Vì sao gan lại có khả năng tái tạo kỳ lạ đến vậy?

Tôi không biết bạn thế nào, nhưng tôi vô cùng bực bội vì phải tồn tại dưới dạng một sinh vật sinh học, với đủ thứ quyết định thiết kế tồi tệ mà điều đó kéo theo. Một trong những biểu hiện gần đây của nỗi bực bội ấy là câu hỏi: vì sao toàn bộ cơ thể lại là một mớ hỗn độn, ngoại trừ gan?

Hãy lấy thận làm ví dụ. Khi bạn bước vào tuổi trưởng thành, thận bắt đầu suy thoái chậm rãi. Bạn có thể làm hỏng chúng bằng những việc trông có vẻ chẳng nguy hiểm gì, như uống quá nhiều vitamin D hay dùng ibuprofen khi đang mất nước. Tổn thương đáng kể thường dẫn đến sẹo và suy giảm chức năng vĩnh viễn. Hay lấy nướu răng. Nếu bạn đánh răng quá mạnh hoặc không dùng chỉ nha khoa đủ, nướu có thể tụt xuống dọc theo chân răng và không bao giờ mọc lại. Phần lớn cơ thể đều như vậy.

Cơ thể người và câu hỏi về khả năng tái tạo

Nhưng gan thì khác. Nếu gan bị tổn thương, nó thường tự lành mà không để lại sẹo. Khi bạn già đi, gan vẫn duy trì gần như đầy đủ sức mạnh chức năng. Bạn có thể hiến một nửa lá gan cho người khác, và nó sẽ mọc lại về kích thước cùng chức năng đầy đủ chỉ trong vài tháng. Tôi muốn tìm ra kẻ đã thiết kế nên lá gan và nhờ hắn làm cho tôi một cơ thể hoàn chỉnh.

Nhưng đây là một giả thuyết: việc phần lớn cơ thể mong manh như đồ bỏ đi lại là điều tốt. Sẽ tốt hơn nếu một số bộ phận cơ thể còn mong manh hơn nữa.

Những dấu hiệu cho thấy cơ thể được thiết kế kém cỏi

Hiện tượng mãn kinh. Chúng ta vẫn đang vật lộn để dung hòa thời hiện đại với khoảng thời gian sinh sản ngắn ngủi của con người. Nhưng bạn có biết rằng mãn kinh gần như không tồn tại ngoài loài người? Ngay cả các loài linh trưởng lớn khác cũng vẫn sinh sản được gần như suốt cuộc đời. Những ngoại lệ duy nhất được biết đến là cá voi sát thủ, cá voi hoa tiêu, cá voi trắng beluga, cá voi sát thủ giả, kỳ lân biển narwhal, và một quần thể tinh tinh cụ thể ở Uganda.

Chấn thương. Nếu chân bạn bị chặt đứt, thế là hết, không còn chân nữa. Cơ thể sẽ cố mọc mô sẹo bọc lấy vết thương rồi mặc bạn tự xoay xở. Nhưng nếu bạn chặt chân của một con kỳ giông, nó sẽ mọc lại một chân mới. Đó chẳng phải là điều hiển nhiên cần làm sao? Vì sao chúng ta không làm được?

Telomere. Đầu mút các nhiễm sắc thể của bạn có một trình tự lặp lại nhỏ gọi là telomere. Khi tế bào phân chia, cơ thể cố sao chép DNA, nhưng enzyme DNA polymerase cổ điển không thể sao chép tới tận đầu mút, khiến telomere ngắn dần. Sau khi phân chia 50-70 lần, telomere biến mất, tế bào ngừng phân chia rồi dần ngừng hoạt động. Đây là một trong nhiều chiếc đồng hồ đếm ngược của quá trình lão hóa.

Cấy ghép. Nếu bạn cần một quả thận mới, và ai đó tốt bụng cho bạn một quả, cơ thể bạn sẽ phản ứng bằng cách tìm cách giết chết nó, nghĩa là bạn phải uống thuốc ức chế miễn dịch khủng khiếp suốt phần đời còn lại. Và ngay cả sau khi uống thuốc, vẫn có 30% khả năng quả thận bị đào thải trong vòng 10 năm. Điều này chẳng giúp ích gì.

