第一章（1）孟德?tīng)栠z傳定律和達(dá)爾文進(jìn)化論“生物學(xué)各個(gè)分支學(xué)科的發(fā)現(xiàn)不斷豐富著我們對(duì)于腫瘤發(fā)生的理解，孟德?tīng)柡瓦_(dá)爾文兩位先驅(qū)建立的概念影響著現(xiàn)代生物學(xué)思想的各個(gè)方面。本章中，我們首先回顧孟德?tīng)栠z傳學(xué)體系和達(dá)爾文進(jìn)化論，及基于此發(fā)現(xiàn)并建立的生物學(xué)大樓?！?/p>

圖1-1：達(dá)爾文與孟德?tīng)?1—

孟德?tīng)栠z傳定律與基因型、表型

“顆粒遺傳學(xué)”是孟德?tīng)柕囊豁?xiàng)主要見(jiàn)解，它指出：遺傳物質(zhì)是由獨(dú)立的信息小體組成的，而每一個(gè)信息小體都對(duì)應(yīng)于一可觀測(cè)的性狀。

這種信息小體在后來(lái)被稱(chēng)為基因，可觀測(cè)的性狀即表型?，F(xiàn)在我們知道，基因是表型的決定性因素，多數(shù)可觀測(cè)的表型都能追溯至多個(gè)基因的共同作用；而控制不同表型的基因是相互獨(dú)立、互不干擾的。

對(duì)于二倍體生物，一個(gè)基因含有兩個(gè)等位基因（等位基因相同者稱(chēng)之為純合子；反之為雜合子）。在決定表型上，其中一個(gè)等位基因通常起主導(dǎo)作用。故而，性狀正常的雜合子個(gè)體可能攜帶有缺陷的等位基因。

圖1-2：顆粒遺傳說(shuō)

事實(shí)上，把等位基因劃為顯性或者隱形過(guò)度簡(jiǎn)化了生物學(xué)的現(xiàn)實(shí)，某些基因的等位基因可以呈共顯性，也就是一個(gè)表達(dá)出的表型可以呈現(xiàn)為兩個(gè)等位基因混合的形式。不完全外顯也是一種常見(jiàn)的例子，在這種情況下，某一顯性基因是存在的，但由于生物體基因組中其他基因的作用，它的表型并不能完全顯示。因此，該等位基因的支配地位不僅是由這一基因自身決定表型的能力決定，而是由其與其他等位基因的相互作用決定的。

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孟德?tīng)栠z傳定律與達(dá)爾文進(jìn)化論

20世紀(jì)二三十年代，人們開(kāi)始意識(shí)到遺傳物質(zhì)是易變的?；蛲蛔兪歉淖兓蛐畔?nèi)容的“肇事者”：基因突變把一種等位基因轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N等位基因或從之前普遍存在的某一物種的等位基因創(chuàng)造出新的等位基因。為方便描述，把在某物種大多數(shù)個(gè)體中都存在的等位基因稱(chēng)為“野生型”，由突變產(chǎn)生的存在于少部分個(gè)體中的等位基因稱(chēng)為“突變型”。

然而，并非所有基因突變都會(huì)影響表型?，F(xiàn)在知道，人類(lèi)基因組中僅約3.5%的DNA攜帶重要的生物學(xué)序列并執(zhí)行相應(yīng)的生物學(xué)功能，絕大部分DNA并不攜帶重要的生物學(xué)序列。突變發(fā)生于基因組中，它不加選擇地改變有作用的基因和非編碼DNA，無(wú)功能DNA發(fā)生的突變并不影響表型，稱(chēng)為“中性突變”。

圖1-3：突變與進(jìn)化

中性突變對(duì)生命體的生存不會(huì)產(chǎn)生影響，故能夠在基因庫(kù)中存留，并在進(jìn)化過(guò)程中累積，呈現(xiàn)“多態(tài)性”。相反，具有生物學(xué)功能的序列發(fā)生的突變常會(huì)導(dǎo)致其功能喪失，故自然選擇使其在基因庫(kù)中淘汰，這些序列僅僅緩慢變化，呈現(xiàn)“保守性”。（下圖三個(gè)物種同源蛋白質(zhì)的氨基酸序列顯示保守型。）

圖1-4：基因功能的高度保守性

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基因和染色體運(yùn)轉(zhuǎn)

基因定位于特定染色體的特定位點(diǎn)（基因位點(diǎn)），染色體的長(zhǎng)度與它所攜帶的基因數(shù)量成比例。人體中幾乎所有細(xì)胞都擁有一套完整的染色體組，幾乎所有細(xì)胞都直接遺傳并繼承了受精卵基因組的精確拷貝。這意味著，基因通過(guò)影響單個(gè)細(xì)胞的行為來(lái)產(chǎn)生整個(gè)生命體的表型。

孟德?tīng)栠z傳定律的染色體和基因都成對(duì)出現(xiàn)，這一機(jī)制在腫瘤的發(fā)展中起重要作用，因?yàn)閹缀跛蟹乐辜?xì)胞增殖失控的基因都以?xún)蓚€(gè)拷貝的形式存在，只有當(dāng)兩個(gè)拷貝全部失活時(shí)，才會(huì)使其失去生長(zhǎng)抑制功能進(jìn)和導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞增殖。

性染色體違背了對(duì)稱(chēng)出現(xiàn)的原則：人類(lèi)X染色體約攜帶900個(gè)基因，而Y染色體僅攜帶78個(gè)基因。很多對(duì)生命的發(fā)育和功能至關(guān)重要的基因都位于X染色體上，成對(duì)出現(xiàn)的X染色體能夠保證生命體更加健壯。因此，其結(jié)構(gòu)上的不對(duì)稱(chēng)本應(yīng)使雄性處于生物學(xué)上的不利地位。

圖1-5：人類(lèi)性染色體

然而，X失活機(jī)制緩解了性別之間的差異：胚胎發(fā)生早期，雌性胚胎的每一個(gè)細(xì)胞中，兩條X染色體中的一條隨機(jī)失活，導(dǎo)致該染色體上幾乎所有基因沉默，并使之收縮成稱(chēng)為“巴氏小體”的微粒。因此，雌性攜帶X染色體相關(guān)基因冗余拷貝的優(yōu)勢(shì)也只是相對(duì)的。

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腫瘤與基因、染色體突變

正常情況下，每個(gè)細(xì)胞都存在著精密的修復(fù)系統(tǒng)，它們不斷監(jiān)控著細(xì)胞的基因組，一旦發(fā)現(xiàn)突變序列就用適當(dāng)?shù)囊吧托蛄袑?duì)其進(jìn)行替換。然而，沒(méi)有絕對(duì)可靠的損傷檢測(cè)和修復(fù)系統(tǒng)，當(dāng)修復(fù)裝置偶爾失察或?yàn)?zāi)難性損害超過(guò)修復(fù)能力，便有可能導(dǎo)致基因組突變積聚。

生殖細(xì)胞和體細(xì)胞累及的突變均可引發(fā)腫瘤，但遺傳學(xué)后果不盡相同：生殖細(xì)胞突變發(fā)生于生殖細(xì)胞基因組攜帶的基因中，由親代個(gè)體傳至子代個(gè)體，突變了的基因存在于子代體內(nèi)性腺以外的所有細(xì)胞，并可傳遞給后代；體細(xì)胞基因突變發(fā)生于親代體細(xì)胞基因組攜帶的基因中，突變了的基因僅影響親代的一個(gè)體細(xì)胞基因組，僅傳遞給該親代身體內(nèi)突變細(xì)胞的直系后代，并不能傳遞給后代。圖1-6：生殖細(xì)胞突變與體細(xì)胞突變

此外，多數(shù)癌細(xì)胞的染色體也發(fā)生了改變，如：整條染色體丟失、額外染色體副本、一條染色體臂與另一條染色體臂融合等。特定基因、染色體的獲得和缺失有益于特定類(lèi)型腫瘤的增殖。

結(jié)構(gòu)上看似正常的染色體可以產(chǎn)生額外的拷貝，所得到的拷貝首尾相連融合為一個(gè)同源染色區(qū)。染色體片段也可能被從染色體上切除，并且在核內(nèi)擴(kuò)增為很多拷貝，產(chǎn)生稱(chēng)為雙微染色體的亞染色體片段。有時(shí)，兩種形式的擴(kuò)增可共存于同一個(gè)細(xì)胞。雙微染色體和同源染色區(qū)都可引起所攜帶的基因擴(kuò)增，進(jìn)而促進(jìn)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。

第一章（2）基因如何決定表型“人們對(duì)基因如何決定表型的認(rèn)識(shí)不是一蹴而就產(chǎn)生的。1944年，DNA被證明是攜帶遺傳信息的化學(xué)實(shí)體；1953年，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被闡明；1964年，DNA堿基序列決定氨基酸序列，后者為蛋白質(zhì)的構(gòu)建提供信息的學(xué)說(shuō)被確立；”1、DNA序列信息通過(guò)蛋白質(zhì)決定表型

1.1蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性在最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，一段基因能夠轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生同等長(zhǎng)度的RNA分子，RNA分子合成后，其中的堿基序列被核糖體翻譯成氨基酸序列。翻譯得到的大分子可能包含成百甚至上千個(gè)氨基酸，并卷曲成獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)，形成有功能的蛋白質(zhì)。在真核生物中，RNA合成是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。在轉(zhuǎn)錄為RNA分子的最初階段，其長(zhǎng)度與親本基因的長(zhǎng)度大致相等。然而，在延伸過(guò)程中，內(nèi)含子被切除，其兩側(cè)的外顯子連接在一起，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄后修飾的最終產(chǎn)物可能僅僅是hnRNA（最初合成的RNA分子及其在各個(gè)拼接階段產(chǎn)生的衍生物共同構(gòu)成hnRNA）的一個(gè)小小的片段，某些成熟mRNA的長(zhǎng)度甚至不及其pre-mRNA（pre-mRNA通常指細(xì)胞質(zhì)mRNA的前體hnRNA）的1%。圖2-1：前體mRNA的加工值得重視的是，一條前體mRNA可能通過(guò)多種不同形式進(jìn)行拼接，從而得到不同的成熟mRNA。這些選擇性剪接形成的mRNA分子結(jié)合不同的外顯子，發(fā)揮不同的生物學(xué)效應(yīng)。實(shí)際上，人類(lèi)基因組95%以上的基因產(chǎn)生的前體mRNA受選擇性剪接的支配。有意思的是，可能存在一個(gè)特定的選擇性剪接形式，當(dāng)其產(chǎn)生的蛋白質(zhì)在細(xì)胞中表達(dá)水平過(guò)高時(shí)，會(huì)使細(xì)胞由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)換為癌細(xì)胞增殖狀態(tài)。可以想象，某一調(diào)節(jié)剪接的蛋白質(zhì)將介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)許多甚至所有前體

mRNA的剪接，而不是僅僅影響涉及特定細(xì)胞生物功能的基因子集。在細(xì)胞經(jīng)歷上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）過(guò)程中，多達(dá)1000個(gè)前體mRNA經(jīng)歷了選擇性剪接，這些選擇性剪接mRNA

可能作為EMT的診斷標(biāo)志物。圖2-2：一條前體mRNA經(jīng)過(guò)選擇性剪接形成不同的成熟mRNA除了選擇性剪接，翻譯后修飾也是蛋白質(zhì)多樣性的重要原因。蛋白質(zhì)翻譯后修飾的一種形式為某些化學(xué)基團(tuán)與蛋白質(zhì)鏈中特定的氨基酸殘基共價(jià)結(jié)合，這些修飾分子主要包括磷酸基、糖基、甲基、乙?；椭Ｈ纾捍蟛糠旨?xì)胞表面蛋白的胞外區(qū)域和幾乎所有的分泌蛋白都是糖基化的；又如：在腫瘤發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要的作用的Ras家族蛋白定位于胞質(zhì)，它包含可結(jié)合在羧基端的脂基。另一種重要的翻譯后修飾形式為蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)的裂解作用，該酶具有在特定位點(diǎn)切斷氨基酸鏈的能力，導(dǎo)致最終得到的成熟蛋白質(zhì)比最初合成的短。很多蛋白質(zhì)在合成后，被指派到胞內(nèi)的特定位置，或被分泌至胞外，它們被分派的目的地由新合成的蛋白質(zhì)的氨基酸序列決定。綜上，RNA轉(zhuǎn)錄后修飾和蛋白質(zhì)翻譯后修飾的復(fù)雜性，導(dǎo)致了細(xì)胞中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性。

1.2蛋白質(zhì)功能的多樣性蛋白質(zhì)合成后，可通過(guò)多種途徑構(gòu)建表型：它們可在細(xì)胞內(nèi)匯集，構(gòu)成細(xì)胞骨架，產(chǎn)生細(xì)胞的形態(tài)并使其能夠運(yùn)動(dòng)；圖2-3：肌動(dòng)蛋白（橘）與微管蛋白（綠）與細(xì)胞表面的突起有關(guān)

蛋白質(zhì)是細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的主要成分，后者能將細(xì)胞連接起來(lái)形成復(fù)雜的組織，ECM的結(jié)構(gòu)常被惡性腫瘤破壞從而使腫瘤細(xì)胞能夠遷移到正常情況下無(wú)法到達(dá)的位置；圖2-4：蛋白質(zhì)在胞外組裝為細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）

