癌细胞在我们体内是如何演化的

我们的身体组成了一个个广大的世界，癌细胞就在其中演化。我们习惯于将演化视为一个像冰川消长一样的缓慢过程：千万年来，遗传变异随机发生，有些给携带这些变异的生物个体带来优势，从而逐渐使整个群体发生改变，进而更好地适应它们所处的环境。由于我们经常把演化想成一个非常缓慢的过程，所以很难用演化的思维来考虑我们体内的细胞。如果我们将演化看作一个本质上缓慢的过程，它又怎么能在我们人类个体的一生当中起作用并在癌细胞当中做出选择呢？答案就是，我们人体内演化的时间跨度完全不同于生物演化：癌细胞的代际时间（换句话说，是癌细胞传宗接代所花费的时间）非常短，通常约为一天，而且其种群规模以数十亿计，因此演化的速度可以非常快。实际上，癌细胞在一个人一生的时间里所发生的演化比整个人类的进化史还要丰富。

但是，当我们死去，癌症的演化又将何去何从呢？如果癌细胞最终杀死了它们生活于其中的宿主，我们还能将这个过程称为“演化”吗？如果一个物种最终灭绝了，我们能说这个物种演化过吗？答案当然是肯定的：没有人会因为恐龙已然灭绝就认为它们的演化没有发生过，或者因为某个物种的演化进入死胡同就把它过往的演化历程都一笔勾销。

就像演化当中的某些物种会灭绝一样，癌细胞群在我们体内的演化最终也会走到尽头。实际上，癌细胞作茧自缚，将自己拖入演化的死胡同当中，正是演化生物学中一种更为普遍的现象，这个现象被称为“演化自杀”。在演化自杀中，生物种群会演化出某些最终导致整个物种灭绝的特性，例如，高效消耗资源的特性会使得子孙后代一无所有，或者求偶性装饰过分夸张、华而不实，结果在面对捕食者时变得不堪一击，给整个种群带来灾难性的后果。不过，癌细胞也不总是会跌入演化的死角。我在后文中会讲到，有时候癌细胞也可以转移到其他个体身上，得以在种群当中传播开来。目前人们已经在许多物种身上发现了可传染的癌症，包括家犬、袋獾和几种蛤类。在这些物种中，来自某个生物个体的癌细胞能够离开原始宿主，传播到新宿主身上，然后在新宿主体内生长，从而使癌细胞的存活时间比它所在的生物个体寿命更长，也使演化过程能在癌细胞身上作用更长的时间。然而，癌细胞的可传染性并非癌症演化的先决条件。绝大多数癌细胞会随其宿主死亡，而在死亡之神降临之前，癌症会一直像其他每个不断演化的种群一样，受到自然选择和基因漂移的影响。

癌细胞要想通过自然选择实现演化，必须满足一定的条件，与自然界当中任何演化的生物群体所要具有的条件相同：变异、遗传性和适应性差异。换句话说，细胞之间必须产生各不相同的变异，分裂时这些特性必须是可遗传的，并且这些变异会对细胞在其生存环境中的适应能力（即细胞的存活和增殖）产生影响。癌细胞符合这些条件吗？它们当然符合。癌细胞就是一群具有多种多样可遗传变异的细胞，这些变异会影响癌细胞的适应性。让我们来进一步了解一下这些自然选择发生所需要的条件，以及癌细胞是如何满足这些条件的。

一个条件是变异。每个人都起源于一个单细胞。我们中许多人都在课上学到，细胞分裂过程中会复制其DNA（脱氧核糖核酸），从而产生构成我们身体的数万亿个遗传信息相同的细胞。但这个表述并不是很准确。应该说组成我们身体的各个细胞的遗传信息几乎相同。它们都具有调控正常多细胞行为的DNA，但是，每次细胞分裂的时候，DNA都需要复制，而其复制过程并不完美，每次都有可能发生错误，而我们的遗传“校对过程”有时候并不能发现并纠正这些错误。因此，由于遗传突变，我们身体内的细胞并不完全相同，这种现象被称为变异。