Tiểu đường. Một ngày nào đó, hệ miễn dịch của bạn có thể quyết định tấn công tuyến tụy. Sau một thời gian, tuyến tụy ngừng sản xuất insulin, nghĩa là trừ khi bạn tổ chức lại toàn bộ cuộc sống quanh việc kiểm soát đường huyết, mắt, thận, dây thần kinh và tim của bạn sẽ liên tục tích lũy tổn thương. Hệ miễn dịch của bạn lẽ ra không nên tấn công tuyến tụy.

Não bộ. Sau khi bạn trưởng thành, neuron không phân chia nữa. Nếu một số neuron chết đi, chúng biến mất vĩnh viễn. Nếu bạn bị chấn thương não, các neuron khác sẽ cố "học cách vòng qua" vết thương, nhưng bản thân các neuron không bao giờ được thay thế.

Rác tế bào. Mọi tế bào đều tích lũy đủ loại "rác" theo thời gian. Khi chúng phân chia, rác bị pha loãng. Nhưng một số tế bào như neuron hay nhiều tế bào khác trong mắt không bao giờ phân chia, nên lượng rác, chẳng hạn lipofuscin, cứ tăng mãi. Đây là một chiếc đồng hồ đếm ngược khác.

Máu. Mô thịt của bạn cần máu, và cơ thể phân phối máu qua các mạch máu. Theo thời gian, mạch máu có thể bị tắc nghẽn bởi mảng xơ vữa. Việc cần làm trong tình huống này là mọc ra các mạch máu mới. Cơ thể bạn biết cách làm điều đó. Nhưng mặc định nó lại duy trì nồng độ cao các chất ức chế như angiostatin, endostatin, THBS1 nhằm bảo tế bào đừng làm vậy. Nếu tim hoặc não bị thiếu máu, cơ thể sẽ cố đảo ngược sự ức chế này, nhưng quá trình diễn ra chậm chạp, vụng về và chỉ tạo được những mạch máu tí hon.

Vậy chuyện gì đang diễn ra?

Như mọi khi trong sinh học, câu trả lời đúng là: rất nhiều thứ, và mọi thứ đều phức tạp. Nhưng tôi cho rằng có một sợi chỉ chung.

Trường hợp rõ ràng nhất có lẽ là telomere bị mài mòn khi bạn già đi. Thoạt nhìn, bạn có thể hỏi, vì sao vấn đề này tồn tại ngay từ đầu? Vi khuẩn, vì chúng không ngốc, có DNA dạng vòng tròn, không có đầu mút hay telomere. Sinh vật nhân thực như chúng ta tiến hóa từ vi khuẩn. Ai đã quyết định thay DNA vòng tròn bằng DNA mạch thẳng?

Hoặc bạn có thể hỏi, vì sao cơ thể không kéo dài telomere trở lại? Thực ra nó có làm! Chúng ta có một loại enzyme được thiết kế riêng cho mục đích đó, gọi là telomerase. Nhưng sau giai đoạn phát triển phôi thai, cơ thể không buồn dùng nó nữa, ngoại trừ trong tế bào gốc, tế bào sinh sản và một số phần của hệ miễn dịch. Hả?

Lý do chúng ta có DNA mạch thẳng thay vì mạch vòng vẫn còn gây tranh cãi. Nhưng dù sao đi nữa, nếu cơ thể muốn kéo dài telomere trở lại, nó có thể làm điều đó một cách dễ dàng. Tế bào của bạn đã có sẵn DNA để tạo ra telomerase. Chúng chỉ không dùng mà thôi. Thay vào đó, chúng để telomere ngắn dần cho đến khi ngừng phân chia và ngừng hoạt động. Vì sao?

Vì... ung thư.

Đó là câu trả lời cho câu hỏi trong tiêu đề bài viết: cơ thể người tồi tệ như vậy, ngoại trừ gan, là vì ung thư. Như chúng ta sẽ thấy, câu trả lời này chỉ đúng một nửa, và ngay cả khi đúng thì cũng kèm theo vài lưu ý. Nhưng bạn còn mong đợi gì hơn ở sinh học?

Sự đánh đổi giữa tái tạo và ung thư ở các cơ quan

Việc để telomere ngắn dần không phải là sai lầm. Đó là một quyết định thiết kế có chủ đích. Thường xuyên trong cơ thể bạn, trình tự sau đây diễn ra:

• Một số tế bào có đột biến khiến chúng bắt đầu sinh sản quá nhanh.
• Hệ miễn dịch của bạn thấy chúng khả nghi và tiêu diệt chúng.
• Bạn vẫn ổn.

