非達爾文過程猜想：癌細胞進化成了寄生蟲？

　　最近，一項發表于Biology Direct的研究，提出了一個頗具爭議的猜想：傳染性腫瘤在某些罕見的情況下，可能演化成能寄生于多個宿主的多細胞生物。一種生活于海洋中的奇特寄生生物——粘孢子蟲（myxosporeans），可能就是第一個實例。不過，研究人員也指出，這只是一個大膽的假說。這個猜想是否成立，還需更多對不同物種的基因組分析。

　　奇特的寄生生物

　　即使在千奇百怪的微型寄生蟲中，粘孢子蟲（myxosporean）也顯得格外神秘莫測。從近200年前首次發現至今，人類已經識別出超過2000個粘孢子蟲物種。20世紀80年代，科學家發現，一種粘孢子蟲能寄生在魚和水生蠕蟲體內，具有轉移寄生的能力。這些粘孢子蟲的奇特之處在于，大部分寄生生物會被宿主免疫系統的抑制，只能寄生在宿主的組織中；而粘孢子蟲卻能在宿主的細胞內寄生。

　　一些粘孢子蟲有著動物界最小的基因組。例如，Kudoa iwatai只有2250萬個堿基，是所有刺胞動物中最少的。同時粘孢子蟲缺乏一些特定的基因，而這些基因是多細胞生物獨立生活所必需的。目前，科學家還不清楚，這種復雜的多細胞生物為什么會丟棄這些看似必不可少的DNA片段，也不了解該現象是如何發生的。

　　對于粘孢子蟲，科學界曾長期存在嚴重的誤解。此前它們被認作是一類原生生物，直到1995年，弗吉尼亞海洋研究所的Mark Siddall提出，粘孢子蟲屬于動物界的刺胞動物門。此后，這一看法得到了遺傳學研究的支持。但與同為刺胞動物門的水母和珊瑚相比，粘孢子蟲無論在形態還是生活方式上都有顯著的差異，科學家始終無法解釋其奇異特性的原因。

　　Scandal假說

　　今年年初，俄羅斯科學院的高級研究員Alexander Panchin和同事提出了一個有趣但頗具爭議的觀點：粘孢子蟲最初并不是一類獨立的生物，而只是一種腫瘤細胞。他們將這個假說命名為“Scandal”（speciated by cancer development animals的縮寫）。這個觀點最開始還只是一個思想實驗。當Panchin研究傳染性腫瘤時，同事表達了驚訝之情：某些簡單的寄生動物，竟能表達一些復雜組織的基因。在進一步的討論之后，Panchin提出了這個難以置信的觀點。

　　根據Panchin的三步演化理論，最初，粘孢子蟲的“前身”是一些具有轉移性的特定腫瘤細胞。這樣在宿主死后，它們能逃出來，傳染新的物種。在這個過程中，它們逐漸獨立演化成了多細胞生物。

　　盡管每一步都是有可能發生的，但這個過程有著看似不可逾越的障礙。

　　首先，傳染性腫瘤細胞出現的機率很低，其中最出名的是幾乎導致袋獾滅絕的袋獾面部腫瘤（DFTD）。通過撕咬，這種腫瘤能從一只袋獾轉移到另外一只。而另一種鮮為人知但更加普遍的傳染性腫瘤是犬類傳染性生殖道腫瘤（CTVT），這種腫瘤能在犬類之間通過性行為傳播。根據根據劍橋大學的Elizabeth Murchison等人的研究，CTVT早在8500年前就出現了，他們認為這是自然界最古老、傳播最廣的腫瘤細胞。

生活在馬達加斯加的袋獾（圖片來源：Mathias Appel）

　　傳染性腫瘤并不局限于這些哺乳動物，在軟體動物內也曾被發現（例如下圖的太平洋藍貽貝）。因此，沒有理由認為普遍對腫瘤不具免疫力的刺胞動物中，一定不可能出現傳染性腫瘤。如果Panchin瘋狂的觀點成立，粘孢子蟲很可能是由其他刺胞寄生蟲的腫瘤細胞演化而成的。

圖片來源：NOAA

　　關于假說的第二步，即傳染性腫瘤向其他物種的轉移，亞利桑那州立大學助理教授Athena Aktipis表示，這并非聞所未聞。他曾在一些病例，例如一位HIV感染者體內發現了來自絳蟲的腫瘤細胞。在免疫缺陷的人群中，這種蠕蟲來源的腫瘤屢見不鮮，另外還有少數病人體內會出現來自一些奇怪生物的腫瘤。她說：“如果腫瘤在物種間的轉移就在我們眼前發生了，也許我們可以考慮，腫瘤或類似細胞在合適的條件下，可能會變成其他物種的寄生生物。”

