能通過傷口傳染的癌症,差點滅絕了一個物種
2020年12月22日10:28

  來源:科研圈

  癌症號稱“眾病之王”,而會傳染的癌症聽起來尤其可怕。在大洋洲的一座小島上,一種傳染性癌症長期在袋獾當中流行,導致種群數量在二十多年中減少 80%。科學家曾經十分擔心這種疾病將使袋獾滅絕,但最近發表的一項新研究帶來了好消息,也為傳染病研究提供了新的思路。

圖片來源:Pixabay
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  來源 華盛頓州立大學,《國家地理雜誌》等

  編譯 謝一璿 戚譯引

  袋獾(Sarcophilus harrisii)擁有“塔斯馬尼亞惡魔”的別名,它是澳州塔斯馬尼亞島上的特色物種,也是現存最大的食肉有袋動物。而在上世紀 90 年代末,人們發現袋獾種群中流行起一種奇怪的疾病:染病袋獾的臉上長出巨大的腫瘤,然後化膿潰爛,導致難以進食,通常在感染後六個月內就會餓死。

  很快,科學家發現這竟然是一種具有傳染性的癌症。袋獾的求偶過程往往伴隨著激烈的打鬥,在這個過程中,患病袋獾的癌細胞會通過傷口進入另一隻袋獾的身體,安營紮寨。自從 1996 年被發現時起,這種疾病已經導致袋獾的種群數量減少了 80%。科學家擔心袋獾會因此滅絕,更擔心這種疾病一旦發生跨物種傳播,將危及島上生活的其他許多特色物種,對生態系統造成不可逆轉的破壞。

  好消息是,12 月 10 日發表在《科學》(Science)雜誌上的一項研究表明,袋獾面部腫瘤正在從大流行病轉變為地方性流行病,這意味著疾病的傳播速度正在放緩,每隻染病袋獾只會傳染一隻或更少的動物。該研究團隊首創的方法也為研究其他複雜病原體提供了新的思路。

  儘管我們知道一些癌症能夠由病毒引發,比如人乳頭瘤病毒可能導致宮頸癌的發生。但這類癌症的發病機製,是病毒的反複感染對體內的某些組織造成了損傷,使其惡變為癌細胞,並不是癌細胞直接從一位患者轉移到另一位患者身上。而在塔斯馬尼亞袋獾當中,癌細胞本身就是傳染因子。

  袋獾面部的腫瘤組織本身比較鬆散,當它們打鬥的時候,癌細胞很容易脫落下來,通過傷口進入另一隻袋獾的身體。而出於某種原因,這些癌細胞表面上主要組織相容性復合體(MHC)的數量極少,使得其他袋獾的免疫系統無法將其識別為異物。

袋獾尖銳的牙齒。圖片來源:Pixabay
袋獾尖銳的牙齒。圖片來源:Pixabay

  遺傳分析已經發現,引起袋獾面部腫瘤的癌細胞,最初來源於一隻不知已經死了多少年的袋獾。值得注意的是,腫瘤細胞都會缺失相同的染色體或染色體片段,而在患病袋獾的其他細胞中卻沒有這些遺傳改變。因為“零號袋獾”早就死了,也就沒人能弄清楚到底是什麼因素使那隻袋獾發生突變,致使腫瘤具有了傳染性。

  由於這種癌症通過交配時的撕咬傳播,幾乎每隻成年袋獾都暴露在疾病風險中。這也極大影響了種群的繁衍。過去,雌性袋獾往往要到兩歲才開始生育,在 5 到 6 年的壽命中一般能養育三批幼崽;而這種疾病使得許多袋獾無法活過三年,只能養活最多一批幼崽。

  好消息是,這種凶險的疾病出現了緩和的跡象。由美國華盛頓州立大學(Washington State University)生物學家 Andrew Storfer 帶領的研究團隊首次使用系統動力學的基因組工具,對塔斯馬尼亞袋獾的面部腫瘤疾病進行追蹤。這項技術通常用於追蹤流感或新冠病毒這樣的流行病病毒。該研究團隊首創的方法也為研究其他複雜基因病原體提供了新的思路。