Nhưng đôi khi trình tự này lại diễn ra:

• Một số tế bào có đột biến khiến chúng bắt đầu sinh sản quá nhanh.
• Chúng phát triển một thời gian, rồi vì những lý do phức tạp, chúng ngừng tăng số lượng.
• Nhưng chúng không chỉ nằm im, chúng liên tục sinh sản và chết đi, nhanh hơn nhiều so với tế bào bình thường.
• Cuối cùng, chúng phát triển thêm một đột biến khác cho phép vượt qua thứ đang kìm hãm sự phát triển của chúng.
• Quá trình này tiếp diễn một thời gian, tế bào dần tích lũy thêm các đột biến cần thiết để phát triển thành khối lớn.
• Nhưng khoan đã! Với ngần ấy lần sinh sản, đến một lúc nào đó các tế bào đột biến đã cạn telomere và không thể sinh sản tiếp được nữa.
• Ha! Cho chúng mày hết đột biến nhé!

Rõ ràng, đôi khi điều này cũng xảy ra: với ngần ấy lần sinh sản, đến một lúc nào đó các tế bào đột biến tìm ra cách bật lại telomerase. Việc này kéo dài telomere trở lại, khiến chúng có thể sinh sản vô hạn. Chúng hoặc ngừng phát triển vì lý do khác, hoặc bạn dùng nền văn minh công nghệ hiện đại để tiêu diệt và loại bỏ chúng, hoặc chúng phát triển chậm đến mức thứ khác giết bạn trước, hoặc có một kết cục kém mong muốn hơn.

Telomere bị mài mòn là điều tốt, vì nó làm chậm ung thư. Nó cũng là điều xấu, vì nó khiến cơ thể chúng ta dần ngừng hoạt động. Tiến hóa quyết định rằng cái tốt lớn hơn cái xấu, và tôi cho rằng tiến hóa đã đúng.

Vậy vì sao gan lại tái tạo kỳ lạ đến vậy?

Câu hỏi này có hai câu trả lời tiêu chuẩn. Câu trả lời thứ nhất là gan có một công việc khó khăn. Nó nằm ngay hạ nguồn của đường ruột. Nếu bạn ăn phải độc tố, sản phẩm vi khuẩn, virus hay ký sinh trùng, gan sẽ nhìn thấy chúng ở nồng độ cao trước phần còn lại của cơ thể. Không chỉ vậy, nhiệm vụ của gan là giải độc, và hóa học giải độc thường tự gây hại: gan phân hủy chất độc thành những chất độc hơn, rồi lại xử lý những chất đó theo kiểu đệ quy. Gan liên tục bị tổn thương như một phần trong bản mô tả công việc, nên nó buộc phải có khả năng tái tạo. Tiến hóa đã thiết kế nó như vậy, và nó đơn giản là nộp thuế ung thư.

Câu trả lời thứ hai là gan không hề đặc biệt. Da bạn có thể sống sót qua vết thương. Ruột bạn có thể sống sót qua sự tiếp xúc với enzyme tiêu hóa, mật và vi khuẩn. Các lớp bề mặt của cả hai đều liên tục được thay mới. Và kìa, ung thư da và ung thư đại trực tràng đều rất phổ biến.

Ở đầu kia của phổ, neuron và tế bào cơ tim không sinh sản sau thời thơ ấu. Nếu chúng chết, chúng biến mất. Kết quả là "ung thư tim" gần như không được nghe nói đến. Ung thư não thì có tồn tại, nhưng về cơ bản nó luôn nằm ở các loại tế bào não khác chứ không phải neuron.

Vậy có lẽ chúng ta có thể hình dung các phần khác nhau của cơ thể như đang thực hiện những đánh đổi khác nhau giữa khả năng tái tạo và nguy cơ ung thư.

Những phức tạp không thể bỏ qua

Một vấn đề với lý thuyết trên là không rõ liệu tái tạo có luôn là một lựa chọn khả thi hay không. Da và ruột khá đồng nhất, ít nhất là trong từng lớp. Gan có thể được xấp xỉ như một khối lớn gồm các đơn vị chức năng lặp lại. Nếu bạn hiến một nửa lá gan, các đơn vị chức năng đó sẽ to ra, và đó là cách gan mọc lại gần như đầy đủ kích thước và chức năng.

