2016年08月24日訊 傳染性癌癥和分子進化領域著名學者，英國劍橋大學獸醫系比較腫瘤學與遺傳學準教授（編譯者注：準教授（Reader），乃英國特色的教職，難以與大家熟悉的美國教職對應。在英國歷史悠久的大學中，教授（Professor）職位很少，會在教授職級下面授予準教授教職，一般認為對應于美國的正教授或終身教職副教授。）Elizabeth PMurchison 博士發表了一篇題為Cancer in the Wilderness，《荒野中的癌癥》的文章，講述了她在傳染性癌癥領域開展科學研究的心路歷程。
下面，筆者將追隨Murchison的科研足跡，梳理一下 “可傳染的癌癥”這一領域的研究歷史。
……當時，黑色的鳳頭鸚鵡在我頭頂的林冠上尖叫著，我用手戳了戳那塊腫瘤，并沒有意識到，一場科學之旅即將展開，旅程環遍世界、穿越千年……
Elizabeth Murchison是澳大利亞人，一直到高中都生活在塔斯馬尼亞；和大多數塔斯馬尼亞年輕人一樣，她高中畢業后離開了故鄉的島嶼，去了墨爾本大學，專業是遺傳學與生物化學。在墨爾本大學求學期間，Murchison受到 Mary-Jane Gething教授的影響，2002年大學畢業后選擇到美國冷泉港實驗室繼續深造，攻讀分子生物學與遺傳學博士學位；博士學習期間Murchison的主要研究方向是當時新發現的RNA干擾現象的作用機制。就在Murchison在紐約求學期間，一種動物的命運在塔斯馬尼亞引起了一絲波瀾。
塔斯馬尼亞是一座心形的島嶼，陸地面積6.8萬平方公里，位于澳大利亞大陸東南角約240公里的外海，是澳洲自然生態保護最完善的地區，全島40%面積被正式列為國家公園、自然保護區或世界自然遺產。作為與大陸隔離的獨立島嶼，塔斯馬尼亞擁有豐富而獨特的動植物資源，袋獾是其中最具有代表性的物種之一。
袋獾（Sarcophilus harrisii）是塔斯馬尼亞的特有物種，400年前在澳洲大陸絕跡，是20世紀30年代袋狼滅絕以后，地球上現存最大型的有袋類肉食動物，位于塔斯馬尼亞食物鏈的最頂端。袋獾在野外壽命為5-6年，成年雄性體重可達7-13千克，雌性略小，一般與小狗的大小差不多，肌肉發達，咬合力強，晝伏夜出，以食腐為主。袋獾脾氣暴躁，叫聲尤其響亮刺耳，所以被本地人叫做“塔斯馬尼亞惡魔（Tasmanian devil）”，并以這個名字著稱于世。由于20世紀中葉以后的生態保護措施，袋獾的分布遍及塔斯馬尼亞全島，至90年代中期袋獾種群大小約為15萬頭[2，3]。
1996年，在塔斯馬尼亞島東北角的國家公園，一只袋獾被發現罹患了一種頭面部惡性腫瘤，這是這種疾病第一次被人們發現。其后，患有同樣癥狀的個體不斷被發現，它們通常在面部、口鼻周圍出現惡性腫瘤，而且會很快發生全身轉移，引起繼發性感染，同時口腔腫瘤的持續生長會使病獾無法進食，最多六個月內就會造成患病個體死亡，這種疾病被命名為塔斯馬尼亞惡魔面部腫瘤 （Tasmanian devil facial tumor disease， DFTD）。2001年以后，人們在更多的地域觀察到了越來越多感染了DFTD的袋獾個體，而且在最初發現病患個體的地點附近，袋獾種群數量明顯減少。這個現象引起了主管部門的重視，塔斯馬尼亞第一產業與水利環境部 （DPIW） 組織了全境范圍的普查，以評估DFTD對袋獾野外種群的影響。
