计算生物学
癌症进展日益被理解为一种进化过程，这一过程不仅受竞争驱动，也受合作性相互作用的塑造，其中包括通过可扩散“公共物品”（public goods, PGs）介导的合作。经典进化博弈论预测，在充分混合的非生产者群体中，PG 生产型（利他型）亚克隆无法成功入侵；然而，鉴于此类亚克隆已被观察到会在肿瘤中出现，这一预测构成了一个悖论。在此，我们通过结合随机空间模拟与解析上可处理的 Moran 模型，研究结构化群体中 PG 生产细胞的入侵动力学，从而解决这一矛盾。
从单个生产者细胞出发，我们在具有生物学相关性的参数范围内，显式建模了 PG 的随机分泌、扩散、结合/解离以及细胞增殖过程。我们证明，空间结构从根本上改变了入侵动力学，使得 PG 生产者即使在生产带来适应度代价的情况下，仍能够入侵并建立。数值方法与解析方法均收敛于一个关键的统一参数——特征长度尺度 δ，它刻画了扩散率、结合动力学和降解作用的综合效应。该长度尺度决定了 PG 可获得性的空间范围，从而决定了生产者的选择优势。
我们识别出不同的机制区间：当 PG 局域化时（δ 较小），生产者会优先受益，因而更可能发生入侵；当 PG 广泛分散时（δ 较大），收益被共享，入侵趋于中性，或因代价而受到抑制。我们的结果强调，合作性性状的入侵受空间介导的资源局域化支配，而非仅由内在适应度决定。该框架为理解肿瘤中合作性亚克隆的出现提供了机制基础，并提示调控信号分子生物物理传输性质可能影响肿瘤进化、转移和治疗耐药性。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.14.725277v1?rss=1
🏷️ 癌症进化 公共物品 空间结构 入侵动力学 Moran模型 进化博弈