陸濤,白倩
1上海長安醫(yī)院口腔科,上海 201300
2上海市浦東新區(qū)惠南社區(qū)衛(wèi)生服務中心口腔科,上海 201300
惡性腫瘤已成為嚴重威脅全球人類生命健康的主要公共衛(wèi)生問題之一,其發(fā)病率和病死率一直居高不下。2020年全球癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,全球新發(fā)惡性腫瘤病例約1929 萬例,死亡病例約996萬例[1]。了解病因是治療惡性腫瘤的前提[2]。De-Gregori 博士曾指出,致癌突變對依賴于組織微環(huán)境的體細胞的影響與年齡相關[3]。腫瘤進化假說從腫瘤發(fā)病的原因出發(fā),通過分析建立邏輯模型,找出腫瘤發(fā)病的主客觀原因并給出預防和應對措施[4]。本文通過對腫瘤相關文獻資料、臨床案例進行分析,在腫瘤相關學說及進化假說模型的基礎上,從另一個角度嘗試詮釋腫瘤的發(fā)生、轉移、復發(fā)機制,提出全新的治療預防體系,希望為更多同行提供新的思路,共同探索腫瘤發(fā)生的原因。
腫瘤發(fā)生的根本原因是種群、個體、系統(tǒng)、器官進化的需求。腫瘤的本質是個體為適應持續(xù)變化的生存環(huán)境而產(chǎn)生的進化歷程引發(fā)的產(chǎn)物。大部分個體進化成功后,新的組織能夠完全行使正常功能,表現(xiàn)為更強的防御力和適應力;小部分個體進化失敗后,新的組織失去了應有的正常功能,一旦生長失控,即發(fā)展為腫瘤;如果進化過程中未失控,同時不具備組織功能,即可實現(xiàn)人瘤共存。
個體進化概率受內外兩類因素影響,外因權重大于內因;個體進化概率與年齡呈正相關,與生存環(huán)境的穩(wěn)定性呈負相關[4]。
達爾文進化論指出,同一種群中的個體存在著變異,具有適應環(huán)境的有利變異的個體將生存下來,并繁殖后代,不具有有利變異的個體就被淘汰。經(jīng)過長期的自然選擇,微小的變異得到積累而成為顯著的變異。
外界環(huán)境一方面作為外因誘導著物種不斷出現(xiàn)多種多樣的不定變異,另一方面卻又按照比較穩(wěn)定的標準不斷篩選與淘汰部分變異,這就是外界環(huán)境作用于生物進化所表現(xiàn)出的二重性[5]。多細胞有機體的一生是細胞社會演化的歷程,時空有限,堪稱“微進化”。微進化異??梢猿蔀橐恍┘膊“l(fā)生、發(fā)展的基礎,其規(guī)律和機制的闡明有助于這些疾病的診斷和治療[6]。
據(jù)統(tǒng)計,2016年中國各地區(qū)0~30 歲組惡性腫瘤發(fā)病率均較低,30 歲以上組發(fā)病人數(shù)快速增長,60~67 歲組的發(fā)病人數(shù)最多,其后發(fā)病人數(shù)有所下降。1~14 歲主要威脅是白血病、腦瘤和淋巴瘤;15~44 歲主要威脅是甲狀腺癌、乳腺癌和肝癌;45~59 歲主要威脅是肺癌、乳腺癌、肝癌;60~79 歲老年人的主要威脅中,肺癌是第一大威脅,同時,胃癌、肝癌、結直腸癌、食管癌、乳腺癌等惡性腫瘤的發(fā)病率也較高[7]。
研究表明,兒童腫瘤與成年人腫瘤的最大區(qū)別就是病種不同[8]。依據(jù)進化假說模型進行分析,1~14 歲惡性腫瘤發(fā)病主要是進化遺傳而來,父代的進化需求在一個遺傳序列上傳遞給子代,如果需求累計達到進化節(jié)點,相應生物系統(tǒng)即啟動進化,進化失敗則表現(xiàn)為腫瘤。由于大多是受父代進化需求的影響,所以個體腫瘤類別多為系統(tǒng)性腫瘤(血液系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)腫瘤)。15~44 歲惡性腫瘤發(fā)病受激素分泌、情感培育、生活方式的影響較大,在遺傳序列中處于進化末端的個體,如果進化失敗,即表現(xiàn)為腫瘤。14 歲以上人群由于多是受環(huán)境影響個體進化需求,所以個體腫瘤類別多是器官性腫瘤。45~79 歲惡性腫瘤發(fā)病主要是由于長期生活習慣及環(huán)境變化導致。
