癌症的先天和后天因素(1)
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癌症是从单一细胞发展而来的。从正常细胞转化到肿瘤细胞是一个多阶段过程,通常是从癌前病变发展成恶性肿瘤。癌症通常被视为个体遗传因素(先天因素)和外源性因素(环境和生活方式,即后天因素)交集作用而成。
但是,在先天因素和后天因素哪一个为主要致癌原因方面,一直存在争论。
两篇文章的不同观点
癌症的产生是先天因素(遗传和基因为主),还是后天因素(环境和生活方式)为主?国际著名科学期刊美国的《科学》和英国的《自然》杂志发表的两篇文章进行了不同的解读。
2015年1月,美国约翰·霍普金斯大学的托马塞提和沃格尔斯坦等人在美国《科学》杂志发表一篇题为“干细胞分裂的次数可以解释不同组织的癌症风险的不同”的文章。该文的结论是,绝大多数人患癌纯粹是因为坏运气,只有不到1/3的不同器官的癌症风险的不同是因为环境和遗传因素所致。
托马塞提等人举了几个重要的癌症来证明人们患癌主要是运气不好,一是大肠癌,另一是基底细胞癌,还有一种是黑色素瘤。以大肠癌为例,大肠的干细胞在人的一生中要分裂大约1万亿次,十二指肠干细胞在人的一生中只分裂100亿次,差了100倍。这就是人类的大肠癌的发病率远远高于十二指肠癌发病率的原因。而且,即便是整个肠道的细胞都携带有癌症突变基因的人,大肠癌也远远多于十二指肠癌。同样说明问题的是,小鼠的小肠干细胞分裂次数高于大肠,因此小鼠患小肠癌的概率高于大肠癌。
基底细胞癌和黑色素瘤都是皮肤癌,原因与阳光照射有关。但是,同样受到阳光紫外线损害后,这两种癌的发病率并不一样。基底细胞癌的发病率远远高于黑色素瘤,多出几十倍。这其中的重要原因是,基底细胞的干细胞
每隔48天分裂一次,但黑色素细胞要隔147天才分裂一次。前者的干细胞分裂频率多于后者干细胞分裂频率3倍,因此癌症发生的概率也大大增加。
这些原因都说明,癌症主要是先天因素引起的,也即运气不好。
但是,2015年12月,英国《自然》杂志发表了一篇针锋相对的题为“外源性因素对癌症发展的实质贡献”的文章。美国纽约大学石溪分校癌症中心主任优素福·汉努恩等人在这篇文章中指出,绝大多数癌症都可以追溯到生活方式、环境因素等外源性因素,接近90%的癌症都是如此。只有10%~30%的癌症的发生可以归结于基因突变,也即坏运气。外源性因素即环境和生活方式,包括吸烟、环境污染、导致肥胖的饮食等。
汉努恩等人首先针对终生患癌风险与正常组织干细胞分裂之间的定量关系进行分析。如果内部风险因素发挥主要作用,那么具有相似的干细胞分裂状态的组织就会表现出类似的终生患癌风险。
但汉努恩等人发现这一模式是一种罕见情况,大量流行病学证据表明,从低癌症发病率国家向高癌症发病率国家迁移的移民会在新的国家中获得更高的癌症风险。因此他们认为内部因素只在大约10%的癌症中扮演关键角色。
研究人员还在不同类型的癌症中共发现大约30种不同特征。他们对这些特征进行了分析,并根据可能导致癌症发生的内部或外部因素进行了分类。结果发现,只有一小部分癌症含有超过50%的内部突变,大部分癌症,如结肠癌、肺癌、膀胱癌以及甲状腺癌都包含大量可能由外界因素导致的突变。
研究人员做了个比喻,患癌好比用左轮手枪赌博,内部因素好比是一枚子弹。就像玩俄罗斯轮盘赌,内部因素可能会使你有1/6的机会患癌。这就是所谓的坏运气引发癌症。但是,如果你吸烟的话,你就给左轮手枪多加了两三发子弹。这时候如果你扣扳机,你被癌症“击中”的机会就更大了。
佩托悖论能否破解?
人们患癌的主要原因是先天的还是后天的长期争论还可以深化和追溯到很早就提出的一个肿瘤发生的悖论——佩托悖论,也即癌症发生的先天说与后天说的矛盾。
长期以来,对于癌症发生的一个普遍解释是,尽管DNA损伤非常容易发生,但是生物进化获得了能修复这些损伤的系统。尽管如此,在多细胞生物大量DNA损伤和修复过程中,仍然无法完全避免出现DNA发生突变的后果,这些突变大多数情况下会导致癌症发生。
20世纪70年代,英国牛津大学流行病学家理查德·佩托提出,如果人和其他动物的所有细胞都存在类似的DNA出错或癌变概率,那么与人和鼠类相比,鲸和大象这种细胞数量更多的动物患癌的概率应该更高。但是奇怪的是,在现实中人们发现,癌症发病率和动物身体质量没有正相关关系。鲸和大象患癌的概率反而非常低。这种体重和癌症发病概率不符合逻辑的现象被称为佩托悖论。
体型较大的动物在生命早期患癌的概率较高,而这个时候细胞还没有因为年老的原因频频产生DNA突变。灵长类动物不论其体型大小,普遍是在生命的后期开始出现较高的患癌概率。这该如何解释呢?
最新的研究从外源性因素,即环境和生活方式等进行了解释。在正常的组织中,基因突变的细胞会受到群体的压力选择,这种压力选择和突变一起共同决定着癌细胞以及肿瘤的形成。造成这种压力选择变化的因素与生活方式以及老年化相关。也即后天环境作用于身体和组织器官的外力(压力)才是引发癌症的主要原因。
人的正常的组织中本来就有一定的细胞携带着致癌突变基因,但是在健康个体的组织中,这些携带有突变基因的细胞一直都循规蹈矩,不敢越雷池一步,因为其致癌的天性一直被正常细胞压制着。但是,当许多外源性因素改变时,如吸烟、饮酒、生活压力增大、老龄
等,都会使细胞所处的环境变差,那些携带有致癌突变基因的细胞就可能在这样的环境下不受抑制,其致癌性更容易表现出来,而且在数量上开始增加并占据生物组织里面的主导地位,癌症便产生了。这种解释显然是以环境决定论来解释佩托悖论。 (古力)