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不幸患癌?也许只是生物学层面上的运气太差
发布时间:2015-01-15 09:01:36 点击浏览:

不幸患癌?也许只是运气太差

 研究分析表明,大部分癌症是无法采取预防措施的。

当病人被告知自己患上了癌症时,几乎所有人都会脱口而出:“为什么是我?”“这的确是个很合理的问题,” Bert Vogelstein说,他是约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)的一名癌症遗传学家,终其一生都在努力给这个问题一个答案。幸运的是,他有一位刚刚获得应用数学博士学位的朋友,他们两个人目前一起合作,并提出了一个理论,认为绝大部分癌症的出现,都可以归结为生物学上的坏运气。

Vogelstein 和Cristian Tomasetti提出了一个数学公式,用来解释癌症的遗传学因素,他们在2013年进入霍普金斯大学的生物统计学系。以下是这一公式的原理:计算某个器官的细胞总数,判断其中有多少是长时间生存的干细胞,并且确定干细胞会分裂多少次。细胞的每一次分裂,都具有一定的风险,在子细胞内发生可能导致癌症的基因突变。据此,Tomasetti 和Vogelstein提出推论,那些含有分裂次数最多的干细胞的组织,也是最有可能出现癌症的组织。当Tomasetti把细胞分裂次数和实际发生的癌症的数据进行比较后,他得出结论,以上推论可以解释三分之二的癌症病例发生的原因。

“采用进化学中的数学思维,你真的可以用与工程师类似的角度,去阐释疾病发生的机制,” Martin Nowak说,他在哈佛大学(Harvard University)学习数学和生物学,并且一直和Tomasetti 及Vogelstein一起工作。“要知道,作为一个动物本身,就注定了细胞需要分裂所带来的基础风险。”

Vogelstein二人的上述想法是在他们每周一次的头脑风暴会议上产生的。他们当时又回到了那个一直以来都存在的问题:有多少癌症病例是环境因素所导致的,又有多少是遗传学因素造成的?为了回答这个问题,Tomasetti说,“我首先需要知道,有多少癌症只是偶发的,并且将这些情况排除在外。”

所谓“偶发”,Tomasetti指的是犹如投掷骰子,是全凭“运气”的,而和突变了的基因及环境因素,例如吸烟或者辐射是没有关系的。他对干细胞的兴趣超过了其它细胞是有理由的,因为干细胞与其它细胞有所不同,它们可以长期存在,这意味着发生在干细胞的突变更容易导致癌症的发生,因为其它细胞由于会在较短时间内凋亡,所以即使产生基因突变,也不一定会造成严重的后果。

Tomasetti查阅文献,寻找他所需要的数据,例如每种组织内干细胞的数量。最终,他汇集了所有数据,并将数据绘制在图表中,寻找干细胞分离总数与人在一生中罹患某种癌症的风险之间的关系,他对总共31种不同的器官组织进行了分析,最终找到了两者之间的相关性。当干细胞分裂数增加时,患癌风险随之增加。

例如,大肠癌比十二指肠癌要常见的多,十二指肠是小肠的第一段。即使对于那些携带突变基因,从而使其整个小肠都具有患癌风险的人来说,也是这样。Tomasetti发现,在人的一生中,大肠内大约有1012次干细胞分裂,而在十二指肠,只有1010次。与人类不同,小鼠的小肠内干细胞分裂次数更多,因此,它们出现在小肠的癌症病例比大肠要多一些。

基因突变与癌症之间并没有直接的关系。”可能导致癌症的因素并非只是突变是否出现,“Bruce Ponder说,他来自剑桥大学(University of Cambridge),长期从事癌症研究。“在组织内,可能存在其它因素,决定着突变会否一直存在”,或者是否会激发恶性肿瘤的发生。

因此,上述理论仍然存在着很大的吸引力,“来自荷兰Hubrecht Institute 的癌症生物学家Hans Clevers说。此外,他指出,研究的结果”完全依赖于输入数据的质量。“

Tomasetti意识到,有些发表的文章中的数据并不正确。在他绘制的图中,也有很多偏离趋势的点,但是,“结果仍然具有意义,”他说,也就是说,即使有一些数据偏离既定的趋势,但整体来看,仍然可以是支持所提出的理论的。用数学语言来表达,那就是,图表中显示两者之间的相关行为0.81.(相关性为1的含义是,如果知道x轴上的数值——在此例中,x轴是干细胞在一生中分裂的总次数——那么,总是可以100%准确地预测y轴的数值。)0.81的平方是0.65——用以标度组织内出现癌症的风险,有多少比重可以用干细胞分裂总数来解释(如图)。

 

癌症

 

在Vogelstein看来,癌症往往无法预防,我们需要调动更多的资源,以便在尽可能早的阶段给予干预。“癌症的发生,没法阻挡,”他说。

Douglas Lowy是美国国家癌症研究所(National Cancer Institute)的副主任也同意上述观点,但同时也强调,还是有很多“癌症是可以预防的”,仍然需要科学家们继续努力,寻找可以阻止其发生的方法。

尽管癌症发生的随机性听起来很吓人,但学界的研究者也看到了其好的一面。“对于一名普通的癌症患者而言,之所以患病可能只是因为运气不好,”Clevers说。“这让患者能够明白,得癌症并不是他们自己做错了什么。”

 

 原文检索:

Jennifer Couzin-Frankel. (2015) The bad luck of cancer. Science, 347:12.

筱玥/编译

转载自《生命奥秘》