  該研究於 12 月 10 日發表在《科學》(Science)雜誌上。研究表明,袋獾的大流行病正在轉變為地方性流行病,這意味著疾病的傳播速度正在放緩,每隻染病袋獾只會傳染一隻或更少的動物。

  Storfer 說:“這是一個謹慎樂觀的信號。我認為我們將會看到袋獾(這個物種)繼續生存,比原來數量更少,密度更低,但十年前對袋獾將會滅絕的預測不大可能成為現實。”面部腫瘤疾病對已感染的袋獾來說仍然是致命威脅,但這項研究以及之前的實地研究一致認為,這種狀態似乎正在達到平衡。

  此前為了保護這個物種,當地的工作人員開始圈養健康袋獾進行人工繁育,然後在鄰近的島嶼上野放。但最新研究作者稱,這一新證據意味著應該謹慎考慮是否將圈養繁殖的袋獾放歸野外。Stofer 說:“主動管理沒有必要,甚至可能有害。看起來,袋獾種群正在通過自然演化提高對腫瘤的抵抗力。如果引入一群基因不成熟的圈養個體,它們與野生個體雜交將混合基因池,導致種群適應性降低。”這些未經感染的圈養繁殖袋獾個體也可能加劇疾病在不同袋獾群體之間的傳播。

塔斯馬尼亞自然環境,圖為搖籃山(Cradle Mountain)。圖片來源:Pixabay
塔斯馬尼亞自然環境,圖為搖籃山(Cradle Mountain)。圖片來源:Pixabay

  塔斯馬尼亞袋獾的遺傳多樣性原本就較小,尤其是 MHC 基因家族。這可能是因為袋獾的種群數量曾經急劇減少,或者曾有某種疾病在袋獾中肆虐,以至於僅剩下了一小群基因組成相似的袋獾。而如果一個種群的遺傳多樣性缺失,絕大多數個體都攜帶一套高度相似的基因,個體的免疫系統就會難以識別異體細胞,以致不會啟動殺傷程式,或者僅產生微弱的免疫反應。這可能是傳染性癌症會發生在袋獾當中的一個重要原因。

  此前的研究主要依據實地考察和建模來試圖理解袋獾面部腫瘤疾病的傳播,而這項研究首次利用系統動力學方法成功追蹤這一傳染性腫瘤。系統動力學採用基因測序來調查病原體譜系之間的進化關係,以瞭解和預測疾病在種群中傳播的方式。這種方法常用於追蹤病毒的傳播,比如流感和新冠病毒這些會在基因組中快速積累突變的病毒。

  塔斯馬尼亞袋獾面部腫瘤的基因比病毒基因複雜得多。由於這種疾病是一種源自動物自身細胞的癌症,因此需要追蹤的是袋獾的基因,其數量要比一般的病毒病原體多出成千上萬個。在這項研究中,研究人員從腫瘤樣本中篩選出超過 11,000 個基因,以尋找正迅速累積突變的、體現鍾樣進化(clocklike,即恒速進化)的基因。最終他們確定了 28 個基因,包含超過 430,000 個堿基對。作為對比,新冠病毒的基因組只含有 29,000 個堿基對。

  此次突破性進展的背後是使用系統動力學方法進行了數月的艱苦計算,Storfer 將此歸功於他的博士生 Austin Patton。Patton 近期於華盛頓州立大學獲得博士學位,現在是加州大學伯克利分校的博士後研究員。

  Patton 說:“這項研究取得的最令人振奮的進展之一,就是它表明可以將系統動力學方法應用於幾乎所有病原體的研究。它使這種重要的病毒研究方法得以推廣,應用於影響全人類和野生動物的各種新的病原體上。”

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