數學能夠更好地治療癌癥嗎

生物個體的生存與發展離不開細胞感知并正確響應其環境的能力。細胞通過稱為“信號通路”的化學信號系統進行通信，進而協調細胞活性。但是，信息處理能力的損傷可能會導致細胞無法正確感知其環境，這也是導致癌癥發展的可能原因之一。為了更好地了解信息傳輸過程的受損如何影響患病細胞的活動，瑞士日內瓦大學（UNIGE）的研究人員提議根據信息理論檢查細胞通信狀況。

眾所周知，信息理論并非生物學領域的概念，而是計算機科學中更常用的數學理論。這項在《Trends in Cell Biology》雜志上發表的文章為腫瘤學研究提供了一種全新的方法。

文章作者，來自UNIGE醫學院腫瘤血液學轉化研究所的研究員Karolina Zieliska說：“從某種意義上說，癌癥可以看作是一種信號紊亂疾病。然而，盡管我們已經知道過度激活或激活不足的信號通路具有致癌作用，其內在確切的機制仍然十分神秘。”實際上，針對細胞如何根據它們感知到的信息做出決策， Vladimir Katanaev認為目前還無法用生物學手段解釋。

信息論是以概率論為基礎的一門理論。它的主要概念稱為‘熵’，旨在測量隨機變量的不確定性。 “例如，如果我們拋硬幣，硬幣可能會隨機落在正面或反面，因此結果是不確定的。現在想象一個硬幣，它具有兩個相同的面，那么拋擲的結果一定是確定的，此時熵為零。因此，熵可以用于評估隨機通信的不確定性的程度。當應用于信號傳遞領域時，熵表示接收方明確確定上游傳輸內容所必需的信息量。”

將信息理論應用于細胞信號傳遞，可以研究細胞如何處理其從環境中接收的信息。當細胞從其環境接收刺激（信息）時，細胞可以處理哪些信息集中而不會出錯？知道了細胞的反應后，我們可以區分不同的刺激來評估哪個刺激觸發了這種特定的反應嗎？事實上，這些問題在癌癥領域至關重要。因為癌細胞可能因為無法處理來自環境以及健康細胞的信息，并且在不沒有收到合適信息時開始增殖和分裂。

如今，研究人員將通過研究乳腺癌和肺癌細胞如何處理其周圍環境的信息來測試其方法的有效性。實際上，目前的治療通常旨在消除癌細胞中某些信號傳導途徑，這種方法往往伴隨一定的副作用。Vladimir Katanaev表示：“我們提出的新方法并非旨在關閉信號通路，而是旨在恢復其正常活動。通過將純數學概念應用于生物學，我們希望識別出需要糾正的信息傳輸故障。”