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在沃格尔斯坦先锋性研究的帮助之下，人们发现了在消化系统最末端的结肠部分的肿瘤（如今已为人所熟知）。他花了大约10分钟的时间四处翻找，想要给我看他收藏的一份标本。最终他找到了，将这个显微镜切片递到我手中。切片展示了结肠癌的第一阶段，人们称之为“不典型增生隐窝”。看了一眼之后，我便意识到，我需要以一种更加明智的方法来改变对癌症形成的数学建模，这一点非常重要。很快，我偷偷地将我的狗放回到了他的羊群之中，希望没有被人留意。
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在我最初的模型中，研究了由相同细胞组成的大规模群体中出现的结肠癌现象。而我一看到沃格尔斯坦给我的切片，便立刻意识到，细胞与细胞之间是存在差异的。事实上，结肠中的细胞存在错综复杂的几何学布局，我需要建立一个模型，将这样的布局考虑在内。从之前的研究工作中（譬如我对原生比萨的研究）我了解到，进化动力学在结构群体和非结构群体中的表现形式完全不同。
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从切片中可以看出，结肠组织内层的细胞以“隐窝”的形式分布，每一个隐窝的形状都很像小小的冰淇淋蛋卷。切片上，我能看到，其中一个癌变的隐窝正在向周围的邻居扩散。我意识到，结肠癌以隐窝为起点，而隐窝本身又是由几千个细胞所构成的小群体。因此，我的数学模型首先要应对一个隐窝，之后再构建起由多个隐窝构成的群体。一言以蔽之，我要找出一个隐窝中某一细胞的突变概率，之后再找出这个细胞的子孙后代占领整个隐窝的概率。
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隐窝这种新颖的设计结构，是组织通过“干细胞”——人体内“母细胞”完成更新的直接结果。这一点非常重要，我们人体消化的物质量非常大，而结肠的内壁则永远处于不断补充新细胞的状态。几个干细胞位于隐窝的根基处，每周分裂一次，制造结肠组织细胞。随着这些细胞不断分化，移向隐窝上方，它们的子孙后代也以越来越快的速度完成分裂。等到这些细胞发展到隐窝顶部时，就能每天分裂一次，一直到它们死于细胞凋亡这种每个细胞内部都存在的自我毁灭程序。
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我在后来的研究工作中发现，隐窝底部是分裂缓慢的干细胞，而顶部是分裂最快、离死亡最近的细胞，这样的细胞结构减缓了癌症进化的速度。这就是结肠里充满隐窝的原因。大自然不断打磨着自身的设计，使得肿瘤的进化机会越来越少。甚至可以证实，拥有高细胞周转率的组织中存在的这些结构，有着最优的抗癌性能。以最快的速度驱除那些分裂最快的细胞发生的突变，就抑制了癌症的发展。同时，这也使得那些稀少而分裂缓慢的干细胞成为致癌突变所攻击的最为脆弱的对象。
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对于被我们称为“癌症”的这种令人敬而远之的进化形式，上述研究成果有着非常广泛的意义。隐窝的进化，是我们祖先进化形成的对付癌细胞发展的有效机制。进化包含突变和选择，而隐窝新颖的组织设计结构能够压制选择的进行。这样，所有参与者（干细胞及其后裔）的布局就能改变进化的步伐。在这个案例中，就是为癌症的发展设置障碍。因此，组织结构的设计初衷是为了维持体内细胞之间的合作关系。于是，我开始系统地思索：博弈中不同参与者之间的关系——拓扑学，如何对进化过程构成影响。在这些思考的驱动之下，我有了新的思路，并为进化图论的发展铺平了道路。第12章将会对这个话题详加讲述。
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几乎同时，我在另一类癌症的研究上也取得了进展。这种血癌被称为慢性髓系白血病（CML），很可能由单一遗传事件所引发。伯特·沃格尔斯坦建议我和加利福尼亚大学洛杉矶分校的查尔斯·索耶斯（Charles Sawyers）共同合作。查尔斯是癌细胞生存策略研究领域的带头人，也是世界上在CML领域享有盛誉的专家。后来，查尔斯告诉我，他的同事，在澳大利亚阿德雷德大学工作的蒂姆·休斯（Tim Hughes），能为我们的分析工作提供一些很好的想法。于是，我们几人一起，再加上岩佐庸和弗朗西斯卡·米克尔（Franziska Michor），用了三年的时间进行数据收集和分析工作。米克尔是一位充满灵感的理论生物学家，现任职于哈佛公共健康学院。
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近几年，以癌细胞为攻击目标的分子靶向治疗药物问世，可谓是CML治疗领域令人兴奋的好消息。这种药物名为伊马替尼，或称格列卫（Gleevec）。但到目前为止，已生产出的最好抗癌药，也无法直接攻击引发癌变的细胞群体——癌变干细胞。在阻止分化癌细胞继续发展上，格列卫取得了巨大成功，但它却无法作用于干细胞。而且，对于某些患者来说，这种白血病会逐渐发展出对格列卫的抗药性。在突变的作用之下，具有抗药性的白血病细胞群体，会在服用格列卫的同时依然继续增长。受到这一现实的触动，医疗工作者正在开发新型药物，以阻碍这种抗药性突变。
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在和蒂伯·安塔尔以及塞尔维亚数学家伊瓦那·波西奇（Ivana Bozic）共同展开的联合项目中，我与伯特·沃格尔斯坦联手进行研究，以了解在不断扩大的癌细胞群体中如何产生突变、并进一步推动疾病总体进程的原因。我们研究了腺瘤、癌瘤和肿瘤转移的发展过程，并在针对每一种加速肿瘤增长速度的驱动性突变的研究之中，都利用上了数学模型。
