近年來,裸鼴鼠、大象和弓頭鯨引起了癌癥研究者的注意。乍看之下,這三種動物幾乎毫無相似之處:裸鼴鼠這種嚙齒類動物住在地下;大象于陸地漫步;弓頭鯨在海中遨游,但這三者確有相似之處。首先,它們的壽命都相對較長:裸鼴鼠可以活過三十歲,壽命比大多數(shù)同體型的物種長得多;有些大象最長能活七十年;弓頭鯨的平均壽命則長達兩個世紀。
其次,這三個物種基本都對癌癥免疫。人們常常會忘記,動物和我們一樣,也在與癌癥殊死搏斗。近幾年,研究人員意識到,研究不同物種的癌癥或許能有所收獲,這也開辟了一個名為比較腫瘤學(comparativeoncology)的新領域。比如,一篇2015年的綜述中提到,狗患癌癥的概率比人類高十倍,而裸鼴鼠、大象和弓頭鯨則“似乎對癌癥完全免疫”。
研究人員認為,補全這張“患癌風險圖譜”能為癌癥的遺傳基礎提供彌足珍貴的新見解。
由動物理解疾病
科學家從寵物身上得來的數(shù)據(jù)已經(jīng)證明,這種研究方法行之有效。研究者寫道:“給狗配種無意中形成了一種高危繁殖模式,通過這種方式生下的狗患上該品種特有疾病的幾率較大。”同時,許多純種狗的遺傳變異受限,降低了研究者找出癌癥相關基因的難度。而且狗的壽命較短,生理機能也和人類相似。因此,想要評估針對癌癥預防及治療的新研究方法是否有效,以狗為實驗對象效率更高。杜克大學專攻癌癥生物學的MichaelKastan教授告訴TheASCOPost:“寵物(主要是狗)會因衰老患上腫瘤。近年來,學術界再次對此產(chǎn)生了興趣,因為這類癌癥與人類癌癥有很多共性。”一項2013年的研究得出結論:犬類乳腺癌與人類乳腺癌的相似之處證明,以犬類為模板篩查某些癌癥并識別其生物標志物是可行的。
2013年出版的《共病時代》(Zoobiquity)也許會讓有意探索癌癥風險圖譜的研究者深受鼓舞。其作者BarbaraNatterson-Horowitz是加利福尼亞大學洛杉磯分校的心臟病學家。她認為,研究人員應該通過進化的視角,由類人物種入手,尋找治療疾病的方法。Natterson-Horowitz認為,獸醫(yī)和醫(yī)生各干各的、缺少合作,這并不明智,因為動物和人類會受到許多相同疾病——尤其是各類癌癥的困擾。
Natterson-Horowitz還在書中寫道:“美洲虎有患乳腺癌的風險,而且可能攜帶BRCA1基因。包括很多有德系血統(tǒng)的猶太人在內(nèi),BRCA1基因攜帶者都屬于乳腺癌高危人群。”她還表示,動物也會得其他類型的癌癥,比如圈養(yǎng)犀牛會得白血病,受皮膚癌困擾的動物更是種類繁多。因此,如果醫(yī)生、獸醫(yī)和野生動物學家通力合作,也許能幫我們加深對這些疾病的理解,“甚至還可能找到治療的方法”。
幾十年來,納巴霉素一直用于預防器官移植排斥,圭爾夫大學安大略獸醫(yī)學院正在進行臨床試驗,測試這種藥物能否用來治療犬類,預防骨肉瘤這種極為兇險的骨癌擴散。研究人員希望,這些療法最終能幫助飽受折磨的骨肉瘤患者。
大象不患癌的秘密
研究某些物種不會患癌的原因同樣有用。進化生物學家VincentLynch認為,理解流行病學家RichardPeto于1977年提出的“佩托悖論”(Peto’sParadox)是解決問題的關鍵。因為癌癥是由有害的基因突變導致的,所以細胞越多,基因突變的幾率越高。由此推論,比起小白鼠等壽命短的小型多細胞動物,大象等壽命長的大型多細胞動物患癌的風險較高,然而事實卻正好相反。舉例來說,大象的細胞數(shù)量是人類的一百多倍,其癌癥發(fā)病率卻僅為5%,相比之下,人類的癌癥發(fā)病率卻高達20%~25%(不包括因吸煙等原因而患癌風險上升的人)。
為了解開這個悖論,Lynch和同事開始比較大象等不易患癌的大型動物和蹄兔(一種類似豚鼠的動物)等易患癌的小型動物的基因組。蹄兔看似與大象毫無關聯(lián),但卻是現(xiàn)存物種里與大象親緣關系最近的。在2016年發(fā)表于eLife的研究中,Lynch和同事發(fā)現(xiàn),大象雖然體型龐大,但卻額外進化出了19個被稱為“抑癌大師”的TP53基因,這或許是大象能破解佩托悖論的部分原因。研究者認為,這對預防癌癥至關重要,因為TP53基因能殺死特定細胞,來應對DNA損傷等多種刺激。體型比大象小得多的蹄兔只有一個TP53基因(人類也只有一個)。
Lynch推測,這些額外的TP53基因也許能縮短細胞修復各種DNA損傷的時間,讓細胞在程序性死亡之前重獲新生,從而降低基因突變的可能性。“你不能跳出進化的框架理解生物學,”Lynch說,“我們也在推進進化思維在醫(yī)學中的應用。比較腫瘤學是一個分支學科,在這個領域,我們必須先理解各個物種的進化歷程,才能理解癌癥等生理過程。”
研究裸鼴鼠和盲鼴鼠的羅切斯特大學的生物學家VeraGorbunova對此表示贊同。在2013年發(fā)表于Nature的一項研究中,Gorbunova及其共同作者發(fā)現(xiàn),一種裸鼴鼠細胞分泌的糖——透明質酸也許能解釋該物種為什么能免受癌癥困擾。裸鼴鼠體內(nèi)的透明質酸分子比人類和其他哺乳動物的要大,含量也多得多。這明顯是因為,這種“黏糊糊”的物質能讓它們的皮膚松弛而有彈性,讓終生在地下挖洞的裸鼴鼠十分受用。研究者懷疑,高濃度的透明質酸或許一直都在抑制細胞快速分裂、防止細胞過剩,抑制癌細胞的生長和擴散,從而起到抗癌的作用。Gorbunova說:“我們或許能制定出策略,想辦法讓癌癥易感者分泌更多透明質酸。”
將大象的抗癌機制應用于人體似乎已曙光初現(xiàn)。研究人員已經(jīng)開始把來自大象的更多TP53注入人體細胞內(nèi)。LisaAbegglen是猶他大學的基因學家、進化醫(yī)學的支持者,在近期研究中,她和同事已經(jīng)成功合成了許多TP53基因,并將其注入人類細胞。人類細胞接納了人工合成的TP53基因,且在研究人員觸發(fā)DNA損傷后,人類的細胞死亡量有所增加,這能防止癌細胞擴散。
研究人員承認,將這些研究成果轉化為治療各種癌癥的方法還需要數(shù)年時間,更別說預防癌癥了。但研究者樂觀地認為,或許能從抗癌動物身上找到攻克癌癥的方法。Abegglen說:“目前為止,我們明白了一件事,那就是所有物種都已經(jīng)進化出了獨特的御癌機制。大象的基因能在人類細胞中正常工作,簡直不可思議,但事實就是如此,真是太酷了!”