这种癌症能通过伤口传染，差点灭绝了一个物种，《科学》新研究正关注它的未来
癌症号称“众病之王”，而会传染的癌症听起来尤其可怕。在大洋洲的一座小岛上，一种传染性癌症长期在袋獾当中流行，导致种群数量在二十多年中减少 80%。科学家曾经十分担心这种疾病将使袋獾灭绝，但最近发表的一项新研究带来了好消息，也为传染病研究提供了新的思路。
图片来源：Pixabay
来源 华盛顿州立大学，《国家地理杂志》等
编译 谢一璇 戚译引
袋獾（Sarcophilus harrisii）拥有“塔斯马尼亚恶魔”的别名，它是澳大利亚塔斯马尼亚岛上的特色物种，也是现存最大的食肉有袋动物。而在上世纪 90 年代末，人们发现袋獾种群中流行起一种奇怪的疾病：染病袋獾的脸上长出巨大的肿瘤，然后化脓溃烂，导致难以进食，通常在感染后六个月内就会饿死。
很快，科学家发现这竟然是一种具有传染性的癌症。袋獾的求偶过程往往伴随着激烈的打斗，在这个过程中，患病袋獾的癌细胞会通过伤口进入另一只袋獾的身体，安营扎寨。自从 1996 年被发现时起，这种疾病已经导致袋獾的种群数量减少了 80%。科学家担心袋獾会因此灭绝，更担心这种疾病一旦发生跨物种传播，将危及岛上生活的其他许多特色物种，对生态系统造成不可逆转的破坏。
好消息是，12 月 10 日发表在《科学》（Science）杂志上的一项研究表明，袋獾面部肿瘤正在从大流行病转变为地方性流行病，这意味着疾病的传播速度正在放缓，每只染病袋獾只会传染一只或更少的动物。该研究团队首创的方法也为研究其他复杂病原体提供了新的思路。
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尽管我们知道一些癌症能够由病毒引发，比如人乳头瘤病毒可能导致宫颈癌的发生。但这类癌症的发病机制，是病毒的反复感染对体内的某些组织造成了损伤，使其恶变为癌细胞，并不是癌细胞直接从一位患者转移到另一位患者身上。而在塔斯马尼亚袋獾当中，癌细胞本身就是传染因子。
袋獾面部的肿瘤组织本身比较松散，当它们打斗的时候，癌细胞很容易脱落下来，通过伤口进入另一只袋獾的身体。而出于某种原因，这些癌细胞表面上主要组织相容性复合体（MHC）的数量极少，使得其他袋獾的免疫系统无法将其识别为异物。
袋獾尖锐的牙齿。图片来源：Pixabay
遗传分析已经发现，引起袋獾面部肿瘤的癌细胞，最初来源于一只不知已经死了多少年的袋獾。值得注意的是，肿瘤细胞都会缺失相同的染色体或染色体片段，而在患病袋獾的其他细胞中却没有这些遗传改变。因为“零号袋獾”早就死了，也就没人能弄清楚到底是什么因素使那只袋獾发生突变，致使肿瘤具有了传染性。
由于这种癌症通过交配时的撕咬传播，几乎每只成年袋獾都暴露在疾病风险中。这也极大影响了种群的繁衍。过去，雌性袋獾往往要到两岁才开始生育，在 5 到 6 年的寿命中一般能养育三批幼崽；而这种疾病使得许多袋獾无法活过三年，只能养活最多一批幼崽。
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好消息是，这种凶险的疾病出现了缓和的迹象。由美国华盛顿州立大学（Washington State University）生物学家 Andrew Storfer 带领的研究团队首次使用系统动力学的基因组工具，对塔斯马尼亚袋獾的面部肿瘤疾病进行追踪。这项技术通常用于追踪流感或新冠病毒这样的流行病病毒。该研究团队首创的方法也为研究其他复杂基因病原体提供了新的思路。
该研究于 12 月 10 日发表在《科学》（Science）杂志上。研究表明，袋獾的大流行病正在转变为地方性流行病，这意味着疾病的传播速度正在放缓，每只染病袋獾只会传染一只或更少的动物。
Storfer 说：“这是一个谨慎乐观的信号。我认为我们将会看到袋獾（这个物种）继续生存，比原来数量更少，密度更低，但十年前对袋獾将会灭绝的预测不大可能成为现实。”面部肿瘤疾病对已感染的袋獾来说仍然是致命威胁，但这项研究以及之前的实地研究一致认为，这种状态似乎正在达到平衡。
此前为了保护这个物种，当地的工作人员开始圈养健康袋獾进行人工繁育，然后在邻近的岛屿上野放。但最新研究作者称，这一新证据意味着应该谨慎考虑是否将圈养繁殖的袋獾放归野外。Stofer 说：“主动管理没有必要，甚至可能有害。看起来，袋獾种群正在通过自然演化提高对肿瘤的抵抗力。如果引入一群基因不成熟的圈养个体，它们与野生个体杂交将混合基因池，导致种群适应性降低。”这些未经感染的圈养繁殖袋獾个体也可能加剧疾病在不同袋獾群体之间的传播。
塔斯马尼亚自然环境，图为摇篮山（Cradle Mountain）。图片来源：Pixabay
塔斯马尼亚袋獾的遗传多样性原本就较小，尤其是 MHC 基因家族。这可能是因为袋獾的种群数量曾经急剧减少，或者曾有某种疾病在袋獾中肆虐，以至于仅剩下了一小群基因组成相似的袋獾。而如果一个种群的遗传多样性缺失，绝大多数个体都携带一套高度相似的基因，个体的免疫系统就会难以识别异体细胞，以致不会启动杀伤程序，或者仅产生微弱的免疫反应。这可能是传染性癌症会发生在袋獾当中的一个重要原因。
