科学家用数学方法解释癌症成因

组织中的干细胞分裂得越多，身体就越有可能患癌症。照片来源:科学

“为什么？”这是许多癌症患者在被诊断后问的第一个问题。巴尔的摩约翰·霍普金斯大学的癌症遗传学家伯特·沃格斯坦说:“这是一个非常合理的问题。”多亏了他们与一位应用数学博士的友谊，两人现在提出了一个框架，即大多数癌症都是生物学中运气不好的结果。这项研究结果将有助于科学家为不同类型的癌症设计更有效的预防策略。

2013年进入该校生物统计系的沃格斯坦和克里斯蒂安·托马塞蒂最近提出了一个数学公式来解释癌症的原因。

它是这样工作的:收集一定数量的组织细胞，确定长寿干细胞的百分比，并确定干细胞分裂了多少次。随着每一次分裂，每一个子细胞都有可能发生突变而导致癌症。因此，托马塞特和沃格斯坦得出结论，一个组织中干细胞分裂越多，癌症发作的概率就越高。当托马塞特总结数据并与实际癌症统计数据进行比较时，他发现这个理论可以解释2/3的癌症。

研究人员在1月2日的《科学》杂志上报道了这一结果。

马丁·诺瓦克在哈佛大学学习数学和生物学，并与托马塞特和沃格斯坦一起工作，他说:“随着数学的发展，你真的可以开发出一个模型来理解疾病。”“这是需要细胞分裂的动物的基线风险，”他说。

这个想法源于在沃格斯坦办公室举行的小组讨论。研究人员又回到了一个老问题:有多少癌症来自环境因素，有多少癌症来自遗传因素。托马塞特说，为了解决这个问题，“我首先需要知道有多少来自事故。”

研究人员报告说，癌症的发生是因为组织干细胞在分裂过程中复制其脱氧核糖核酸时，会出现随机错误或突变。突变积累越多，细胞癌变的风险就越大。为了了解干细胞分裂的突变、环境因素以及遗传基因对癌症的影响程度，他们分析了已发表的31种人类组织中干细胞分裂的数据，并比较了这些组织中癌症的发病率。

研究表明，人体组织中正常干细胞分裂的数量与该组织中癌症发病率之间的相关性为0.804，即高度相关。根据研究人员开发的一个新的统计模型，组织中癌症的发病率是这种相关性的平方，表示为65%的百分比。

例如，研究人员说，人类结肠组织中的干细胞分裂比小肠组织中的多四倍。同样，人类结肠癌比小肠癌更常见。相比之下，在小鼠中，结肠干细胞分裂的频率低于小肠组织。同样，小鼠结肠癌的发病率低于小肠癌。

进一步分析表明，上述31种组织中有22种在干细胞分裂时一般可以用“厄运”来解释，包括胰腺癌、骨癌、卵巢癌和脑癌，而其他9种癌症的发病率高于“厄运”的预测。研究人员表示，环境或遗传因素也可能是导致这九种癌症的原因，比如吸烟导致肺癌和日晒导致皮肤癌。

马里兰州贝塞斯达国家癌症研究所副主任道格拉斯·洛伊同意这项研究，但同时指出，大量“癌症是可以预防的，因此必须继续努力预防这种疾病。”

尽管癌症的随机性可能令人恐惧，但这一领域也显示出积极的一面。荷兰乌得勒支胡布雷特研究所的干细胞和癌症生物学家汉斯·克莱夫斯说，新框架强调“癌症患者通常是不幸的”。但是“这有助于癌症患者了解”，这种疾病不是他们的错。(赵茜·Xi)

中国科学新闻(2015-005第二版国际版)

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