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一个生物学上的悖论为癌症之谜提供了新的见解
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在《自然》杂志上发表的一项新研究中，亚利桑那州立大学(ArizonaStateUniversity)生物计算、安全和社会生物设计中心(BiodesignCenterforBiocomputing,SecurityandSociety)的研究员卡洛·马利(CarloMaley)与他的国际同事一起，探索了皮托悖论的最新含义，并强调了科学在生命之树中对癌症的了解。
体内的细胞可以被看作是微小的箭靶，每一个都容易受到癌症致命箭的攻击。一个特定的动物拥有的细胞越多，寿命越长，积累有害细胞突变的几率就越大，这些突变最终会导致癌症。或者至少，这是直觉所暗示的。
然而，许多携带大量细胞的大型动物，包括大象和鲸鱼，不仅能活到老年，而且癌症的发病率也非常低。这个生物学之谜被称为皮托悖论。简而言之，这个悖论认为，物种的大小和寿命应该与癌症发病率成正比，但跨物种的真实数据表明，这种联系并不成立。
研究人员分析了最大的跨物种数据库——一个来自动物园的成年哺乳动物资料库，其中包括191个物种的110,148个个体。
这项研究为皮托悖论提供了迄今为止最深入的评价。这些发现提供了确凿的证据，表明癌症死亡风险在很大程度上与物种的体重和成年预期寿命无关。
这一悖论的解决方案在于，在物种中，更大的体型和更长的寿命的进化一直伴随着强大的抗癌机制的共同进化。
Maley也是免疫治疗、疫苗和病毒治疗生物设计中心和亚利桑那州立大学进化机制生物设计中心的研究员。
他是亚利桑那州立大学生命科学学院的副教授，也是亚利桑那癌症进化中心的主任。
不断的战斗
与癌症的斗争最近取得了一些胜利。根据美国癌症协会(AmericancancerSociety)的数据，2020年的年度统计数据显示，癌症死亡率出现了有记录以来最大的单年下降。然而，尽管癌症的诊断和治疗取得了重大进展，这种疾病仍然是头号杀手，据估计，仅在美国，去年就有超过60万人死于癌症。
这种祸害不仅限于人类。事实上，这项新的研究报告显示，不同物种之间存在着巨大的癌症负担，特别是在一些受人类照料的哺乳动物中，成年群体中死于癌症的数量可能达到惊人的20-40%。
虽然癌症是地球上所有多细胞物种生命的一个事实，但这种疾病很难民主地选择受害者。有些物种的癌症发病率明显高于或低于其他物种，其原因仍在研究中。
细胞越多，问题越多
多细胞生物，从简单到高度复杂，在细胞分裂时都面临着挑战。当DNA复制机制不能忠实地复制60亿个遗传密码碱基对时，细胞突变就会发生。辐射等环境因素也会破坏DNA的完整性，导致基因突变。
大多数这样的突变对有机体的健康没有明显的影响。然而，有些会引发毁灭性的连锁反应，导致癌症，一种经常致命的折磨。
但是，虽然这一常识规则适用于特定的物种，但研究人员在观察广泛的不同物种时发现了一些截然不同的东西，在这些物种中，大型、长寿的物种往往繁荣昌盛，癌症发病率较低。
这种明显的矛盾是由流行病学家理查德·皮托首先提出的。他研究了人类和老鼠的癌症发病率，发现这两个物种的癌症发病率大致相当。考虑到人类的细胞数量大约是老鼠的1000倍，寿命是老鼠的30倍，这就产生了一个难题。更令人惊讶的是，观察到大型和长寿的野生动物似乎没有明显表现出更大的癌症倾向。
似乎大自然已经在大型、长寿的物种中遇到了癌症的问题，并得出了一些解决方案，这些解决方案根据涉及的物种而有所不同。这些癌症抑制机制可能为抑制包括人类在内的其他动物的癌症提供线索。
探索一个悖论
目前的研究利用了被称为动物信息管理系统(ZIMS)的大型数据集，它汇编了关于成年非家养哺乳动物的年龄、性别、死亡/活着状态和死后病理数据的详细信息。这些丰富的跨物种信息对于彻底分析皮托的悖论至关重要。
动物园的调查发现食肉动物患癌症的风险很高。这可能是由于使用黄体酮和其他形式的激素避孕以及推迟动物园动物的怀孕。这两种因素都与人类癌症以及非家猫癌症的发展有关。
然而，研究人员认为，避孕措施并不能完全解释食肉动物患癌症风险增加的原因。如果可以，数据中明显的性别偏见将是显而易见的，雌性食肉动物的癌症发病率更高。相反，一个关键的决定因素似乎是饮食。
饮食是命运吗
食肉动物通常吃高脂肪、低纤维的食物，这是一种已知的癌症风险因素。由于食肉动物处于食物链的顶端，它们可以比处于食物链较低位置的动物摄入更集中的污染物或其他致癌化合物。
此外，吃肉会使食肉动物接触到各种与癌症形成过程有关的病原体。病毒尤其具有相当大的致癌风险，据信所有癌症中有10-20%来自病毒。
对动物园数据的进一步分析表明，在食肉动物中，与很少或从不吃其他哺乳动物的食肉动物相比，那些经常吃其他脊椎动物的食肉动物患癌症的几率最高。数据表明，食肉饮食，尤其是富含哺乳动物猎物的饮食，在癌症风险方面付出了高昂的代价。
其他可能影响这些动物癌症发病率的因素包括微生物群落多样性低、圈养时的体育锻炼程度或其他生理因素。与食肉动物相比，反刍动物的癌症风险在哺乳动物中最低。
与动物交谈
研究结果证实了皮托悖论的核心假设。数据显示，不同物种的癌症死亡风险和身体质量之间没有显著的联系，这表明大型动物对抗癌机制的自然选择是显著降低它们致癌风险的原因。
这些不同的机制已经成为深入研究的重点，因为它们有可能在野生动物和人类中预防这种致命疾病，尽管仍有很多未知。这项研究为这一领域的进一步探索提供了基础，并强调了动物学数据对未来癌症研究的作用。