Nhưng các cơ quan khác lại có cấu trúc phức tạp cao. Neuron của bạn là một mạch phức tạp mã hóa toàn bộ ký ức và hành vi đã học. Nếu neuron sinh sản, mạch đó có thể trở nên bất ổn. Tim của bạn cũng có cấu trúc phức tạp cao. Và ngay cả khi tim có thể mọc lại, nếu bạn mất một nửa quả tim, bạn sẽ không sống đủ lâu để nó mọc lại. Về nguyên tắc, chắc chắn là hoàn toàn có thể thiết kế một quả tim mà khi lấy đi một nửa, nó vẫn bơm đủ máu để giữ bạn sống trong lúc mọc lại. Nhưng tiến hóa hoặc không tìm ra cách đó, hoặc không thấy đáng bỏ công. Dù sao đi nữa, với thiết kế tim hiện tại, tái tạo cao không có vẻ là một lựa chọn khả thi.

Phổi là trường hợp tệ nhất trong mọi khả năng, với khả năng tái tạo thấp và ung thư cao. Theo như tôi hiểu, đây là hệ quả của một thực tế vật lý: sự khuếch tán khí diễn ra chậm. Để lách qua điều đó, phổi của bạn có một hình học fractal tinh tế nhồi khoảng 100 mét vuông diện tích bề mặt vào thể tích khoảng 5 lít. Điều đó thật ấn tượng, nhưng nó khiến việc tái tạo trở nên khó khăn. Đồng thời, phổi cần tiếp xúc với đủ loại độc tố và mầm bệnh ngẫu nhiên trong không khí, nghĩa là có rất nhiều cách để đột biến xảy ra.

Và rồi thưa quý vị, đây là tuyến tụy ngu ngốc. Nhìn bề ngoài, nó có vẻ ít đặc biệt hơn phổi, với khả năng tái tạo thấp và nguy cơ ung thư chỉ ở mức trung bình. Nhưng tuyến tụy gây khó khăn hơn cho lý thuyết của chúng ta, vì nguy cơ ung thư trung bình đó tồn tại dù nó không hề tiếp xúc với thế giới bên ngoài.

Cơ quan kỳ lạ nhất: ruột non

Tin xấu cho lý thuyết của chúng ta, nhưng tin tốt cho bạn với tư cách một sinh vật sinh học. Ruột non có tiếp xúc với môi trường, và nó thay thế toàn bộ tế bào bề mặt mỗi vài ngày. Vậy mà nó rất hiếm khi phát triển ung thư. Điều đó diễn ra dù nó khá giống với đại tràng, nơi ung thư hoành hành. Cũng dù cho ruột "non" chiếm tới khoảng 90% diện tích bề mặt của đường tiêu hóa.

Ruột non và cơ chế phòng vệ trước ung thư

Về mặt sinh học, lời giải thích chính dường như là ruột non sử dụng một chiến lược phòng vệ cực kỳ tài tình. Phần tôi mới yêu thích nhất của cơ thể: trong khi các tế bào bề mặt của ruột non liên tục được thay mới, bản thân chúng không sinh sản. Thay vào đó, các tế bào gốc được bảo vệ cẩn thận, nằm trong các thung lũng giữa những nhung mao ruột, chậm rãi sản sinh ra "tế bào khuếch đại trung chuyển". Những tế bào khuếch đại trung chuyển này phân chia 4-6 lần khi di chuyển lên bề mặt, mỗi tế bào cuối cùng sinh ra 16-64 tế bào biểu mô trưởng thành. Những tế bào này dành vài ngày làm công việc biểu mô, đồng thời trượt dọc theo các tế bào chị em từ chân lên đỉnh của nhung mao mà chúng tình cờ nằm trên. Khi tới đỉnh, chúng bị đẩy vào dòng tiêu hóa để chết. Vì vậy, ngay cả khi một đột biến xuất hiện ở đâu đó, điều đó cũng không thực sự quan trọng, vì các tế bào đều đang nằm trên một băng chuyền tiến về cái chết.

Tài tình, phải không? Hóa ra, người hùng thực sự không phải là gan. Mà là ruột non.

