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原文作者丨[美]雅典娜・阿克蒂皮斯

摘编丨安也

《狡诈的细胞:癌症的进化故事与治愈之道》,[美]雅典娜・阿克蒂皮斯 著,李兆栋 译,中信出书团体2021年6月版。

约莫20亿年前,多细胞生物泛起,生命随即也最先了与癌症的苦苦纠缠。我们想到地球生命的时刻,通常浮现在脑海中的就是动物和植物这样的多细胞生物,其组成包罗不止一个细胞。从基本上来讲,多细胞生物的细胞通过它们之间的分工、互助和协调,来完成其生计所需的所有功效。而另一方面,单细胞生命形式(如细菌、酵母和原生生物)则只由一个细胞组成,该细胞自力完成使其自身存活的所有事情。

在多细胞生物在演化长河中赢得一席之地之前的数十亿年里,我们这个星球一直都由单细胞生物主宰着。在单细胞生物占有统治职位的20亿年里,天下上是没有癌症的,然而随着多细胞生物的到来,我们的天下也迎来了一位新成员:癌症。

癌症是我们的一部门,从我们以多细胞生物的形式存在伊始,癌症就成了我们身体里的一部门。从埃及木乃伊到中美洲和南美洲的狩猎采集者,我们在这些昔人类的骨骼中都发现了癌症的遗迹。科学家在170万年前流动于“人类摇篮”南非的人类祖先的骨头中发现了癌,而癌症的化石证据则可以追溯到更久以前:几万万年甚至几亿年前的哺乳动物、鱼类和鸟类的骨骼当中就有癌存在了。早在恐龙统治我们这个星球的时刻,甚至更早,在生命还以微观形式存在的时刻,癌症就已经泛起了。癌症,始于我们所知的大部门生物存在之前。

要想有用控制癌症,我们必须领会其背后在演化上和生态上的动力。而且,我们还必须改变我们思索癌症的方式,不再把癌症当成一个我们需要暂时面临且能够从容应对的挑战,而是将其视为我们人类作为多细胞生物而拥有的一个组成部门。在多细胞生命从演化中发生之前,癌症是不存在的,由于那时并没有能够容纳癌细胞增殖并最终侵入的生命有机体,然而多细胞生命一旦泛起,癌症就应运而生。而作为多种细胞之间相互互助的多细胞生物的典型,我们人类终将无法脱节与癌症不能支解的运气。

影戏《抗癌的我》(2011)剧照。

与癌症苦苦争斗的并非只有人类

在这里,我们将看到多种细胞若何组成了我们的身体,它们以多种差异形式协作,使我们的身体正常运转――例如,控制细胞增殖,将资源分配给有需要的细胞,以及构建庞大的器官和组织结构。我们还将看到癌细胞是若何演化出行使我们身体里的细胞协作特征的能力的:不受控制地增殖,掠夺我们体内的资源,甚至将我们的身体组织酿成专供癌细胞自身生计的理想之所。简而言之,癌细胞在这场组成多细胞生命基础的最基本的游戏当中,极尽诱骗之能事。

更好地领会癌症的本质能够辅助我们更有用地预防和治疗癌症,也让我们看到,与癌症苦苦争斗的并非只有我们人类,其他林林总总的多细胞生物都受到癌症的影响。我们与癌症在演化上的关系作育了今天的我们。而且,若是我们想要真正明白什么是癌症,我们就必须要弄明了它是若何演化的,以及我们是若何与之一起演化的。

要认清什么是癌症,以及它是若何演化的,我们可以将眼光转向自然界。凤头仙人掌就是一个最美的例子。由于损伤或熏染,仙人掌顶端的细胞有时会发生变异。这些变异会损坏植物生长历程中控制细胞增殖的正常程序,从而经常导致仙人掌形成某些异乎寻常的组织:看起来像头戴王冠的沙漠仙人掌,外观像大脑的盆栽仙人掌,以及具有多角形几何结构、让人遐想到现代艺术的花园仙人掌。凤头仙人掌因其优美而怪异的变异组织,受到专业植物学家以及爱在自家后院摆弄仙人掌的兴趣者们的追捧。

由于正常的生长模式遭到损坏,仙人掌会长得奇形怪状,从而作育了许多优美而怪异的生长模式,与动物的癌症相似。植物身上这些类似于癌症的征象被称为缀化,可能对其顺应环境的能力发生负面影响,包罗着花变少,或者更易受伤、患病。不外,若是照料适合,这些植物也能够带着这些类似癌症的形式存活数十年。