為應對DFTD，塔斯馬尼亞第一產業與水利環境部于2003年成立了一個工作室進行數據整理與病理分析工作。2004年這個工作室被擴充成“惡魔疾病項目工作組 （Devil Disease Project Team）”，成員包括病理學家、生態學家及環保工作者[2]。2007年，主管部門基于這一工作組的研究結果制定了“惡魔島計劃 （The Devil Island Project， DIP）”，致力于重建袋獾種群。盡管人們作出了種種努力，DFTD的感染范圍卻越來越廣，從被人們第一次發現之后的10年間，DFTD已經幾乎傳遍了布塔斯馬尼亞全島。受這種高致死性疾病影響，袋獾種群數量迅速下降，在最早發現DFTD的地區，至2006年袋獾數量下降了95%之多。按這種速度估算，袋獾在25-35年后將面臨野外滅絕的危險[2，3]。2008年，國際自然保護聯盟IUCN將袋獾列入了瀕危物種紅色名錄。
對DFTD的研究結果從2006年開始在國際期刊上陸續發表。行為學研究表明，袋獾間在爭食、或更多的是在交配時，會互相撕咬，在頭面部造成傷口，而腫瘤細胞也就有可能通過唾液、接觸等方式直接接種在了原本健康的袋獾傷口中，并逐漸長大成為腫瘤。某種意義上，DFTD倒也可以被看做是一種性傳播疾病，這也說明了為什么患DFTD的袋獾主要是兩歲以上的性成熟個體[3]。
通過流行病學研究基本可以確定DFTD是一種傳染性疾病，但其最初的發病來源并不清楚。某些病毒或細菌的感染是可能引發腫瘤的，比如在人體內，人類乳頭瘤病毒（HPV）、乙肝病毒（HBV）、幽門螺桿菌（HP）等微生物的感染都可以促使特定癌癥的發生。但是在DFTD患獸體內并沒有檢測出類似的微生物感染[4]。通過免疫組化等研究手段對DFTD腫瘤細胞進行組織學研究，鑒定出了表達于神經、表皮、內皮等組織的表面抗原，表明腫瘤可能原發自神經內分泌組織[6]。
在2006年發表于Nature雜志的一篇短篇通訊，使得人們對DFTD的關注擴展到了動物保護領域之外。DPIW的研究者通過細胞核型研究，確定了DFTD腫瘤細胞所發生的染色體缺失、重排等變異。最重要的發現是，雖然DFTD的腫瘤樣本采集自生活在相距很遠的不同地域的患病個體，但是所有樣本中的腫瘤細胞全部具有相同的核型[7]，說明所有患病袋獾身上的腫瘤細胞極有可能同屬一個細胞系，具有相同的起源。更加通俗點講， DFTD的癌細胞本身是能夠相互傳染的！
脫離了組織環境，動物細胞在自然環境中是很脆弱的，不能像細菌病毒等微生物那樣可以通過空氣、水、土壤等媒介進行宿主間轉移。要實現細胞的異體轉移，只能把細胞、組織直接從供體接種到受體，比如骨髓移植、輸血等手術。更重要的一點，是動物本身的免疫系統會發現非自體組織并高效消滅之，外來的細胞在正常動物體內無法生存。因此，接受移植手術的患者需要長期使用免疫抑制劑，就是為了防止受體的免疫系統攻擊移植的外源細胞和組織。
對DFTD腫瘤細胞組織相容性復合體（MHC）的研究不僅進一步證實了這些腫瘤細胞來源相同，更解釋了這些外源腫瘤細胞為什么沒有像在其他哺乳動物中一樣被免疫系統所消滅[8]。MHC是一類位于細胞表面的蛋白分子，其氨基酸序列在同種動物的不同個體中具有多態性，也就是說不同個體間MHC分子具有特異性。除了參與免疫應答和調節，免疫系統是根據MHC的個體特異性來識別異體組織，引起排異反應的。進行器官移植手術之前需要做配型，就是為了篩選與受體MHC差異相對較小的合適供體，以降低排異反應的發生。袋獾種群中的遺傳多態性，特別是MHC多態性很低，遠低于人類及其他動物，使得袋獾的免疫系統不能有效識別、消滅來自于其他個體的腫瘤細胞，讓外源腫瘤細胞得以存活、增殖，最終形成腫瘤并伺機侵染下一個目標[8-10]。