蛋白質(zhì)還能收縮并且產(chǎn)生肌收縮和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，在腫瘤發(fā)展中細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性能幫助腫瘤細(xì)胞散布廣泛；圖2-5：肌動(dòng)蛋白構(gòu)成細(xì)胞骨架并參與肌收縮蛋白質(zhì)的信號(hào)傳遞功能使復(fù)雜組織中各類(lèi)的重要細(xì)胞保持適當(dāng)?shù)臄?shù)量，這一點(diǎn)在腫瘤形成中極為重要，腫瘤細(xì)胞的異常生長(zhǎng)大多由細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子的異常引起；很多蛋白質(zhì)具有酶的功能，催化中間代謝過(guò)程中的數(shù)千個(gè)生化反應(yīng)由此我們認(rèn)識(shí)到，細(xì)胞和有機(jī)體的各方面表型可由蛋白質(zhì)實(shí)現(xiàn)，蛋白質(zhì)功能的多樣性源于其結(jié)構(gòu)的多樣性。因此，用最簡(jiǎn)單的分子術(shù)語(yǔ)描述基因型與表型的關(guān)系即：表型由蛋白質(zhì)實(shí)現(xiàn)，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能由DNA堿基序列決定。（需注意：“表型由蛋白質(zhì)決定”這一描述過(guò)于簡(jiǎn)單，它忽略了RNA分子的重要作用。具體內(nèi)容待后續(xù)推送）2、基因表達(dá)方式?jīng)Q定表型動(dòng)物體的所有細(xì)胞都是其受精卵的直系后代，這些細(xì)胞攜帶的基因組都是受精卵中基因組的精確拷貝，而動(dòng)物體不同細(xì)胞的表型卻具有極大的差異（如皮膚細(xì)胞與神經(jīng)細(xì)胞）。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)3個(gè)世紀(jì)的探索，發(fā)育生物學(xué)家們最終發(fā)現(xiàn)，攜帶相同遺傳模板的細(xì)胞獲得不同表型的主要原因是：各類(lèi)細(xì)胞對(duì)基因組的選擇性表達(dá)。隨著早期胚胎中細(xì)胞不斷地生長(zhǎng)與分裂，位于胚胎中不同部位的細(xì)胞開(kāi)始定型形成特定類(lèi)型的組織而不是其他組織，這一過(guò)程稱(chēng)為分化。分化的細(xì)胞始終保持相同的基因組，但它們卻聚集表現(xiàn)出不同的表型。圖2-6：基因表達(dá)微陣列的宏觀分析：紅色像素點(diǎn)表示某基因在某腫瘤中高于平均水平表達(dá)；綠色反之。分化現(xiàn)象的出現(xiàn)是由于一些基因在某些細(xì)胞中有表達(dá)而在另一些細(xì)胞中沒(méi)有表達(dá)，通過(guò)在一些特定的細(xì)胞中表達(dá)，一組基因編碼合成一組特定的蛋白質(zhì)和RNA分子，這些蛋白質(zhì)與RNA最終協(xié)同創(chuàng)造出一種特定的細(xì)胞表型。因此，機(jī)體中每種分化細(xì)胞的表型在根本上可以理解為在該細(xì)胞類(lèi)型中表達(dá)的特定基因的集合。哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的基因按功能可分為管家基因和組織特異性基因。管家基因在機(jī)體所有細(xì)胞中共同表達(dá)，維持所有細(xì)胞的生存或所有細(xì)胞共同擁有的某種生物學(xué)功能；組織特異性基因僅在特異的細(xì)胞中表達(dá)，產(chǎn)生特異性的蛋白質(zhì)，使細(xì)胞表現(xiàn)出特異性的分表型。在分化細(xì)胞中，絕大多數(shù)的表達(dá)基因都是管家基因，僅一小部分表達(dá)基因?yàn)榻M織特異性基因。例如：細(xì)胞表達(dá)3000-5000個(gè)管家基因，卻表達(dá)少于1000個(gè)組織特異性基因。有趣的是，在每種分化細(xì)胞中，基因組約21000個(gè)基因中有相當(dāng)一部分是未表達(dá)的，這主要是因?yàn)楹笳邔?duì)于細(xì)胞的共性管家或特異分化目的并非必要的?；虮磉_(dá)方式可以決定表型，那么基因表達(dá)受到哪些因素的調(diào)控呢？《癌生物學(xué)》學(xué)習(xí)分享下一期推送——基因表達(dá)的調(diào)控，我們不見(jiàn)不散！

第一章（3）基因表達(dá)的調(diào)控“我們已經(jīng)知道，基因表達(dá)的方式可以決定表型。今天我們談?wù)?，基因表達(dá)受哪些因素的調(diào)控。”轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控基因表達(dá)絕大多數(shù)基因的轉(zhuǎn)錄依賴(lài)于幾種不同轉(zhuǎn)錄因子（TF）的共同作用，其中每一種TF都結(jié)合于基因啟動(dòng)子或周?chē)倪m當(dāng)位點(diǎn)（即增強(qiáng)子），以協(xié)同作用激活基因表達(dá)。細(xì)胞中多種基因的協(xié)調(diào)表達(dá)通常稱(chēng)為基因表達(dá)程序，它依賴(lài)于多種TF在大量基因啟動(dòng)子上的共同作用。

細(xì)胞要表現(xiàn)出復(fù)雜的、組織特異性的表型需要一系列基因的協(xié)同表達(dá)和抑制另一些基因的表達(dá)。TF結(jié)合于基因調(diào)控區(qū)的特異性DNA序列，決定該基因是否表達(dá)。一些TF以分子水平尚不完全清楚的方式為RNA聚合酶（在前體mRNA情況下為RNA聚合酶II）提供了接近基因從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的機(jī)會(huì)，而另外一些TF則可以阻止RNA聚合酶接近基因，以確保該基因的轉(zhuǎn)錄被抑制。圖3-1：TF調(diào)控基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子的功能非常強(qiáng)大，單一類(lèi)型的轉(zhuǎn)錄因子就可能同時(shí)影響一大類(lèi)下游應(yīng)答基因的表達(dá)。一種轉(zhuǎn)錄因子引發(fā)細(xì)胞或器官多種改變的能力通常稱(chēng)為多效性。在腫瘤細(xì)胞中，一個(gè)功能失調(diào)的多效性轉(zhuǎn)錄因子可以同時(shí)協(xié)調(diào)一大類(lèi)應(yīng)答基因的表達(dá)，使其共同作用以產(chǎn)生癌細(xì)胞的表型。組蛋白修飾調(diào)控基因表達(dá)染色質(zhì)的核心是由DNA綁定到核小體上組成的，核小體由DNA與小球狀蛋白共同形成，呈現(xiàn)鏈珠狀。核小體是八聚體，由兩個(gè)拷貝組成，每個(gè)拷貝由4種不同的組蛋白（H2A、H2B、H3和H4）組成。圖3-2：染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的組成核小體的球狀核心是染色質(zhì)的基本支架，有兩種修飾方式。首先，一些標(biāo)準(zhǔn)的組蛋白，如組蛋白H2A和H3,在少數(shù)核小體中可被變體形式（如組蛋白H2AZ、H3.3）替換。在整個(gè)染色質(zhì)中，分散著許多這樣的變體組蛋白，但它們對(duì)于染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確作用尚不清楚。再者，4種標(biāo)準(zhǔn)組蛋白的轉(zhuǎn)錄后修飾影響染色體結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄。這些修飾并不直接改變核小體的球狀核心，而是影響核心組蛋白的氨基端尾，后者由球狀核心向外延伸并接受多種共價(jià)修飾。最突出的是甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化。圖3-3：蛋白質(zhì)氨基酸尾的翻譯后修飾例如，一種組蛋白磷酸化與發(fā)生于有絲分裂的染色質(zhì)凝聚、基因表達(dá)的普遍停止有關(guān)；在細(xì)胞周期的其他階段，核心組蛋白的乙酰化通常與基因活躍表達(dá)有關(guān)，而甲基化通常與基因表達(dá)抑制相關(guān)。需要注意的是，組蛋白的甲基化與基因抑制和表達(dá)均相關(guān)，結(jié)果效應(yīng)取決于受甲基化影響的賴(lài)氨酸殘基的位置。染色質(zhì)蛋白負(fù)責(zé)調(diào)控TF及RNA聚合酶與DNA的相互作用，越來(lái)越多的證據(jù)顯示，各種各樣的組蛋白修飾對(duì)允許或阻止染色體DNA特定區(qū)域上RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄功能十分重要，因而在調(diào)控基因表達(dá)方面具有重要作用。圖3-4：利用抗體免疫沉淀特定類(lèi)型的修飾組蛋白，隨后對(duì)該沉淀物進(jìn)行DNA測(cè)序，由此繪制多種組蛋白修飾的位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)組蛋白H3賴(lài)氨酸4殘基三甲基化（H3K4me3，綠色）的核小體位于基因的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)(TSS)。表明：包含H3K4me2的核小體與TSS相關(guān)，而那些包含H3K36me3的核小體與活躍轉(zhuǎn)錄基因相關(guān)。DNA的共價(jià)修飾調(diào)控基因表達(dá)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶使甲基基團(tuán)直接結(jié)合于DNA雙螺旋中CpG二核苷酸的胞嘧啶堿基。被甲基化的CpG二核苷酸通常定位在啟動(dòng)子附近，這種甲基化一般引起附近基因的抑制。甲基化CpG島本身并不直接阻斷轉(zhuǎn)錄，而是影響染色質(zhì)蛋白的結(jié)構(gòu)，這些蛋白質(zhì)的主要作用是包裝染色體DNA并將其呈現(xiàn)給RNA聚合酶以便轉(zhuǎn)錄。尤其是甲基化CpG結(jié)合蛋白特異地與甲基化二核苷酸結(jié)合，并影響附近染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)。此外，特定組蛋白的修飾能夠從相反的方向影響DNA甲基化的狀態(tài)。DNA復(fù)制后甲基化的維持由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶識(shí)別新近復(fù)制DNA的半甲基化片段，對(duì)與DNA鏈中已經(jīng)甲基化的CpG互補(bǔ)的未甲基化片段的CpG二核苷酸進(jìn)行甲基化完成。圖3-5：DNA復(fù)制后甲基化的維持非傳統(tǒng)RNA分子調(diào)控基因表達(dá)20世紀(jì)90年代，科學(xué)家揭示了一種新的RNA分子類(lèi)型：微小RNA（miRNA）。它們含21-25個(gè)核苷酸，通常產(chǎn)生于更大的核RNA前體切割產(chǎn)物。它們控制胞質(zhì)內(nèi)特定mRNA的水平，或這些mRNA翻譯的效率，或同時(shí)對(duì)二者進(jìn)行調(diào)控。一種miRNA可以調(diào)節(jié)許多不同種類(lèi)mRNA的表達(dá)，使之對(duì)多種細(xì)胞過(guò)程表現(xiàn)出多效性。一個(gè)初級(jí)miRNA轉(zhuǎn)錄物加工后在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)形成miRNA，后者是核蛋白復(fù)合體

RISC（RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體）的組成部分。這些復(fù)合體與一系列mRNA靶點(diǎn)相關(guān)，這些靶點(diǎn)通常位于非翻譯區(qū)，其序列的一部分或者全部與RISC復(fù)合體中的miRNA互補(bǔ)。這種互補(bǔ)能夠使mRNA翻譯抑制或者mRNA降解，或者兩種作用同時(shí)發(fā)生。圖3-6：miRNA的產(chǎn)生與基因調(diào)控作用

發(fā)現(xiàn)miRNA的10年后，另一種不尋常的RNA出現(xiàn)在人們的視野：人類(lèi)基因組中4%-9%的DNA轉(zhuǎn)錄成200個(gè)核苷酸以上長(zhǎng)度的RNA分子，卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這些RNA有明確的蛋白質(zhì)編碼序列及功能。這些長(zhǎng)鏈非編碼RNA（lncRNA）存在于細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)中，并以我們尚不了解的方式調(diào)節(jié)基因表達(dá)。一部分已被闡明的lncRNA在功能上協(xié)助蛋白質(zhì)發(fā)揮作用——蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄，lncRNA通常作為支架支撐特定染色體修飾蛋白。lncRNA在腫瘤發(fā)展中的作用研究才剛剛開(kāi)始，例如，lncRNAHOTAIR的上調(diào)表達(dá)與人類(lèi)乳腺癌和結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移行為相關(guān)。越來(lái)越多的觀點(diǎn)認(rèn)為數(shù)千種不同的lncRNA是細(xì)胞調(diào)節(jié)機(jī)制的重要分子成員。miRNA和lncRNA的行為使我們進(jìn)一步窺見(jiàn)哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)、調(diào)控的復(fù)雜性。某一基因的轉(zhuǎn)錄被允許后，會(huì)有數(shù)種干預(yù)機(jī)制調(diào)控其最終產(chǎn)物——蛋白質(zhì)的積累以執(zhí)行該基因的實(shí)際功能。這些機(jī)制反反映在不同水平：1、前體mRNA的轉(zhuǎn)錄后加工：選擇性剪接模式；2、mRNA產(chǎn)物的穩(wěn)定性或降解；3、mRNA翻譯調(diào)節(jié)；4、翻譯后修飾：改變蛋白質(zhì)產(chǎn)物的穩(wěn)定性或使其降解。