目前惡性腫瘤分類多是根據(jù)鏡下形態(tài)及表現(xiàn),分析其形成原因對研究腫瘤的治療方案具有重要意義。腫瘤進化假說模型認為,鱗狀細胞癌和腺癌形成的內驅力分別是組織進化的防御性需求和適應性需求。
鱗狀細胞癌的致病因素包括長期紫外線照射、放射線損傷、熱損傷、致癌化學物質等,這些外因的共同特點是對機體尤其是某些部位造成損傷,使人體內以保護、防御為主要功能的組織產(chǎn)生強烈的保護性進化需求。大部分人進化成功后,表現(xiàn)為更耐熱耐寒、更耐損傷摩擦、更抗曬、輕度的抗毒能力等,小部分人進化失敗,從而表現(xiàn)為腫瘤。例如,一些地區(qū)居民食管癌、賁門癌、口腔癌的發(fā)病可能與長期食用熱飲熱食有關[9]。湖南省超過90%的口腔癌患者的發(fā)病與食用檳榔有關[10]。由于鱗狀細胞癌是某種特定因素誘發(fā)的保護性進化,是以局部組織為主體單位的進化,一般表現(xiàn)為局限、緩慢、易出血、功能喪失、細胞壞死等,對放療敏感(防御失能),因此治療方案一般采取手術和放療結合。
腺癌的誘發(fā)因素較鱗狀細胞癌復雜,其一是環(huán)境因素(約占45%),包括環(huán)境污染、化學污染(化學毒素)、電離輻射、自由基、微生物(細菌、真菌、病毒等)及其他代謝毒素,其二是機體因素(約占35%),其他包括遺傳特性、內分泌失衡、免疫功能紊亂等。這些因素的特點是均對整體造成損傷,一般是對某個系統(tǒng)的指向性損傷,使系統(tǒng)產(chǎn)生強烈的進化需求以適應新的生存環(huán)境。大部分人進化成功,對外界環(huán)境適應力更強,表現(xiàn)為化學抗性增加、應激反應減弱、調節(jié)能力增強等,小部分人進化失敗,從而表現(xiàn)為腫瘤。例如,油漆工人患肺癌和膀胱癌的風險較高[11],人乳頭瘤病毒(human papilloma virus,HPV)若持續(xù)感染宮頸上皮細胞,就會導致宮頸上皮組織異常增生,最終發(fā)展為宮頸癌[12]。由于腺癌是慢性內外因素誘發(fā)的適應性進化,這種行為是以一個功能區(qū)為主體的進化,一般是以一個器官或系統(tǒng)為進化單位,因此腺癌一般表現(xiàn)為無包膜、不完整、高浸潤性、破壞性生長、淋巴結轉移率高、對放療不敏感(適應能力更強)、對特定化療(與進化因素作用相拮抗的化療藥物)敏感。
正常細胞中,每條染色體有兩份拷貝,但腫瘤細胞中染色體的拷貝數(shù)目不定,少的只有一份,多的可以有五六份,有時候還會出現(xiàn)染色體碎片。這種基因組混亂的現(xiàn)象稱為染色體不穩(wěn)定性(chromosome instability,CIN)。在腫瘤克隆進化過程中,腫瘤形成了不同基因和分子標簽的亞克隆群,即腫瘤內異質性[13]。CIN 是腫瘤進化的主要驅動因素,但其在腫瘤轉移中的作用尚未明確[14]。
腫瘤進化假說模型定義的腫瘤細胞趨同性是指細胞進化時會以CIN 的形式形成多種與其他組織類似的遺傳物質,含有這些遺傳物質的脫落細胞會以淋巴、血液等為媒介,向相似組織細胞轉移并種植生長。
