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多细胞性有其优势，但也付出了代价。复杂生物体内的劳动分工意味着每个细胞都必须执行其工作且仅执行其工作，因此进化出一个精细的调节系统来约束细胞。例如，人体内大约一万亿个细胞中的几乎每一个都包含基因组的完整副本——构建和维护人类的完整指令集。对任何给定细胞内哪些基因被激活以及何时激活的严格控制，决定了该细胞的行为和身份。一个健康的皮肤细胞只执行履行其在皮肤中的作用所需的基因指令。它尊重相邻细胞的边界和信号，并且当调节系统允许时，它会分裂以产生刚好足够的新细胞来修复伤口，绝不多余。
希腊医生希波克拉底在公元前四世纪首次使用术语karkinos，或“螃蟹”，来描述恶性肿瘤，因为它们伸入周围组织的卷须状突起使他想起了甲壳纲动物的爪子。在拉丁语中，螃蟹的词是cancer，到公元前二世纪，伟大的罗马医生盖伦就知道，那些多刺的爪子只是正常身体组织失控的一个迹象。他将这种功能障碍归因于过量的黑胆汁。现代科学家在癌症的标志中看到了细胞调节系统的崩溃：失控的生长、侵入邻近组织和转移到身体遥远部位。
控制基因活动的蛋白质和核酸本身是由基因编码的，因此癌症始于突变，这些突变要么使关键基因失效，要么反过来，导致它们过度活跃。这些变化引发了一系列不平衡，这些不平衡击溃了下游的调节过程，很快细胞就失控地走向恶性。到目前为止，识别引发特定类型癌症（在大脑、乳房或其他部位）所需的精确突变组合的努力尚未产生明确的模式。一旦调节网络不稳定，它们的崩溃方式可能与它们调节的分子途径一样复杂和多样，这使得每种癌症的精确起源都是独一无二的。然而，尽管内部混乱，癌细胞与干细胞——那些不受正常细胞许多约束的原始身体构建细胞——具有一些共同特征。一个重要的区别是，在干细胞中，基因组的全部潜力受到控制；而在癌症中，它被释放出来。