第二章（1）腫瘤的起源

“正常細(xì)胞嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)好的程序去參與構(gòu)建不同的組織，從而使機(jī)體生存下來(lái)。而腫瘤細(xì)胞卻展現(xiàn)出一種截然不同、

目標(biāo)更加集中的任務(wù)，它們好像只考慮一件事情：盡可能地自我繁殖。”本章節(jié)，我們將初步探討癌癥的本質(zhì)，幫助我們從本質(zhì)上去揭示復(fù)雜的腫瘤領(lǐng)域。01腫瘤的起源19世紀(jì)中晚期的發(fā)現(xiàn)使我們了解到一個(gè)受精卵是如何發(fā)育成為組織和復(fù)雜器官的。這其中最重要的發(fā)現(xiàn)莫過(guò)于：受精卵能夠通過(guò)不斷地生長(zhǎng)與分裂來(lái)產(chǎn)生機(jī)體中的所有細(xì)胞。這些認(rèn)識(shí)對(duì)腫瘤起源的研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。之前，許多人認(rèn)為腫瘤是一種通過(guò)某種方式植入患者體內(nèi)的異物。如今，大量事實(shí)表明，各種不同類(lèi)型的腫瘤常常都是源于它們各自起源的自身正常組織，而不是外界的入侵體。圖1：低倍鏡下的小腸回腸段上皮組織切片事實(shí)上，腫瘤確實(shí)有在體內(nèi)遷徙的能力：在許多患者體內(nèi)，多種腫瘤都能在距其原發(fā)組織很遠(yuǎn)的地方檢測(cè)到轉(zhuǎn)移灶，因?yàn)榘┘?xì)胞能在體內(nèi)擴(kuò)散并且形成新的癌細(xì)胞克隆。這些新克隆，即轉(zhuǎn)移灶，都可被溯源到腫瘤發(fā)生的最初部位，即原發(fā)腫瘤。圖2：晚期結(jié)腸癌患者常常發(fā)生肝轉(zhuǎn)移（白色部分）相對(duì)于周?chē)＝M織，腫瘤組織結(jié)構(gòu)的排列要混亂無(wú)序得多。腫瘤是由一群失去了組成正常組織能力的細(xì)胞構(gòu)成的。微觀結(jié)構(gòu)上，腫瘤組織與正常組織差異巨大，但它們?cè)诮M織學(xué)上仍然存在某些相似之處。因此，理論上講所有腫瘤都應(yīng)該能追溯到其發(fā)源的特定組織或器官，我們可以通過(guò)對(duì)腫瘤切片進(jìn)行組織病理學(xué)分析來(lái)為此提供關(guān)鍵線索。這個(gè)簡(jiǎn)單的想法為腫瘤的分類(lèi)提供了新方法，即根據(jù)可能的源發(fā)組織進(jìn)行分類(lèi)。02腫瘤的分類(lèi)根據(jù)腫瘤組織來(lái)源（上皮、間葉、造血和神經(jīng)外胚層），可以將腫瘤分為四類(lèi)。

上皮組織來(lái)源的腫瘤人類(lèi)大多數(shù)腫瘤來(lái)源于上皮組織。上皮細(xì)胞是構(gòu)成體腔、管道和表皮的規(guī)則排列的層狀細(xì)胞，如皮膚是作為機(jī)體的外覆層。在上皮細(xì)胞之下是基底膜（有時(shí)也稱(chēng)基底層），基底膜則把上皮細(xì)胞與下面起支持連接作用的間質(zhì)層細(xì)胞分隔開(kāi)?；啄な羌?xì)胞外基質(zhì)（ECM)的一種特殊形式，主要由上皮細(xì)胞分泌的蛋白質(zhì)構(gòu)成。圖3：雞角膜上皮電鏡掃描圖為什么我們對(duì)上皮細(xì)胞如此感興趣呢，因?yàn)樗a(chǎn)生了人類(lèi)最常見(jiàn)的惡性腫瘤，稱(chēng)為癌。一些上皮細(xì)胞層的主要作用是封閉腔穴或管道的表面并且保護(hù)其下層細(xì)胞。這種上皮細(xì)胞發(fā)展而來(lái)的癌稱(chēng)為鱗狀細(xì)胞癌。例如，覆蓋皮膚和大部分口腔的上皮細(xì)胞會(huì)發(fā)生這類(lèi)腫瘤。圖4：食管癌還有許多上皮組織中存在特殊的具有分泌能力的細(xì)胞，它們可以釋放分泌物到自身形成的導(dǎo)管或腔穴中。通常這些分泌物的作用是保護(hù)上皮細(xì)胞層不受腔穴內(nèi)物質(zhì)的作用。這種細(xì)胞來(lái)源的腫瘤稱(chēng)為腺癌。圖5：胃腺癌在某些器官，如肺、子宮、子宮頸中，上皮細(xì)胞層能夠發(fā)展為單純的腺癌或鱗狀細(xì)胞癌；而在更多的情況下，這些器官來(lái)源的腫瘤會(huì)包含這兩種類(lèi)型的癌細(xì)胞。肉瘤肉瘤來(lái)源于多種間質(zhì)細(xì)胞，包括：分泌膠原的成纖維細(xì)胞及其相關(guān)結(jié)締組織細(xì)胞，它們是肌腱和皮膚的細(xì)胞外基質(zhì)的主要組分；脂肪細(xì)胞，它們?cè)诎|(zhì)中儲(chǔ)藏脂肪；成骨細(xì)胞，在膠原基質(zhì)中聚集磷酸鈣結(jié)品以形成骨骼；還有組成肌肉的肌細(xì)胞。相對(duì)多見(jiàn)于兒童的血管肉瘤是由血管內(nèi)皮細(xì)胞的前體細(xì)胞產(chǎn)生的。圖6：橫紋肌肉瘤造血系統(tǒng)惡性腫瘤造血系統(tǒng)惡性腫瘤由各種組成造血系統(tǒng)的細(xì)胞轉(zhuǎn)化而來(lái)，包括免疫系統(tǒng)的細(xì)胞，如：紅細(xì)胞、能分泌抗體的漿細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞（簡(jiǎn)稱(chēng)T細(xì)胞）和B淋巴細(xì)胞（簡(jiǎn)稱(chēng)B細(xì)胞）。白血病泛指造血細(xì)胞譜系的惡性衍生物，它們不同于紅細(xì)胞，胞內(nèi)沒(méi)有細(xì)胞色素，而且能夠自由地穿行于循環(huán)系統(tǒng)中。白血病的腫瘤細(xì)胞是散布在循環(huán)系統(tǒng)中的單細(xì)胞群，而淋巴系（T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞）腫瘤則能夠聚集在淋巴結(jié)形成實(shí)體瘤。圖7：多發(fā)性骨髓瘤神經(jīng)外胚層瘤最后一大類(lèi)腫瘤，是由構(gòu)成中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)的各種細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化而致。這類(lèi)腫瘤通常被稱(chēng)為神經(jīng)外胚層瘤，反映其是從早期胚胎的外胚層發(fā)育而來(lái)，包括膠質(zhì)瘤、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、神經(jīng)母細(xì)胞瘤、神經(jīng)鞘瘤和髓母細(xì)胞瘤。圖8：少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤不適于上述分類(lèi)的腫瘤

黑色素瘤來(lái)源于皮膚和視網(wǎng)膜中內(nèi)含色素的黑色素細(xì)胞，而黑色素細(xì)胞則是由胚胎中的神經(jīng)脊發(fā)育而來(lái)。盡管與神經(jīng)外胚層細(xì)胞的發(fā)源地如此接近，但隨著發(fā)育過(guò)程，它卻最終落腳在了皮膚和眼睛的組織中，為其提供色素，而與神經(jīng)系統(tǒng)沒(méi)有任何直接聯(lián)系。圖9：黑色素瘤小細(xì)胞肺癌（SCLC)中有許多具有類(lèi)似于神經(jīng)分泌細(xì)胞特征的細(xì)胞，就像腎上腺中的某些神經(jīng)脊來(lái)源的細(xì)胞一樣，具有分泌功能。迄今為止還未確定小細(xì)胞肺癌是否起源于神經(jīng)外胚層細(xì)胞。而另一種看法認(rèn)為，這些源于肺部?jī)?nèi)胚層細(xì)胞克隆的腫瘤，失去了一些自身上皮細(xì)胞的特征，同時(shí)又呈現(xiàn)出了一些神經(jīng)外胚層細(xì)胞譜系的特征。這種細(xì)胞譜系的轉(zhuǎn)換和隨之而獲得的一套全新的已分化成熟的特性，通常被稱(chēng)為轉(zhuǎn)分化作用。畸胎瘤是由于生殖細(xì)胞（卵細(xì)胞和精子）前體在發(fā)育早期未能遷移到正確的位置，并在發(fā)育過(guò)程中一直處于異位所致。它們保留了早期胚胎細(xì)胞的多能性。同一個(gè)畸胎瘤中能看到組成胚胎的3個(gè)胚層——內(nèi)胚層、中胚層、外胚層。圖10：畸胎瘤在少數(shù)情況下(2%~4%),某些腫瘤已經(jīng)完全喪失了其發(fā)源組織的特異性和分化特征，發(fā)生了去分化作用。發(fā)生去分化的這類(lèi)腫瘤通常被歸入“未知原發(fā)灶癌"(CUP),很難從患者身上找到相應(yīng)的原發(fā)腫瘤的部位。圖11：起源不明的間變腫瘤本節(jié)主要介紹了腫瘤的起源，下一小節(jié)我們將進(jìn)一步介紹腫瘤的發(fā)展和能量代謝特征，下期再見(jiàn)！

