胚胎发育中,某些皮肤细胞发生了突变,从而分裂产生了一个颜色突出的斑块。当然,在基因测序时代之前,人类还很难研究“镶嵌现象”,科学家们也只能发现那些突变明显的案例。

但在过去的20年里,随着DNA测序技术变得越来越便宜,科学家们开始大量研究人类DNA的排序情况。新的研究结果显示,细胞的镶嵌现象是非常常见的——即使在健康人的细胞中。2012年,耶鲁大学科学家研究了结缔组织中“成纤维细胞”的突变,发现30%的成纤维细胞带有至少一个DNA片段的意外复制或删除。

▲嵌合现象的研究刚刚起步。图中左起为野生型小鼠、嵌合大鼠细胞的小鼠、嵌合小鼠细胞的大鼠、野生型大鼠(来源:斯坦福大学)

嵌合细胞的研究刚刚起步

从上世纪发现第一例嵌合体案例开始,基因的嵌合已经在许多医疗研究中扮演着重要的角色:新的血液检测技术不断完善,以确定来自于献血者的细胞是否会在被输血者体内产生并发症;一些类型的细胞嵌合与“自身免疫疾病”的风险有关(免疫系统会错误地排斥、攻击嵌合细胞);那些从胎儿传输到母体的细胞具有干细胞特性,似乎对母体的组织修复产生一定的影响……

了解嵌合体的来源、形成机制以及嵌合形式,有助于揭晓何种机制允许一个人体内的免疫系统接纳不同遗传系谱的基因——这样的研究可以开拓出对癌症或自身免疫系统疾病的新疗法。

同时,法医也对人体众多个基因组感兴趣——当他们试图通过DNA来匹配罪犯或是受害者时,他们不希望被那些携带多套基因的人所误导。2012年《国际法医科学:遗传》上发表的一次美国华盛顿州性侵案件中,法医们就发现犯罪嫌疑人的唾液样本和他的精子样本的基因是不匹配的,他是一个嵌合体。骨髓移植也会混淆法医的侦查。有奥地利研究人员从77名9年内接受了骨髓移植的患者中取出口腔黏膜样本进行检测。其中74%的样本中发现了混合的基因,这些基因来自于他们自己和骨髓的供体——显然,骨髓干细胞不仅会取代血液细胞,还通过某种方式成为了口腔上皮细胞。

而对于大多数人而言,携带“多基因组”则会给基因检测造成很大困难。体检时测试血液细胞的DNA,有可能错过身体其他器官潜在的病变。

生物学新学派认为我们都是共生生物

看来“嵌合”给我们带来的只有头疼……不过从另一个角度来看,我们每个人都是“嵌合体”。我们通常认为自己是一个单一的个体,但当你开始思考自己究竟是谁的时候,真的认为自己是一个独立的个体么?

生物学中有一个新的学派,认为我们并非单独的个体,而是共生生物——我们带有数以百万计的细菌和其他微生物,它们实实在在地影响着我们的基因表达。在这一观念中,嵌合体不再是遗传悖论,相反,它仅仅是另一种富于变化的进化现象。■

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