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第一次驱动突变促成了肿瘤在最初阶段的扩张。但是，其是否具有致命的毁灭性还要看第二次驱动突变何时开始出现。在我们用数字构建起来的几位“患者”身上，第二次突变会在一两年之内发生。这些虚拟病人身上都长有巨大的肿瘤，许多突变会在第一次突变发生后的十年内出现。这是快速而致命的疾病发展过程。但在另一些患者身上，第二次突变可能在长达八年之后才会发生。在这种情况下，肿瘤可以在十年或更长的时间内都保持较小的体积。而其致命性，就要看进化的随机选择了。我们都离不开体内细胞的持久合作。如果身体内部的合作出现问题，就是关乎生死的大事。
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治疗癌症的新思路，就是如何让细胞间恢复合作
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为了找到对治癌症的新方法，我们可以拜大自然为师。对于我们体内的任何细胞而言，最基本的本能就是分裂。而成百上千万年的进化已经形成了一些富有智慧的机制，能对这些自私的本能起到一定的阻碍作用，令我们的细胞能抵抗癌症这种致命的残害。一些基因会不知疲倦地工作，确保细胞的遗传物质——染色体不出差错。还有一些基因会保证细胞整洁有序地进行分裂。绝大多数细胞都会不断地收集来自邻居的信号，在正常运转的情况下向邻居表示肯定和支持。如果细胞得不到这些以化学信号表现出来的肯定与支持信息，就可能会选择自杀，也就是细胞凋亡。举例来说，如果一个肝细胞进入流动的血液，来到了身体的其他部位，就会得到错误的信号，并启动自我毁灭程序。我们可以认为，整个人体就是一个蜂房，而这些信号就等同于群体压力，令细胞遵守规则，做正确的事。
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还有其他一些机制在保护我们免受肿瘤威胁。有证据显示，人体中存在着“免疫监督”。也就是说，早期的癌症端倪可以在免疫系统的运转和作用下被发现并及时制止。有一种被称为“T细胞”的特殊白细胞，会在人体组织内循环之时，识别并破坏癌细胞。然而，随着时间的发展，肿瘤细胞会在适者生存的达尔文定律作用下被选择，从而忽略T细胞的攻击，并最终排挤掉所有的保护机制。
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进化充分展现出了她博大的智慧，用我们了解到的这些方式，想尽办法来避免并推迟癌症的发生。进化利用层级式的细胞排列来构建起我们人体。这些层级体系的统治者，就是我们称为干细胞的那些分裂速度较慢、生命周期较长的母细胞。这就是王权在细胞结构中的体现。干细胞产出更多的分化细胞宗族，而这些分化细胞则会以更快的速度进行分裂，而生命周期也更短。
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举例来说，我们人体中的血细胞——红细胞、白细胞以及血小板，是从骨髓，也就是骨头中间海绵状结构中的造血干细胞处产生的。像皮肤这样的人体结构，只需要很少的专门负责皮肤的干细胞。这些为数不多的干细胞会制造出起到中间过度作用的中间细胞，而这些中间细胞则会负责皮肤细胞的制造工作，而皮肤细胞本身则没有复制能力。我们之所以能长寿，很大一部分原因就在于这样的机制与设计。如果我们将人类的寿命与构建起人体基础单元的存在时长相比较，就会发现，人类的寿命的确很长。人体内一个细胞要完成分裂，通常只需要几天的时间。
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这些见解可以帮助医生进行病情诊断，并发展出新的治疗手法，诸如免疫疗法等。在免疫治疗过程中，患者体内的抗癌免疫机制会更加有效。通过对根本原理的了解，进化生物学能帮助患者打赢这场对抗背叛细胞的战争。昆虫、鸟类、翼龙、蝙蝠分别进化出了翅膀，而它们并没有同一个长着翅膀的祖先。同样，各种不同的癌细胞都能排挤掉新型药物，而导致细胞合作解体的原因也是相通的。通过了解这些不和谐的细胞关系，我们就能看明白：导致细胞变得自私并出现癌变的原因究竟是什么。
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归根结底，治愈癌症还要靠我们对人体环境的进一步了解。这样，我们就能对环境进行设计，从而阻止细胞合作的解体，并利用遗传工程等先进的治疗手段，恢复合作，甚至要在细胞内部构建起额外的控制机制，确保细胞不会走上自私的歧途。
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法国诗人、画家、电影制片人让·科克托（Jean Coteau）曾这样说道：“你从来没见过死亡吗？每天照照镜子，你就能看见死亡像一群玻璃蜂巢里的蜜蜂一样，正在繁忙工作。”到此，我已经讲述了我们称为人体的这个细胞蜂巢中发生癌症的可怕结果。我也就这些细胞蜜蜂重拾单细胞祖先传统、放弃合作、与人体做对的现象进行了建模。我希望通过从进化的角度来对肿瘤的发展和扩散进行解释，可以帮助医疗工作者设计出新颖的癌症治疗手段，可以令细胞再一次回到通力合作的状态。如果我们能延长并持续保持人体内细胞健康合作的关系，就能极大地削弱癌症带来的威胁。
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