图片从左至右、从上到下依次为:凤头仙人掌(Carnegiea gigantea);“大脑仙人掌”(Mammillaria elongata cristata);“图腾柱仙人掌”(Pachycereus schottii f. monstrosus)和牙买加天轮柱(Cereus jamacaru f. cristatus)。

许多年前,我在亚利桑那州第一次看到凤头仙人掌时,就被它优美的几何组织吸引住了。回到旅店之后,我花了几个小时的时间鉴赏这些自然生物组织的照片,并阅读了它们的相关资料。我领会到,变异凤头仙人掌的生长模式被打乱的缘故原由,有时是狂风雨造成的损坏,有时是细菌或病毒熏染,有时是其生长历程中发生的遗传突变。

我还领会到,损坏植物生长方式的变异并非仙人掌所独占――从蒲公英到松树,它们在许多植物身上都市发生。有一个术语专门用来形貌植物中这些被打乱的生长模式,叫缀化(fasciation)。缀化植物通常比它们非缀化的近亲更娇弱,它们有时不能正常着花,因此也就更难再生与滋生――然则,园丁和植物学家常会悉心照料缀化植物,辅助其滋生。而在全心照料下,凤头仙人掌及其他缀化植物能够带着这些类似癌的形态结构存活达数十年之久。

为什么癌症在所有形式的多细胞生物中会云云普遍?

领会凤头仙人掌,让我最先着迷于探索来自差异生命形式的癌症。那时我心想:若是我们要明白癌症――领会什么是癌症,以及它为什么会威胁到我们的康健和生命,那我们就需要知道癌症从何而来,这也就意味着我们要穿过演化之树,去探寻癌症在生命演化上的起源。在继续领会癌症演化起源的历程中,我发现癌症和类癌症的结构在多细胞生物中随处可见。不但单是仙人掌,无数其他生物都市生长出这种类似癌症的结构。我找到了长着类似癌组织的蘑菇、珊瑚、藻类以及昆虫的照片,并发现癌症在种种动物中也很常见,岂论是野生动物、动物园里的动物,照样与我们同住一个屋檐下的家养动物。

我想弄清晰,为什么癌症在所有形式的多细胞生物中会云云普遍?癌症之以是成为多细胞生命独占的问题,正是由于多细胞生命由许多细胞组成,这些细胞通常要相互配合,调整各自的行为,使我们成为具有功效的生物。单细胞生命形式不会患上癌症,由于它们仅仅由一个细胞组成,也就是说,对单细胞生物而言,细胞的增殖就是其生命的滋生,二者毫无二致。但对于多细胞生命而言,过多的细胞增殖会损坏整个生命体的正常生长和组织结构。

可能你会以为自己是一个不能支解的整体,但现实上,我们每小我私人都由数万亿个细胞组成,这些细胞无时无刻不在相互交流并协调相互的行为,从而使我们体内的各项功效正常运转。我们体内的细胞数目多得令人难以置信,是地球上人口总量的4000多倍。我们每小我私人就是30万亿个正在相互互助、演化、消耗能量、盘算、表达基因并生产卵白质的细胞,每小我私人的身体都是一个天下。这些细胞中的每一个都像是我们体内的一个小矮人,从环境中获守信息,并通过庞大的遗传基因网络处置这些信息,再凭证这些输入的信息改变行为,做出反映。

每个细胞都有自己的一套基因组、自己对基因的怪异表达(即该细胞正在制造的特定卵白质),以及自己怪异的心理状态和行为。细胞在我们身体内部的互助令人叹为观止。这30万亿个细胞是若何让我们看起来像拥有一系列特定目的的单一实体生物的?是什么让这么多的细胞云云协调统一?

这些问题的一个谜底可以从演化生物学中找到:之以是我们在行为和感受上像一个有机的整体,是由于演化把我们每小我私人塑造成了一个差异细胞相互互助的社会。或许,我们之以是以为自己像一个完整不能支解的存在,是由于演化让我们作为一个整体云云行事。近10亿年的演化历程塑造了多细胞生物体,让每个细胞的行为方式有利于细胞互助社会,即多细胞生物体的生计和滋生。

我们体内的细胞会限制自身的增殖、执行义务分工、协调资源行使,甚至会为了整个生物体的利益而选择自杀。我们体内的协调互助的规模,是人类迄今为止从未到达的:我们体内的细胞乐成作育了一个乌托邦,它们为了整个身体的利益,共享资源、维护配合生计的环境、调控着每一个细胞的行为。

