跨物种比较肿瘤学(Comparative Oncology)是一个快速发展的前沿领域,
它通过系统性地研究自然发生在不同动物物种(尤其是宠物和野生动物)
身上的肿瘤,并与人类癌症进行比较,从而加深对癌症生物学、预防、
诊断和治疗的理解。其核心在于利用物种多样性作为理解癌症复杂性的天然实验模型。 核心目标与意义 揭示癌症的普遍规律: 寻找在进化上保守的癌症发生、发展、
转移的核心机制(如驱动基因突变、信号通路异常、免疫逃避、肿瘤微环境特征)。 识别独特的物种特异性特征: 理解不同物种对癌症易感性、类型、
侵袭性和治疗反应存在差异的生物学基础(如端粒酶调控、DNA修复机制、免疫系统组成、代谢差异)。 加速转化医学研究: 更真实的模型: 宠物(尤其是狗和猫)的自发性肿瘤在分子特征、
病理组织学、遗传异质性、肿瘤微环境、转移模式以及对治疗的反应
和耐药性方面,通常比人工诱导的啮齿类动物模型更能反映人类肿瘤的复杂性。 缩短药物研发时间: 宠物寿命较短,疾病进展相对较快,
可以在更短的时间内评估新疗法的安全性和有效性,
为后续人类临床试验提供重要信息(概念验证、剂量探索、生物标志物发现)。 “One Health” 理念: 同时改善伴侣动物和人类的健康,促进兽医和人类医学的交流与合作。 主要研究对象 伴侣动物(尤其是犬): 优势: 与人类共享生活环境,暴露于相似的环境致癌物;拥有相对完善的医疗体系;
主人治疗意愿强;肿瘤自发发生,遗传背景多样;多种肿瘤类型(如骨肉瘤、
淋巴瘤、黑色素瘤、乳腺癌/乳腺肿瘤、膀胱癌)与人类高度相似。 犬类作为“超级模型”: 犬的基因组注释完善,不同品种有特定的遗传易感性,
是研究基因-环境相互作用的理想模型。 猫: 如猫注射部位肉瘤、口腔鳞状细胞癌、淋巴瘤等也具有研究价值。 非人灵长类动物: 进化上最接近人类,但其自发肿瘤发生率相对较低,
伦理和成本限制较大。 其他哺乳动物: 如马(黑色素瘤、鳞状细胞癌)、奶牛(白血病)、
啮齿类野生动物(裸鼹鼠、盲鼹鼠具有显著的抗癌能力)等,提供独特的视角。 非哺乳动物脊椎动物: 研究更古老的癌症调控机制(如大象具有多个TP53拷贝,
抗癌能力强;鲨鱼癌症发生率低的原因)。 研究方法与技术 组学技术: 基因组学: 比较不同物种肿瘤的体细胞突变谱、驱动基因、拷贝数变异、结构变异。 转录组学: 比较基因表达谱、信号通路活化状态、RNA剪接变异。 表观基因组学: 比较DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传调控。 蛋白质组学: 比较蛋白质表达、翻译后修饰、信号网络。 微生物组学: 研究肿瘤相关微生物群落的跨物种比较。 病理学与影像学: 对肿瘤组织进行详细的形态学、免疫组化比较分析;
利用CT、MRI、PET等成像技术比较肿瘤生长和转移模式。 免疫学分析: 比较肿瘤浸润免疫细胞的组成、功能状态(如T细胞耗竭、
髓系抑制细胞)、免疫检查点分子的表达。 临床前试验: 在患有自发性肿瘤的宠物中开展新药、新疗法(如靶向治疗、
免疫治疗、联合疗法)的临床试验。 生物信息学与计算生物学: 整合多物种、多层次组学数据,
构建进化保守的癌症网络模型,进行跨物种数据匹配和预测。 关键应用领域 新靶点发现: 通过跨物种比较,识别在多种物种中都起关键作用的、
进化保守的致癌驱动因子或脆弱性靶点。 药物研发与重定位: 在宠物临床试验中评估新型抗癌药物(尤其是靶向药和免疫治疗药)的疗效和毒性。 探索已批准人类药物在兽医肿瘤学中的应用(药物重定位)。 生物标志物开发: 发现用于早期诊断、预后评估、预测治疗反应
(疗效和毒性)的跨物种生物标志物(如循环肿瘤DNA/细胞、特定基因表达特征、影像学特征)。 理解耐药机制: 研究不同物种肿瘤对治疗产生耐药的共同和独特机制。 癌症进化研究: 比较肿瘤在个体内(从发生到转移)和在种群内
(不同品种/物种)的进化轨迹。 预防策略: 通过比较不同物种的易感性和环境因素,
为癌症预防提供线索(如特定品种犬的基因筛查)。
挑战与未来方向
数据整合与标准化: 整合来自不同物种、不同平台、
不同研究中心的异构数据需要强大的生物信息学工具和统一的数据标准。 进化距离的考量: 必须谨慎解释结果,考虑物种间在解剖、
生理、代谢、免疫、寿命等方面的根本差异。 资源与协作: 需要持续的资金支持,并建立强大的跨学科合作网络
(兽医、医生、基础科学家、生物信息学家、药企)。 伦理规范: 在伴侣动物中进行临床试验必须严格遵守伦理准则,确保动物福利是首要考虑。 模型优化: 继续寻找和验证最能代表特定人类癌症类型的动物模型。 人工智能的应用: 利用AI/ML分析海量跨物种数据,挖掘隐藏模式,
进行预测建模。
总结
跨物种比较肿瘤学跳出了传统单一物种(尤其是小鼠)模型的局限,
将整个动物王国视为一个天然的癌症研究实验室。通过系统比较人类、
宠物、野生动物等不同物种的肿瘤生物学特征,它提供了一个独特
而强大的视角来理解癌症这一复杂疾病的本质。它不仅加速了人类
抗癌药物和策略的开发,也直接推动了兽医肿瘤学的进步,
是“One Health”理念在癌症研究领域的完美体现。随着组学技术、
生物信息学和跨学科合作的不断发展,这一领域有望在未来为攻克癌症
带来更多突破性的洞见。
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