原發(fā)組織被外界刺激或需求等多種影響因素誘導,細胞中的遺傳物質不斷隨機排列組合,一旦新組成的DNA 片段匹配到相關器官的DNA 序列特征,即可依據(jù)趨同性發(fā)生特定方向轉移,因此CIN 升高與腫瘤轉移的發(fā)生率呈正相關,而轉移方向取決于脫落細胞DNA 片段與目標組織的相似度。如果新產(chǎn)生的DNA 片段與原發(fā)組織DNA 相似度高,在鏡下為高分化表現(xiàn);若相似度低,在鏡下為低分化表現(xiàn)。而CIN 與特異性腫瘤標志物增高呈正相關。如果最終生成的組織近似原發(fā)組織且具備功能,則為進化成功,臨床可表現(xiàn)為無癥狀、人瘤共存或治愈;如果最終生成的組織近似其他組織但不具備功能,則會依據(jù)趨同原則向特定部位遠處轉移;如果最終生成的組織不具備任何相似性且不具備功能,將呈現(xiàn)為強烈的破壞性無序生長。在手術切除惡性腫瘤組織后,如果環(huán)境變化誘因依然存在,所產(chǎn)生的進化需求就會繼續(xù)推動組織及器官進化,即復發(fā)。(圖1)
圖1 個體進化中CIN與腫瘤轉移和復發(fā)
耐藥性不是腫瘤針對某種特定藥物進行的改變,而是機體因外界環(huán)境變化而產(chǎn)生進化的過程中,組織對額外增加的環(huán)境變化進行的信息表達,CIN 為腫瘤細胞提供了有效的方法從而應對各種選擇性壓力[15]。在遺傳物質的排列組合過程中,會出現(xiàn)很多種表達,包括適應性表達和防御性表達。防御性表達包括藥物滅活、藥物排出、細胞凋亡抑制等。適應性表達包括表觀遺傳學改變、DNA 損傷修復、藥物靶點改變、上皮-間充質轉化等。依據(jù)腫瘤進化假說模型可以推導出,腫瘤的耐藥性實際上是機體的防御性進化和細胞的適應性進化相結合,對藥物形成的環(huán)境改變進行二次進化的結果。
腫瘤進化假說模型認為,分化代表的是CIN 與正常細胞的適配度。腫瘤組織從正常組織通過CIN 現(xiàn)象啟動進化行為,首先表現(xiàn)出的是遺傳物質無序混亂的排列組合。在多次排列組合的過程中,會出現(xiàn)與正常組織遺傳物質基本匹配的結果、匹配一大部分的結果和匹配小部分的結果等不同情況,表現(xiàn)在細胞生長方面就是高分化、中分化和低分化,如出現(xiàn)無任何匹配的情況即為未分化。分化程度越低,代表著進化程度越低,表達在外的就是功能性減少和生長性增強。分化程度低代表著CIN 的無序性,分化程度越低,所能匹配到的原發(fā)灶以外的其他組織遺傳物質的概率就越大,從而使遠處轉移的概率大大提升。原發(fā)灶不明的腫瘤是綜合病史、體格檢查、定期實驗室檢查發(fā)現(xiàn)的無原發(fā)灶的轉移癌。有研究報道,1例52歲男性主訴頸部和腋窩反復出現(xiàn)腫塊,臨床檢查后確診腫瘤,經(jīng)過3年多的綜合檢查,未發(fā)現(xiàn)轉移瘤的原發(fā)部位[16]。原發(fā)灶不明轉移癌是因為進化需求引發(fā)原發(fā)灶細胞產(chǎn)生CIN 現(xiàn)象后,低分化及未分化部分細胞脫落形成遠處轉移。但隨著時間推移,原發(fā)灶高分化細胞進化成功,從而具備正常組織功能,呈現(xiàn)為正常細胞,這樣就形成了原發(fā)灶“隱匿”的現(xiàn)象。
遺傳因素在惡性腫瘤的發(fā)生過程中具有關鍵作用[17]。依據(jù)進化假說模型可以更清晰地認識到家族遺傳的必然性。腫瘤家族史的現(xiàn)象是種群進化的必然,是種群為了更好存續(xù)的主動性行為,從而使種群整體對自然界的適應性更強,體現(xiàn)在不同分支的遺傳序列會連續(xù)出現(xiàn)腫瘤的現(xiàn)象。
