微生物也能抗癌？新模型揭示了非比寻常的策略

这是一种简单的海洋有机物被称为丝盘虫（Trichoplax adhaerens），它有一些显著的特性。这种生物能够忍受异常高剂量的辐射，这种辐射会杀死大多数其他形式的生命。T. adhaerens还有另一个有趣的特征:抵抗癌症的能力。

在一项新的研究中，安吉洛·福尔图纳托(Angelo Fortunato)和他的同事描述了T. adhaerens的不寻常行为，包括即使在严重的辐射损伤后，它仍能修复自己的DNA，并挤压受伤的细胞，这些细胞后来会死亡。

这一发现推动了对天然癌症抑制机制的科学研究。从这些进化适应中获得的见解可能会为这种主要杀手找到新的更有效的治疗方法。去年，仅在美国就有超过60万人死于癌症。

在新研究中观察到的这种不寻常的微生物是基本的，很容易在实验室中培养。这使得T. adhaerens成为一种有吸引力的模式生物，使研究人员能够专注于辐射耐受的基本过程，以及指导DNA修复、程序化细胞死亡和其他自然抗癌手段的潜在机制。

Fortunato是亚利桑那癌症进化中心和亚利桑那州立大学生物计算、安全和社会生物设计中心的研究员。他也是亚利桑那州立大学生命科学学院的研究员。

这项新研究的合著者卡洛·马利(Carlo Maley)是生物计算、安全和社会生物设计中心、进化机制中心以及亚利桑那州立大学生命科学学院的研究员。他是亚利桑那州癌症进化中心的主任。

这项研究结果发表在最新一期的《pLOS Biology》杂志上。

癌症：入侵大自然的黑客软件

癌症的进化能力使其成为一个可怕的敌人。传统的治疗方法，包括放疗和化疗，会对癌细胞施加选择性压力，有利于那些帮助癌症立足的突变，同时消灭竞争细胞，通常会让癌症自由地走上毁灭之路。

癌症是地球上几乎所有多细胞生物的致命弱点。细胞突变可能是由于细胞分裂过程中DNA复制错误，以及细胞暴露于辐射或其他诱变剂，从而导致可遗传的基因变化。

大自然的抗癌策略

自从30亿年前地球上出现多细胞生命以来，大自然不得不与那些拒绝多细胞需求的合作框架的细胞斗争。这样的流氓细胞霸占了体内的资源，以一种不受控制的方式繁殖。这是癌症。

然而，这种可怕的疾病对所有人的影响并不平等。一些生物成功逃脱，癌症发病率异常低，而其他物种则非常容易患癌症。解开围绕着生命之树的这些差异的谜团，已经成为了解这种疾病并更好地控制它的一个主要研究领域。

在进化过程中，一些物种发展出了抑制癌症的强大手段。一般来说，他们这样做的方式要么是试图从一开始就防止突变的发生，提高DNA复制机制的保真度，要么是修复受损的DNA，或者是这些方法的某种组合。

通常，关键的癌症相关基因会发挥作用。其中一种叫做Tp 53的肿瘤抑制基因可以修复受损的DNA。如果序列不能被修复，基因就会指示细胞发生凋亡或细胞死亡，从而防止突变在随后的细胞世代中复制。由于体型和寿命，鲸鱼很容易患癌症，但它们携带着Tp53的多个副本，患癌症的几率非常低。T. adhaerens是地球上发现的最简单的多细胞生物。它被认为在大约8亿年前与其他动物分道扬镳。1883年首次被描述，1969年被重新发现，它原产于红海和其他温带水域。研究人员已经对T. adhaerens的全基因组进行了测序，从而可以对其基因及其功能进行详细的探索。

在早期的研究中，Fortunato和他的同事表明，尽管T. adhaerens很简单，但这种动物表现出复杂的社会行为，包括合作觅食和进食，尽管这种生物缺乏肌肉组织、消化或神经系统。

T. adhaerens的生命周期也相当复杂。在实验室细胞培养中，该生物进行无性繁殖，但在野外可能有有性繁殖的能力。因为T. adhaerens有很高的细胞周转率，可以存活几十年，它是癌症研究的理想试验对象。即使在抗癌的物种中，像T. adhaerens这样的扁盘虫似乎是个例外，这一物种的成员从未被观察到患有癌症。这项新研究探索了这种生物对高强度辐射增强的抵抗力，以及抑制癌症的可能机制。T. adhaerens的无性繁殖模式包括将现有的细胞转移到新的个体。这可能会让这些动物非常容易患上癌症，而癌症可能会在整个种群中传播。这可能是机体最初进化出一种通过挤压排出受损的、癌前细胞的方法的原因。

有趣的是，细胞挤压作为一种癌症抑制手段可能在复杂的生物体中起作用，包括人类。大多数人类癌症发生在上皮组织，如皮肤和肠道，挤压可能发挥作用，以消除体内的癌生长。

然而，这项研究指出，如果突变的细胞被挤进血液，继续存活并迁移到身体的其他部位，那么T. adhaerens等简单生物体的这种癌症抑制机制可能会在人类身上产生反作用。

与哺乳动物不同的是，T. adhaerens能够承受巨大的辐射照射并完全康复。他们使用一种组合策略来做到这一点。当这些生物暴露在高剂量的X射线下时，它们会加速特定基因的表达，这些基因被认为参与了DNA修复过程，以及与细胞死亡或凋亡相关的基因。

值得注意的是，一些T. adhaerens对高达218.6 Gy的辐射具有耐受性。(Gy为灰色单位，是电离辐射的度量单位。)相比之下，仅仅3-7 Gy的辐射就会对哺乳动物细胞造成严重损害。6 Gy的剂量通常对人类是致命的。

尽管高辐射对T. adhaerens的DNA造成了灾难性的破坏，但这种动物的DNA修复能力使有机体能够从攻击中恢复过来。虽然不是所有的人都能在最高剂量的辐射中存活下来，但那些存活下来的人在暴露于218.6 Gy的辐射下30天后能够重新在培养液中繁殖。辐射暴露后，T. adhaerens中有74个基因显著过表达。

通过结合侵略性的DNA修复和损伤细胞的喷射，T. adhaerens参与持续的身体更新，使它们免于癌症。了解这些机制可能会激发预防和治疗人类疾病的新方法。其他尚未发现的基因可能在T. adhaerens非凡的抗癌能力中发挥了作用，使这种微小的生物成为信息的宝库。

本文作者:Richard Harth