　　假說中看上去最難以實現的一步，是從單細胞演化成擁有多個宿主和寄生階段的多細胞生物。粘孢子蟲是雖然結構簡單，但確實是多細胞動物，這意味著最初的腫瘤細胞需要演化出不同類型的細胞。要知道，最初的真核生物至少經過了25次演化，才形成了現在的多細胞生物。

　　也有人認為，真核生物中的一些多細胞生物，能退化成單細胞。不過，在動物中還沒有發現這種退化（除非如少數人認為的，腫瘤本身就是多細胞退化的產物），更不用說從多細胞退化成單細胞，再重新演化出多細胞生物。

　　尋找證據

　　為了收集更多證據，Panchin和同事將各種簡單物種（大多數是寄生生物）的基因組與5種粘孢子蟲、3種單細胞生物和29種動物的基因組進行了比較。

　　細胞變成腫瘤細胞時，通常會丟失一些基因，因此他們試圖從這里找出粘孢子蟲曾是腫瘤細胞的線索。其中，讓細胞程序化死亡的細胞凋亡基因，就是一個關鍵指標。

　　科學家發現，只有粘孢子蟲失去了關鍵的抑癌基因。隨后，他們進一步發現，粘孢子蟲失去了大量與凋亡相關的基因，可能無法觸發凋亡途徑。粘孢子蟲明顯的基因缺陷讓他們深信，它是證實Scandal假說的“最佳候選人”。

　　當然，給這個假說下定論還為時過早。這篇文章還只是一個開端，其中的猜測還需要決定性證據。

　　面對爭議

　　圣保羅聯邦大學粘孢子蟲專家Juliana Naldoni并不認可這個觀點。她說：“粘孢子蟲遠比最初想象的復雜，它們演化出了復雜的與宿主交互的機制。”例如，一些粘孢子蟲的細胞能組成類似肌肉的結構運動，很難想象這種復雜性是來自腫瘤細胞。

　　劍橋大學的生物信息專家Adrian Baez-Ortega同意Naldoni的觀點。他說：“這篇論文能引人思考，但還不具備足夠的說服力。”同時，他認為細胞凋亡基因的缺失并沒有那么關鍵：在基因組存在大量缺失的條件下，文章可能故意挑出了其中缺乏的細胞凋亡基因。

　　但Baez-Ortega懷疑的是，傳染性腫瘤需要多久才能演化成多細胞生物。腫瘤細胞為了快速變異和逃避宿主的防御，通常基因組十分不穩定。

　　Baez-Ortega指出，從演化上來看，這是一個非常有害的戰略。隨著時間的推移，腫瘤細胞的基因組中一個好的部分可能變得無功能甚至異常，這不僅會阻礙細胞存活，也會阻礙多細胞性等復雜性狀的發展。他說，“即使傳染性腫瘤已經存活了數百萬年，仍有可能只是單細胞的寄生生物。”

　　盡管如此，他認為這個假說值得進一步研究，因為演化的力量太強大。同時，他還希望研究人員在篩選候選物種時，檢測從點突變到大規模染色體重排等多種變化，而不僅僅是聚焦于特定的基因缺失。他說：“如果一個腫瘤細胞能演化一個持久的物種，所有這些基因變化將都保存在它的基因組中。”

　　其實，Panchin和同事也沒有完全接受這個假說。他說：“公正地說，這可能不是真的。”只是，到目前為止的研究工作，還不能讓他們排除這一可能性。

　　他補充說：“我們將繼續觀察粘孢子蟲的近親Malacosporea的基因組，來驗證這個假說。”Malacosporea非常復雜，顯然不是源自腫瘤細胞。如果它們也缺乏這些凋亡基因，這將意味著這些基因在粘孢子蟲中的缺失，不是由癌變過程造成的。

　　即使最終，這些數據表明粘孢子蟲不是腫瘤細胞由演化，Panchin仍希望一些動物學家能研究一些特殊的動物，“Scandal假說”可能就在那里等待著被發現。

　　原文鏈接：

　　https://www.quantamagazine.org/can-new-species-evolve-from-cancers-maybe-heres-how-20190819/