这些细胞彼此之间的差异有多大？这些变异可能会超出你的想象。机体中的大多数细胞都具有独特的突变，这些突变是由DNA复制错误或其他突变诱导因素（例如日晒损伤或者接触化学物质）引起的。除了遗传变异，细胞还具有表观遗传变异，指的是细胞与细胞之间在基因表达上的差异。在我们每个细胞中，都有一些DNA被“暴露”出来，其遗传信息能够被阅读并最终翻译成蛋白质，而其他DNA则被“束缚”起来，只能保持沉默而不能制造蛋白质。这些表观遗传学上的差异也能造成细胞行为方式的差异，比如细胞迁移、消耗资源，以及向邻近细胞发出某种信号。我们体内的细胞在遗传和表观遗传两个层面上都有所不同，正是这些不同为体细胞演化提供了驱动力。

第二个条件是遗传度，又称遗传力。遗传力指的是亲代与子代性状之间的相关性。如果没有遗传力的话，任何有助于父母生存和繁殖的性状都将无法传递给下一代。那么，细胞之间遗传和表观遗传上的差异是否可以遗传呢？当然可以。每次细胞分裂时，该细胞的DNA突变都会被复制并传递给其后代细胞。基因表达的差异也能够遗传，因为DNA的表观遗传改变也可以在细胞分裂时复制并传递下去。了解这些过程后，我们可以把我们的身体想象成一棵巨大的细胞家族树，树干是第一个产生受精卵的细胞，每个树枝分杈都代表一次细胞分裂，在此过程中细胞的性状被遗传下去（见图1.1）。就像父母可以将突变遗传给子女一样，突变也能够在细胞家谱树之中得到传承。

图1.1 人体细胞的演化树，从受孕开始一直到发育完成的整个过程。左侧为癌症，是演化树上“繁茂”的分支。我们的身体从单个受精细胞（合子）开始，然后经过许多次细胞分裂，首先形成一个细胞组成的空心球——囊胚，然后反转形成原肠胚，开始分化为体内所有细胞。癌症源自突变的细胞，它们分裂迅速，在我们人体组织的体细胞群里不断扩张，这张图显示的是源自肝组织的一种肝癌。

第三个条件是适合度差异。适合度差异理论认为拥有某些特征的个体会比拥有其他特征的个体产生更多后代。我们体内的细胞产生的细胞后代数量是否有所不同？确实如此。从我们还在妈妈的子宫里的时候开始，我们身体的一些细胞就比其他细胞分裂得更快，某些组织里的细胞比其他组织里的细胞分裂得更活跃，并且相同组织内某些细胞也会比其他细胞分裂速度更快。很多这类差异是细胞之间正常的表观遗传差异（即基因表达差异）造成的，这些差异使我们能够发育成具有脚趾、耳朵、身体其他各个脏器以及部位的功能正常的多细胞生物体。细胞之间的表观遗传差异是我们正常发育所必需的，然而，它们也可能促使我们更易患上癌症。

细胞增殖上的其他差异是由DNA序列中掌管细胞何时分裂的突变造成的。如果细胞获得了允许其分裂更多的基因突变，它们在后代细胞群体中的数量会剧增，其后代也会遗传它们过度分裂的特性。在细胞演化树当中，由过度分裂细胞组成的分杈会显得格外突出，拥有超多的子代细胞，而这些子代会继续分裂产生更多的子代细胞，以此类推（见图1.1）。生存能力的差异也是造成繁殖差异的重要原因，生存能力更强的细胞自然会比相对更容易死亡的细胞留下更多的后代细胞。

具备了自然选择的条件之后，适应能力（有助于生物个体生存或繁殖的特性）就会发生演化。对人类来讲，适应能力包括我们寻找食物、避免伤害和寻找配偶的能力。而对癌细胞来说，适应能力包括快速利用资源、躲避免疫系统的攻击，以及在体内迅速分裂增殖的能力。其中，细胞水平的某些适应能力与我们的生物体个体水平的适应能力正好相左——例如，当癌细胞在体内存活并大量繁殖时，它们的成功就会与生物个体的成功直接冲突。

回到我们本章开头的问题——我们是否能够说癌症具有某种功能。我们已经看到，癌细胞唯一真正的功能就是满足自我：在体内复制自己，生存下去。癌症对它的宿主生物个体来讲，没有任何作用。而生物个体所具有的唯一与癌症相关的功能是抑制癌症。我们与癌症有关的适应能力就是要控制癌症，以免它对我们演化上的适应性造成伤害。