第二章（2）癌癥的發(fā)展及其能量代謝“腫瘤以一種獨(dú)特又令人恐懼的方式摧毀一個(gè)人，像人機(jī)體自身一樣但變得高度增殖，瘋狂蔓延，掠奪營(yíng)養(yǎng)，并且不受控制?！蹦[瘤雖然增殖迅速，但其發(fā)展歷程也是有跡可循的，本節(jié)將主要介紹腫瘤的發(fā)展和能量代謝特征。01腫瘤是多階段多步驟發(fā)展形成的在正常組織和高度惡化的腫瘤組織兩個(gè)極端之間，機(jī)體組織形態(tài)還存在著豐富的中間過(guò)渡狀態(tài)。這些處于不同異常階段的細(xì)胞，反映了細(xì)胞逐步從正常組織過(guò)渡到越來(lái)越具有侵襲和轉(zhuǎn)移能力的惡化狀態(tài)的過(guò)程。增生有一些特殊的細(xì)胞腫塊，它們與正常組織之間只有微小的差別，但是在細(xì)胞數(shù)量上異常增多，這種腫塊稱(chēng)為增生。雖然形成增生組織的細(xì)胞的增殖明顯不受控制，但其發(fā)育成為組織的能力與正常細(xì)胞別無(wú)二致。圖1：增生的乳腺導(dǎo)管化生化生是指一種已分化組織轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N分化組織的過(guò)程。該過(guò)程并非由已分化的細(xì)胞直接轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N細(xì)胞，而是由具有分裂能力的未分化細(xì)胞向另一方向分化而成。這些細(xì)胞雖然生長(zhǎng)在了錯(cuò)誤的位置，但在鏡檢下往往表現(xiàn)得與正常細(xì)胞無(wú)異。化生常常發(fā)生在上皮組織的過(guò)渡帶中，多見(jiàn)于子宮與子宮頸及食管與胃的連接處。在上述兩個(gè)連接處，扁平上皮細(xì)胞往往會(huì)急劇地轉(zhuǎn)變成分泌黏液型上皮細(xì)胞。食管癌變前的一個(gè)早期指征就是出現(xiàn)一種巴氏食管(Barrett'sesophagus)化生情況，食管中的扁平上皮細(xì)胞會(huì)被一種常見(jiàn)于胃部的分泌型上皮細(xì)胞取代。盡管這些細(xì)胞具有非常正常的外觀，但這種化生通常被認(rèn)為是食管癌的早期病變步驟。圖2：上皮細(xì)胞的化生不典型增生比化生更為異常的組織稱(chēng)為不典型增生。這類(lèi)組織的改變包括細(xì)胞核大小和形狀改變，細(xì)胞核染色加深，核質(zhì)比例增大，核分裂能力增強(qiáng)，以及與組織中正常分化相關(guān)的胞質(zhì)特征丟失。在不典型增生組織中，原見(jiàn)于正常組織的不同類(lèi)型細(xì)胞的數(shù)量比例都發(fā)生了改變。不典型增生是完全良性腫瘤至惡性癌變之間的過(guò)渡狀態(tài)。腺瘤（腺瘤、息肉、乳頭狀瘤和疣）是不典型增生的上皮瘤。在顯微鏡下觀察，腺瘤中的組織是不典型增生的，它們通常長(zhǎng)到一定大小便停止生長(zhǎng)，并且絕不穿過(guò)基底膜，所以與基底膜下方的上皮組織仍然是隔開(kāi)的。正是由于這一點(diǎn)，一般認(rèn)為它們是良性的。圖3：息肉顯微切片照惡性腫瘤突破基底膜并且侵及下層組織的腫瘤屬于惡性腫瘤。更進(jìn)一步的異常是腫瘤擴(kuò)散至體內(nèi)其他部位，即形成了轉(zhuǎn)移瘤。轉(zhuǎn)移不僅有侵襲突破基底膜的能力，而且獲得了運(yùn)動(dòng)和適應(yīng)周?chē)颅h(huán)境的特性。原發(fā)灶腫瘤細(xì)胞能通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到機(jī)體遠(yuǎn)處而形成新的癌細(xì)胞克隆。癌細(xì)胞侵襲到鄰近的組織中，進(jìn)入血管和淋巴管，通過(guò)這些管道遷徙到身體遠(yuǎn)端，并再次突破血管或淋巴管，侵入下層組織，在此處形成新的癌細(xì)胞克隆。圖4：侵襲性乳腺小葉癌以上列出的各種異常生長(zhǎng)形式代表了不斷惡化的組織異常程度，它們似乎是惡性腫瘤進(jìn)展過(guò)程中的停頓點(diǎn)，在該過(guò)程中正常組織逐漸發(fā)展為高度惡化的癌組織。02腫瘤由單克隆發(fā)育而來(lái)我們已經(jīng)知道腫瘤是從正常細(xì)胞逐步轉(zhuǎn)化而來(lái)的，接下來(lái)需要思考的是：腫瘤是由單個(gè)的細(xì)胞跨越了從正常到異常的界限發(fā)育而來(lái)的呢，還是有一大群細(xì)胞歷經(jīng)這種改變，然后每一個(gè)都發(fā)展成了腫瘤中的單個(gè)細(xì)胞亞群呢？理論上，腫瘤可以起源于單克隆，或者多克隆。隨機(jī)出現(xiàn)的體細(xì)胞突變可以視為細(xì)胞的獨(dú)特標(biāo)記，如果這種標(biāo)記出現(xiàn)在腫瘤塊中所有的細(xì)胞里，就可以說(shuō)此腫瘤塊中所有細(xì)胞都起源于同一個(gè)突變的細(xì)胞。這種起源于單個(gè)祖先的細(xì)胞克隆，稱(chēng)為是單克隆性的。同樣地，如果腫塊是由一系列具有不同遺傳學(xué)特征的細(xì)胞亞群構(gòu)成的，而這些細(xì)胞之間并不存在共同的祖先，那么該腫塊就被稱(chēng)為是多克隆性的。圖5：腫瘤的單克隆性和多克隆性確定腫瘤細(xì)胞群體克隆性的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，依賴(lài)于胞內(nèi)天然存在的、表觀遺傳學(xué)的標(biāo)記物。如第1章所述，在雌性哺乳動(dòng)物早期胚胎的體細(xì)胞中，每個(gè)細(xì)胞內(nèi)的兩條X染色體會(huì)隨機(jī)地發(fā)生失活現(xiàn)象，只保留其中一條。該失活染色體上幾乎全部基因的轉(zhuǎn)錄都被抑制。一旦胚胎細(xì)胞中發(fā)生了某條X染色體（來(lái)自于母方或者父方）失活，由此胚胎細(xì)胞發(fā)育而來(lái)的全部成熟組織細(xì)胞就都將與其祖先保持一致，細(xì)胞中相同的X染色體均失活。葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PD)的基因就在X染色體上。由于X染色體失活，雜合體女性的每一個(gè)細(xì)胞都只表達(dá)兩個(gè)G6PD等位基因的其中一條，從而在胞內(nèi)合成不同的G6PD蛋白。在雜合個(gè)體的大多數(shù)組織里，約有半數(shù)的細(xì)胞合成其中一種形式的G6PD,另外半數(shù)細(xì)胞合成另一種形式的酶。1965年曾經(jīng)報(bào)道了對(duì)非裔美國(guó)人雜合體中發(fā)生的平滑肌瘤（位于子宮壁的良性腫瘤）的觀測(cè)結(jié)果，每一個(gè)平滑肌瘤總是只表達(dá)G6PD兩種可變形式中的其中一種。這說(shuō)明很有可能此腫瘤所有細(xì)胞都來(lái)源于一個(gè)共同的祖細(xì)胞。圖6：用淀粉凝膠電泳對(duì)兩種類(lèi)型的G6PD進(jìn)行分析，結(jié)果顯示G6PD雜合體腫瘤患者的所有腫瘤細(xì)胞都表達(dá)該酶兩種形式中的一種。另外一個(gè)證據(jù)來(lái)自于對(duì)骨髓瘤的研究，骨髓瘤主要是源自能分泌抗體的漿細(xì)胞的母細(xì)胞B淋巴細(xì)胞。通常情況下，B淋巴細(xì)胞庫(kù)是由數(shù)量極多的、區(qū)別明顯的亞群構(gòu)成，經(jīng)過(guò)免疫球蛋白（抗體）基因的重排作用，每一個(gè)亞群細(xì)胞都分泌一種特異性的抗體。與之相比，骨髓瘤患者的漿細(xì)胞產(chǎn)生相同的抗體，提示它們是從之前的復(fù)雜異質(zhì)群體細(xì)胞中的某一單個(gè)細(xì)胞發(fā)育而來(lái)的，具有共同的祖細(xì)胞。圖7：多發(fā)性骨髓瘤中的單一類(lèi)型抗體關(guān)于腫瘤單克隆性質(zhì)的最有力證據(jù)來(lái)自于對(duì)癌細(xì)胞染色體的觀察。在有絲分裂中期染色體凝集的時(shí)候，顯微鏡下可見(jiàn)腫瘤細(xì)胞染色體有一系列異?；?。通常由一個(gè)小概率的遺傳學(xué)事件所引發(fā)的特異的染色體異常，在同一瘤體中所有細(xì)胞中都能看到。這表明，同一瘤體中所有惡性細(xì)胞都來(lái)源于同一個(gè)祖細(xì)胞，當(dāng)此祖細(xì)胞染色體發(fā)生重組后，這種變化也都遺傳到其所有子代細(xì)胞。圖8：腫瘤組織中的染色體易位每一個(gè)祖細(xì)胞都能發(fā)育成一個(gè)單克隆群體?？梢栽O(shè)想，在一種組織中

10

個(gè)正常細(xì)胞同時(shí)從正常狀態(tài)向惡性狀態(tài)（或至少前惡性狀態(tài)）轉(zhuǎn)化，10

個(gè)祖細(xì)胞連同它們的子細(xì)胞都不受控制地異常增殖，每一個(gè)祖細(xì)胞都能發(fā)育成一個(gè)單克隆群體，總體來(lái)看，由這10種細(xì)胞群體構(gòu)成的腫瘤就是多克隆性的了。如果一個(gè)克隆具有比別的克隆稍微短一點(diǎn)的倍增時(shí)間，那么遲早它會(huì)長(zhǎng)得大于其他所有克隆，這一克隆也會(huì)不斷地?cái)U(kuò)增以致在整個(gè)腫瘤塊中占據(jù)主導(dǎo)地位，使這個(gè)腫瘤看起來(lái)像一個(gè)單克隆群體。實(shí)際上，許多腫瘤的發(fā)生發(fā)展都需要很漫長(zhǎng)的過(guò)程，這就為腫瘤塊中某一單克隆群體發(fā)展成為優(yōu)勢(shì)群體提供了充裕的時(shí)間。因此，一個(gè)大瘤體表現(xiàn)出的單克隆性質(zhì)，并不能?chē)?yán)謹(jǐn)?shù)刈C明腫瘤在最初發(fā)展時(shí)期也是單克隆性的。以上這些容易發(fā)生誤判的事實(shí)使我們對(duì)腫瘤的單克隆起源的判斷變得更加復(fù)雜和困難。但一個(gè)已經(jīng)廣泛被認(rèn)可的事實(shí)是，大多數(shù)人類(lèi)腫瘤都是單克隆群體，即從單個(gè)的祖細(xì)胞開(kāi)始逐步走向惡性轉(zhuǎn)化。這些祖細(xì)胞通常被稱(chēng)為起源細(xì)胞。03腫瘤細(xì)胞的能量代謝特征大多數(shù)腫瘤細(xì)胞的能量代謝與正常細(xì)胞相比呈現(xiàn)出巨大的差異性。1924年OttoWarburg首先報(bào)道了這一現(xiàn)象。正常細(xì)胞在胞質(zhì)中有氧條件下能通過(guò)有氧氧化途徑將葡萄糖分解成丙酮酸，隨后丙酮酸被輸送到線粒體，進(jìn)一步分解為二氧化碳，此即三羧酸循環(huán)。在厭氧或者缺氧條件下，正常細(xì)胞的三羧酸循環(huán)被限制，丙酮酸只能被還原為乳酸，分泌到胞外。Warburg發(fā)現(xiàn)許多類(lèi)型的腫瘤細(xì)胞即使暴露在有充足氧氣的環(huán)境中，它們的葡萄糖利用途徑也還是最終產(chǎn)生乳酸。圖9：正常細(xì)胞的能量代謝腫瘤細(xì)胞的有氧糖酵解，又稱(chēng)為Warburg效應(yīng)，其每分解一個(gè)葡萄糖分子只能得到兩個(gè)ATP分子，在能量學(xué)上顯得很不經(jīng)濟(jì)。因?yàn)樵谌人嵫h(huán)中有氧分子參與的情況下，一個(gè)葡萄糖分子能提供36個(gè)ATP分子。由于腫瘤細(xì)胞使用的是一種很不經(jīng)濟(jì)的糖代謝方式，因此它們需要大量的葡萄糖進(jìn)入胞內(nèi)進(jìn)行分解。它們表達(dá)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，如GLUTl等，以便能跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)大量葡萄糖。放射生物學(xué)家利用這種特性，在循環(huán)系統(tǒng)中注入有同素標(biāo)記的18-氟-2-脫氧-2-氟-D-葡萄糖[2-deoxy-2-(18F)fluoro-D-glucose,FOG]后，能觀察到其在腫瘤細(xì)胞中快速聚集。圖10：腫瘤細(xì)胞的能量代謝有關(guān)有氧糖酵解的一個(gè)解釋是腫瘤塊內(nèi)部的腫瘤細(xì)胞通常都呈現(xiàn)缺氧的狀態(tài)。這種缺氧狀態(tài)導(dǎo)致細(xì)胞不能進(jìn)行充分的有氧氧化進(jìn)而提供充足的ATP。而Warburg效應(yīng)使腫瘤細(xì)胞很好地適應(yīng)了這種缺氧環(huán)境，但這依然不能解釋為什么在提供充足氧氣的條件下，腫瘤細(xì)胞依然不加以利用以合成更多的ATP。關(guān)于有氧糖酵解另一個(gè)合理的解釋是，除了產(chǎn)生ATP,糖酵解還有第二個(gè)作用：糖酵解途徑的中間產(chǎn)物可以作為很多涉及細(xì)胞生長(zhǎng)，如核酸和脂類(lèi)的合成，的分子的前體。腫瘤細(xì)胞通過(guò)糖酵解途徑的負(fù)反饋機(jī)制，阻斷糖酵解途徑的最后一步，使細(xì)胞內(nèi)積累了大量早期中間代謝物。這些中間產(chǎn)物能參與許多重要的生化合成反應(yīng)。較腫瘤細(xì)胞而言，正常細(xì)胞沒(méi)有那么強(qiáng)的增殖活性，也不需要大規(guī)模的生化合成反應(yīng)，葡萄糖主要用來(lái)產(chǎn)生ATP以維持其正常代謝。那么腫瘤細(xì)胞是如何精確調(diào)控，使其繞過(guò)線粒體糖代謝過(guò)程的呢？丙酮酸激酶(PK)催化糖酵解的最后一步將磷酸烯醇丙酮酸(PEP)催化為丙酮酸。丙酮酸激酶的M1亞型在大多數(shù)成體組織中特異表達(dá)，而M2亞型則在早期胚胎細(xì)胞、快速生長(zhǎng)的正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞中表達(dá)。PK的M1亞型調(diào)控丙酮酸由細(xì)胞質(zhì)運(yùn)送到線粒體，而在腫瘤細(xì)胞內(nèi)表達(dá)的M2亞型則調(diào)控丙酮酸在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)分解為乳酸。與M1亞型相比，M2亞型催化酶的催化效率非常低，這就導(dǎo)致了糖酵解中間產(chǎn)物大量聚集，并參與到其他生化合成通路中。另外，腫瘤細(xì)胞中三羧酸循環(huán)的相對(duì)失活并非由線粒體的缺陷所致：它們?cè)谀[瘤細(xì)胞中正常存在，而且完全有能力接收丙酮酸并使其進(jìn)入三羧酸循環(huán)。腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)依賴(lài)于PK的M2亞型的存在，同時(shí)也依賴(lài)于較高水平表達(dá)的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT1和乳酸脫氫酶A(LOH-A),后者將丙酮酸分解為乳酸，再分泌出胞外。以上三者中任意一個(gè)受到抑制，腫瘤的生長(zhǎng)速度就會(huì)減慢。