DFTD腫瘤可以通過癌細胞本身在動物個體之間傳播，這種極不尋常的現象引起了很多遺傳學家、腫瘤生物學家等研究者的廣泛關注，這種傳染性腫瘤成為腫瘤分子進化、群體遺傳學、生態學等學科難得的研究對象。
對于DFTD的研究不僅有助于袋獾的保育，對其他瀕危物種的保育也有借鑒意義。袋獾也可以作為自然選擇壓力下的行為學、物種演化等方面的研究對象--比如袋獾已經采取了更多“青春期性行為”等方式來應對種群數量的減少[11]。
當時仍然在冷泉港實驗室攻讀博士學位的Murchison對DFTD產生了濃厚的興趣，這不僅是因為“傳染性腫瘤”這種罕見的現象具有極大的研究價值，也因為她和塔斯馬尼亞惡魔之間本就有著微妙的羈絆--由于塔斯馬尼亞惡魔的卡通形象Taz傳播甚廣，這種代表性動物可能是世界其他地區的人們最（很可能是唯一）了解的有關塔斯馬尼亞的事物。因此，作為冷泉港的“塔斯馬尼亞女孩”，塔斯馬尼亞惡魔常常成為Murchison在與同事交流時的引子與話題。
2006年1月，南半球的夏天，Murchison在塔斯馬尼亞雨林的旅途中，第一次在路邊見到了一只死于DFTD的年輕袋獾。就像篇首引語中描繪的那樣，從此Murchison開始了她和塔斯馬尼亞惡魔，和傳染性癌癥這一研究領域的不解之緣。
Murchison在冷泉港的博士導師，siRNA研究領域先驅之一的Greg Hannon教授，十分支持她把DFTD作為今后的研究方向。博士研究期間的訓練使Murchison擁有了堅實的分子遺傳學研究經驗，當時正在興起的第二代測序技術更使得對DFTD進行基因組水平的分析成為可能。Murchison 用來進行測序的第一個DFTD樣本，正是來自她當年第一次在路邊發現的塔斯馬尼亞惡魔尸體。
離開美國后，Murchison在澳大利亞國立大學從事了一段短暫的研究工作，期間她通過轉錄組及microRNA測序，進一步確定了DFTD腫瘤細胞的單一來源--施萬氏細胞（一種周圍神經系統中的神經膠質細胞）[12]。
在2009年，由于澳大利亞NHMRC獎學金資助，Murchison獲得了到著名的英國桑格研究院（Wellcome Trust Sanger Institute）開展博士后研究的機會，跟隨癌癥基因組領域著名學者Mike Stratton教授進行研究。通過基因組學分析不僅可以研究到底是哪些遺傳性變異造成了DFTD，更可以此為契機進行癌癥進化學研究。
2011年中，Murchison發表了以“與傳染性癌癥的斗爭”為題的TED演講。同月，兩位澳大利亞DFTD研究者在《科學美國人》上發表了介紹塔斯馬尼亞惡魔和DFTD的長篇文章[11]。通過大眾科普媒體，傳染性癌癥第一次被民眾大范圍了解，這也成為一次對“惡魔島計劃”的成功推廣，使得塔斯馬尼亞惡魔的境遇受到了更廣泛的關注。