Đây là một thách thức lớn cho lý thuyết của chúng ta. Không chỉ ruột non có ung thư thấp và tái tạo cao, nó có ung thư thấp chính vì tái tạo cao. Nếu ruột non làm được như vậy, thì vì sao phần còn lại của cơ thể lại không?

Một câu trả lời là việc đó tiêu tốn rất nhiều năng lượng. Ruột của bạn thải ra khoảng 40 tỷ tế bào biểu mô mỗi ngày, tương đương khoảng 1/3 kg mô mỗi tuần. Giống như não, ruột tiêu thụ khoảng 20% tổng năng lượng dù chỉ chiếm khoảng 2% khối lượng cơ thể. Tiến hóa không muốn làm điều đó ở mọi nơi, vì tiến hóa không muốn bạn chết đói.

Vậy nên không chỉ có sự đánh đổi giữa tái tạo và ung thư. Mà là sự đánh đổi ba chiều giữa tái tạo, ung thư và mức tiêu thụ năng lượng.

Điều này có tệ không?

Chúng ta đã bàn về nhiều cách mà cơ thể có vẻ tồi tệ. Hãy điểm lại và hỏi liệu sự đánh đổi hiện tại có còn phù hợp với thế giới hiện đại hay không.

Về chấn thương, làn da của bạn được hiệu chỉnh cho việc liên tục bị thương, điều mà hầu hết chúng ta ngày nay không còn gặp nhiều. Điều này để lại nhiều con đường sửa chữa sẵn sàng bị ung thư da lợi dụng. Tương tự, tủy xương của bạn được hiệu chỉnh để có thể phục hồi sau mất máu thảm khốc. Ngày nay chúng ta ít gặp mất máu thảm khốc hơn và đã có truyền máu, nhưng toàn bộ khả năng sinh sản đó vẫn còn để bạch cầu và ung thư hạch sử dụng. Phỏng đoán tốt nhất: sẽ tốt hơn nếu cơ thể cố gắng ít hơn trong việc phục hồi chấn thương.

Về gan, có vẻ gan tái tạo mạnh như vậy vì nó cần phải thế. Tổ tiên loài người liên tục đối mặt với ký sinh trùng, vi khuẩn và thức ăn ôi thiu. Khi bắt đầu viết bài này, tôi cho rằng điều đó nghĩa là gan đã bị "trang bị quá mức" cho thế giới hiện đại. Ngày nay chúng ta có tủ lạnh, thanh tra thực phẩm và tiệt trùng. Cuộc sống của chúng ta ít khắc nghiệt hơn và ít độc tố hơn nhiều so với tổ tiên. Nhưng... không rõ điều đó có thực sự đúng không. Suy gan vẫn cực kỳ phổ biến ngày nay. Dù chúng ta ăn ít độc tố hơn nhiều, chúng ta lại ăn những chế độ gây rối loạn chuyển hóa, tiêu thụ lượng lớn rượu, và nhiều người sống trong điều kiện đông đúc nơi viêm gan dễ lây lan. Phỏng đoán tốt nhất: chưa rõ. Chúng ta nên ngừng làm những việc gây suy gan.

Tóm lại

Ung thư là điều xấu vì ung thư là điều xấu. Ung thư cũng là điều xấu vì tiến hóa đã thực hiện những thỏa hiệp chính trị tàn nhẫn trong thiết kế mọi phần của cơ thể để cố kìm hãm ung thư. Nếu chúng ta sống trong một vũ trụ nơi ung thư là điều bất khả thi, chúng ta không chỉ không mắc ung thư, mà cơ thể chúng ta còn có khả năng tái tạo và bền bỉ hơn rất nhiều.

Theo một nghĩa nào đó, ngay cả khi bạn không mắc ung thư, ung thư vẫn gây hại cho bạn, vì cơ thể bạn buộc phải thực hiện những biện pháp phòng ngừa tốn kém. Ngay cả khi lũ man rợ không bao giờ vượt qua được tường thành, bạn vẫn phải xây bức tường đó. Ngay cả khi một ngày nào đó chúng ta đánh bại hoàn toàn ung thư, di sản của nó vẫn sống mãi trong gene của chúng ta cho đến khi chúng ta tự thiết kế lại chính mình. Chết tiệt thật, ung thư.