第二章（3）癌癥的誘因每一個(gè)正常的生物學(xué)過(guò)程（如持續(xù)地細(xì)胞分裂）都有致癌的風(fēng)險(xiǎn)。每次經(jīng)過(guò)復(fù)雜的細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂過(guò)程產(chǎn)生新的細(xì)胞，期間有很多容易出錯(cuò)的地方。因此，細(xì)胞有一定的幾率發(fā)生災(zāi)難性事件，包括無(wú)意中形成腫瘤細(xì)胞。如果僅僅是因?yàn)檫@個(gè)原因，那么世界上的人群應(yīng)該有相似的發(fā)生腫瘤的概率。然而，根據(jù)世界各地臨床診斷的結(jié)果和發(fā)病率來(lái)看，一些癌癥在世界范圍內(nèi)的確有相似的發(fā)病率,而另一些癌癥發(fā)病率差異顯著。所以不能認(rèn)為所有癌癥在不同人群中的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)都一樣。表1

癌癥發(fā)生和死亡率的地域差異在100多種人類(lèi)癌癥中，有很大一部分是由隨機(jī)的、不可避免的事件所引起的，因而在不同人群中有相似的發(fā)病率。除了某些特殊癌癥發(fā)病率相對(duì)穩(wěn)定以外，某些因素在特定的人群能顯著地提高腫瘤的發(fā)病率。這兩大重要因素就是遺傳因素和環(huán)境因素。本節(jié)內(nèi)容主要探討環(huán)境因素對(duì)腫瘤的誘發(fā)作用。01物理因素從16世紀(jì)中期開(kāi)始，波希米亞的St.Joachimsthal(今天的Jachymov,捷克共和國(guó)），大量開(kāi)采銀礦。在19世紀(jì)的前50年，肺癌這種在當(dāng)時(shí)幾乎很少聽(tīng)說(shuō)的疾病在礦工中的發(fā)病率很高。這提示著，職業(yè)暴露與特定類(lèi)型的癌癥具有相關(guān)性。到20世紀(jì)前10年，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了越來(lái)越多的致癌物質(zhì)。那時(shí)剛剛發(fā)明了X射線管，操作這些儀器的物理學(xué)家患腫瘤的概率較高，而且腫瘤通常發(fā)生于被照射的位置。這些研究結(jié)果終于在很多年后解釋了為什么St.Joachimsthal的礦工很容易患肺癌：從礦井中開(kāi)采出來(lái)的礦石具有很強(qiáng)的放射性，這就大大提高了礦工的肺癌發(fā)病率。02化學(xué)因素在現(xiàn)代流行病學(xué)建立的一個(gè)世紀(jì)前，人們就發(fā)現(xiàn)某些腫瘤的發(fā)生與生活方式及職業(yè)因素有關(guān)。第一個(gè)報(bào)道來(lái)自英國(guó)醫(yī)生JohnHill,他于1761年注意到了鼻癌的發(fā)生與長(zhǎng)期過(guò)度吸煙有關(guān)。14年后，倫敦的一名外科醫(yī)生PercivallPott報(bào)道了他所遇到的相當(dāng)數(shù)量的青少年陰囊癌患者，他們小時(shí)候都有當(dāng)煙囪清潔工的經(jīng)歷。之后不到3年，丹麥清掃者工會(huì)就要求其成員每天洗澡以去除皮膚上可能的致癌物。這項(xiàng)措施可能是歐洲大陸陰囊癌的發(fā)病率在一個(gè)世紀(jì)之后還遠(yuǎn)低于英國(guó)的原因。煤焦油冷凝物與PercivallPott研究中的致癌物相似，在20世紀(jì)初被用于誘導(dǎo)家兔產(chǎn)生皮膚癌。在家兔耳部皮膚的同一處反復(fù)涂抹這種物質(zhì)，幾個(gè)月后便會(huì)誘發(fā)惡性腫瘤。直到1940年，英國(guó)化學(xué)家才從煤焦油中提煉出幾種能顯著致癌的組分，它們都能夠在小鼠的皮膚上致癌。組分中的3-甲基膽蒽、苯并芘、1,2,4,5-二苯并[a,h]

蒽都是普通的燃燒產(chǎn)物，隨后在煙葉燃燒后氣體的濃縮物中同樣發(fā)現(xiàn)了其中一些碳?xì)浠衔?，特別是苯并芘。1949年和1950年兩組流行病學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)可能是環(huán)境暴露和腫瘤發(fā)生之間最確鑿的關(guān)聯(lián)性證據(jù)。據(jù)他們報(bào)道：重度吸煙者一生中患肺癌的風(fēng)險(xiǎn)比不吸煙者高20倍。表2

每日吸煙者患肺癌的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)在1949~1950年的報(bào)道后半個(gè)世紀(jì)內(nèi)，流行病學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了一系列與某些癌癥強(qiáng)烈相關(guān)的環(huán)境和生活方式因素。表3

人類(lèi)腫瘤的已知或可疑因素03生物因素在20世紀(jì)前10年，研究者發(fā)現(xiàn)病毒能感染小雞并導(dǎo)致白血病和雞肉瘤。到了20世紀(jì)中期，又發(fā)現(xiàn)了一系列能在家兔、雞、小鼠和大鼠中誘導(dǎo)產(chǎn)生腫瘤的病毒。這一因素會(huì)在第3章中進(jìn)行更為詳細(xì)的敘述。圖1：Rous在雞中誘導(dǎo)肉瘤發(fā)生的流程04物理或化學(xué)致癌因素可誘導(dǎo)突變3種致癌因素的致癌機(jī)制是如此復(fù)雜以至于讓人們困惑不清，直到人們對(duì)果蠅的遺傳學(xué)研究取得了一些成果時(shí)，針對(duì)此機(jī)制的研究才取得了巨大的進(jìn)展。1927年，HermannMuller發(fā)現(xiàn)X射線照射可以誘導(dǎo)黑腹果蠅基因組發(fā)生變異。這說(shuō)明動(dòng)物經(jīng)過(guò)特殊的處理方法，尤其是輻射作用，其基因組是可以發(fā)生改變的。這也提示X射線誘發(fā)腫瘤的一種機(jī)制：輻射作用可能使正常細(xì)胞的基因發(fā)生突變，而這種突變就很可能導(dǎo)致細(xì)胞向惡性狀態(tài)轉(zhuǎn)化。到19世紀(jì)40年代末，第一次世界大戰(zhàn)芥子氣戰(zhàn)時(shí)使用的許多烷化劑也被證明是對(duì)果蠅基因具有致突變作用的。根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，許多遺傳學(xué)家推測(cè)腫瘤是一種基因突變的疾病，而那些如X線或某些只有致癌作用的化學(xué)試劑，就是通過(guò)使機(jī)體發(fā)生基因突變而致癌的。1960年，在許多慢性髓細(xì)胞白血病(CML)

患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量具有異常結(jié)構(gòu)染色體的細(xì)胞。這種被命名為費(fèi)城染色體的染色體是這種腫瘤的一個(gè)顯著特征。圖2：費(fèi)城染色體的結(jié)構(gòu)1975年，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的細(xì)菌遺傳學(xué)家BruceAmes的研究結(jié)果進(jìn)一步證明了致癌劑能導(dǎo)致基因突變。經(jīng)過(guò)數(shù)十年在小鼠和大鼠體內(nèi)的實(shí)驗(yàn)證明，不同化學(xué)致癌劑的致癌能力差別很大。有沒(méi)有一個(gè)有效的方法來(lái)衡量各種化學(xué)試劑誘發(fā)突變的能力呢？Ames采用了一種突變沙門(mén)氏菌菌株，此菌株在不含組氨酸的培養(yǎng)基中不能生長(zhǎng)。此突變位點(diǎn)被認(rèn)為具有回復(fù)突變的能力。當(dāng)暴露于誘變劑之下的細(xì)菌在此位點(diǎn)發(fā)生了回復(fù)突變后，具有此野生型基因的細(xì)菌就能在Ames設(shè)計(jì)的選擇培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，直至形成肉眼可見(jiàn)的克隆。Ames只需將待測(cè)試的化合物加入有這種突變沙門(mén)氏菌菌株的培養(yǎng)基中，通過(guò)對(duì)形成的菌落進(jìn)行計(jì)數(shù)，就能衡量此化合物的致突變能力。通過(guò)這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，Ames證明許多已知的致癌物同時(shí)也是具有致突變潛力的。更重要的是，他發(fā)現(xiàn)了這兩種能力之間的關(guān)系。強(qiáng)致癌化合物同時(shí)也是很強(qiáng)的致突變劑。那些不是很強(qiáng)的致癌劑誘導(dǎo)突變的能力也較弱。圖3：致癌能力和致突變能力隨著對(duì)腫瘤病因研究的進(jìn)展發(fā)現(xiàn)那些能導(dǎo)致人類(lèi)細(xì)胞發(fā)生突變的化合物看起來(lái)的確都能致癌。但反過(guò)來(lái)卻不盡然：并不是所有的致癌化合物都能誘導(dǎo)發(fā)生突變。20世紀(jì)90年代，大量Ames試驗(yàn)表明，在小鼠體內(nèi)具有致癌性的化合物中，多達(dá)40%的化合物在沙門(mén)氏菌內(nèi)不具有明顯的致突變能力。因此，關(guān)于Ames試驗(yàn)結(jié)論的最新說(shuō)法是：一些致癌物通過(guò)其致DNA突變能力誘發(fā)腫瘤，而其他一些則通過(guò)非遺傳機(jī)制促進(jìn)腫瘤發(fā)生。我們?cè)诘?1章將會(huì)詳述這些非致突變的致癌物，通常也稱(chēng)為促癌劑。

第三章（1）病毒可以引發(fā)腫瘤“病毒可以在被其感染的宿主細(xì)胞內(nèi)增殖、殺死宿主細(xì)胞、釋放能夠感染附近其他宿主細(xì)胞的子代病毒顆粒，且在組織中快速傳播，故在所到之處造成廣泛的破壞。然而，有些病毒并不殺死被感染的細(xì)胞，而是促使其宿主細(xì)胞不受限制地增殖，這類(lèi)病毒被稱(chēng)為腫瘤病毒。腫瘤病毒通常含有相對(duì)簡(jiǎn)單的基因組，但它們卻能控制被其感染的細(xì)胞及其復(fù)雜的基因組，表明它們具有非常高效的基因來(lái)干擾被感染宿主細(xì)胞本身復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)?！眻D3-1-1：雙鏈DNA（dsDNA）基因組病毒的生命周期PeytonRous發(fā)現(xiàn)雞肉瘤病毒1908年，兩位哥本哈根的研究者從雞白血病細(xì)胞中提取得到一種病毒，將其注入其他鳥(niǎo)的體內(nèi)后，這些鳥(niǎo)隨后也感染了該疾病。遺憾的是，他們并沒(méi)有將最初的發(fā)現(xiàn)研究到底。1909年，PeytonRous開(kāi)始對(duì)雌雞胸肌中出現(xiàn)的肉瘤進(jìn)行研究。起初，Rous將這種肉瘤的碎塊植入同一品種的其他雞體內(nèi),成功地接種腫瘤。隨后，他將一塊肉瘤研磨得到的勻漿液進(jìn)行過(guò)濾，把濾過(guò)液注入幼雞體內(nèi)后，它們也都產(chǎn)生了腫瘤。接著，他發(fā)現(xiàn)這些誘導(dǎo)產(chǎn)生的腫瘤經(jīng)過(guò)勻漿后，也能夠感染其他雞并在注射部位產(chǎn)生肉瘤。圖3-1-2：Rous在雞中誘導(dǎo)肉瘤。這個(gè)循環(huán)能無(wú)限次地重復(fù)，且子代病毒誘發(fā)肉瘤的速度較原代病毒更加迅速

從雞肉瘤中分離得到的病毒被稱(chēng)為Rous肉瘤病毒（RSV），它們能夠在雞的組織內(nèi)進(jìn)行增殖，且在被感染而產(chǎn)生的腫瘤組織中被發(fā)現(xiàn)比最初注射的量多得多。Rous肉瘤病毒的研究結(jié)果使某些人確信：幾乎所有人類(lèi)疾病都由傳染性病原體引發(fā)，腫瘤如同霍亂、結(jié)核、狂犬病和敗血癥一樣，其病因與某種特定微生物病原體相關(guān)聯(lián)。此后不久，1913年DaneJohanneGribFibiger報(bào)道稱(chēng)，大鼠胃癌的發(fā)生能夠溯源到其含有的螺旋體蠕蟲(chóng)。（注：后來(lái)證明，F(xiàn)ibiger所描述的胃腫瘤其實(shí)是由于這些大鼠嚴(yán)重缺乏維生素而化生的胃上皮細(xì)胞）他因此獲得了1926年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，直接有力地肯定了最初由Rous研究結(jié)果提出的觀點(diǎn)：腫瘤是一種傳染性疾病。

今天我們知道，“腫瘤是一種傳染性疾病”的認(rèn)識(shí)是片面的。但腫瘤病毒的發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)時(shí)對(duì)人類(lèi)認(rèn)識(shí)腫瘤的發(fā)病機(jī)制，的的確確產(chǎn)生了革命性的影響。