基因突變有兩種可能,一種是先天遺傳的,是父母傳給子女的,增加了后代患病的風險,比例較低,僅為5%~10%;另一種是后天獲得的,占90%甚至更多[18]。進化現(xiàn)象以種群為單位,進化行為以個體為單位。子代承接的不僅是遺傳基因,還有與祖代長期生活在一起所傳下來的生活習慣、飲食習慣、為人處事習慣、情緒表達習慣以及長期地域因素等,這些因素使一個遺傳序列具備進化延續(xù)性。例如,高油高糖飲食習慣、鍛煉習慣、情緒發(fā)泄習慣、吸煙飲酒習慣、酸菜腌菜燒烤習慣、食用燙食習慣等,都可能與腫瘤的發(fā)生有關。進化需求將持續(xù)在一個遺傳序列中的多個遺傳代表達出來,如一直未進化成功,則外在表現(xiàn)為腫瘤的家族現(xiàn)象,直到進化成功,腫瘤的家族現(xiàn)象消失。受上述兩種因素影響,同樣暴露于特定致癌物的人群有些人發(fā)生腫瘤,而另一些人則不發(fā)生腫瘤。相反,處于不同環(huán)境的同一群體內部,腫瘤的發(fā)生風險也會有所不同。
腫瘤的自發(fā)消退是一種罕見現(xiàn)象,于1956年首次報道[19]。研究表明,肝癌自發(fā)消退的發(fā)生率為0.406%,但自發(fā)消退的機制目前仍不明確[20]。國內外有據(jù)可查的文獻記載,腫瘤自發(fā)消退的發(fā)生率為1/10 萬~1/6 萬,實際發(fā)生率遠大于此。有研究報道了1 例71 歲男性被診斷為右原發(fā)性肺鱗狀細胞癌,臨床分期為Ⅲ期,但本人拒絕治療。然而,右肺上葉結節(jié)和淋巴結#4R 在未經(jīng)治療的情況下逐漸縮小[21]。Nief 等[22]也報道了2 例在沒有化療或手術的情況下惡性胸膜間皮瘤消退的病例。臨床中經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)有一些肺部小結節(jié)影像表現(xiàn)的個體出現(xiàn)結節(jié)自發(fā)消退的情況。部分從影像學及基因篩查層面上發(fā)現(xiàn)的早期腫瘤,個別個體進化成功后,能夠正常行使組織功能,即可判定為自愈。
腫瘤產(chǎn)生的過程即是機體的進化過程,根據(jù)進化假說模型推導,即使在進化失敗、腫瘤已經(jīng)呈現(xiàn)的狀況下,依然有一部分個體會有二次進化成功的概率。進化成功后局部抗性明顯增加,完全承擔器官功能,并通過自體免疫系統(tǒng)完成異常細胞的清理。
國家癌癥中心發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,近10年來惡性腫瘤患者的5年生存率提高了10%[23]。通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)與進化假說模型的匹配分析發(fā)現(xiàn),5年生存率升高大部分原因是腫瘤標志物大規(guī)模篩查預警、體檢普及以及薄層CT 應用。只有小部分是因為新的殺傷性療法的應用,例如手術方法的改善、新型藥物的使用、新療法的應用,使患者的生存時間延長。根據(jù)進化假說模型推導,應該還有極小部分患者有一定概率自行進化成功、微小腫物自行消失,但因為進化環(huán)境的改變,反而造成了進化紊亂,表現(xiàn)為失控、擴散、轉移;排除早發(fā)現(xiàn)因素影響的5年生存率統(tǒng)計對療法的有效性分析會更客觀。
腫瘤發(fā)病率隨HDI 的增加而增加,與HDI 呈正相關。對于腫瘤病死率,不同HDI 的國家之間差異不大,最低為66.9/10 萬,最高為90.3/10 萬;發(fā)病例數(shù)較高的惡性腫瘤中,肺癌、直腸癌的發(fā)病率和病死率在高HDI 地區(qū)超出低HDI 地區(qū)的2~3 倍;女性乳腺癌雖然在高HDI 地區(qū)發(fā)病率高,但其病死率低于低HDI 地區(qū),而宮頸癌的發(fā)病率和病死率則在低HDI 地區(qū)高一些[24]。
