「睾丸是和大脑最像的人体器官」这一结论有什么实际意义么?


论文作者:大脑和睾丸比以前想象的更相似

媒体 A:睾丸是与大脑最相似的人体器官。

知乎:睾丸是和大脑最像的人体器官。

自媒体:男性大脑与睾丸存在惊人相似之处!男人果真靠下半身思考!

  • 看来自媒体还是有点节操嘛,至少没有说「睾丸就是男人的第二大脑」。

我们不妨分析一下原论文究竟说了什么[1]

原标题:

Brain and testis: more alike than previously thought?

人类的大脑和睾丸之间存在一定的相似之处,并非研究者的发明,而是 40 年以来都有相关的研究。

例如,2003 年的研究表明,人类大脑和睾丸之间有相似的基因表达模式[2]

2007 年的研究表明,男人的智力与精子浓度、精子计数,以及精子活力具有呈正相关[3],总之,智力和精子质量具有相关性(注,这里并没有智力影响精子质量的结论)。

2012 年的研究表明,睾丸功能失调也与大脑(神经功能障碍)具有明显的相关性[4]

睾丸与大脑的共同特征,除了标题已经说明的大量共同蛋白质外,还有括细胞外渗过程的共同特征,以及受体和信号通路的相似性。常见的蛋白质主要参与胞吐、组织发育和神经元 / 脑相关的生物过程。

正因为睾丸和大脑共用了最多的蛋白质,所以睾丸和大脑也共用了最多的基因(蛋白质的编码信息储存在基因中的)。

看到这里,有一点生物学基础的人,可能会有一种错觉:难道男人真的是下半身思考的动物?

但其实,相关的蛋白质机制,与大脑与睾丸的主要功能没有多少直接关系。

大脑和睾丸的主要功能:

◆大脑:神经系统的控制中心,接收来自感觉器官的信号,并将它们转化为多个生理部门的功能信息,负责语言的产生、记忆的储存以及思想和情感的阐述。

◆睾丸:产生配子(精子),合成 / 分泌激素(主要是睾酮)。

那么,是什么造成大脑和睾丸在蛋白质机制上具有如此高的相似性的?

人类的大脑主要由两种细胞组成:

  • 神经元
  • 神经胶质细胞

我们知道,神经元是神经系统最基本的结构和功能单位,它们才是神经系统的灵魂。

但我们今天的主角却是神经胶质细胞,分为:

  • 星形胶质细胞
  • 少突胶质细胞
  • 小胶质细胞
  • 室管膜细胞

神经胶质细胞是干什么的呢?

  • 它们的主要功能是连接和支持各种神经成分,以及分配营养、参与修复和吞噬的作用。

睾丸内的曲精小管,是精子产生的场所,里面主要有两种细胞:

  • 生殖细胞
  • 支持细胞

曲精细管之间还存在:

  • 间质细胞

主要负责产生睾酮,促进相关的生理功能。

而此次的主角不是生殖细胞,而是支持细胞,配角间质细胞

  • 支持细胞的主要功能是为精子提供营养和保护。

总的来说,神经系统中的星形胶质细胞,以及睾丸中支持细胞,为神经元和生殖细胞的新陈代谢、生理、营养,以及发展和生存,都起到至关重要的作用。

一言以蔽之:它们相当于首席辅助。

而人类大脑的认知功能,以及睾丸精子发生,都是一个十分消耗能量的过程。

为了给神经元和生殖细胞提供大量的能量,各大辅助自然就需要密切配合:

  • 星形胶质细胞产生的乳糖会被传送给神经元,作为神经元突触活动的首选能源。
  • 在睾丸中,支持细胞会把葡萄糖转化为乳酸,为精子发生提供能量。

除了能量代谢,神经元和精子都高度依赖微量元素硒,缺硒会增加神经毒性和精子发生受损的易感性。

除了高耗能外,大脑和睾丸还是高耗氧系统,特别容易受到氧化损伤。与其他组织相比,大脑和睾丸氧化应激相关的基因(例如编码过氧化氢酶的基因)转录水平最低。

也正是因为这个原因,大脑和睾丸都有特定的血液组织屏障:

  • 血脑屏障
  • 血睾屏障

大脑和睾丸,还会产生丰富的多不饱和脂肪酸(PUFAs),在器官功能和发育中起到重要作用。

大脑和睾丸,在内分泌和神经系统上的渊源:

在睾丸中分泌睾酮的间质细胞,本质上也属于一种神经内分泌细胞。星形胶质细胞和少突胶质细胞的标记分子,也在间质细胞中被检测到。

精子发生的首席辅助支持细胞,也会表达一些神经元和胶质细胞的特异性蛋白。

神经丝蛋白的三种亚型(GFAP、GalC、CNPase),也同时存在于间质细胞和支持细胞之中。

细胞骨架、运动上的些相似性:

除此之外,在神经元极化、延伸、形状和神经传递过程,高度依赖马达蛋白。

而精子在有丝分裂、减数分裂过程中,马达蛋白也起到至关重要的作用。

总的来说,因为高耗能、高耗氧、同源性等等相似性,造成大脑和睾丸的辅助们,也具有高度的相似性。

当这些“辅助”出现了相似的问题,大脑和睾丸自然也就表现出了相似的缺陷。

研究人员,对 15 个人体组织中的 33689 个基因的表达,进行了大规模分析,发现大脑和睾丸具有 364 个共同表达的基因。

大脑和睾丸共同表达的蛋白质,共有 13442 种:

可以看出,睾丸表达的蛋白质种类,甚至比大脑多 1000 多种

其中具有高表达的蛋白质 29 种。

值得注意的是,高表达的蛋白质仅仅只占共用蛋白质的 0.2%。

  • 论文中并没有探讨相应的比例关系,以及进一步的阐述。

这些高表达的蛋白质,有 31%(换算一下,就是 9 种蛋白质)参与脑功能发育,同时参与睾丸发育的有 7%(仅仅只有 2 种蛋白质)。

  • 论文中用百分比阐述,看起来并不直白。

暗含了这样的信息:

  • 参与大脑发育和功能的高表达的蛋白质只有 9 种,而参与睾丸发育和功能的高表达蛋白质仅仅只有 2 种。

和整个人体的高表达蛋白质相比,种类实在是太少了。

但无论怎么样,除了高表达蛋白质外,大脑和睾丸的确具有高比率的共用蛋白质。

所以同一蛋白的改变,才可能同时导致大脑和睾丸功能障碍。

在人类中,还有 60 个与黑猩猩不同的蛋白质编码基因。这些基因在大脑和睾丸中的高水平表达,与人类表型特征和认知能力有关。

除了辅助外,我们的主角,神经元和精子之间,其实也具有一定的相似性。

例如神经元可以激活其它神经元,而精子可以激活卵子。神经信号传递以及受精过程都存在胞吐(突触传递,顶体反应),它们都具有高浓度多不饱和脂肪酸、神经元受体、兴奋细胞、Ca2+ 离子通道及相关信号功能,还有一些共同信号通路等等。

但值得注意的是,有一些相似性其实是比较牵强的。

最后,论文中还排除重复蛋白质,专门对神经元和精子中的蛋白质组进行了对比分析。

神经元的蛋白质组有 13193 个蛋白质,精子的蛋白质组有 6653 个蛋白质,二者共用 5048 个蛋白质。

相同蛋白质中,较高表达的有 684 种。

从对比也可以看出,神经元的蛋白组其实比生殖细胞丰富得多。个人猜测,很有可能和胚胎早期神经系统和生殖系统发育的渊源有关。

论文中提到,大脑和睾丸在基因和蛋白质上的相似性,也并非人类所特有,而是广泛存在与包括啮齿类在内的其它哺乳动物中。

最后分析一下,论文可能存在争议的部分:

虽然论文提到与其他人体器官相比,人类的大脑和睾丸拥有最多的共同蛋白质。但论文却没有给出,人体其它器官与大脑数据的对比。

人体生理功能的主角就是蛋白质,主要统筹控制的都是神经系统和内分泌系统,整个人体无论任何细胞、组织、器官的生理功能,必然会有一些相同的蛋白质参与。一些生理环境更相近、或者同源性更高的组织器官,也自然具有更高比例的相同蛋白质。

论文并没有给出其它器官的数据对比,所以我们无法判断,与大脑居于首位差异和睾丸,和第二位差异器官的数据差异有多大。

例如,同样是相似性。

第一组数据是:90%、80%、70%、60%……

第二组数据是:90%、40%、30%、20%……

第一组表明,整个人体内具有相似的大环境,每一种组织器官的蛋白质共用比例都很高,具有最高相似性的器官并不十分特别。

第二组表明,人体内的大环境相似度有限,出现了高度相似的情况,大概率存在某些特殊的原因。

除此之外,论文研究者是把所有器官和大脑、睾丸对比,也没有对比其它器官之间的共性。

或许五脏之间的共性会远远大于大脑和睾丸(注:这里只是一个假设,没有依据),那么大脑和睾丸之间的这点共性,就不会显得很特别了。

除此之外,在人体大环境中,只要给这些器官的相似性排个序,那必然会出现某一个器官与大脑的相似性排在第一位。

我们假设这一次的主角不是睾丸,而是其它的某个器官,例如肾脏。

那么研究者也必然会去寻找各种共同特征,来探究相似性的原因。

最终经过自媒体传播之后,就会得出这样的结论:

  • 人类的脑子天生就是走肾的。

除此之外,按照这样的研究方法,女性也必然有某个器官和大脑具有最高的相似性,但我们并不知道这是哪个器官。

或许研究者知道,但研究者没说。至于为什么不说,不得而知。

这个器官和大脑的相似性与大脑和睾丸的相似性,又有多大的差异,更是不得而知。

当然,并不是否定研究者的成果,毕竟该研究在男性生殖、大脑功能的分子机制方面,还是很有启示意义的。

只是一些媒体大做文章之后,就完全变了一个味道。

大脑和睾丸碰撞出的火花,噱头味总是很足。

没有在 C 盘装东西,桌面也没文件,为什么 C 盘莫名其妙就满了?
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