影戏《抗癌的我》(2011)剧照。

然而,细胞之间的协作有时刻也会破碎。协作的破碎会引发体内的一系列演化和生态程序,最终发生细胞之间相互诱骗的最终形态:癌症。当有些细胞住手为了多细胞生物体的利益而协作,最先太过使用资源、损坏体内的公共环境,并失控地增殖扩张的时刻,癌症就泛起了。只管这些狡诈的细胞会殃及它们所在的身体的康健和生计,但与体内的正常细胞相比,它们却具有演化上的优势。

需要同时具有两种视角才气领会什么是癌症

只管我们感受自己像是一个个不能支解的个体,但从基本上讲我们并非云云。演化把我们塑造成多细胞生物,令我们具有不能思议的功效,但我们无法改变我们由一大群细胞组成的事实。也正由于我们由一大群细胞组成,演化历程会在我们体内自然发生,细胞能够像自然界中的生物一样演化。这对思索我们自身来说是一个非同寻常的视角。在传统看法中,我们是单一的整体,是相对静态的“自我”。但实在,不仅我们的身体由数万亿单个细胞组成,而且这数万亿细胞组成的群落一直处在不停转变之中。我们不是一个不能支解的实体,而是由许多实体组成。随着我们岁数的增进,组成我们的细胞群体不停转变,通常朝着让我们更容易得癌症的偏向生长。

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固然,细胞是我们身体组成的一部门,但它们也可自成自力的王国。细胞可以表达基因,可以处置信息,也能做出种种行为――迁徙、消耗资源,并确立细胞外结构,如组织结构。此外,它们也在我们体内庞大的生态环境中不停演化。细胞是我们的一部门,细胞同时也是在我们身体内部不停演化的特殊实体――我们需要同时具有这两种视角才气领会什么是癌症,以及我们为什么容易患上癌症。

影戏《生计证实》(2008)海报。讲述了著名医生丹尼斯史莱门研制一种治疗乳腺癌的新药“贺癌平”(Herceptin)的感人历程。

从我们身体的角度来看,癌症是对我们生计和康健的威胁,而从细胞的角度来看,癌细胞只是在做这个星球上所有其他生物都在做的事情:在其所处的生态环境当中不停演化,哪怕有时其演化方式会给其所属的系统带来溺死之灾。这就造成一种看似自相矛盾的演化事态:演化历程青睐能更好地抑制癌症发生的身体,但演化同时也让体内具有癌细胞特征(例如快速增殖和高新陈代谢率)的细胞更有优势。两者若何并存?一方面,演化有利于癌细胞,另一方面演化又需要抑制癌症。

我们体内细胞之间互助的规模是相当惊人的。然而,更令人叹为观止的是,面临体内细胞的作弊与叛变,我们的身体展现出了壮大的韧性――面临癌症的威胁,我们仍然能生计下来,并繁衍不息。数十亿年来,多细胞生物体已演化出多种差其余癌症抑制机制。这些癌症抑制系统使我们得以将叛变的细胞圈在可控局限之内。通过考察差其余物种,我们也可以看到类似的癌症抑制系统的种类之厚实、威力之壮大,并从中获得启发,从而找到更有用的治疗癌症的方式。凤头仙人掌可以与体内的“癌组织”配合生计长达数十年之久,或许我们人类也可以做到。

在我领会癌症演化上的本质之前,我以为癌症不外是一种没有多大意思的疾病。我的研究事情集中在与生命演化有关的深层而基本的问题上:为什么这么多生物都具有社会性?在群体里所谓的作弊者随时可能大量泛起的情形下,是什么促成了个体之间持久而稳固的互助关系?我的研究兴趣偏重于理论问题,因此我总是回避那种看起来有大量事实需要影象,又缺乏一个理论框架将这些事实整合在一起的研究主题。癌症似乎就是一个这样的研究主题――没有理论基础,只有大量关于这个机制谁人机制的研究,当中却没有蕴含什么基本原理守候我去发现。癌症对人类康健影响重大,因此固然值得研究,只是我小我私人对研究它没有兴趣。

两种差异尺度上的演化的角逐,正是癌症存在的缘由

厥后,我到了亚利桑那大学举行博士后研究,最先与约翰・佩珀(JohnPepper)互助,他是肿瘤演化研究的先驱之一,这在那时照样一个崭新的研究领域。我意识到,癌症实在就是我已经在研究的主题在细胞层面上的实例:在作弊者存在的情形下,大规模的演化系统若何战胜难题,维持个体间的互助关系。