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此前的研究主要依据实地考察和建模来试图理解袋獾面部肿瘤疾病的传播，而这项研究首次利用系统动力学方法成功追踪这一传染性肿瘤。系统动力学采用基因测序来调查病原体谱系之间的进化关系，以了解和预测疾病在种群中传播的方式。这种方法常用于追踪病毒的传播，比如流感和新冠病毒这些会在基因组中快速积累突变的病毒。
塔斯马尼亚袋獾面部肿瘤的基因比病毒基因复杂得多。由于这种疾病是一种源自动物自身细胞的癌症，因此需要追踪的是袋獾的基因，其数量要比一般的病毒病原体多出成千上万个。在这项研究中，研究人员从肿瘤样本中筛选出超过 11,000 个基因，以寻找正迅速累积突变的、体现钟样进化（clocklike，即恒速进化）的基因。最终他们确定了 28 个基因，包含超过 430,000 个碱基对。作为对比，新冠病毒的基因组只含有 29,000 个碱基对。
此次突破性进展的背后是使用系统动力学方法进行了数月的艰苦计算，Storfer 将此归功于他的博士生 Austin Patton。Patton 近期于华盛顿州立大学获得博士学位，现在是加州大学伯克利分校的博士后研究员。
Patton 说：“这项研究取得的最令人振奋的进展之一，就是它表明可以将系统动力学方法应用于几乎所有病原体的研究。它使这种重要的病毒研究方法得以推广，应用于影响全人类和野生动物的各种新的病原体上。”
参考来源：
1. Tasmanian devils may survive their own pandemic, https://eurekalert.org/pub_releases/2020-12/wsu-tdm120720.php
2. 这种癌症会传染，让一个物种近乎灭绝，它会威胁到人类吗？
3. Can Tasmanian Devils Beat Cancer of the Face?, https://www.nationalgeographic.com/news/2015/12/151217-tasmanian-devils-surviving-facial-cancer/
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论文信息
【标题】A transmissible cancer shifts from emergence to endemism in Tasmanian devils
【作者】Austin H. Patton et.al.
【期刊】Science
【时间】11 Dec 2020
【DOI】10.1126/science.abb9772
【链接】
https://science.sciencemag.org/content/370/6522/eabb9772/tab-article-info
【摘要】
The emergence of a devastating transmissible facial cancer among Tasmanian devils over the past few decades has caused substantial concern for their future because these animals are already threatened by a regional distribution and other stressors. Little is known about the overall history and trajectory of this disease. Patton et al. used an epidemiological phylodynamic approach to reveal the pattern of disease emergence and spread. They found that low Tasmanian devil densities appear to be contributing to slower disease growth and spread, which is good news for Tasmanian devil persistence and suggests that care should be taken when considering options for increasing devil populations.
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