腫瘤病毒能感染并轉(zhuǎn)化體外培養(yǎng)細(xì)胞

在Peyton之后，HarryRubin發(fā)現(xiàn)：將含RSV的懸液加入培養(yǎng)有雞胚胎成纖維細(xì)胞的Petri培養(yǎng)皿時(shí)，被RSV感染的細(xì)胞似乎也能無(wú)限期地存活下來(lái)。重要的是，被RSV感染的細(xì)胞表現(xiàn)出很多與腫瘤細(xì)胞相似的性狀：它們聚集形成焦點(diǎn)簇，在顯微鏡下呈現(xiàn)出腫瘤細(xì)胞特有的圓形形態(tài)，它們的新陳代謝與從腫瘤中分離的細(xì)胞相似。圖3-1-3：RSV誘導(dǎo)形成的細(xì)胞簇（圓形、具有折光性）與正常細(xì)胞（扁平）對(duì)比鮮明為了研究最初被RSV感染的細(xì)胞是如何增殖的，Rubin和Temin在Petri培養(yǎng)皿底生長(zhǎng)的細(xì)胞層上鋪了一層瓊脂膠，以防止游離的病毒顆粒從最初感染的細(xì)胞傳播到培養(yǎng)皿中其他未感染的細(xì)胞，這保證了雞胚胎成纖維細(xì)胞的任何行為改變都是由病毒的初始感染導(dǎo)致的。結(jié)果顯示，RSV感染誘導(dǎo)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化細(xì)胞與正常細(xì)胞不同，它們很明顯喪失了接觸抑制效應(yīng)并不斷增殖，細(xì)胞彼此堆積形成肉眼可見(jiàn)的多層細(xì)胞簇。圖3-1-4：被轉(zhuǎn)化的細(xì)胞形成細(xì)胞簇喪失接觸抑制在該實(shí)驗(yàn)條件下，同一個(gè)細(xì)胞簇中的所有細(xì)胞都是被一個(gè)RSV顆粒感染和轉(zhuǎn)化的一個(gè)原代細(xì)胞的后代。而在自發(fā)產(chǎn)生的人類(lèi)腫瘤中，所有細(xì)胞都是由一個(gè)克隆的產(chǎn)物所復(fù)制產(chǎn)生?；诖耍琑ubin等人推測(cè)：RSV在Petri培養(yǎng)皿中誘發(fā)的細(xì)胞轉(zhuǎn)化與活體動(dòng)物中腫瘤的產(chǎn)生過(guò)程具有相似性。細(xì)胞轉(zhuǎn)化（從正常細(xì)胞到腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)換）這一過(guò)程不僅僅只在復(fù)雜的、難以研究的活組織環(huán)境中發(fā)生，也能在Petri培養(yǎng)皿中完成。這些研究結(jié)果徹底改變了腫瘤的研究進(jìn)程：腫瘤形成可以在單個(gè)細(xì)胞水平上進(jìn)行研究，腫瘤整體的復(fù)雜生物學(xué)行為可以通過(guò)研究形成腫瘤的轉(zhuǎn)化細(xì)胞來(lái)了解。維持轉(zhuǎn)化需要病毒持續(xù)存在RSV誘導(dǎo)產(chǎn)生的細(xì)胞簇中的細(xì)胞行為顯示，轉(zhuǎn)化表型從最初感染轉(zhuǎn)化的雞細(xì)胞傳遞給了它的直系后代。這種傳遞引起了另一個(gè)問(wèn)題：RSV病毒顆粒感染和轉(zhuǎn)化了細(xì)胞簇的祖細(xì)胞后，是繼續(xù)影響所有直系后代細(xì)胞的行為以保證細(xì)胞處于維持被轉(zhuǎn)化的狀態(tài)，還是以“打了就跑”的方式離開(kāi)”犯罪現(xiàn)場(chǎng)”？1970年，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校建立了一種RSV突變株：當(dāng)在37℃培養(yǎng)時(shí)能夠轉(zhuǎn)化雞細(xì)胞，而在41℃培養(yǎng)時(shí)則不能（后者是培養(yǎng)雞細(xì)胞的正常溫度）。在雞胚胎成纖維細(xì)胞被RSV溫度敏感型突變體感染后，在允許溫度（37°C)下進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，病毒的轉(zhuǎn)化功能得到表達(dá)，細(xì)胞將發(fā)生轉(zhuǎn)化。但是將含有這些被感染細(xì)胞的培養(yǎng)物轉(zhuǎn)移至非允許溫度(41°C)時(shí)，細(xì)胞恢復(fù)到正常的、未轉(zhuǎn)化的形態(tài)。之后，將這些培養(yǎng)物再轉(zhuǎn)移至允許溫度時(shí)，細(xì)胞再次展現(xiàn)出被轉(zhuǎn)化的形態(tài)。圖3-1-5：溫度敏感型突變體和RSV誘發(fā)轉(zhuǎn)化的維持

溫度下調(diào)許多天后，細(xì)胞重新獲得轉(zhuǎn)化表型，表明盡管在高溫時(shí)細(xì)胞呈現(xiàn)正常形態(tài)，但病毒基因組始終存在于這些細(xì)胞中，由RSV誘導(dǎo)的細(xì)胞轉(zhuǎn)化不是一個(gè)“打了就跑”的過(guò)程。用腫瘤病毒學(xué)家的話來(lái)說(shuō)，病毒的轉(zhuǎn)化基因是引起和維持病毒感染細(xì)胞的轉(zhuǎn)化表型所必需的。DNA病毒也能引發(fā)腫瘤RSV被發(fā)現(xiàn)后，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了越來(lái)越多的腫瘤病毒，這些病毒顆粒攜帶的基因組不僅僅是類(lèi)似RSV病毒的RNA基因組，也有很多是DNA基因組。20世紀(jì)50年代末，RichardShope在兔皮膚乳頭狀瘤中發(fā)現(xiàn)了Shope病毒，Shope顆粒攜帶DNA分子，由蛋白質(zhì)外殼包裹；1953年人們發(fā)現(xiàn)多瘤病毒，該病毒因能夠在小鼠中誘發(fā)多種不同類(lèi)型的腫瘤而得名；20世紀(jì)50年代中晚期，人們發(fā)現(xiàn)了SV40病毒時(shí)，最初認(rèn)為它是生產(chǎn)的脊髓灰質(zhì)炎病毒疫苗中的污染物。后來(lái)的病毒學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，SV40病毒顆粒經(jīng)常隱藏于恒河猴和食蟹猴的腎臟細(xì)胞中，這些細(xì)胞通常在疫苗制備階段被用于繁殖脊髓灰質(zhì)炎病毒。細(xì)胞在被SV40病毒感染后，不到一天就會(huì)溶解并釋放出成千上萬(wàn)個(gè)后代病毒顆粒。圖3-1-6：SV40病毒結(jié)構(gòu)（左）：X射線衍射測(cè)定結(jié)果顯示，SV40DNA腫瘤病毒的蛋白質(zhì)衣殼由病毒編碼的3種蛋白質(zhì)構(gòu)成，這些蛋白質(zhì)組合成為五聚體和六聚體，雙鏈

DNA存在于衣殼內(nèi)。SV40病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)啟動(dòng)裂解周期（右）：引發(fā)細(xì)胞病變，包括在細(xì)胞死亡前形成的巨大細(xì)胞質(zhì)空泡和釋放后代病毒顆粒。

Shope乳頭狀瘤病毒、小鼠多瘤病毒和SV40病毒都屬于乳多空病毒，這個(gè)詞指代乳頭狀瘤、多瘤及SV40病毒在其裂解感染中引發(fā)空泡。乳多空病毒基因組較小，由雙鏈DNA構(gòu)成，絕大多數(shù)基因都與病毒復(fù)制有關(guān)，其中有一些基因?qū)ｉT(mén)編碼病毒顆粒的衣殼蛋白。說(shuō)明乳多空病毒只有少數(shù)基因用于細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，這極大地簡(jiǎn)化了腫瘤研究，使我們只需要去研究很少數(shù)量的基因和因果機(jī)制。圖3-1-7：乳多空病毒（SV40病毒）基因組：電鏡下顯示其結(jié)構(gòu)為雙鏈環(huán)狀，圖中為不同形態(tài)的SV40病毒DNA人類(lèi)腺病毒的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步壯大了DNA腫瘤病毒的隊(duì)伍，該病毒能夠引發(fā)人類(lèi)的上呼吸道感染，且能夠在被感染的倉(cāng)鼠身上引發(fā)腫瘤；其他的DNA腫瘤病毒都屬于皰疹病毒。人類(lèi)l型和2型皰疹病毒沒(méi)有致瘤性，但皰疹病毒家族的遠(yuǎn)親Epstein-Barr病毒（EBV）在赤道非洲和新幾內(nèi)亞的小兒Burkitt's淋巴瘤及東南亞鼻咽癌的發(fā)生中起關(guān)鍵作用。腺病毒和皰疹病毒顆粒含有長(zhǎng)的線性雙鏈DNA（dsDNA）分子，與RSV病毒的基因組相似。與乳多空病毒相比，皰疹病毒具有龐大的基因組，因而沒(méi)有成為具有吸引力的研究對(duì)象。表3-1-1：腫瘤病毒基因組：腺病毒和皰疹病毒基因組龐大腫瘤病毒誘導(dǎo)多種表型

腫瘤病毒感染并轉(zhuǎn)化的細(xì)胞，在形態(tài)、功能上，均與正常細(xì)胞表現(xiàn)出很大的差異，前文提到的接觸抑制消失只是病毒轉(zhuǎn)化細(xì)胞眾多表型改變中的一方面。表3-1-2：轉(zhuǎn)化細(xì)胞的特征

正常細(xì)胞在不含血清和血清相關(guān)生長(zhǎng)刺激因子的培養(yǎng)液中是不能增殖的；而被各種腫瘤病毒轉(zhuǎn)化的細(xì)胞對(duì)培養(yǎng)液中這些因子的需求卻大大降低。正常細(xì)胞在培養(yǎng)液中的增殖潛力有限，在經(jīng)過(guò)一定的、預(yù)設(shè)的細(xì)胞分裂后，最終停止增殖；而腫瘤細(xì)胞似乎能夠在培養(yǎng)液中無(wú)限增殖，發(fā)生永生化。此外，正常細(xì)胞必須與固相基底接觸錨定后才能生長(zhǎng)，即錨定依賴(lài)性的；而轉(zhuǎn)化細(xì)胞的增殖不依賴(lài)于與培養(yǎng)皿固相基底接觸，它們能夠懸浮于瓊脂膠中增殖為球狀的克隆，稱(chēng)為錨定非依賴(lài)性的。圖3-1-8：錨定非依賴(lài)性的生長(zhǎng)：半固體培養(yǎng)基中，轉(zhuǎn)化細(xì)胞在懸浮狀態(tài)下仍然能夠增殖

細(xì)胞能夠在體外以鈾定非依賴(lài)性的形式生長(zhǎng)，通常預(yù)示著當(dāng)其注射入適當(dāng)?shù)乃拗鲃?dòng)物時(shí)，能夠在其體內(nèi)產(chǎn)生腫瘤。這一形成腫瘤的能力——致瘤性，是檢測(cè)細(xì)胞是否完全轉(zhuǎn)化的真正指標(biāo)。通常，腫瘤病毒感染細(xì)胞的致瘤性不能在同系的宿主動(dòng)物中進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)楸谎芯考?xì)胞的來(lái)源物種中不能得到近親繁殖的同系宿主。這迫使研究者使用免疫功能不全的宿主進(jìn)行研究，它們的免疫系統(tǒng)能夠耐受各種類(lèi)型的外來(lái)細(xì)胞，包括來(lái)自其他物種的細(xì)胞。于是，裸鼠就成為最常用的宿主，用來(lái)檢測(cè)一系列細(xì)胞（包括人源性）的致瘤性，最常見(jiàn)的方法是將候選的腫瘤細(xì)胞進(jìn)行裸鼠皮下注射。圖3-1-9：裸鼠：裸鼠缺乏胸腺，免疫功能高度不全，容易接受遺傳上不相關(guān)的移植細(xì)胞。裸鼠無(wú)毛，因此在其皮下注入轉(zhuǎn)化細(xì)胞后，容易密切監(jiān)測(cè)腫瘤的形成（箭頭所示）過(guò)程。

第三章（2）腫瘤病毒如何在細(xì)胞中復(fù)制（上）“我們已經(jīng)知道：最初感染的祖細(xì)胞的后代細(xì)胞，其細(xì)胞轉(zhuǎn)化狀態(tài)的維持需要RSV基因組的持續(xù)作用。這表示，某些或者全部的病毒遺傳信息需要以某種方式保留下來(lái)，從轉(zhuǎn)化的母細(xì)胞傳給它的兩個(gè)子代細(xì)胞，并且通過(guò)許多次細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂周期后，繼續(xù)傳給后代細(xì)胞?？紤]到病毒基因組缺少某些遺傳元件，尤其是形成著絲粒的元件（這些元件是有絲分裂中染色體正確分配給子代細(xì)胞所必需的），以及病毒基因組DNA的新陳代謝與其宿主細(xì)胞非常不同。有一點(diǎn)尤其令人費(fèi)解：病毒基因組是如何在傳代的細(xì)胞中進(jìn)行復(fù)制和傳遞的？”腫瘤病毒的基因組通過(guò)成為宿主細(xì)胞DNA的一部分而留在病毒轉(zhuǎn)化細(xì)胞內(nèi)