我对癌症的看法最先改变,意识到癌症也是在我们体内的生态系统中不停演化的一种“生物”,它同样遵照着其他所有演化和生态系统都遵照的规则。将癌症放到演化生物学的框架中为我们明白其庞大性提供了一个切入点。

20世纪演化头脑先驱之一、伟大的演化生物学家特奥多修斯・多布任斯基(Theodosius Dobzhansky)曾经说过:“不从演化角度来明白,生物学就没有任何意义。”我意识到,此前,癌症生物学对我来说毫无章法,是由于我没有从演化和生态学的角度来思索癌症。

若是多布任斯基今天还健在的话,他可能会说:“不从演化角度来明白,癌症生物学就没有任何意义。”演化、生态学和互助理论为我们明白癌症为何云云庞大、壮大而充满损坏力提供了一个切入点,可以辅助我们更好地明白我们自己。它们同样也可以辅助我们明白癌症若何塑造了――并继续塑造着――所有的多细胞生物。

演化论从两个层面注释了癌症。首先,它告诉我们人体细胞当中发生的演化(通常被称为体细胞演化)若何导致了癌症的发生。癌症将演化直接出现在我们眼前:我们体内的细胞正处在不停的演化中,它们顺应环境的能力各不相同,有些细胞增殖速率更快,存活时间更长,因此这些细胞会在下一代中占比更多,最终主导整个细胞群落。这是自然选择下的演化,同样的历程也推动着自然界中的生物演化。

此外,演化论也有助于注释为什么癌症在地球上的生命历程当中会一直存在。生物已经履历了数百万年的演化来阻止癌症的发生,也就是让体细胞的演化保持受控状态,我们也因此能够拥有足够长的寿命,取得演化上的乐成。这些癌症抑制系统让多细胞生命的泛起成为可能――若是没有它们,多细胞生物永远也无法战胜内部细胞作弊和叛变所带来的挑战。然而,这些癌症抑制系统并非完善无缺,从演化上来讲,把未来有可能癌变的细胞百分百地控制住是不能能的。

影戏《抗癌的我》(2011)剧照。

我们之以是不能完全抑制癌症发生,有多个缘故原由,每个缘故原由都有其怪异之处。例如,其中一个缘故原由是生物要在抑制癌症与其他影响生物顺应性的特征(例如生育能力)之间权衡利弊。有些情形下,生物的低患癌风险与低生育能力之间存在相关性,从而给抑制癌症的生物造成了一种演化上的逆境。

此外,我们已往和现在所处的生计环境不尽相同:诸如香烟之类会诱导基因变异的物质,以及体力流动削减等生涯方式的改变,让我们更易身患癌症。另外另有一个加倍奇异的缘故原由:在我们生长的历程中,我们遗传自父亲的基因与母亲的基因之间发生着一场战争,遗传自父亲的某些基因,其功效在表观遗传上被设定为促进细胞生长和增殖,从而增添了我们患癌的风险。细胞通过体细胞演化在体内不停转变,而身体却无法演化出完全抑制体细胞演化的能力,两种差异尺度上的演化的角逐,正是癌症存在的缘由。

只要有多细胞生物的存在,癌症就不会消逝

体内的环境会对可能癌变的细胞发生极大的影响,决议其是殒命照样生计下来并繁衍肆虐。在癌症生物学这门学科中,肿瘤所处的环境被称作肿瘤微环境,本质上就是肿瘤所处的生态系统,它与自然界中的生态系统有许多相似性。肿瘤的生态系统能够提供必须的资源,使得肿瘤细胞得以生计并不停繁衍;不外,当资源耗尽,代谢废物蕴蓄过多,免疫系统最先“猎杀”癌细胞时,这个生态系统也会给癌细胞的生计造成威胁。

癌细胞会改变其周围的环境。例如,它们会不停消耗葡萄糖等资源,使得相邻细胞的资源供应削减,把诸如酸之类的代谢废物留在环境中。然则,这些转变会损坏癌细胞所处的生态环境,使癌细胞在其中难以存活。对微环境的损坏也会给癌细胞造成选择压力,迫使它们转移到其他地方去:能转移到体内更适合生计的其他环境的癌细胞将会留下更多的后裔细胞,从而推动了癌细胞向侵袭性和易转移的偏向演化。要明白癌症的发生和生长历程,生态学角度的思索至关主要。正如我们不领会生物周围的生计环境就无法领会它们若何以及为何演化一样,若是不领会恶性肿瘤内部以及其周围的生态环境转变的话,我们也无法明白癌症的演化方式和缘故原由。

