科學還原真相的局限性

張田勘

任何科學研究結果，無論是否接受了其他研究的證偽和證實，都只能看作是對真相的無限接近，而非完全揭示了真相。法國昆蟲學家法布爾說：“不管我們的照明燈能把光線投射到多遠，照明圈外依然死死圍擋著黑暗……”科學還原真相和事物本質規律是有局限的，尤其在生命科學和醫學領域，這樣的局限性幾乎無處不在。

由于倫理限制，很多生命科學研究只能以動物為實驗對象，這就給拼接人類生命的全貌圖帶來了更大的局限性，因為一些動物的生命機理并不能簡單推論到人。美國加利福尼亞州立大學洛杉磯分校的研究人員剛剛發表的一項研究顯示，人類和小鼠的大腦中的星形膠質細胞是不一樣的。與人類相比，小鼠的星形膠質細胞對氧化應激的抵抗力更強。氧化應激具有破壞性，這是許多神經疾病背后的機制。人類與小鼠的差異對研發治療大腦及神經系統疾病（如阿爾茨海默病、帕金森氏癥等）的藥物形成了障礙，有90%以上的新藥研發以失敗告終。

星形膠質細胞對大腦的發育和功能至關重要，它們在神經系統疾病中扮演著重要的角色。大腦受到損傷或感染后，可導致星形膠質細胞從靜止狀態變為反應狀態，在這種狀態下，它們可以修復大腦，但也會增加有害的炎癥。研究發現，小鼠的星形膠質細胞似乎比人類的星形膠質細胞更有活力，功能更強。缺氧造成的細胞損傷可以令小鼠的星形膠質細胞觸發分子修復機制（這是一種氧化應激機制），但人類的星形膠質細胞沒有這種修復機制。

由于星形膠質細胞的差異，一些針對大腦疾病的藥物對小鼠有效，但對人類不起作用，因此大部分針對大腦和神經系統的藥物難以獲得成功。可見，認識了動物的大腦，未必就能揭示人類大腦的奧秘。不過，該研究結果為未來進一步認識人腦提供了線索和方向，即通過了解小鼠和人類星形膠質細胞對炎癥反應、細胞代謝的差異來設計更好的臨床前研究。

即便是癌細胞，源自小鼠的癌細胞與人工培養的人類癌細胞也不一樣。美國約翰·霍普金斯醫學院的研究人員對22種腫瘤類型進行研究，使用基因組圖譜數據作為基線，比較了全世界實驗室中生長的657個癌細胞系、415個異種移植物、26個基因工程小鼠模型和131個類腫瘤細胞的核糖核酸（RNA）表達數據。為了研究癌癥，需要將人類腫瘤植入小鼠體內（異種移植），或者經過基因改造而讓小鼠患癌，同時還要研究類似腫瘤的組織細胞。目的是觀察和分析它們是否表現出與人類癌細胞相似或相異的特征，如生長、擴散和保留癌癥的基因特征。

研究者發現，在他們已經測試的5種腫瘤類型中，有4種（包括乳腺癌、肺癌和卵巢癌）基因工程小鼠的癌細胞與類腫瘤細胞的基因序列關聯最緊密，但是與培養皿中生長的人類癌細胞在基因上差異最大。

研究人員目前并不能解釋這種情況，但是他們推測，人類細胞的自然環境和實驗室生長環境之間存在復雜差異，在實驗室中生長的癌細胞系與人類來源的癌細胞存在差異，甚至與小鼠的癌細胞也不相同。一旦將腫瘤從人體或動物的自然機體中取出，細胞系就開始發生變化。

因此，培養皿中培養的人的癌細胞、小鼠身上的癌細胞和人活體中生長的癌細胞對不同的藥物和療法的反應就有差異，這也是癌癥藥物難以研發和癌癥難以治療的重要原因。

不僅動物大腦細胞與人腦的細胞有差異，其他感覺細胞也有差異。一項新的研究表明，小鼠的視覺細胞與人類不同，二者感知的自然世界也有極大差異。德國慕尼黑大學和圖賓根大學的研究人員研發了一種低成本相機，用于觀察老鼠視網膜敏感的綠色和紫外線光譜區域。結果發現，老鼠的視網膜中有兩種視錐細胞（負責色覺的感光細胞）。這些細胞可以探測光譜中綠色和紫外線區域的電磁輻射。老鼠看天空時，其視網膜上半部分對紫外線特別敏感，而在看地面時，老鼠視網膜的下半部分對綠色區域顯示出更高的敏感度。這可能是演化的結果，因為可以幫助老鼠感知空中的猛禽，并采取躲避行動。但是，老鼠的視網膜仍然以視桿細胞為主，因為它們習慣于晚上或在地下活動，而視桿細胞負責分辨明暗。相比而言，人類的視網膜盡管也是以視桿細胞為主，但還有三種負責色覺的視錐細胞，分別對紅光、綠光、藍光產生最佳反應，也稱為三色視。每種類型的視錐細胞可以讓人眼分辨約100級色調，具有三色視的人理論上可以分辨出 100萬種色調。這也意味著，僅對老鼠的視覺細胞進行研究獲得的治療視覺疾病的藥物和療法，有時候對人類有效，有時則可能南轅北轍。

即便是針對人體的實驗研究，活體與死亡后的組織細胞也不一樣。研究人員發現，同樣是大腦神經膠質細胞，死亡后與活體時也有差異。美國伊利諾伊大學的研究人員從死亡12小時的人體取下大腦，然后比較它與剛剛切除的活體新鮮腦組織的異同。新鮮的腦組織來自20名做癲癇手術的病人的大腦組織。結果發現，大多數腦組織里的基因活性在24小時內保持穩定，神經元（神經細胞）的基因活性卻迅速耗盡，但令人驚奇的是，神經膠質細胞的基因表達變頻繁了。其實，這符合神經膠質細胞的特點，因為一旦大腦出現問題或受損，神經膠質細胞會嘗試糾正和修復系統，而死亡是最重大的“錯誤”。神經膠質細胞具有炎癥性，死亡后神經膠質細胞會增加，其作用是清除腦缺氧或卒中后的產物。

過去人們認為，人死亡后，大腦中的神經細胞也與其他組織器官一樣停止了新陳代謝。但是，最新的研究表明，人腦中的神經膠質細胞實際上會更加活躍，就像是“僵尸細胞”，會提升基因表達效率。這一研究也表明，如果要真正獲得自閉癥、阿爾茨海默病和精神分裂癥等大腦疾病的病理和病因，只研究死亡人體的腦組織是不夠的。但是，由于倫理的限制，不可能活體解剖人類的大腦。一種替代的方法就是解剖動物的大腦，不過在病理機制上，動物大腦與人腦有較大的不同。所以，在人死亡后24小時內研究人體和人腦就顯示出巨大意義，因為在這段時間，人腦中的某些組織和細胞還處于活躍狀態。

盡管科學研究不可能完全揭示事物的真相，但還是會持續下去，因為每一項研究結果就像是一塊拼圖，可以用來還原事物真相。不過，拼出真實圖景的進展是異常緩慢的。

知道了動物與人的研究有不同，也獲得了對事物的進一步的認知，離獲得真實的圖景也更近了，下一步也就有可能拼接出初步的景象。科學家對人類基因組的研究，也是一段一段地拼接出來的。正如法布爾所說：“我們已經注定要做的事情，就是使微不足道的已知領域再擴大一點范圍……讓我們從一個點到另一個點地移動自己的提燈吧。隨著一小片一小片的面目被認識清楚，人們最終也許能將整體畫面的某個局部拼接出來。”