1968年，人們發(fā)現(xiàn)在SV40病毒轉(zhuǎn)化的小鼠細(xì)胞中，病毒DNA與染色體DNA緊密關(guān)聯(lián)。利用離心技術(shù)測(cè)定DNA分子量發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞中的SV40病毒DNA不再像小的病毒DNA基因組（約5kb)那樣沉降，而與宿主細(xì)胞中的高分子量(>50kb)染色體DNA共同沉降下來(lái)。這表示，在病毒轉(zhuǎn)化細(xì)胞中，SV40病毒DNA插入到了細(xì)胞的染色體中。通過(guò)與宿主細(xì)胞染色體的整合，病毒DNA序列成為細(xì)胞基因組的一部分，如同細(xì)胞自身的基因一樣，從母代細(xì)胞傳遞到后代細(xì)胞。圖3-2-1：SV40病毒DNA的整合：提取SV40病毒轉(zhuǎn)化細(xì)胞的DNA分子，并用蔗糖梯度（用于防止離心管中不同液體層混合）穩(wěn)定的堿性溶液離心沉降。在此情況下，高分子量的細(xì)胞DNA（藍(lán)色）在蔗糖梯度中沉降一定的距離（圖左）。相比之下，病毒顆粒中提取的SV40病毒DNA（綠色）則沉降得比較慢，這說(shuō)明它的分子量相對(duì)較小。核酸雜交結(jié)果表明：SV40病毒轉(zhuǎn)化細(xì)胞中的SV40病毒DNA序列與細(xì)胞中的高分子量染色體DNA（紅色）發(fā)生了共沉淀，表明SV40病毒基因組與宿主細(xì)胞的基因組有共價(jià)結(jié)合。

若干年后，人們?cè)趲缀跛校?gt;99.7%）的宮頸癌中都發(fā)現(xiàn)有整合到染色體DNA的人乳頭瘤病毒(HPV)基因組片段。引起爭(zhēng)論的是，人們幾乎從未發(fā)現(xiàn)完整的病毒基因組整合于腫瘤細(xì)胞基因組中，取而代之的是，在腫瘤細(xì)胞染色體DNA中，只發(fā)現(xiàn)了含有致癌信息的部分病毒基因組，而那些使病毒能夠復(fù)制和構(gòu)建后代病毒顆粒的基因組部分通常缺失或者僅以碎片的形式存在。圖3-2-2：整合的病毒基因組的形成此外，最近發(fā)現(xiàn)，某些嗜淋巴細(xì)胞皰疹病毒，尤其是人類(lèi)疹病毒6型（HHV-6）和雞的馬立克病病毒（MDV）,可以將其基因組整合至其宿主細(xì)胞染色質(zhì)DNA中的端粒重復(fù)序列。這使得這些病毒可以建立長(zhǎng)期的潛伏感染：當(dāng)病毒關(guān)閉主動(dòng)復(fù)制時(shí)，病毒基因組無(wú)限期地保持；一段時(shí)間后，病毒基因組可以自我切除并主動(dòng)復(fù)制。逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組整合入被感染細(xì)胞的染色體中

SV40病毒、HPV病毒這樣的DNA病毒將它們的基因組與宿主細(xì)胞染色體DNA整合，這個(gè)發(fā)現(xiàn)解決了一方面的疑問(wèn)，但由此產(chǎn)生了另一個(gè)疑問(wèn)：諸如RSV這樣的RNA病毒，其基因組是單鏈RNA分子，顯然不可能直接與被感染細(xì)胞的染色體DNA整合，那么它們是如何將其基因組在細(xì)胞系中多代地傳遞下去的呢？

20世紀(jì)60年代中后期，Temin提出假說(shuō)：在感染細(xì)胞后，RSV病毒顆粒會(huì)合成RNA基因組的雙鏈DNA拷貝，這些雙鏈DNA被整合入宿主細(xì)胞的染色體DNA中。由此，病毒基因組的DNA（稱(chēng)為前病毒）就能夠在細(xì)胞復(fù)制其染色體DNA時(shí)同時(shí)被復(fù)制。另外，前病毒DNA之后還可以作為細(xì)胞RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄的模板，由此產(chǎn)生能夠組裝入子代病毒顆粒的RNA分子，或者行使mRNA的功能，用于合成病毒蛋白。當(dāng)時(shí)普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為信息的傳遞是單向的、特定的，Temin提出的逆轉(zhuǎn)錄假說(shuō)使他登陸了科學(xué)的荒漠之地。圖3-2-3：RSV（RNA腫瘤病毒）的生命周期1970年，Temin和David

Baltimore同時(shí)發(fā)現(xiàn)RSV和相關(guān)病毒顆粒攜帶有逆轉(zhuǎn)錄酶，在逆轉(zhuǎn)錄酶發(fā)現(xiàn)后的一年中，人們?cè)赗SV感染細(xì)胞的染色體DNA中發(fā)現(xiàn)了前病毒DNA的存在，強(qiáng)有力地證明了Temin提出的觀點(diǎn)！很快，人們又發(fā)現(xiàn)了一大類(lèi)具有相似結(jié)構(gòu)、復(fù)制周期中信息由RNA分子反流向DNA的病毒，稱(chēng)為“逆轉(zhuǎn)錄病毒”，逆轉(zhuǎn)錄病毒也依賴(lài)于將基因組整合入染色體以保證它們基因組的穩(wěn)定保留和傳遞。然而，RSV等逆轉(zhuǎn)錄病毒與SV40病毒等DNA腫瘤病毒在整合機(jī)制上有很重要的區(qū)別。逆轉(zhuǎn)錄病毒pol基因編碼合成整合酶，這個(gè)整合酶與逆轉(zhuǎn)錄酶一同合成，參與調(diào)節(jié)染色體整合的過(guò)程。而DNA病毒基因組的染色體整合是非常罕見(jiàn)的（<<1/1000），這使得其基因組持續(xù)保存在最初感染細(xì)胞的后代細(xì)胞中。圖3-2-4：RSV的基因組結(jié)構(gòu)：gag基因編碼的蛋白質(zhì)與病毒RNA一起形成病毒顆粒的核蛋白核心；pol基因編碼逆轉(zhuǎn)錄酶和整合酶；env基因編碼病毒顆粒的糖蛋白凸起；src基因編碼的Src蛋白可導(dǎo)致細(xì)胞轉(zhuǎn)化。（此模式圖未展示5’端帽結(jié)構(gòu)。）

RSV病毒攜帶的src基因也存在于未被感染的細(xì)胞中將RSV的RNA基因組與失去轉(zhuǎn)化能力的相關(guān)逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組相比可發(fā)現(xiàn)：在RSV基因組中，僅有非常少量的RSV基因組發(fā)揮轉(zhuǎn)化功能。遺傳學(xué)家推測(cè)：RSV的所有轉(zhuǎn)化功能存在于一個(gè)基因內(nèi)，該基因稱(chēng)為src(讀作sark)。

1974年，加利福尼亞大學(xué)的J.MichaelBishop和HaroldVarmus共同制作了能特異性識(shí)別RSV基因組中src基因的探針，以了解它的起源和功能。他們猜想：在未被感染的雞細(xì)胞的基因組中不會(huì)存在src相關(guān)的DNA序列。受感染細(xì)胞中則能夠檢測(cè)到src序列，這些序列由感染性病毒的基因組引入。圖3-2-5：src特異性DNA探針的構(gòu)建：DNA雜交復(fù)合物被清除，留下了不能與td突變株RNA進(jìn)行雜交的野生型DNA的單鏈DNA片段。殘存下來(lái)的DNA片段，如果經(jīng)過(guò)放射性標(biāo)記，可以用作src的特異性探針來(lái)檢測(cè)各種細(xì)胞DNA(橙色）中的src相關(guān)序列。然而，這一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與預(yù)期完全不同：src序列也存在于未被病毒感染的雞細(xì)胞的DNA序列中，這些src序列以單拷貝細(xì)胞基因的形式存在。也就是說(shuō)，每個(gè)二倍體雞細(xì)胞基因組中存在兩個(gè)src相關(guān)DNA序列的拷貝——這恰恰是大多數(shù)基因在細(xì)胞基因組中的存在形式。

于是，他們得出這一觀點(diǎn)：在未被感染的雞細(xì)胞基因組中存在的src序列，具有正常細(xì)胞基因的所有性質(zhì)，在每個(gè)單倍體基因組中存在一個(gè)單獨(dú)的拷貝，在幾千萬(wàn)年中緩慢地進(jìn)化；并且它也存在于所有現(xiàn)代脊椎動(dòng)物的共同祖先物種中。這一認(rèn)識(shí)使人們對(duì)腫瘤起源的思考有了革命性的發(fā)展。圖3-2-6：src基因的進(jìn)化樹(shù)：親緣關(guān)系越遠(yuǎn)的物種的基因，在進(jìn)化中與雞來(lái)源的src基因序列累積的差異越大RSV利用從細(xì)胞捕獲的基因來(lái)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化細(xì)胞在正常生物體的基因組中存在高度保守的src基因，細(xì)胞內(nèi)src基因（c-src）被稱(chēng)為原癌基因，其的作用與正常的細(xì)胞行為和正常的機(jī)體發(fā)展相配。相反，v-src基因起著潛在的癌基因的作用。是否有可能RSV的src基因并非天然存在于RSV的祖先逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組中？這個(gè)假想的病毒祖先雖然缺失src,卻能很好地在雞細(xì)胞中進(jìn)行復(fù)制。實(shí)際上，src缺失的逆轉(zhuǎn)錄病毒——禽白血病病毒（ALV）在雞中很普遍，并且能夠從一只雞傳染至另一只雞。這提示，在雞細(xì)胞感染的過(guò)程中，一個(gè)類(lèi)似于這種普通雞病毒的祖先病毒，從宿主細(xì)胞基因組中獲得某些序列，所獲得的細(xì)胞序列隨后與病毒基因組整合，成為該逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因。一旦存在于RSV的基因組中，被捕獲的src基因隨后就能夠被病毒改變和利用，用以轉(zhuǎn)化被感染的細(xì)胞。圖3-2-7：禽白血病病毒捕獲src：ALV前病毒和鄰近的c-src基因被共同轉(zhuǎn)錄為一條雜交RNA轉(zhuǎn)錄物這一模式賦予了逆轉(zhuǎn)錄病毒巨大的智慧，因?yàn)檫@意味著逆轉(zhuǎn)錄病毒可挑選和利用現(xiàn)成的細(xì)胞基因?yàn)樽约核谩?/p>

逆轉(zhuǎn)錄病毒獲取和激活c-src基因的方法引發(fā)了3個(gè)進(jìn)一步的猜想。第一，如果逆轉(zhuǎn)錄病毒能夠激活這種原癌基因使其成為潛在的癌基因，那么其他類(lèi)似的突變機(jī)制可能也可以通過(guò)重塑正常的c-src而產(chǎn)生相似的結(jié)果。可能這一機(jī)制在激活細(xì)胞原癌基因成為癌基因時(shí)，并不需要將正?；驈钠渌幍募?xì)胞染色體中移走。可能誘發(fā)腫瘤的信息也早已存在于正常細(xì)胞的基因組中，只等待被喚醒。第二，RSV的所有轉(zhuǎn)化能力都來(lái)自于其基因組中的單個(gè)基因v-src。這預(yù)示著單個(gè)癌基因能夠引發(fā)細(xì)胞在形態(tài)上、代謝上及生長(zhǎng)行為上的大量改變。更普遍地說(shuō)，這意味著其他能夠引發(fā)腫瘤的基因也有多效性的作用。因此，如果一個(gè)被轉(zhuǎn)化的、致瘤的細(xì)胞與正常細(xì)胞相

比有20-30處不同的性質(zhì)，這些多樣的改變可能不是源自于20-30個(gè)不同基因的改變，而僅僅由少數(shù)基因的改變導(dǎo)致。

第三，RSV和其v-src癌基因可能代表了其他逆轉(zhuǎn)錄病毒的行為模式，它們同樣也能夠在體外轉(zhuǎn)化被感染的細(xì)胞及在體內(nèi)誘發(fā)腫瘤?；蛟S這些逆轉(zhuǎn)錄病毒獲得了與src無(wú)關(guān)的其他細(xì)胞基因。無(wú)疑，c-src基因是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的原癌基因，其他細(xì)胞原癌基因可能隱藏于脊椎動(dòng)物細(xì)胞的基因組中，等待著某些逆轉(zhuǎn)錄病毒捕獲和激活。

第三章（3）腫瘤病毒如何在細(xì)胞中復(fù)制（下）“接著上一次，今天我們繼續(xù)學(xué)習(xí)腫瘤病毒在細(xì)胞中復(fù)制傳代的其他方式...”脊椎動(dòng)物基因組中有大量原癌基因

RSV捕獲細(xì)胞原癌基因c-src形成自己的v-src，利用這些基因來(lái)轉(zhuǎn)化被感染細(xì)胞。在v-src和c-src發(fā)現(xiàn)的一年內(nèi)，人們開(kāi)始爭(zhēng)相去尋找其他的病毒，這些病毒以相似的遺傳途徑傳遞，并可能攜帶其他的有趣的原癌基因。

