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31份组织样本分析发现,干细胞分裂获得的随机突变与终生癌症风险有关——远超过可遗传的变异和环境因素的总和。
虽然遗传学和生活方式因素会影响一个人是否会得癌症,但是根据发表在新年第一期《科学》(Science)研究来看,随机性似乎也发挥着重要的作用。
成人组织中癌症发病率差异性很大。比如一个人患肺癌的风险是脑癌的11倍,是胃癌的8倍。研究人员把这种癌症发病率差异归因于环境风险因素,比如吸烟或暴露在紫外线下,和遗传突变。但无论是环境因素还是遗传性基因突变都不能完全解释组织癌症发病率的实质性差异。此外,构成组织的细胞总数也不能解释癌症风险的变化。
现在约翰霍普金斯大学的研究人员发现了可以解释这种差异的第三种因素:体内干细胞分裂的次数。约翰霍普金斯大学医学院研究肿瘤的数学家Cristian Tomasetti,以及约翰霍普金斯大学癌症遗传学家 Bert Vogelstein,利用干细胞数量和其在31个不同组织的分裂发生率的有效数据,发现组织的癌症风险65%的变异可以用组织干细胞分裂次数来解释。干细胞分裂积累的次数越多,组织癌症发生率越高。
Vogelstein说:毫无疑问,一生癌症风险与干细胞分裂总次数有着密不可分的关系,其应用于癌症,终生风险甚至会有100,000倍的差异。
“该信息直接而明显,”统计学家,波士顿达纳癌症研究所生物统计学和计算生物学部门主席,Giovanni Parmigiani说,他并没有直接参与这项研究,但是之前与作者有合作。他补充道,“我对此项研究印象深刻,虽然很简单,对癌症病因学的深入理解非常重要。”
组织分析中,结肠直肠和基底细胞组织的干细胞分裂次数是最高的,也是癌症发生率最频繁的组织类型。与此相反,骨盆骨组织,头和手臂的干细胞分裂次数最低,同时也是癌症风险最低的组织。
很早就已发现细胞分裂和体细胞突变的次数与癌症风险增加存在相关性,但是“这里评估相关性水平的方法是原创的,”Hudson说。
Vogelstein 和 Tomasetti推断,不同的人类细胞类型的突变率差异极小,一个人一生器官干细胞分裂次数也许可以解释癌症风险。大多数完全分化的细胞,即使是那些已经积累的突变,因为其寿命太短则无法生成肿瘤。但是干细胞很长寿,可以自我更新,并在组织内生成克隆细胞群。
该研究证实,某些癌症比如肺癌,与环境因素关系很大,可以在很大程度上进行预防。Vogelstein说。“我们必须注意,这并不是说我们可以放任自流。因为很多癌症还是可以预防的。”
另一方面,该结果还强调某些癌症的随机性。专家强调,对于所有癌症而言,早期检测仍是至关重要的。Tomasetti 表示“如果把更多的资源投入到早期检测上,那将会是个非常好的消息。” Hudson说“流行病学研究表明,通过预防和早期检测可以挽救生命。”
Vogelstein 和Tomasetti正在分析研究中漏掉的两个对象中的一个——乳腺癌干细胞分裂的速率。此研究中没有包括乳房和前列腺,是因为这些组织类型中关于干细胞分裂速率的数据都不令人满意。估计是因为乳房组织特别复杂,分裂速率与时间不呈线性关系(结肠和其他组织则是线性关系)。
干细胞分裂速率的再次关注“将给我们一个新的方向来研究癌症中很多还未深知的概念” Parmigiani说。“这将会改变未来癌症研究和预防的方式。”