“为什么是我？”这是大多数患者拿到癌症诊断结果时的第一句话。美国约翰•霍 普金斯大学的癌症遗传学家Bert Vogelstein认为，“这绝对是一个很中肯的问题”，而他本人，一生都在致力于回答这个问题。Vogelstein的一位朋友最近刚刚获得了应用数 学的Ph.D学位，他们俩目前共同提出了一个新的框架，声称大多数癌症病例只是因为生物学上的“坏运气”。

在《科学》杂志近期刊登的一篇论文中，Vogelstein和Cristian Tomasetti（后者在2013年加入约翰•霍 普金斯大学的生物统计学部）提出了一个数学公式来解释癌症的发生。这个数学公式是这样运行的：计算某器官的细胞数量，然后确定其中有多少比例是长寿命的干 细胞，然后确认干细胞的分裂次数。每一次分裂后，其子细胞都有一定的致癌突变风险。因此，Tomasetti和Vogelstein推测，那些存在大量干 细胞分裂的组织对于癌症最为易感。Tomasetti仔细计算了这些数字并将结果与实际的癌症统计量进行了对比，最后Tomasetti总结道：这个数学 理论能够解释三分之二的癌症。

Martin Nowak在哈佛大学研究数学与生物学，参与了Tomasetti和Vogelstein的这个项目。“利用进化数学，你能够真正地像工程师一样去理解疾病，”Nowak表示，“因此，只要一个动物的细胞有分裂的需求，它就有一个基线风险。”

利用数学框架来解释癌症发生的想法是在Vogelstein办公室里的一次头脑风暴中形成的。在这次头脑风暴中，他们回到了一个“古老”的问题：环境因素和遗传因素在癌症发生的过程中到底分别占了多少比重？为了解决这个问题，Tomasetti推测：“我首先需要知道有多少癌症是偶然发生的，并把这些癌症剔除出去。”

Tomasetti 所谓的“偶然发生”，指的是在剔除有害基因或者注入吸烟、放射暴露等影响后，细胞分裂所呈现出的一种“掷骰子”或“造化弄人”的行为。Tomasetti 最感兴趣的是干细胞，因为这些细胞会持续存活。这就意味着，相比于那些很快就会死亡的细胞，在干细胞中所出现的基因突变很可能会造成更大的问题。

Tomasetti通过搜索文 献来寻找所需的数字，例如每个组织中“干细胞腔室”（stem cell “compartment”）的大小。Tomasetti对31个不同器官在整个生命期中干细胞分裂的总次数和癌症风险进行了绘图。而这张图解释了其中的 关联性：分裂次数越多，癌症风险越高（见图1）。

结肠癌远比十二指肠癌常见，即便对于那些携带威胁着整个小肠的突变基因的人群来说也是如此。Tomasetti发现，在人类整个生命期中，结肠中干细胞分裂次数约为1012次，而十二指肠中干细胞分裂次数仅为1010次。相反，小鼠小肠中干细胞的分裂次数要高于结肠，因此小鼠小肠癌的发生率更高。

基因突变和癌症之间的关系并非人们想象的那么直接。在英国牛津大学长期研究癌症的Bruce Ponder表示，“或许这并不是一个是否存在突变的问题。还有很多其他因素会决定这些突变是否会被保留下来，以及是否造成恶性肿瘤。”

荷兰乌特勒支Hubrecht研究所的干细胞与癌症生物学家Hans Clevers认为，这个数学理论是一个非常吸引人的想法。他指出，该理论所得出的结果在很大程度上取决于输入数据的质量。

Tomasetti也意识到，一些公开发表的数据或许并不是真实的。在对该模型进行的1万次运行的过程中，Tomasetti对图上不同的点进行了调整纠偏。其结果仍然非常具有显著性，这就表明，即便某些点出现了偏离，主要结论不会改变。用数学的行话说，图中的相关系数达到了0.81（相关系数为1表明X轴的值能够100%地预测Y轴的值）。对0.81进行平方得到的数字是0.65，这个数字表明癌症风险的变化在多大程度上可以由干细胞分裂次数的变化来解释（见图1）。

这样的结果向Vogelstein传递了这样一条主要的信息：癌症往往无法预防，应该将更多的精力放在癌症初始阶段进行治疗上面。“这些癌症还会继续不断出现”，Vogelstein表示。

国家癌症研究所副所长Douglas Lowy在表达认同的同时也强调，许多癌症仍然是可以预防的，癌症的防治工作也必须继续。

虽然癌症的随机性令人恐惧，但业内人士也看到了积极的一面。这个新的数学框架也强调：“大多数癌症患者的确不够走运，因此，这个数学模型也帮助这些癌症患者认识到：患癌并不是他们的错。”

（作者：费正弦、高石）

参考文献：Science 2015;347:12