每当细胞分裂时,DNA(所有生物体中携带遗传信息的物质)就有可能发生突变(错误)。这些突变可能导致癌症。
如果所有细胞发生致癌突变的概率相近,那么细胞数量更多、寿命更长、经历更多次细胞分裂的大型动物,患癌率理应高于细胞较少、寿命较短、在更短时间内分裂次数较少的小型动物。
但在1977年,理查德·佩托爵士指出,人类的患癌率与小鼠相近。尽管人类的细胞数量是小鼠的达到1,000倍,寿命也长30倍。大象也体现了这一现象。大象的体型是人的100倍,寿命可达60至70年,但其癌症发病率却极低。
佩托提出,进化因素或许可以解释不同物种单个细胞癌症发病率的差异。在比较小鼠和人类的癌症发病率时,他认为,人类在进化过程中体型变大、寿命延长,更多细胞在更长时间内持续分裂,同时也进化出了抵御癌症的能力。人们将这种在大象等体型较大、寿命较长的动物身上发现的惊人抗癌能力称为佩托悖论。
我们的研究团队提供了首批记录不同物种癌症情况的实证数据,为佩托悖论提供了支持。
我们证明,癌症死亡率不会随体型或寿命增加而上升。事实上,我们发现,一些体型更大、寿命更长的动物患癌率可能更低。我们计算得出,大象的癌症死亡率不到5%,而人类为11%至25%。
大象经过5500万年的演化,摸索出抵御癌症的方法;我们希望有朝一日能将这些经验用于开发有效的癌症疗法。
抗癌能力
我们的团队研究了非洲象基因组中的癌基因和抑癌基因变化。癌基因可能导致细胞不受控制地生长,而抑癌基因则会减缓细胞分裂。这两类是参与癌症发生的两种主要基因,也有助于解释大象可能通过何种机制抵御癌症。
我们的分析带来一项令人震惊的发现:大象会表达许多额外基因,这些基因源自关键的抑癌基因TP53。
TP53被称为“基因组守护者”,因为它能够保护细胞,避免致癌突变不断累积。TP53基因会对DNA损伤或癌前状态作出反应,使细胞停止分裂,直到DNA得到修复。如果细胞无法修复DNA,TP53就会通过一种称为细胞凋亡的过程促使细胞死亡。牺牲受损细胞,可以防止可能导致癌症的突变细胞扩增。
李-弗劳梅尼综合征患者的一份TP53基因拷贝发生突变,其一生患癌风险超过90%。这种与TP53功能障碍相关的高癌症发病率,说明TP53在保护我们免于癌症方面发挥着关键作用。
天生具有抗癌能力
我们在犹他大学的实验室研究李-弗劳梅尼综合征患者受损的DNA损伤应答机制;这些患者缺失TP53基因,癌症发病率很高。
得知大象天生具有抗癌能力,且其TP53含量是人类的20倍(大象共有40个基因拷贝,而健康人类有2个)后,我们与进化生物学家兼癌症生物学家卡洛·马利博士合作。他曾参与最初发现大象拥有额外TP53基因的研究。
我们借助研究李-弗劳梅尼综合征患者积累的临床与科研经验,尝试了解大象的TP53是否有助于保护大象免于癌症。我们此前已测量李-弗劳梅尼综合征患者及非患者体内的TP53功能,因此可以使用相同的实验室检测方法,测量大象细胞对DNA损伤的反应。
为开展这些实验,我们与犹他州霍格尔动物园(饲养非洲象)以及林林兄弟与巴纳姆-贝利马戏团(饲养亚洲象)密切合作。两家机构都会定期为大象抽血监测健康状况,我们获准研究这些在常规健康筛查中采集的血液样本。
血液被送到我们的实验室后,我们将称为淋巴细胞的白细胞暴露于电离辐射,以诱发DNA断裂。我们监测非洲象和亚洲象淋巴细胞中的断裂DNA修复速度,并与人类淋巴细胞进行比较。
我们原以为大象细胞修复DNA的速度会快于人类细胞,但发现两者的DNA修复速度相近。不过,我们在大象细胞受到辐射后观察到一个有趣现象:与人类细胞相比,发生程序性细胞死亡(即细胞凋亡)的大象细胞更多。
接下来,我们开展了严格的实验,比较因DNA损伤或癌前状态而死亡的大象细胞、人类细胞和李-弗劳梅尼综合征患者细胞的比例。
我们发现,细胞凋亡的程度与TP53基因数量相关,并且与终生患癌风险呈现相同的规律:大象约为5%,人类约为50%,李-弗劳梅尼综合征(LFS)患者约为90%。这是合理的,因为TP53越多,细胞清除可能发展成癌症的癌前细胞的能力就越强。
从大象身上学习,帮助人类
我们证明,大象的TP53有助于大象更快清除DNA受损的癌前细胞,这可能是大象具有抗癌能力的原因之一。
目前,我们正集中力量开展研究,以更深入地了解大象TP53发挥作用的具体机制。我们实验室研究的最终目标是帮助已经患癌的患者,甚至可能帮助未来有患癌风险的人。
我们希望能将这一令人着迷的发现转化为有效的癌症疗法,甚至可能将其用于癌症预防。归根结底,我们致力于创造一个大象更多、癌症更少的世界。





