跨物种破解“佩托悖论”:MHC-I免疫监视塑造哺乳动物抗癌进化

《Nature Communications》:Immunological surveillance against cancer across mammals

【字体: 时间:2025年11月25日 来源:Nature Communications 15.7

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  编辑荐读:为破解“佩托悖论”,团队整合88 000余条圈养记录与127种哺乳动物基因组,发现MHC-I基因家族扩张及正向选择强度与癌症死亡率呈显著负相关,首次在跨物种尺度证实T细胞免疫监视假说,为抗癌策略进化起源提供新证据。

  
在生命演化的宏大舞台上,癌症似乎应伴随体型增大与寿命延长而肆虐——更多细胞、更多分裂、更多突变,理当推升肿瘤风险。然而,现实却给出“反直觉”答案:大象、鲸、裸鼹鼠等大型或长寿哺乳动物并未被癌症轻易击倒,这一矛盾被概括为“佩托悖论”(Peto’s paradox)。半个多世纪前,Burnet与Thomas提出“免疫监视”猜想,认为适应性免疫的初心或许就是识别并清除癌前细胞,但证据一直局限于实验小鼠或人群队列,跨物种尺度的大图景始终空白。到底演化如何为不同哺乳动物配备“抗癌武器”?MHC-I(主要组织相容性复合体I类)分子作为向CD8+ T细胞呈递肿瘤抗原的关键环节,其基因多样性、拷贝数是否在物种间差异巨大,并决定癌症命运?为回答这些悬问,Orsolya Vincze等联合28家机构,利用全球动物园88 464条死亡记录与127种哺乳动物基因组,系统评估MHC-I复杂度与癌症死亡率(CMR/ICM)的宏观进化关联,相关论文2025年11月24日在线发表于《Nature Communications》。
作者首先建立两套癌症风险指标:CMR为“因癌死亡个体/有明确死因记录个体”,ICM为“校正截尾数据后90%成年寿命时的累积癌死亡发生概率”。随后从GenBank提取MHC-I外显子2-3(编码抗原结合槽α1-α2域)序列,以dN/dS(非同义/同义替换率)衡量整体及20个最强正向选择位点(PSS)的遗传压力;再用OrthoFinder统计MHC-I基因家族(含HLA-A、-B、-C、-E、-G、AZGP1等)蛋白编码基因数目,作为“系统复杂度”代理。所有分析在100棵可能系统发育树上重复,控制成体体重、寿命、食性等混杂因素。
关键技术与样本来源:1) Zoological Information Management System (ZIMS) 2010-2023年圈养哺乳动物死亡记录;2) 公共数据库MHC-I外显子序列重抽样与重组检测(GARD/RDP4);3) 正向选择位点贝叶斯因子排序;4) OrthoFinder跨基因组同源基因家族计数;5) 系统广义最小二乘(PGLS)与系统Logistic回归,权重纳入样本量。
研究结果:
  1. MHC-I正向选择与癌症死亡率呈负相关
    在28种有序列物种中,PSS位点dN/dS每升高1单位,CMR下降约73%(β=-0.73,p=0.0021),ICM下降64%(β=-0.64,p=0.0366);该变量单独解释33% CMR与28% ICM跨物种差异。
  2. MHC-I基因家族扩张伴随癌症死亡率骤降
    127种哺乳动物的基因家族大小1–44个不等。排除裸鼹鼠、巴塔哥尼亚豚鼠两个免疫极端特例后,基因数每增加10%,CMR下降约5.1%(β=-0.51,p=0.0004),ICM下降4.7%(p=0.0068),分别解释37%与15%方差。
  3. 长寿物种承受更强的MHC-I多样化选择
    80%成年寿命(近似种群衰老速率)与全序列dN/dS呈显著正相关(R2=0.33,p=0.0051),但与体型无关;PSS位点选择及基因家族大小与体型、寿命均无显著关联,提示体型增大未必依赖MHC-I扩张,而“活得久”更需抗原呈递多样性。
  4. 混杂与稳健性验证
    纳入成体体重、预期寿命、食性(哺乳动物猎物占比)及100棵系统树后,上述关联依旧成立,表明结果非物种亲缘或生态差异假象。
结论与讨论:
文章首次在哺乳动物宏观进化层面证实,MHC-I基因多样性及拷贝数扩张与癌症死亡率呈强负相关,支持“适应性免疫作为普适抗癌机制”的60年假说。研究揭示,演化面对“佩托悖论”时,除DNA修复、突变率降低等策略外,还通过提升T细胞免疫监视效率——即增强MHC-I抗原呈递广度——来延迟或避免癌症发生。长寿物种对MHC-I选择的加强,暗示癌症压力伴随寿命延长而升高,免疫多样化是“慢生活史”得以实现的保障。裸鼹鼠等物种虽MHC-I简化却极低癌率,提示存在替代性肿瘤抑制通路(如早期接触抑制、超高分子量透明质酸),为发现新抗癌机制提供线索。总体而言,该研究将比较肿瘤学、免疫学与进化生物学交叉,提出“跨物种免疫多样化-抗癌”新范式,为人类癌症疫苗设计、免疫检查点干预及借鉴自然抗癌策略奠定理论基础。
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