依據(jù)進化假說模型,低HDI 國家進化周期內的環(huán)境變化遠遠低于高HDI 國家,群體進化需求較低,因此腫瘤發(fā)病率較低。而高HDI 國家進化周期內工業(yè)發(fā)展、飲食結構變化、生育哺乳習慣改變、人際關系及情緒波動等因素,造成群體進化需求高,從而形成較高的腫瘤發(fā)病率。病死率差異不大說明了目前的治療手段不管國家HDI 高低,對腫瘤的治療效果區(qū)別尚不顯著。少量數(shù)值差異代表了早期發(fā)現(xiàn)及目前的治療手段對5年生存率的延長還是有影響的。惡性程度較高的腫瘤多發(fā)于高HDI 地區(qū),多因飲食、環(huán)境因素影響導致,生存時間與醫(yī)療水平呈正相關,病死率與醫(yī)療水平基本無關。宮頸癌的發(fā)病率與個人衛(wèi)生水平呈負相關,病死率與醫(yī)療水平呈負相關。乳腺癌發(fā)病率與高HDI 地區(qū)生活習慣及生育哺乳方式有關。
美國阿爾伯特·愛因斯坦醫(yī)學院的研究表明,一些吸煙者可能具有某種能夠限制突變的強大能力,從而保護其不罹患肺癌。在肺細胞中檢測到的細胞突變數(shù)量隨著吸煙數(shù)的增加呈直線增長,從而使肺癌的發(fā)生風險顯著增加。但當吸煙量達到23 包/年后,研究人員未觀察到突變率的進一步增加,而是意外地發(fā)現(xiàn),吸煙最多的人并不一定有最高的突變負荷[25]。
世界上有很多地區(qū)人群長期接觸腌制品、發(fā)酵制品、燒烤制品等,但并沒有呈現(xiàn)腫瘤區(qū)域性高發(fā)的表現(xiàn),海南省與湖南省嚼食檳榔人群的口腔癌發(fā)病率有極大差異。進化假說模型分析認為,致癌因素尤其是化學類致癌因素,在早期會表現(xiàn)出明顯的致癌性。但隨著時間的延長,在一個遺傳序列中經(jīng)過多個遺傳代后,其引起突變的概率會顯著降低,即個體適應。因此,即使飲食習慣和致癌物明顯相關的地區(qū),在經(jīng)過長期演變后,與其他區(qū)域的腫瘤發(fā)病率不會有明顯差異,物理類及病毒類致癌因素的適應期明顯延長。目前致癌實驗多用實驗室大鼠,直接用提取物注射或煙霧吸入的方法進行實驗設計,得出某種物質致癌的結論。但此類實驗缺失了遺傳序列進化因素,相應測定物的致癌力認定應該匹配相應權重,與個體受量及持續(xù)時間呈正相關,與遺傳代數(shù)呈負相關。
據(jù)統(tǒng)計,2268 例健康體檢人群樣本中腫瘤標志物超出正常值的總檢出率約為3.17%,單項檢出率最高約為10.05%[糖類抗原72-4(carbohydrate antigen 72-4,CA72-4)],單項檢出率最低約為1.10%[糖類抗原125(carbohydrate antigen 125,CA125)],平均異常率約為4.5%,腫瘤總檢出率為0.53%,其中惡性腫瘤8 例,檢出率為0.35%[26]。依據(jù)進化假說模型進行分析,腫瘤標志物的存在或量變可以提示腫瘤的性質,但不具備強關聯(lián)性;腫瘤標志物本質上應該稱為進化標志物,人體中腫瘤標志物增高意味著個體進化進程的啟動。大部分個體會進化成功,無異常表現(xiàn),小部分個體會進化失敗,表現(xiàn)為腫瘤。這就可以解釋為什么有的人腫瘤標志物很高,但是沒有臨床異常,因為腫瘤標志物標記的不是腫瘤,而是進化。