人们经常把癌症比喻成一场战争――病人在其中“战斗”“拼杀”,最终“胜利”或“失败”。战争的隐喻铿锵有力,极富熏染力,有利于我们调动一切气力来支持癌症研究,用一个配合的目的把人们牢牢地团结起来。但这样的比喻也可能会误导人,由于癌症本质上是我们身体的一部门,我们无法将其彻底祛除。若是我们将癌症视为要根除的敌人,那么对癌症接纳激进的治疗方式似乎是个好主意。然则,我们不看清癌症的本质――癌细胞各不相同,而且会随着我们接纳的种种癌症治疗手段不停演化,我们就可能会对对照温顺的治疗手段所发生的效果熟悉不足,甚或完全否认。

影戏《星运里的错》(2014)剧照。

战争的隐喻激励我们用激进的眼光来看待癌症,还可能会导致其他结果。我们用大剂量药物治疗癌症时,会给具有抗药性的细胞带来演化上的优势,从而降低耐久治疗和控制的效果。对于癌症晚期的患者,接纳最高剂量的疗法通常并非理想战略。用激进的态度看待癌症也可能对癌症预防发生负面影响。当人们看到关于癌症的战争隐喻时,会更少去接纳某些能够预防癌症的措施,好比戒烟。此外,与治疗有关的激进的词语也会给患者及其家族带来更多的心理压力和肩负。

癌症并不是通常意义上我们所说的敌人。癌症并非一支行动有序、整齐同等的军队,团结一致,欲置我们于死地尔后快。相反,它只是一群无组织无纪律、各不相同的细胞,面临治疗会做出林林总总的反映。与癌症的战斗,是与一个不能阻止的历程――演化――的战斗。我们可以使这个历程放慢脚步,或者改变其行进的偏向,但我们不能让它住手。

癌症是演化的实体象征,是我们体内的演化。我们之以是会患上癌症,正是由于我们是由一群在我们一生当中不停演化的细胞组成。我们这个星球上只要有多细胞生物的存在,癌症就不会消逝。我们越早熟悉并接受这一点,就能越早行使我们的知识来有用地控制它。

我们无法赢得与演化历程的战争,我们无法赢得与我们体内生态转变历程的战争,我们也无法赢得与在多细胞互助的历程中搭顺风车的细胞的战争。不外,我们可以改变这个历程,降低它对我们的危险;我们可以更好地明白它,接纳某些措施,把癌症变得加倍良性、温顺――换句话说,把癌症酿成可以与我们和平相处的器械。

一种是唯有斩草除根,否则誓不罢休,另一种则是实验行使癌症的弱点将它控制住――抗癌战争的两种战略,就像雅典娜和阿瑞斯这两位希腊战神各自的战争战略一样,形成了鲜明的对比。

我在一个希腊家庭中长大,一最先住在雅典,厥后搬到了芝加哥的郊区,希腊神话是我童年的主要组成部门。很长一段时间里,我是由祖母雅典娜(我的名字就是随她)抚育的,我自然对领会与自己同名的女神很感兴趣。雅典娜是一位女神,她代表着智慧与战争;但她并不掌管一切战争,她是战略决议的女神。雅典娜的获胜并非通过粗暴的武力,而是准确熟悉战争目的,对敌人的弱点了如指掌,最后以最小的价值取获胜利,以免伤及无辜。而战神阿瑞斯在战争当中则总是以最大的侵略性,不惜一切价值,给敌人造成最大的危险。

以上两种方式哪种更适合对于癌症?我们应该像战神阿瑞斯一样诉诸蛮力,照样应该像雅典娜一样制订一个充实行使敌人弱点的战略?凭证我们现在对癌症的领会,很显著是雅典娜的战略更有可能延伸癌症患者的寿命,同时也改善他们的生涯质量。(我之以是这么说,并不是由于我的名字随她。)

作为多细胞生命体,我们一生中不能阻止地要与癌症相伴。癌症不仅仅是一种疾病,它更是一扇窗口,能够辅助我们探索生命的起源、熟悉大规模互助所面临的难题、明白多细胞生物的本质以及演化历程自己的隐秘。

作者丨[美]雅典娜・阿克蒂皮斯

摘编丨安也

编辑丨张进

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    2021-08-18 00:02:06 

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