科学家们知道年龄和体重是癌症发生的危险因素。这应该意味着，包括地球上一些最大、寿命最长的动物在内的鲸鱼，罹患癌症的风险极高。
但他们没有。相反，他们更不可能发展或死于这种神秘的疾病。大象和恐龙的近亲鸟类也是如此。北亚利桑那大学信息、计算和网络系统学院的助理教授马克·托利斯想知道原因。
托利斯领导了一个由来自亚利桑那州立大学、荷兰格罗宁根大学、马萨诸塞州海岸研究中心和全球其他九家机构的科学家组成的团队，研究鲸类动物潜在的癌症抑制机制。鲸类动物是包括鲸鱼、海豚和江豚在内的哺乳动物群体。他们的发现，将座头鲸的基因组，以及其他9种鲸类动物的基因组进行了分离，以确定它们的癌症防御是如何如此有效，发表在今天的《分子生物学与进化》上。
这项研究是由美国国家癌症研究所(National Cancer Institute)出资850万美元，新成立的亚利桑那癌症与进化中心(Arizona Cancer and Evolution Center，简称ACE)做出的第一项重大贡献。Maley是一位进化生物学家，是亚利桑那州立大学生物设计弗吉尼亚G.派珀个性化诊断中心的研究员，也是生命科学学院的教授。他是这项新研究的资深合著者。
研究发现,自然在很多方面战胜了癌症在生命之树,Tollis说,研究人员可以使用这些信息来帮助找到预防癌症在人类潜在的新目标,喜欢用鲸鱼版本的一种蛋白质,这种蛋白质可以阻止细胞增殖发展药物在人类肿瘤萎缩。
托利斯说:“我们的目标不仅是让大自然告诉我们更好的癌症治疗方法，而且要让公众对癌症有一个新的看法。”“鲸鱼和大象的进化是为了战胜癌症，恐龙也曾遭受过癌症的折磨，这一事实表明，癌症在数百万年的进化过程中一直是一种选择性的压力，它一直伴随着我们。”我们的希望是，这可能会改变人们与这种疾病的关系，这可能是痛苦的和个人的。它还有助于更好地欣赏生物多样性。在目前的第六次物种大灭绝中，我们需要所有能找到的保护物种的理由。”
为什么鲸鱼?
最基本的，癌症发生在身体细胞分裂和变异的时候。细胞分裂在生物中是正常的，体细胞或体细胞突变也是正常的。大多数时候，体细胞突变要么是无害的，要么身体能够修复这些突变。如果没有，就会导致癌症。
在这个基础之上，癌症变得更加复杂。尽管对所有类型的癌症和所有类型的生物体进行了所有类型的研究，但问题仍然多于答案。然而，年龄和体型是众所周知的危险因素。托利斯说，对这一现象的一种解释是，癌症风险总体上是生物体一生中细胞分裂数量的函数。
“这是由体细胞进化驱动的——当体细胞复制基因组、分裂并产生子细胞时，就会发生基因变化，”他说。“你活得越久，细胞分裂就越多，后代细胞基因组中发生致癌突变的可能性就越大。”同样，较大的个体由更多的细胞组成，这也增加了致癌突变的几率。”
了解到这一点，我们有必要看看鲸鱼是否更容易患癌症。鲸鱼比地球上大多数哺乳动物寿命更长，身体脂肪的比例也更高。他们不是。托利斯和他的团队研究了这一现象，被称为“佩托悖论”。鲸鱼是如何抗拒这些众所周知的危险因素的呢?在早期的研究中，ASU的Carlo Maley研究了大象癌症抑制的替代机制。
方法和结论
该团队在联邦研究许可下工作，从马萨诸塞州海岸的一头成年雌性座头鲸身上获取皮肤样本。这种名为Salt的鲸鱼为研究人员和鲸鱼观察者所熟知。20世纪70年代中期，她被海岸研究中心(Center for Coastal Studies)收录进研究目录，之所以选择她作为研究对象，是因为她的生活史是所有座头鲸中记录最完整的。该团队对Salt的基因组进行了测序和组装，这需要从皮肤组织中提取DNA，将其分割成更小的片段，然后通过一个DNA测序器产生近20亿个短序列。然后，他们将这些序列重新组合成一个跨越27亿个碱基对的基因组组合。(相比之下，人类基因组大约有31亿个碱基对长。)他们还对RNA进行了测序，这有助于找到基因在基因组中的精确坐标。
然后，研究小组将座头鲸的基因组与其他哺乳动物的基因组进行了比较，包括其他海洋巨兽，如蓝鲸、长须鲸、露脊鲸和抹香鲸。他们希望看到许多不同之处，但也有一些相似之处，特别是与基因组中执行重要功能的部分。他们还寻找了进化来帮助鲸鱼适应环境的基因组部分。
他们发现鲸鱼基因组的某些部分比其他哺乳动物进化得更快。鲸鱼基因组的这些部分含有控制细胞周期、细胞增殖和DNA修复的基因，而这些对于正常细胞功能至关重要。在人类癌症中，许多基因发生了突变。鲸鱼的基因组也进化出许多肿瘤抑制基因的重复。
“大自然告诉我们，癌症基因的这些变化与生命是相容的。接下来的问题是,这些变化是预防癌症,我们能将这些发现转化为人体预防癌症?”卡洛Maley说癌症进化生物学家从亚利桑那州立大学生物设计研究所和两位作者之一,他在2011年开始这个项目每Palsbøll,来自格罗宁根的海洋哺乳动物保护遗传学家格罗宁根大学进化生命科学研究所与海岸研究中心的Jooke Robbins合作。
托利斯说:“这表明鲸鱼在哺乳动物中是独一无二的，为了进化出巨大的体型，这些重要的‘管家’基因必须跟上，才能保持物种的健康。这些基因在进化上是保守的，通常可以预防癌症。”“我们还发现，尽管鲸鱼基因组中与癌症相关的部分比其他哺乳动物进化得更快，但与其他哺乳动物相比，平均而言，随着时间的推移，鲸鱼基因组中累积的DNA突变要少得多，这表明它们的突变率更慢。”
这种缓慢的变化速度也可能限制了鲸鱼接触致癌体细胞突变。
这项研究建立在ASU团队的研究基础上，他们在大象身上发现了更低的癌症发病率。大象是另一种体型庞大、寿命长的哺乳动物，但在基因上与鲸鱼没有太多共同之处。这两个物种通过不同的机制得到了相同的结果——癌症抑制。灭绝的巨型恐龙可能也是如此;尽管科学家们在恐龙化石中发现了癌症的证据，但这类生物包括地球上有史以来最大的动物，因此它们可能也具有有效的抗癌能力。
托利斯和他的团队下一步将利用鲸鱼细胞系的实验更好地了解癌症抑制表型，这将为团队的基因组结果提供重要的功能验证。这将是产生鲸源性人类癌症药物的第一步。他们还在观察其他动物，如蝙蝠、乌龟和鳄鱼，以了解这些长寿物种是如何抑制癌症的。座头鲸基因组也将作为其他团队成员的研究的基础上鲸鱼变异率和其他适应利用一组9000 - + DNA样本收集的自由放养的座头鲸Palsbøll策划的团队。
这项研究由亚利桑那癌症进化中心(Arizona Cancer Evolution Center)资助，该中心由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)提供一项为期五年的资助，格罗宁根大学(University of Groningen)提供额外资助。
——文章发布于2019年5月10日
