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生态病理学
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中华医学会成立110周年专刊丨重新思考肿瘤
生物世界· 2025-06-13 16:33
肿瘤学研究范式 - 当前肿瘤学研究的主流范式是“体细胞突变”理论,该理论认为特定基因的突变或表达失调是恶性肿瘤发生的根本驱动因素,这一概念可追溯至1914年,并在1980年代随着原癌基因和抑癌基因的克隆而确立[4] - 尽管测序技术发展使对单个癌细胞的认识达到前所未有的深度,但将一切癌生物学现象归因于DNA的狭隘视角,限制了研究进展,即便在肿瘤微环境研究中,最终归因仍常指向特定基因和突变[5] - 除了主导范式外,历史上也存在其他视角,如将恶性肿瘤视为慢性病或系统性疾病,以及强调细胞与微环境“动态互惠”的组织结构场理论,这些观点为系统性的新思维变革奠定了基础[6] 现有范式的局限与系统性新视角 - 基于“体细胞突变”范式的分子分型和靶向治疗,并未为临床带来真正有效的肿瘤治愈路径,大多数肿瘤类型仍难以实现长期无病生存,完全治愈病例罕见[2][3] - 还原论方法将复杂生命现象拆解为线性因果关系(如基因突变导致疾病表型),但如同专注于汽车零件无法解决交通问题,单一基因视角难以应对更高系统层次的肿瘤现象[8] - 近期研究提出“发育约束模型”,将肿瘤异质性与细胞发育层次联系起来,并指出免疫衰老可能是肿瘤发病率随年龄增长的主因,而非突变积累,这为治疗和预防提供了新思路[8] - 这些系统性探索汇聚成“肿瘤系统观”,对“恶性肿瘤是基因病”的传统理念提出质疑,并构建了包含“关系本体论”、“细胞吸引子”、“达尔文进化论”等新理念的认知框架[9] 肿瘤生态学基本原理 - 肿瘤生态系统涵盖细胞种群、基质网络、免疫-代谢环境、微生物及分子信号的多层级交互,具有高度自组织性和等级异质性,其行为遵循生态进化动力学原理[10] - 肿瘤治疗抗性、复发和远处转移本质上是进化过程,例如“干性”是肿瘤细胞在进化压力下模拟正常干细胞特性以获得生存优势的策略[10] - 血管生成、免疫逃逸等“肿瘤特征”可视为影响肿瘤种群适应度的生态因子,基因组不稳定和突变促进了种群多样性,而微环境作为自然选择压力决定表型的存亡[11] 肿瘤生态学的治疗启示 - 治疗可借鉴物种灭绝原理,通过减弱肿瘤可进化性、破坏其栖息地以及施加多样化选择压力来提升疗效,而非仅被动寻找更有效的靶向药[11][12] - 肿瘤转移可与外来物种入侵生态学类比,其成功取决于继发部位的“土壤”环境,且原发瘤释放循环肿瘤细胞的数量和频率越高,远处定植可能性越大[12] - 原发灶癌细胞可通过改变微环境(如增强酸性)为入侵创造条件,而微环境变化(如细胞外基质重塑)又可促进癌细胞增殖,形成“互惠”共生关系,此过程甚至可在无DNA突变下影响基因转录[13] - 解析肿瘤生态系统可启发新治疗策略,如模拟“种子-土壤”互作、研究微环境适应性改变以实现早期干预,以及将转移视为物种入侵并借鉴生态位竞争理论设计综合干预策略[14] 生态病理学新领域 - “生态病理学”是通过应用生态学及进化原理研究人类疾病的新概念,将肿瘤视为一个多维时空的病理生态系统,其中癌细胞种群与微环境生物及非生物因素构成生态命运共同体[15] - 癌细胞种群通过通讯、合作、竞争寻求适应策略,这促使免疫细胞等其他种群调整策略,关系可能演变为互利共生,共同推动肿瘤生态演替和景观异质性形成,这些机制可解释复杂的镜下病理改变[16] - 肿瘤侵袭边缘类似于生态学中的“边缘效应”过渡区,此处结构复杂、多样性高,是肿瘤干细胞生态位所在,并常见假性缺氧表型,反映了细胞在不利环境中的适应和扩散策略[17] - 肿瘤通过“病理性生态位构建”策略驱动微环境细胞(如成纤维细胞、巨噬细胞)转化,形成促进自身生长的代谢生态系统,同时创造免疫抑制的“沼泽”微环境,损害抗肿瘤T细胞功能,此抑制环境可能全身性扩散,为转移创造有利生态位[18] 基于生态与进化观的治疗新范式 - 传统高剂量连续治疗可能加速耐药细胞进化导致失败,而“适应性治疗”通过控制而非完全消灭肿瘤,维持敏感与耐药细胞的竞争平衡,以实现长期疾病控制[19] - 基于进化的治疗策略可动态调整治疗强度,控制肿瘤细胞种群的进化压力,或设计“进化规则”利用癌细胞间竞争关系,诱导其进入适应性“死胡同”或引发内耗,从而延缓耐药或抑制转移[19] - 理解肿瘤的关键不在于穷追基因和分子,单个基因突变的作用(促癌或抑癌)和角色(驱动、乘客或中性)取决于其所处的环境及生态位[20] - 随着肿瘤生态学、生态病理学新理念的完善,结合多维立体病理构建、时空肿瘤学等前沿技术,以及相关亚学科的拓展,将为肿瘤研究和治疗开辟广阔前景[20]