第一章
癌症因何进化？

让我们来做一道选择题——以下关于癌症的说法哪一个是正确的？

这些陈述听起来似乎都挺合理，但只有最后一个是正确的。请注意，以上每个陈述都在试图从不同的层面解释我们为什么会患上癌症：第一个假设认为癌症的出现对我们这个物种有利，第二个认为它对我们个体有利，第三个认为它对我们的亲属有利，第四个假设则认为癌症对我们体内的单个细胞有利。

当某些细胞在不该存活和迅速增殖的时候偏偏存活了下来并迅速增殖，就会对生物体产生毁灭性的影响。我们的身体被构建成细胞之间相互合作的堡垒，体内有各种系统可以共享资源、建立体内环境，让细胞得以生存生长、完成各自的使命，使我们的身体得以正常运转。癌细胞则利用这种合作关系，在演化上领先它的邻居细胞一步，这与自然界中各种各样的生物经历的演化过程没有本质的区别（也有一些例外，我将在稍后谈到）。

演化被定义为某个群体中的基因频率随时间的变化，而对于我们的身体而言，每次细胞分裂或死亡，都会使得我们细胞中不同基因突变的频率发生改变。就像自然界的生物一样，我们体内的细胞之间彼此竞争，争夺生存和繁殖的机会。最适应我们的身体环境的细胞（即生存和分裂能力最强的细胞）最终会在组成我们多细胞身体的细胞群中生长壮大。然而不幸的是，某些细胞之所以能够在演化上领先其邻居细胞，方法之一就是无视对细胞生存和增殖的限制，而正是这些限制让我们得以免于癌症。

癌症是一个演化过程的这一概念几十年前就已经有了。20世纪70年代，癌症研究者彼得·诺埃尔（Peter Nowell）将癌症描述为基因突变不断累积的演化过程。也是在那十年期间，医生兼分子生物学家约翰·凯恩斯（John Cairns）指出，我们的身体当中可能存在某种保护机制，阻止了癌症在我们体内的演化。这个想法的起源，可以追溯到更早的几种理念：有人认为在发育过程中细胞在体内相互竞争［该想法由威廉·鲁（Wilhelm Roux）在1810年前提出］，有人认为细胞内的突变可以导致细胞的“利己主义”行为［西奥多·博韦里（Theodor Boveri）在1900—1905年提出］，以及癌症一步一步恶化的理念［莱斯利·福尔兹（Leslie Foulds）1905年前后提出］。到了20世纪90年代末和21世纪头几年，癌症演化这一研究领域开始发展壮大，包括癌症生物学家梅尔·格里夫斯（Mel Greaves）、演化遗传学家伦纳德·纳尼（Leonard Nunney）以及计算演化生物学家卡洛·梅利（Carlo Maley）等在内的许多科学家都开始借助演化生物学的技术和框架来研究癌症。

我有幸在2005年前后进入癌症演化领域，当时该领域的研究正处于飞速发展时期。这种快速发展得益于基因组学带来的新的研究工具和方法，科学家得以观察到肿瘤在演化过程当中的动态变化，并能够追踪癌症发展过程中癌细胞的谱系变化（被称作克隆扩增）。克隆扩增指的是来自一个共同的祖先细胞并含有某个共同基因突变的一群细胞。我们知道，在人体环境中扩增繁殖的细胞最终会留下更多的细胞后代，从而导致了克隆扩增。有些处在克隆扩增当中的细胞与其相邻的细胞相比，具有更强的增殖和生存优势（演化生物学家将该过程称为自然选择），而另一些克隆扩增可能只是随机生长的结果（演化生物学家将该过程称为遗传漂移）。

就我们体内的细胞而言，能够让细胞快速分裂并更好地生存的基因突变，将通过自然选择过程增加其在后代细胞群体当中出现的频率，从而为癌症的发生奠定了基础。种群中具有不同特征的个体，其繁殖和生存能力存在差异，由此导致种群的总体特性随时间而变化的过程，被称为自然选择。但是，对细胞个体成功与否的随机性影响也能够导致种群的演化。在有机体、细胞，或者任何生物组成的小种群当中，生存和繁殖机会的随机性会导致某些个体生存并繁殖得比其他个体更好，从而导致遗传漂移的发生。对个体的生存或繁殖没有影响的性状，可能只会因为随机事件在整个种群中扩散或者减少。自然选择和遗传漂移，这两种途径对我们体内癌症的演化都发挥着重要作用。就本章——或笼统地讲，就本书而言，我将重点关注自然选择，因为它有助于我们理解癌症演化的中心悖论之一：癌细胞是如何得以演化并最终摧毁它们自己赖以生存的宿主的。