科學家用數學方法解釋癌癥成因

組織中的干細胞分裂的次數越多，機體罹患癌癥的可能性就越大。圖片來源：《科學》

　　“為什么？”這是許多癌癥患者被確診后問的第一個問題。耗盡畢生精力試圖回答這個問題的美國巴爾的摩市約翰斯·霍普金斯大學癌癥遺傳學家Bert Vogelstein說：“這是一個完全合理的問題。”憑借與一位應用數學博士的友誼，二人如今提出了一個框架，認為大多數癌癥都是生物學上的壞運氣導致的結果。這一研究成果將有助于科學家為不同類型癌癥設計更有效的預防策略。

　　Vogelstein與2013年進入該校生物統計學系的Cristian Tomasetti日前提出一個數學公式用于解釋癌癥的成因。

　　它是這樣運行的：采集一定數量的組織細胞，確定其中長命的干細胞的百分比，同時識別干細胞分裂了多少次。隨著每一次分裂，每一個子細胞都有發生能夠導致癌癥的突變的風險。因此，Tomasetti和Vogelstein推斷，一個組織發生的干細胞分裂次數越多，其受到癌癥攻擊的可能性就越高。當Tomasetti將數據匯總并將其與實際的癌癥統計資料相比較后，他發現這一理論能夠解釋2/3的癌癥。

　　研究人員在1月2日出版的《科學》雜志上報告了這一研究成果。

　　曾與Tomasetti和Vogelstein共事的哈佛大學研究數學與生物學的Martin Nowak表示：“利用數學的進化，你真的可以開發出一種理解疾病的模式。”他說：“這是作為一種需要進行細胞分裂的動物所面臨的基線風險。”

　　這一想法源自在Vogelstein的辦公室進行的一次集體討論。研究人員回到了一個古老的問題：有多少癌癥源自于環境因素，又有多少癌癥源自于遺傳因素。Tomasetti說，為了解決這個問題，“我首先需要知道有多少出自于偶然”。

　　研究人員報告說，癌癥發生是由于組織干細胞在分裂中復制其DNA（脫氧核糖核酸）時出現隨機錯誤，或者說突變，突變累積越多，細胞發生癌變的風險越大。為了解干細胞分裂時的突變、環境因素和遺傳基因對癌癥影響的大小，他們分析了31種人類組織中有關干細胞分裂的已發表數據，并與這些組織的癌癥發生率進行比較。

　　研究表明，人類組織內正常干細胞的分裂數與該組織癌癥發生率之間的相關性達0.804，即高度相關。根據研究人員新開發的一個統計模型，組織的癌癥發生率是這一相關性的平方，以百分比的形式表達就是65%。

　　研究人員舉例說，人類結腸組織的干細胞分裂次數比小腸組織多4倍。同樣，人類結腸癌也比小腸癌要常見得多。而小鼠則相反，結腸干細胞分裂次數比小腸組織低。類似地，小鼠結腸癌癥發生率低于小腸癌癥發生率。

　　進一步分析表明，上述31種組織中有22種癌癥大體上可用干細胞分裂時的“壞運氣”解釋，包括胰腺癌、骨癌、卵巢癌和腦癌等，另外9種癌癥發生率則高于按“運氣不好”所作的預測。研究人員說，這9種癌癥可能還要計入環境或遺傳因素，比如肺癌還要考慮吸煙因素，皮膚癌還要考慮日曬因素。

　　馬里蘭州貝塞斯達市國家癌癥研究所副所長Douglas Lowy對這項研究表示贊同，但他同時指出，大量的“癌癥是可以預防的，因此必須繼續努力預防這種疾病”。

　　盡管癌癥的隨機性可能令人恐懼，但這一領域也讓人看到了積極的一面。荷蘭烏特勒支市Hubrecht研究所干細胞與癌癥生物學家Hans Clevers表示，新的框架強調“一般說來癌癥患者是不幸的”。但“它幫助癌癥患者知道”，這種疾病并不是他們的錯。