2012年2月，Murchison對DFTD的基因組研究在Cell雜志上發表，這是人們第一次對傳染性癌癥進行基因組水平上的研究。該研究發現，所有的DFTD腫瘤細胞都可以追溯到一只雌性患病個體，在傳播過程中，腫瘤細胞產生了約2萬個遺傳變異，這一數字與人類癌細胞在體內生長轉移中產生的變異數目相當（在一個癌癥病人體內的癌細胞亞克隆間可以觀察到1千到3萬個變異）。對大范圍樣本的測序結果，不僅支持和完善了之前對DFTD的遺傳學、分子生物學研究，更可以系統的追蹤腫瘤細胞在傳播中產生的變異情況，建立癌細胞演化模型，對癌癥遺傳學和流行病學研究具有重要的參考意義[13]。接下來Murchison參與的一系列針對基因座、衛星序列、端粒等方面的研究進一步完善了這一模型[14-17]。
DFTD在袋獾個體間直接傳播，是由于袋獾低水平的遺傳多態性和MHC多態性。既然如此，那么是否存在其他的腫瘤細胞株也能夠在袋獾種群間傳播呢？答案是肯定的。2016年1月Murchison參與的一項最新研究，在塔斯馬尼亞患病的袋獾種群中發現了一株與之前所觀察到的DFTD在細胞形態、核型、基因序列特征上不同的腫瘤細胞。這種新發現的傳染性袋獾腫瘤被稱為DFT2[18]。DFT2的發現暗示了在袋獾種群中傳染性腫瘤的發生幾率要高于以往人們的估計，同時袋獾種群受到的疾病威脅也可能比以往的估計要嚴重得多，人們不能確定是否還有更多的尚未被發現的傳染性腫瘤細胞株系存在于袋獾種群之中。
袋獾的遺傳特點與生活習性造成了傳染性腫瘤容易在種群內產生和傳播，但是為什么直到1996年人們才發現這種現象，而在之前從未出現過？準確的原因我們不得而知。有可能是因為袋獾種群數量在之前的幾個世紀中由于氣候變化以及澳洲移民活動的影響而大幅度減少，從而大幅降低了袋獾種群的遺傳多態性[19]。雖然20世紀后半葉袋獾種群數量得到了提高，但種群遺傳多態性并沒有同步恢復。由于這種高度遺傳同質化的特點，加上較高的種群密度，使得腫瘤細胞通過某個偶然的契機--或許是某一次撕咬--開始在袋獾種群間肆虐。而DFTD造成的袋獾種群數量的迅速減小，更加劇了其種群遺傳多態性的降低，形成了一個惡性循環。
DFTD作為一種存在了超過20年并不斷發生突變的腫瘤細胞系，有沒有可能隨著突變的不斷產生而在癌細胞基因組內積累足夠的有害突變，最終自我消亡呢？這種情況似乎不太可能發生：如果將所有DFTD腫瘤細胞看做一個“種群”，“致死突變”的產生將隨著突變細胞的死亡而消失，無法產生子代細胞，相當于被“自然選擇”淘汰掉。
那么，袋獾未來的命運將如何？能否通過人工干預恢復野外種群？還是會逐步走向滅絕？我們現在不得而知。
由于被廣泛研究和報道，DFTD作為一種傳染性癌癥而廣受關注，但它其實并不是迄今為止唯一被人們發現的傳染性腫瘤，而另一種比較溫和的傳染性腫瘤，不管是其被發現的歷史，還是疾病產生發展的歷史，都要比DFTD悠久得多。
犬傳染性生殖器腫瘤 （canine transmissible venereal tumor，CTVT），又稱為Sticker氏肉瘤，是一種感染犬科動物的惡性腫瘤，通過交配、舔咬等方式在狗、狼等犬科動物間傳播。CTVT傳播范圍廣泛，在各大洲都有發現。早在1876年，人們就已經發現了CTVT這種傳染性疾病，并通過實驗證明了CTVT可以通過腫瘤細胞在犬間傳染。20世紀80年代以來，CTVT逐漸被科學家用作癌癥生物學的研究模型。
CTVT一般生長在陰莖基部或陰道前庭，早期表現為小而緊實的結節，晚期可生長為10cm直徑額有蒂團塊，通常伴有潰瘍、滲液。盡管人們一般認為CTVT是惡性的，但是腫瘤細胞通常不會發生轉移，也不會危及生命，有時病灶還會自行變小甚至消失[20]。
