巨型鲸鱼相对于其体型很少患癌症。这是一种被称为Peto悖论的生物学不匹配现象,它描述了大型、长寿的动物尽管比人类或小型生物拥有数万亿倍的细胞,却不会患更多的癌症。
巨型鲸鱼相对于其体型很少患癌症。这是一种被称为Peto悖论的生物学不匹配现象,它描述了大型、长寿的动物尽管比人类或小型生物拥有数万亿倍的细胞,却不会患更多的癌症。
癌症是细胞失控分裂的一种疾病,遗传突变驱动着细胞不断分裂,形成称为肿瘤的团块。因此,你会认为一个动物越大,它拥有的细胞越多,这些细胞积累导致癌症的遗传错误的机会就越大,特别是在长寿的生命周期中。
但著名的英国统计学家理查德·佩托在20世纪70年代末比较老鼠和人类时注意到事情并非如此。随后的研究表明,在各种大小的生物中,癌症并不会随着物种细胞数量的增加而变得更加普遍。大象和鲸鱼等动物并不常患癌症。
这听起来像是生物学家被一个几十年前的悖论困扰着,只是大自然的一个怪癖,但它是一个重要的怪癖。解决这个悖论可能有助于开发预防或抑制人类癌症的新策略。
现在,纽约罗切斯特大学的研究团队在地球上第二大、寿命最长的生物——博氏鲸(Balaena mysticetus)中找到了这个悖论的解决方案。
生物学家丹尼斯·菲尔萨诺夫(Denis Firsanov)和他的同事在他们的预印本论文中写道:“通过研究一种能够维持健康并且在两个世纪多时间内不受癌症威胁的哺乳动物,我们得到了一个独特的窥探机会,可以了解更多影响癌症和衰老的机制,而人类无法接近。”
在一系列实验室实验中,研究人员发现博氏鲸细胞比人类、老鼠和牛的细胞更擅长修复DNA损伤。菲尔萨诺夫和同事写道,鲸鱼似乎比其他哺乳动物更有效和准确地遏制DNA损伤的发生。
简而言之,博氏鲸可以容忍更多的基因组打击,因为它们具有一个高效、快速修复DNA损伤的系统。研究人员发现,在鲸鱼、人类、老鼠和牛共享的一个DNA区域中,鲸鱼细胞更有可能无误修复(由CRISPR剪切引发的)DNA断裂。
博氏鲸细胞还大量产生一种名为CIRBP的DNA修复蛋白,远高于其他物种的水平。当实验室培养的人类细胞被改造以大量产生CIRBP时,这种遗传调整增强了它们无误修复DNA的能力。
菲尔萨诺夫和同事总结道:“不消除细胞而修复它们的策略可能对于博氏鲸长时间无癌寿命至关重要。”
耶鲁大学的癌症生物学家杰森·谢尔策(Jason Sheltzer)对这项尚未经过同行评议的“引人入胜”的预印本研究表示:“为大型动物如何避免癌症提供了一个新模型。”
他在推特上思考道:“也许它们在DNA修复方面比我们更好?”他补充说:“作为下一步,我希望看到这一点在动物模型中得到验证,如果你在小鼠中驱动鲸鱼CIRBP [蛋白]的高表达,它们是否能够抵抗癌症?”
当然,正如过去的研究所显示的,将这样的发现转化为癌症治疗并不容易。
科学家们在2015年发现大象拥有名为TP53的一个抑制肿瘤基因的额外拷贝时,下一个合乎逻辑的步骤是测试在小鼠中增加TP53活性是否也能抑制癌症。抑癌基因有效地“炸毁”任何发现携带过多DNA损伤的细胞,而大象对于打击损伤细胞的阈值非常低。
然而,在小鼠中过度表达TP53蛋白,虽然能够抑制癌症,但也导致动物过早老化。其他研究可能已经找到了解决方法,科学家们仍在寻找其他可能性。
北亚利桑那大学的遗传学家马克·托利斯(Marc Tollis)在与另外两位研究人员合作的一篇2017年论文中说:“自然界中可能存在许多解决Peto悖论的方案,因为大体型在生命历史的多个时期中独立进化了很多次。”
换句话说,从裸鼠到非洲象,每种长寿或大型动物都演化出了自己的抑制癌症方式,科学家们迫切希望弄清楚这些方式。
其他解释可能是大型动物中的肿瘤生长缓慢且不那么致命,或者大型动物具有更好的免疫监测。然而,这些解决方案尚未在大型物种中观察到,需要进行更多的研究。
托利斯和同事写道:“每当我们在一种物种中发现潜在的癌症抑制机制时,都有可能找到新的治疗靶点和癌症预防方法,以挽救人类的生命。”但毫无疑问,将最近的发现转化为有效的人类治疗方法将需要“大量的努力”。罗切斯特大学的这项研究可在预印本服务器biorXiv上获取,尚未经过同行评议。