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癌症与人类自身进化:共存之路

2012年12月14日14:12
作者:译言网
原标题 [癌症与人类自身进化:共存之路]

  尽管对癌症已经研究了几十年,人们还是没有达成关于癌症理论的共识,也无法解释为什么几乎在所有的健康细胞中,都潜伏着一个高效的癌症子程序,其可以被各种因素激活——辐射、化学物质、炎症以及感染。这表明癌症并不是现代才出现的畸变产物,而是有着漫长的进化路径。

  医学把癌症当做这样一种疾病:异常细胞增殖失控,并在人体内肆意扩散。癌症疗法聚焦于在肿瘤杀死宿主前消灭癌细胞。不幸的是,我们一方面强调癌细胞是有缺陷的失控大炮,另一方面又说癌细胞用顽固的方法蒙骗了机体的防御系统和医生的“兵工厂”。这两种说法自相矛盾。

癌细胞
癌细胞

  因其邪恶狡诈地行迹,癌症可谓一个冷酷无情的敌人。癌细胞被预先编程去执行目的明确的异常变异。这些变异似乎是被预先设计好用以协助癌细胞增强其生存能力,以及在血液中的散播速度。人类自身甚至还会充当同谋——肿瘤会利用化学信号在远端器官营造“癌细胞友好”生存区。

  研究人员在热切寻找难以捉摸的“癌症治愈方法”,但很少有人退一步,问一个非常基本的问题:癌症为什么会存在?在生命长河中癌症又扮演什么角色呢?令人震惊的是,尽管对癌症已经研究了几十年,人们还没有达成关于癌症理论的共识,也无法解释为什么几乎在所有的健康细胞中,都潜伏着一个高效的癌症子程序,其可以被各种因素激活,如辐射、化学物质、炎症以及感染。

  癌症植根于生命的本源,某些“激扰”可将其从沉睡中唤醒。这表明癌症并不是现代才出现的畸变产物,而是有着漫长的进化路径。这一猜疑有事实依据:不仅人类会罹患癌症,哺乳动物、鱼类、爬行类动物甚至植物也难逃癌症的魔爪。科学家已经识别出有上亿年之久的癌细胞基因。显然,只有在生物学史的背景下,我们才能彻底了解癌症。

  与此相关的两次进化过渡期引人注目。第一次出现在20亿年前,自然界出现了含有线粒体(能给细胞供能的小型“工厂”)的复杂大细胞。生物学家认为线粒体是残余的古细菌。在癌症恶化时,线粒体会经历彻底改变其化学与物理特性的系统变化,这一点能明显说明问题。

  从地球的大部分历史进程来看,生命只存在于单细胞有机体中。然而,随着时间的流逝,出现了一种新的可能。地球的大气层被一种剧毒、活性化学物质——氧气(其是光合作用产生的废气)污染了。细胞逐步进化出了巧妙策略,不是避免氧气累积,就是在内脏中与氧化危害作斗争。但是一些有机体变废为宝,找到了将氧气开发成强大新能源的方法。在近代的有机体中,线粒体正是利用氧气为细胞供能。

  大量耗氧型细胞的出现,为与癌症相关的第二次进化过渡期铺平了道路——多细胞生物出现了。从基本的生命逻辑来看,这需要经历巨大的变化才能完成。不停繁殖是单细胞生物的要事,从此意义而言,它们是永生的。但是对于多细胞生物而言,普通细胞将他们的不死性“外包”给能将基因传递给后代的特殊胚芽细胞——精子和卵子。死亡是普通细胞为此付出的代价;多数细胞能进行短暂复制,但是一旦到了使用期限,预设编程会让它们自杀身亡,此过程也被线粒体控制,称之为“细胞凋亡”。

  肿瘤打破了生殖细胞与其余细胞间的“契约”。恶性细胞会让凋亡失效,企图让自己得到永生,随着它们的生存环境开始出现过密状态,肿瘤就形成了。从这层意义上说,很长时间以来,人们认为肿瘤倒退回到了之前的“自私细胞”时代。不过,最近的研究进展允许我们美化这一图景。例如,癌细胞可以在低氧甚至无氧的环境下“茁壮成长”,回复到早期比较低效的“发酵”新陈代谢模式。

  有机体能隐匿反应祖先历史的古代特征,生物学家对此非常熟悉。例如,有的人天生就有尾巴或者多余的乳头。进化一定是在早期基因组的基础上进行的。

  有时候先祖基因的表达路径并没有被遗弃,只是被抑制了。当某些因素干扰了被抑制的表达机制时,返祖现象就会出现。我和澳大利亚国立大学(Australian National University)的查尔斯·莱恩威弗(Charles Lineweaver)根据癌症的古老进化根源提出了癌症理论。

  我们认为随着癌症在体内的发展,它会加速颠覆进化时间的箭头标示。不断增加的变异会促使癌细胞回复到先祖基因的表达路径,其概括了原始细胞的生活方式。我们预计,癌症发展的多种特征,都能系统关联至相应激活的日益增多的先祖基因。走到末路的恶性癌症再现了10亿年前的地球生命。

  先祖基因只有在继续实现生物学目标时才能保持正常运作。在早期胚胎的发育中,低氧环境的基本形体构建好后,先祖基因在被抑制前会引导发育过程。例如,每个人在母体中发育到某个时段时,尾巴和鳃会保留一段时间。重要的是,研究人员最近发现了癌细胞中的早期胚胎基因确实被激活了。

  进化生物学、发育生物学与癌症之间的深刻联系为癌症疗法的研究提供了巨大空间,也提供了研究癌症的意外动机。通过揭示癌症起因以及发展的细节,科学家为我们打开了一扇通往过去的窗户,我们借此一窥远古的生命。

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