科学还原真相的局限性

张田勘

任何科学研究结果，无论是否接受了其他研究的证伪和证实，都只能看作是对真相的无限接近，而非完全揭示了真相。法国昆虫学家法布尔说：“不管我们的照明灯能把光线投射到多远，照明圈外依然死死围挡着黑暗……”科学还原真相和事物本质规律是有局限的，尤其在生命科学和医学领域，这样的局限性几乎无处不在。

由于伦理限制，很多生命科学研究只能以动物为实验对象，这就给拼接人类生命的全貌图带来了更大的局限性，因为一些动物的生命机理并不能简单推论到人。美国加利福尼亚州立大学洛杉矶分校的研究人员刚刚发表的一项研究显示，人类和小鼠的大脑中的星形胶质细胞是不一样的。与人类相比，小鼠的星形胶质细胞对氧化应激的抵抗力更强。氧化应激具有破坏性，这是许多神经疾病背后的机制。人类与小鼠的差异对研发治疗大脑及神经系统疾病（如阿尔茨海默病、帕金森氏症等）的药物形成了障碍，有90%以上的新药研发以失败告终。

星形胶质细胞对大脑的发育和功能至关重要，它们在神经系统疾病中扮演着重要的角色。大脑受到损伤或感染后，可導致星形胶质细胞从静止状态变为反应状态，在这种状态下，它们可以修复大脑，但也会增加有害的炎症。研究发现，小鼠的星形胶质细胞似乎比人类的星形胶质细胞更有活力，功能更强。缺氧造成的细胞损伤可以令小鼠的星形胶质细胞触发分子修复机制（这是一种氧化应激机制），但人类的星形胶质细胞没有这种修复机制。

由于星形胶质细胞的差异，一些针对大脑疾病的药物对小鼠有效，但对人类不起作用，因此大部分针对大脑和神经系统的药物难以获得成功。可见，认识了动物的大脑，未必就能揭示人类大脑的奥秘。不过，该研究结果为未来进一步认识人脑提供了线索和方向，即通过了解小鼠和人类星形胶质细胞对炎症反应、细胞代谢的差异来设计更好的临床前研究。

即便是癌细胞，源自小鼠的癌细胞与人工培养的人类癌细胞也不一样。美国约翰·霍普金斯医学院的研究人员对22种肿瘤类型进行研究，使用基因组图谱数据作为基线，比较了全世界实验室中生长的657个癌细胞系、415个异种移植物、26个基因工程小鼠模型和131个类肿瘤细胞的核糖核酸（RNA）表达数据。为了研究癌症，需要将人类肿瘤植入小鼠体内（异种移植），或者经过基因改造而让小鼠患癌，同时还要研究类似肿瘤的组织细胞。目的是观察和分析它们是否表现出与人类癌细胞相似或相异的特征，如生长、扩散和保留癌症的基因特征。

研究者发现，在他们已经测试的5种肿瘤类型中，有4种（包括乳腺癌、肺癌和卵巢癌）基因工程小鼠的癌细胞与类肿瘤细胞的基因序列关联最紧密，但是与培养皿中生长的人类癌细胞在基因上差异最大。

研究人员目前并不能解释这种情况，但是他们推测，人类细胞的自然环境和实验室生长环境之间存在复杂差异，在实验室中生长的癌细胞系与人类来源的癌细胞存在差异，甚至与小鼠的癌细胞也不相同。一旦将肿瘤从人体或动物的自然机体中取出，细胞系就开始发生变化。

因此，培养皿中培养的人的癌细胞、小鼠身上的癌细胞和人活体中生长的癌细胞对不同的药物和疗法的反应就有差异，这也是癌症药物难以研发和癌症难以治疗的重要原因。

不仅动物大脑细胞与人脑的细胞有差异，其他感觉细胞也有差异。一项新的研究表明，小鼠的视觉细胞与人类不同，二者感知的自然世界也有极大差异。德国慕尼黑大学和图宾根大学的研究人员研发了一种低成本相机，用于观察老鼠视网膜敏感的绿色和紫外线光谱区域。结果发现，老鼠的视网膜中有两种视锥细胞（负责色觉的感光细胞）。这些细胞可以探测光谱中绿色和紫外线区域的电磁辐射。老鼠看天空时，其视网膜上半部分对紫外线特别敏感，而在看地面时，老鼠视网膜的下半部分对绿色区域显示出更高的敏感度。这可能是演化的结果，因为可以帮助老鼠感知空中的猛禽，并采取躲避行动。但是，老鼠的视网膜仍然以视杆细胞为主，因为它们习惯于晚上或在地下活动，而视杆细胞负责分辨明暗。相比而言，人类的视网膜尽管也是以视杆细胞为主，但还有三种负责色觉的视锥细胞，分别对红光、绿光、蓝光产生最佳反应，也称为三色视。每种类型的视锥细胞可以让人眼分辨约100级色调，具有三色视的人理论上可以分辨出 100万种色调。这也意味着，仅对老鼠的视觉细胞进行研究获得的治疗视觉疾病的药物和疗法，有时候对人类有效，有时则可能南辕北辙。

即便是针对人体的实验研究，活体与死亡后的组织细胞也不一样。研究人员发现，同样是大脑神经胶质细胞，死亡后与活体时也有差异。美国伊利诺伊大学的研究人员从死亡12小时的人体取下大脑，然后比较它与刚刚切除的活体新鲜脑组织的异同。新鲜的脑组织来自20名做癫痫手术的病人的大脑组织。结果发现，大多数脑组织里的基因活性在24小时内保持稳定，神经元（神经细胞）的基因活性却迅速耗尽，但令人惊奇的是，神经胶质细胞的基因表达变频繁了。其实，这符合神经胶质细胞的特点，因为一旦大脑出现问题或受损，神经胶质细胞会尝试纠正和修复系统，而死亡是最重大的“错误”。神经胶质细胞具有炎症性，死亡后神经胶质细胞会增加，其作用是清除脑缺氧或卒中后的产物。

过去人们认为，人死亡后，大脑中的神经细胞也与其他组织器官一样停止了新陈代谢。但是，最新的研究表明，人脑中的神经胶质细胞实际上会更加活跃，就像是“僵尸细胞”，会提升基因表达效率。这一研究也表明，如果要真正获得自闭症、阿尔茨海默病和精神分裂症等大脑疾病的病理和病因，只研究死亡人体的脑组织是不够的。但是，由于伦理的限制，不可能活体解剖人类的大脑。一种替代的方法就是解剖动物的大脑，不过在病理机制上，动物大脑与人脑有较大的不同。所以，在人死亡后24小时内研究人体和人脑就显示出巨大意义，因为在这段时间，人脑中的某些组织和细胞还处于活跃状态。

尽管科学研究不可能完全揭示事物的真相，但还是会持续下去，因为每一项研究结果就像是一块拼图，可以用来还原事物真相。不过，拼出真实图景的进展是异常缓慢的。

知道了动物与人的研究有不同，也获得了对事物的进一步的认知，离获得真实的图景也更近了，下一步也就有可能拼接出初步的景象。科学家对人类基因组的研究，也是一段一段地拼接出来的。正如法布尔所说：“我们已经注定要做的事情，就是使微不足道的已知领域再扩大一点范围……让我们从一个点到另一个点地移动自己的提灯吧。随着一小片一小片的面目被认识清楚，人们最终也许能将整体画面的某个局部拼接出来。”