腫瘤進化假說模型認為,種群通過持續(xù)進化來適應不斷變化的環(huán)境,而進化行為通過種群中的獨立個體來實現(xiàn)。個體的某個器官或系統(tǒng)在受到持續(xù)變化的環(huán)境誘導后,隨著誘導時間的延長,一部分人群會啟動進化進程。首先表現(xiàn)出來的就是腫瘤標志物升高,同時機體開啟免疫抑制,以避免免疫系統(tǒng)殺傷進化細胞,為組織進化提供條件。相關腫瘤標志物會推動原發(fā)組織細胞以CIN 方式啟動遺傳物質重組,通過不斷地排列組合來篩選出具備更強防御力或更佳適應性的組織細胞。如果新組合中出現(xiàn)具備原有組織功能的細胞,則進化成功,機體會關閉免疫抑制,其他不具備組織功能的CIN 細胞會被免疫系統(tǒng)清除,從而實現(xiàn)個體在局部組織上的進化。如果新組合中無法形成具備原有功能的細胞,則進化失敗,一旦生長失控則表現(xiàn)為腫瘤。部分失能細胞會依據(jù)趨同原則發(fā)生遠處轉移,即形成轉移灶。在進化失敗的群體中,很小一部分個體可以發(fā)生二次進化,如成功則表現(xiàn)為自愈。臨床上一般通過外科手術、放化療、免疫治療等方法清除或殺滅腫瘤細胞。但由于水、空氣、飲食習慣等未發(fā)生改變,進化誘導因素依舊存在,在不久的時間內則會再次啟動進化,即復發(fā)。(圖2)
圖2 腫瘤進化假說模型邏輯地圖
依據(jù)進化假說模型推導,腫瘤風險人群可以分為4 類,完整的腫瘤治療方案應該包括3 個子方案。①進化階段(高危人群):即進化阻斷期,主要針對腫瘤標志物增高且無臨床指征并已完成婚育的群體。如對未育群體進行干預,會對種群進化產(chǎn)生負面效應。②轉化階段(癌前人群):即進化觀察期,主要針對出現(xiàn)輕微表現(xiàn)但無明顯癥狀的群體。對于有很大概率會自然進化成功的個體,貿(mào)然人為改變進化環(huán)境,很可能會導致進化失敗。③失敗階段(腫瘤人群):即手術及放化療期,以目前治療手段結合進化阻斷方案。④干預階段(術后人群):即拮抗干預期,治療小組應對患者的生活方式及環(huán)境進行分析,明確進化誘導因素,并提供拮抗性干預方案。治療全方案:病灶方案(消除腫瘤細胞)+抗轉移方案(阻斷進化)+干預方案(去除誘因)。
依據(jù)進化假說模型,可以嘗試從病因上尋求腫瘤治療的新方法,而不是單純以去除進化靶器官為主要治療手段,可以在某些生物堿中提取拮抗劑或化學合成誘變劑,拮抗劑主要用于阻斷進化,誘變劑主要用于誘導進化。從種群角度分析,進化分為生育前進化和生育后進化兩個時期,拮抗劑與誘變劑的使用會造成不同的影響。在生育之前,父代所受環(huán)境影響因素既可以體現(xiàn)在本體,也可以遺傳給子代,此類進化對種群來說是有利的,對進化失敗的個體來說是不利的;在生育之后,父代所受環(huán)境影響因素與子代無關,這時候,所有的個體行為,除因為共同生活所影響的生活方式及習慣外,所引發(fā)的進化都由獨立個體呈現(xiàn),兩代基本無相關性。如果在生育前實施進化進程阻斷,對種群的發(fā)展來說是有負作用的,因為這個行為干擾了遺傳序列的進化,不利于種群整體進化。
為徹底解決腫瘤性疾病,必須明確腫瘤的發(fā)生機制。2011年Hanahan 和Weinberg[27]提出了腫瘤具有十大標志性特征,以及近10年來所發(fā)現(xiàn)的腫瘤新特征,如表觀遺傳可塑、細胞自噬、克隆進化、腫瘤內異質性、共生微生物群失調和生物鐘紊亂[28],包括不符合體細胞突變理論的實驗事實積累[29],均可嘗試以進化假說模型解答。進化假說模型通過對既往統(tǒng)計數(shù)據(jù)、病理現(xiàn)象、科研成果的分析論證,嘗試性提出了“四類人群”“三種方案”“抗轉移療法”“個性化生活方式干預”等新思路,并嘗試性提出“趨同性”概念,提出“進化現(xiàn)象以種群為單位,進化行為以個體為單位”,新的視角有助于進一步研究腫瘤發(fā)病的相關機制,從而更有效地治療腫瘤。