另外一種雞逆轉(zhuǎn)錄病毒MC29骨髓細(xì)胞瘤病毒（能夠在雞中誘發(fā)一種骨髓惡性腫瘤），也屬于這類(lèi)病毒。MC29基因組中也含有捕獲的細(xì)胞基因，稱(chēng)為v-myc癌基因，這種病毒利用該基因在被感染的雞中誘發(fā)快速生長(zhǎng)的腫瘤。如v-src一樣，v-myc基因可溯源至正常雞細(xì)胞基因組中相應(yīng)的原癌基因c-myc。

哺乳動(dòng)物中也發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的逆轉(zhuǎn)錄病毒，它們能夠獲取細(xì)胞原癌基因并將其轉(zhuǎn)化為有效的癌基因。其中，貓白血病病毒在其基因組中獲得fes原癌基因，產(chǎn)生貓肉瘤病毒；而一種雜交的大鼠-小鼠白血病病毒在不同情況下可獲得兩個(gè)不同的原癌基因，由此產(chǎn)生Harvey肉瘤病毒和Kirsten肉瘤病毒兩種轉(zhuǎn)化性逆轉(zhuǎn)錄病毒，在基因組中分別攜帶有H-ras和K-ras癌基因。表3-3-1：急性轉(zhuǎn)化性逆轉(zhuǎn)錄病毒及其捕獲的癌基因

在不同情況下，存在于哺乳動(dòng)物或者禽類(lèi)DNA中的原癌基因，都能夠容易地在所有其他脊椎動(dòng)物的基因組中被檢出。這些基因，如在雞、鼠和人類(lèi)中的c-myc，在它們各自的宿主中似乎發(fā)揮著相同作用。由此認(rèn)為，龐大的原癌基因系統(tǒng)存在于所有哺乳動(dòng)物和鳥(niǎo)類(lèi)的共同祖先——脊椎動(dòng)物的基因組中，并與脊椎動(dòng)物基因組中其他大多數(shù)基因一樣，都遺傳到了它們的現(xiàn)代物種中。事實(shí)上，人們至今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了30多個(gè)不同的脊椎動(dòng)物原癌基因。慢性轉(zhuǎn)化性逆轉(zhuǎn)錄病毒通過(guò)將其基因組插入細(xì)胞原癌基因旁激活原癌基因

如上所述，病毒從被感染的宿主細(xì)胞基因組中捕獲原癌基因后，轉(zhuǎn)化感染細(xì)胞，誘導(dǎo)其癌變。那么有一個(gè)新的疑惑：像ALV這種不攜帶癌基因的病毒是如何誘發(fā)惡性腫瘤的呢？

病毒在被感染宿主細(xì)胞的染色體DNA上的整合位點(diǎn)是隨機(jī)的，可能存在幾百萬(wàn)個(gè)。然而，通過(guò)繪制ALV前病毒在白血病細(xì)胞染色體DNA中整合位點(diǎn)的圖譜，對(duì)一系列ALV引發(fā)的、在單個(gè)雞中獨(dú)立出現(xiàn)的白血病進(jìn)行分子分析，得出了一個(gè)出乎意料的結(jié)果：這些白血病細(xì)胞基因組中，大多數(shù)(>80%)ALV前病毒整合染色體DNA的位點(diǎn)緊鄰原癌基因c-myc。這一發(fā)現(xiàn)很難與觀點(diǎn)“前病毒在被感染細(xì)胞基因組上幾百萬(wàn)個(gè)整合位點(diǎn)中發(fā)生隨機(jī)”相符。

人們很快發(fā)現(xiàn)，ALV前病毒中的病毒轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子破壞了c-myc基因的正常表達(dá)調(diào)控機(jī)制。細(xì)胞c-myc基因不再受本來(lái)的基因啟動(dòng)子的調(diào)控，而是直接受病毒的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，其表達(dá)不再受細(xì)胞的精密調(diào)控，而是受外來(lái)“篡權(quán)者”的調(diào)控，高效持續(xù)地表達(dá)。

基于此，對(duì)“ALV這種不攜帶癌基因的病毒是如何誘發(fā)惡性腫瘤”的疑惑解答如下：ALV感染雞的造血系統(tǒng)并迅速傳播至成千上百萬(wàn)個(gè)細(xì)胞，每一個(gè)感染都能導(dǎo)致ALV前病毒在被感染細(xì)胞基因組中的某個(gè)位點(diǎn)發(fā)生隨機(jī)整合。在大多數(shù)情況下，這種前病毒的整合僅使宿主細(xì)胞產(chǎn)生大量的后代病毒顆粒，但是在極低的概率下，前病毒碰巧整合于c-myc基因旁。這個(gè)偶然事件導(dǎo)致c-myc基因轉(zhuǎn)化為一個(gè)有效的癌基因，它因受鄰近整合的前病毒及其轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子的作用，不受控制地增殖，幾周內(nèi)其子代細(xì)胞便可進(jìn)一步發(fā)展成為更具侵略性的、形成白血病的腫瘤細(xì)胞。圖3-3-1：插入突變：在ALV感染雞淋巴細(xì)胞時(shí)，ALV前病毒（綠色）在細(xì)胞染色體DNA中的幾百萬(wàn)個(gè)不同位點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)整合；在罕見(jiàn)情況下，ALV前病毒整合到c-myc原癌基因（紅色）中。隨后可能造成c-myc基因的轉(zhuǎn)錄被ALV強(qiáng)力的、持續(xù)活化的啟動(dòng)子影響，從而不受控制地增殖。

由于前病毒整合激活c-myc基因的概率極低，因此在惡性腫瘤被觸發(fā)之前而要經(jīng)歷幾周的時(shí)間和幾百萬(wàn)次感染。這種特殊的原癌基因的激活機(jī)制稱(chēng)為插入突變。迄今為止，對(duì)禽類(lèi)和鼠類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄病毒感染的研究證明，整合發(fā)生在多于25個(gè)不同的細(xì)胞原癌基因旁。表3-3-2：插入突變所活化的細(xì)胞基因的例子a.后命名為Wnt-l；b.后證實(shí)為編碼成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)的基因；c.與Notch受體相關(guān)；d.雄激素向雌激素轉(zhuǎn)變的酶；e.指調(diào)控造血細(xì)胞的生長(zhǎng)因子一些逆轉(zhuǎn)錄病毒天然攜帶癌基因

總結(jié)上述兩類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄病毒：一類(lèi)病毒，如RSV，從細(xì)胞中獲得癌基因，能夠快速引發(fā)腫瘤；另一類(lèi)病毒，如MLV和ALV，不攜帶癌基因，但能在初始感染后經(jīng)歷較長(zhǎng)的潛伏期后在宿主動(dòng)物上引發(fā)腫瘤。實(shí)際上，還存在第三類(lèi)逆轉(zhuǎn)錄病毒。

人類(lèi)T細(xì)胞白血病病毒（HTLV-1）感染了約1%的日本九州居民，終生HTLV-l病毒感染具有3%-4%的概率發(fā)展為成年T細(xì)胞白血病。廣泛的分子研究顯示沒(méi)有任何跡象表明HTLV-1前病毒整合位點(diǎn)聚集在特定的染色體區(qū)域。因此，HTLV-1并非通過(guò)插入突變引發(fā)白血病。HTLV-1前病毒引發(fā)白血病的能力來(lái)源于病毒基因天然編碼的一個(gè)或多個(gè)病毒蛋白，這其中了解最透徹的是病毒tax基因。

tax基因的產(chǎn)物能夠激活前病毒DNA序列的轉(zhuǎn)錄，由此產(chǎn)生子代RNA基因組。同時(shí)，tax基因產(chǎn)物能夠激活兩個(gè)細(xì)胞基因的轉(zhuǎn)錄，使其編碼重要的生長(zhǎng)因子，促進(jìn)多種造血細(xì)胞的增殖。雖然由此引發(fā)的增殖本身不會(huì)直接造成白血病，但由HTLV-1刺激的細(xì)胞能以較低概率形成真正的腫瘤變異體。

特定病毒癌基因的表達(dá)，特別是tax，似乎是宿主動(dòng)物中逆轉(zhuǎn)錄病毒復(fù)制周期中固有的組成部分。由此認(rèn)為，HTLV-1前病毒天然攜帶癌基因。小結(jié)：雖然全世界發(fā)生的癌癥中僅約1/5是與感染性病原體相關(guān)的，且病毒和其所激活的原癌基因在人類(lèi)癌癥的發(fā)生中發(fā)揮的作用也并非決定性的。我們?nèi)詰?yīng)正確看待關(guān)于其轉(zhuǎn)化機(jī)制的研究，這些研究揭示了在各種人類(lèi)腫瘤中發(fā)揮主要作用的基因，大大加快了我們?cè)诨蚝头肿訉用嫔蠈?duì)腫瘤發(fā)病機(jī)制的了解，使得腫瘤研究有了飛躍性的發(fā)展，使其從描述性的科學(xué)發(fā)展成為能夠用精確和系統(tǒng)的術(shù)語(yǔ)進(jìn)行解釋的科學(xué)。

第四章（1）并非所有腫瘤都由病毒感染引起在上一章的分享中，我們主要學(xué)習(xí)了病毒感染和腫瘤發(fā)生之間的關(guān)系。的確，隨著20世紀(jì)70年代DNA和RNA腫瘤病毒的發(fā)現(xiàn)，為腫瘤生物學(xué)家解釋人類(lèi)腫瘤的起源提出了一個(gè)簡(jiǎn)單而有力的理論。但是，我們有這樣一個(gè)疑問(wèn)：所有的腫瘤的發(fā)生都是由于腫瘤病毒感染嗎？并非所有腫瘤都由病毒引起隨著研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)用這個(gè)理論難以將人類(lèi)腫瘤的生物學(xué)和流行病學(xué)特征統(tǒng)一起來(lái)。顯然，大多數(shù)的人類(lèi)腫瘤并不像傳染病那樣從一個(gè)個(gè)體傳播到另一個(gè)個(gè)體。人們也很難找到具有典型小范圍流行病學(xué)特征的腫瘤病例。最重要的是，自20世紀(jì)70年代以來(lái)，研究人員嘗試從多種人類(lèi)腫瘤中分離出病毒，但均以失敗告終。在西方國(guó)常見(jiàn)的腫瘤中，只有宮頸癌和肝癌能夠明確地與特定的病毒病原體聯(lián)系起來(lái)。20世紀(jì)初期，日本科學(xué)家KatsusaburoYamagiwa的研究表明，化學(xué)物質(zhì)能夠誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物發(fā)生腫瘤（見(jiàn)第2章）。該研究表明，在兔耳朵上連續(xù)數(shù)月反復(fù)涂抹煤焦油能夠引發(fā)皮膚癌。20年代中期，法國(guó)巴黎的一篇博士論文記載了百余例腫瘤病例，其中大多數(shù)為皮膚癌，這些患者都有在X射線環(huán)境中工作的經(jīng)歷。顯然，這兩項(xiàng)研究中腫瘤的直接誘因都是非生物性的，或者為化學(xué)有機(jī)物或者為射線。在這種情況下，一些支持病毒致癌說(shuō)的學(xué)者，尤其是從事逆轉(zhuǎn)錄病毒研究的學(xué)者，在20世紀(jì)70年代早期提出了一種新的機(jī)制學(xué)說(shuō)，解釋了在沒(méi)有明顯外部病毒感染的情況下，腫瘤病毒是如何參與多種腫瘤發(fā)生的。這種新機(jī)制的提出源自于逆轉(zhuǎn)錄病毒獨(dú)特的生物學(xué)特性。在某些情況下，逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組能夠整合到各種脊椎動(dòng)物的生殖細(xì)胞基因組中，由此產(chǎn)生的前病毒可以像孟德?tīng)柕任换蛞粯舆z傳至后代。這些內(nèi)源性前病毒常常處于轉(zhuǎn)錄沉默的狀態(tài)，而且它們?cè)谏矬w細(xì)胞中的存在也不明顯。只有在極少數(shù)的情況下，這些通常保留了編碼感染性逆轉(zhuǎn)錄病毒顆粒能力的內(nèi)源性前病毒的表達(dá)會(huì)被喚醒。從某些品系的小鼠中分離出成纖維細(xì)胞，并向其中加入胸腺嘧啶類(lèi)似物——溴脫氧尿苷（BrdU),能夠激活這些細(xì)胞中內(nèi)源性的逆轉(zhuǎn)錄病毒(ERV)基因組。作為應(yīng)答，這些由于內(nèi)源性前病毒轉(zhuǎn)錄沉默而表面上看沒(méi)有被感染的結(jié)締組織細(xì)胞，開(kāi)始釋放逆轉(zhuǎn)錄病毒顆粒。一旦這些細(xì)胞釋放具有感染性的病毒顆粒，它們就能通過(guò)細(xì)胞間的感染不斷增殖，并迅速擴(kuò)散到全身，誘發(fā)白血病。這個(gè)理論在小鼠身上似乎是成立的，那么在人身上呢？事實(shí)上，大多數(shù)存在于人類(lèi)基因組中的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組，都是500萬(wàn)年前早期的靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的生殖細(xì)胞受到感染后遺傳而來(lái)的。從那時(shí)起，這些前病毒的序列漸漸發(fā)生突變，失去產(chǎn)生特定的具有傳染性的逆轉(zhuǎn)錄病