適者生存的概念通常適用于動物物種內(nèi)部和動物物種之間的競爭，但進化壓力可以在其他地方找到 - 即使在癌性腫瘤中也是如此。

 

癌癥研究人員已經(jīng)開始了解腫瘤，而不是將腫瘤理解為同一細胞的腫塊，而是將它們視為多樣，充滿活力的一群。而且，就像動物種群中的個體一樣，腫瘤內(nèi)的細胞相互競爭，一些繁盛，一些失敗。

 

在一項新的研究中，賓夕法尼亞大學的研究人員制定了一個數(shù)學模型，以了解隨著癌癥腫瘤的增長和擴散而發(fā)生的動態(tài)變化。將他們的模型付諸實踐，分子生命科學學院Vagelos學者項目的一位高年級學生Jimmy Qian和藝術(shù)與科學學院生物學助理教授ErolAk?ay能夠解釋一個有點矛盾的觀察，導致轉(zhuǎn)移的突變（癌癥擴散至遠離原發(fā)腫瘤的部位）通常在腫瘤病史中出現(xiàn)早，而不是晚。

 

Qian和Ak?ay在“PLOS ONE”雜志上報道，將進化和生態(tài)學理論融入癌癥生物學可能有助于指導更有效的治療計劃。

 

“在公眾意識中，癌癥常常是我們需要以某種方式擊敗的巨大單一疾病，”Ak?ay說。

 

“了解癌癥如何演化”，Qian補充說，“可能有助于我們預測哪種譜系將在腫瘤中占主導地位，并有可能先發(fā)制人地治療，以盡量減少耐藥的機會�；蛘�，如果我們能夠預測哪種進化機制導致轉(zhuǎn)移，我們可以嘗試在轉(zhuǎn)移開始之前解決這個問題。”

 

癌細胞不會簡單地在正常細胞中停留和繁殖;他們積極改變他們周圍的環(huán)境，使他們更有利于自己的成長。該過程可能需要增強血管形成或改變附近細胞的結(jié)構(gòu)和代謝。然而，所謂的腫瘤微環(huán)境或腫瘤小生境的培養(yǎng)不限于鄰近組織。當惡性細胞通過血流將因子分泌到身體的遠端部位以作為準備癌癥生長的新空間的方式時，會出現(xiàn)轉(zhuǎn)移。

 

“這就像人類一樣，我們通過創(chuàng)建大學基金和類似的東西來為我們的孩子做好準備，”錢先生說。 “癌癥也在做同樣的事情，它正在準備一個遙遠的地方，它的孩子們有一天會遷徙到那里�！�

 

對于Qian和Ak?ay，沉浸在理論進化生物學和生態(tài)學理論中，癌癥傳播的這一特征提出了一些有趣的問題：假設癌細胞必須犧牲自己的一些資源來準備身體的這些遙遠的區(qū)域，這樣的譜系將如何與其他培養(yǎng)更接近原發(fā)腫瘤的區(qū)域？那么對于構(gòu)建腫瘤小生境沒有貢獻的譜系又如何？

 

想象一個原發(fā)性腫瘤，研究人員制作了一個由四種癌細胞組成的模型腫瘤：幫助構(gòu)建腫瘤直接微環(huán)境的生產(chǎn)者;通過分泌各種分子幫助構(gòu)建遠處轉(zhuǎn)移前的位點的生產(chǎn)者;生產(chǎn)者完成這兩項任務（并承擔兩倍的資源成本），這些都不利于利基建設（從而犧牲更少的資源）。

 

在這些不同的癌癥細胞亞群之間建立競爭性相互作用并進行模擬研究時，研究人員觀察到，當腫瘤很小時，促成形成轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的生產(chǎn)者更有可能“獲勝”，因為競爭對手即將超過他們。但一旦腫瘤規(guī)模增大，就會出現(xiàn)更多的突變，從而增加競爭對手的數(shù)量。

 

Ak?ay說：“有助于轉(zhuǎn)移前生態(tài)位的突變體更可能出現(xiàn)在更大的腫瘤中，但不太可能在這些腫瘤中建立自己。“這是權(quán)衡�！�

 

“這可以預測一些較小的腫瘤實際上更可能導致轉(zhuǎn)移，”Qian說，一項發(fā)現(xiàn)支持最近的觀察結(jié)果顯示，實際上，早期出現(xiàn)的癌癥細胞突變更可能是轉(zhuǎn)移性疾病的來源。

 

“發(fā)生了很多事情，”錢先生指出，“到很多病人確定原發(fā)腫瘤的時候，身體其他部位已經(jīng)存在轉(zhuǎn)移的種子，因此即使成功治療了原發(fā)腫瘤，轉(zhuǎn)移也可能發(fā)生更多年后�！彪m然有關(guān)，但該研究確實表明癌癥治療可能受益于將腫瘤視為一種生態(tài)系統(tǒng)，其中一種與可以操縱病人益處的細胞群體相互碰撞并合作。

 

“我認為你可以帶來很多生態(tài)和進化理論來設計治療方案，”Ak?ay說。 “有些人正在尋求最佳的治療方案來控制細胞群的擴張，并試圖破壞使腫瘤和轉(zhuǎn)移性腫瘤生長的動力學。

 

“我們還沒有 - 我們的模型仍然試圖理解這個基本想法 - 但我認為這樣的想法最終可能會進入治療設計。”