對來自世界不同地區的CTVT樣本進行核型分析，預示所有的CTVT腫瘤細胞很可能具有共同的來源，由于地理隔絕演化成為不同的亞群。1985年，科學家在來自于世界各地，分屬不同進化亞群的CTVT樣本中，發現了一個共同的獨特遺傳學特征，有力地支持了這個假說：在CTVT細胞中的Myc基因座位上插入了一個LINE元件（長散在重復序列），而這個特征在犬正常組織中是不存在的，這個遺傳特征被作為了CTVT的診斷標準[21]。
2006年發表在Cell雜志上的一篇文章中，研究者檢測了取自5個大洲的40條犬的CTVT細胞及正常組織。通過微衛星DNA、MHC、線粒體DNA檢測，結果顯示所有的CTVT都是進化同源的，與正常組織分屬兩個不同進化枝。不同來源的CTVT細胞間的遺傳差異要小于CTVT細胞與宿主間的遺產差異[21]，也就是說CTVT細胞是作為獨立穩定的細胞系存在、傳播與進化的。后來的其他獨立研究也支持這一結論[22]。通過進化分析，CTVT產生的時間大概是在250到78000年前，可能來自于狼。不論CTVT實際產生于哪個年代，它都將是迄今已知的最古老的癌細胞系。
CTVT這一古老的疾病也是Murchison的研究興趣之一。為了收集CTVT腫瘤樣本，從地中海濱的意大利西西里峽谷，到非洲南端的佛得角海岸，再到安第斯山脈中的農場，Murchison的足跡遍及世界。與前人的研究結果一致，不管這些樣本采集自世界哪一個角落，他們的遺傳特征都說明：它們源自同一種細胞。
2013年，Murchison作為獨立研究員受聘于劍橋大學，擁有了自己的實驗室，繼續從事傳染性癌癥研究。她在自己研究組的網頁上向世界各地征集CTVT樣本，網頁上提供了指南，指導人們如何采集、保存、郵寄這些樣本。
2014年，Murchison的研究組發表了關于CTVT基因組測序及分析的論文。研究分析數據顯示CTVT腫瘤細胞的遺傳相對穩定，同一個體內的CTVT細胞不像普通的人類癌細胞一樣出現亞克隆分化。在CTVT細胞中觀察到了大量的基因丟失，并鑒定出了多個CTVT遺傳特征。通過對CTVT細胞、1000多條現代狗、以及多種犬科動物中的2萬余個單核苷酸多態性位點比對，將CTVT產生的時間精確的定位在了距今11000年前，而其最初的宿主并非是之前研究推測的狼，而應該是一條類似于哈士奇的狗[23]。
在Murchison研究組剛剛發表的一篇論文中，研究人員對取自世界各地的四百多個CTVT樣本的線粒體DNA進行了測序，發現這些傳染性腫瘤細胞和他們的宿主間會發生線粒體DNA重組。通過進化分析，研究人員將來自不同地域的CTVT分為5個進化枝，這些結果不僅與它們的演化來源相符，也和近2000年來犬類隨人類的遷徙歷史相吻合。這個研究結果提示我們，線粒體DNA在腫瘤細胞的轉移和癌癥進化過程中，可能起到重要作用[24]。
自Murchison開始傳染性癌癥的研究以來，其持續不斷的、有影響力的研究成果為她帶來了包括“歐萊雅-聯合國教科文組織青年女科學家（英國和愛爾蘭）”和“英國癌癥研究未來領袖”在內的諸多獎項和榮譽。
現在Murchison的研究方向依然聚焦在傳染性癌癥這一領域，與全世界的研究者一道，以DFTD、CTVT這兩種僅有的哺乳動物傳染性癌癥作為研究對象，來進行癌細胞進化生物學研究，探尋這些腫瘤細胞是如何產生并適應他們的宿主，最終試圖找尋治療的方法。
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