計算生物學
癌症進展日益被理解為一種進化過程，這一過程不僅受競爭驅動，也受合作性相互作用的塑造，其中包括通過可擴散“公共物品”（public goods, PGs）介導的合作。經典進化博弈論預測，在充分混合的非生產者群體中，PG 生產型（利他型）亞克隆無法成功入侵；然而，鑑於此類亞克隆已被觀察到會在腫瘤中出現，這一預測構成了一個悖論。在此，我們通過結合隨機空間模擬與解析上可處理的 Moran 模型，研究結構化群體中 PG 生產細胞的入侵動力學，從而解決這一矛盾。
從單個生產者細胞出發，我們在具有生物學相關性的參數範圍內，顯式建模了 PG 的隨機分泌、擴散、結合/解離以及細胞增殖過程。我們證明，空間結構從根本上改變了入侵動力學，使得 PG 生產者即使在生產帶來適應度代價的情況下，仍能夠入侵併建立。數值方法與解析方法均收斂於一個關鍵的統一參數——特徵長度尺度 δ，它刻畫了擴散率、結合動力學和降解作用的綜合效應。該長度尺度決定了 PG 可獲得性的空間範圍，從而決定了生產者的選擇優勢。
我們識別出不同的機制區間：當 PG 局域化時（δ 較小），生產者會優先受益，因而更可能發生入侵；當 PG 廣泛分散時（δ 較大），收益被共享，入侵趨於中性，或因代價而受到抑制。我們的結果強調，合作性性狀的入侵受空間介導的資源局域化支配，而非僅由內在適應度決定。該框架為理解腫瘤中合作性亞克隆的出現提供了機制基礎，並提示調控信號分子生物物理傳輸性質可能影響腫瘤進化、轉移和治療耐藥性。
📄 原文連結：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.14.725277v1?rss=1
🏷️ 癌症進化 公共物品 空間結構 入侵動力學 Moran模型 進化博弈