巨鲸几乎没有什么相对于他们的身体尺寸。 这是一种生物学上的不匹配,称为佩托悖论,它描述了大型长寿动物尽管比人类或小动物多了数万亿个细胞,却不会患上更多癌症。
癌症是一种细胞分裂失控的疾病,基因突变驱动细胞不断分裂,形成称为肿瘤的肿块。 所以你可能会认为动物越大,它拥有的细胞就越多,这些细胞积累导致癌症的遗传错误的可能性就越大,尤其是在漫长的一生中。
但英国著名统计学家理查德·佩托 (Richard Peto) 在 20 世纪 70 年代末比较老鼠和人类时注意到,情况并非如此。后续研究研究表明,无论生物体大小,一个物种拥有的细胞越多,癌症就越常见。 大象和鲸鱼一样,不会患很多癌症。
听起来生物学家似乎对一个已有数十年历史的悖论感到困惑,而这只是大自然的一个怪癖? 但这是一个重要的怪癖。 解决这一悖论可能有助于制定预防或抑制人类癌症的新策略。
现在,纽约罗切斯特大学的一组研究人员找到了解决弓头鲸悖论的方法,鲸鱼,地球上第二大但寿命最长的动物。
“通过研究一种能够在两个多世纪以来保持健康并避免死于癌症的哺乳动物,”写生物学家丹尼斯·菲尔萨诺夫(Denis Firsanov)及其同事在他们的预印本论文中表示,“我们获得了全球进化实验幕后的独特视角,该实验测试了比人类希望接近的更多影响癌症和衰老的机制。”
在一系列实验室实验中,研究人员发现弓头鲸细胞比人类、小鼠和牛的细胞更能修复 DNA 损伤。 Firsanov 及其同事看来,“与其他哺乳动物相比,鲸鱼具有独特的高效率和准确性”,可以将 DNA 损伤消灭在萌芽状态写。
简而言之,弓头鲸可以忍受更多的基因组打击,因为它们有一个快速调整的快速修复系统来修复 DNA 损伤。 研究人员发现,在鲸鱼、人类、老鼠和牛共有的一个 DNA 区域中,鲸鱼细胞更有可能修复 DNA 断裂(被)没有错误。
弓头鲸细胞还产生一种 DNA 修复蛋白,称为CIRBP比其他研究物种的水平要高得多。 当实验室培养的人类细胞被改造为产生大量 CIRBP 时,这种基因调整增强了它们无错误修复 DNA 的能力。
Firsanov 及其同事表示:“这种不会消除细胞而是修复细胞的策略可能对于弓头鲸的长寿和无癌寿命至关重要。”得出结论。
耶鲁大学癌症生物学家 Jason Sheltzer 没有参与这项工作,说“迷人的”预印本? 哪些尚未经过同行评审? “为大型动物如何避免癌症提供了一个新模型”。
“也许他们只是比我们更擅长 DNA 修复?” 谢尔策在推特上沉思。 “下一步,”他补充道,“我很乐意看到这一点在动物模型中得到验证?如果你在小鼠体内驱动鲸鱼 CIRBP [蛋白质] 高表达,它们是否具有抗癌能力?”
当然,正如过去的研究表明的那样,将这样的发现转化为癌症治疗并不容易。
2015 年,当科学家发现大象拥有名为 TP53 的肿瘤抑制基因的额外拷贝时,下一个合乎逻辑的步骤是测试增加小鼠体内 TP53 的活性是否也能抑制癌症。 肿瘤抑制基因有效地“炸毁”他们发现含有过多 DNA 损伤的任何细胞,事实证明大象有门槛极低对受损细胞发动战争。
然而,在小鼠中过度表达 TP53 蛋白的一种形式,在抑制癌症的同时,也诱导了癌症的发生。早衰在动物中。 其他研究可能有找到了解决方法? 科学家们一直在寻找其他可能性。
“自然界中皮托悖论可能有很多解决方案,因为在生命史上,大体型已经独立进化了很多次,”评论过北亚利桑那大学遗传学家 Marc Tollis 与另外两名研究人员在 2017 年发表的论文中。
换句话说,从裸鼹鼠到非洲象,每一种长寿或大型动物都进化出了自己的抑制癌症的方法,科学家们迫切想弄清楚这一点。
其他解释可能是大型动物的肿瘤生长缓慢且致命性较低,或者大型动物具有更好的免疫监视能力。 然而,这些解决方案尚未在大型物种中观察到,需要更多的研究。
“每当我们发现一个物种的潜在癌症抑制机制时,我们就有机会找到新的治疗靶点和预防癌症的方法来拯救人类生命,”托利斯和同事说写。 但毫无疑问,这需要“付出巨大的努力才能将最近的发现转化为对人类的有效疗法。”
罗切斯特大学的研究可在预印本服务器 biorXiv前。