南方醫(yī)大癌生物學講義04-1并非所有腫瘤都由病毒感染引起

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，我們主要學習了病毒感染和腫瘤發(fā)生之間的關系。的確，隨著20世紀70年代DNA和RNA腫瘤病毒的發(fā)現(xiàn)，為腫瘤生物學家解釋人類腫瘤的起源提出了一個簡單而有力的理論。但是，我們有這樣一個疑問：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)用這個理論難以將人類腫瘤的生物學和流行病學特征統(tǒng)一起來。顯然，大多數(shù)的人類腫瘤并不像傳染病那樣從一個個體傳播到另一個個體。人們也很難找到具有典型小范圍流行病學特征的腫瘤病例。最重要的是，自20世紀70年代以來，研究人員嘗試從多種人類腫瘤中分離出病毒，但均以失敗告終。在西方國常見的腫瘤中，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。20世紀初期，日本科學家KatsusaburoYamagiwa的研究表明，化學物質(zhì)能夠誘導實驗動物發(fā)生腫瘤（見第2章）。該研究表明，在兔耳朵上連續(xù)數(shù)月反復涂抹煤焦油能夠引發(fā)皮膚癌。20年代中期，法國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，這兩項研究中腫瘤的直接誘因都是非生物性的，或者為化學有機物或者為射線。在這種情況下，一些支持病毒致癌說的學者，尤其是從事逆轉(zhuǎn)錄病毒研究的學者，在20世紀70年代早期提出了一種新的機制學說，解釋了在沒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。這種新機制的提出源自于逆轉(zhuǎn)錄病毒獨特的生物學特性。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物的生殖細胞基因組中，由此產(chǎn)生的前病毒可以像孟德爾等位基因一樣遺傳至后代。這些內(nèi)源性前病毒常常處于轉(zhuǎn)錄沉默的狀態(tài)，而且它們在生物體細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)源性前病毒的表達會被喚醒。從某些品系的小鼠中分離出成纖維細胞，并向其中加入胸腺嘧啶類似物——溴脫氧尿苷（BrdU),能夠激活這些細胞中內(nèi)源性的逆轉(zhuǎn)錄病毒(ERV)基因組。作為應答，這些由于內(nèi)源性前病毒轉(zhuǎn)錄沉默而表面上看沒有被感染的結(jié)締組織細胞，開始釋放逆轉(zhuǎn)錄病毒顆粒。一旦這些細胞釋放具有感染性的病毒顆粒，它們就能通過細胞間的感染不斷增殖，并迅速擴散到全身，誘發(fā)白血病。這個理論在小鼠身上似乎是成立的，那么在人身上呢？事實上，大多數(shù)存在于人類基因組中的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒基因組，都是500萬年前早期的靈長類動物的生殖細胞受到感染后遺傳而來的。從那時起，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)錄病毒顆粒的能力，成為大量存在于人類基因組中的垃圾DNA序列的一部分。盡管多達8%的人類基因組源自內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的基因組，但在這些接近4萬個逆轉(zhuǎn)錄病毒起源的基因片段中，只有少數(shù)幾個被證實具有完整性及編碼特定感染性病毒的能力。例如，其中之一的HERV-K亞家族，該家族整合至人類生殖細胞的時間相對較晚，前病毒相對比較完整。即便如此，人們也沒能發(fā)現(xiàn)它們具備產(chǎn)生感染性病毒顆粒或者誘發(fā)腫瘤的能力。人們始終不能從人類腫瘤中分離出有感染性的逆轉(zhuǎn)錄病毒顆粒，這個假說因為缺乏支持性的證據(jù)而很快垮臺。DNA轉(zhuǎn)染檢測非病毒性癌基因內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒理論雖然終結(jié)了，但是它也給非病毒性致癌作用研究的人提供了另一種可能的理論：致癌物質(zhì)作為誘變劑發(fā)揮作用。無論是物理因素（如X射線）還是化學因素（如煙焦油），這些物質(zhì)都能使易感細胞基因組中關鍵的生長控制基因發(fā)生突變，從而誘發(fā)腫瘤。這些生長控制基因可能是正常的細胞基因，如由逆轉(zhuǎn)錄病毒學家發(fā)現(xiàn)的原癌基因。一旦這些基因發(fā)生突變，產(chǎn)生的突變等位基因可能發(fā)揮活化的癌基因的作用，促使含有這些突變體的細胞發(fā)生癌變。為了明確非病毒性癌基因是否在化學誘變的細胞中存在，一種新的實驗方法應運而生。該方法將癌細胞的DNA（或部分基因）導入正常細胞中，并觀察受體細胞是否對導入的腫瘤細胞DNA產(chǎn)生反應，通過受體細胞在導入腫瘤細胞DNA數(shù)周后在培養(yǎng)基中形成的集落數(shù)來評價受體細胞是否發(fā)生了轉(zhuǎn)化。1972年，一種高效的基因?qū)敕椒óa(chǎn)生了，很快被命名為“轉(zhuǎn)染”，它是利用DNA和磷酸鈣晶體形成共沉淀，在此基礎上將裸DNA分子直接轉(zhuǎn)入哺乳動物的細胞內(nèi)。在1978~1979年的實驗當中，研究人員用3-甲基膽蒽（3-MC）處理不同的小鼠細胞系，誘導其發(fā)生癌變，然后提取DNA加入源自于小鼠胚胎成纖維細胞的NIH3T3細胞系培養(yǎng)基中。幾周之后，NIH3T3細胞形成大量的轉(zhuǎn)化灶。轉(zhuǎn)化灶中的細胞隨后被證實具有錨定非依賴生長及致瘤能力。這個實驗證明了供體腫瘤DNA中含有能夠?qū)⒄５腘IH3T3細胞轉(zhuǎn)化成具有強致瘤能力的惡性細胞的遺傳因子。此外，從正常的小鼠成纖維細胞中提取出的DNA不能誘導NIH3T3細胞形成轉(zhuǎn)化灶，說明3-MC使小鼠成纖維細胞的基因組發(fā)生了某些改變，產(chǎn)生了一些新的具有轉(zhuǎn)化能力的遺傳序列。圖1：轉(zhuǎn)化細胞DNA的轉(zhuǎn)染此外，從不同的人類腫瘤細胞中提取出的DNA被證實均能轉(zhuǎn)化小鼠成纖維細胞。這意味著無論來源于何處，腫瘤細胞中的癌基因都能夠跨越物種和組織的差異，使正常細胞發(fā)生轉(zhuǎn)化。癌基因與逆轉(zhuǎn)錄病毒相關人們產(chǎn)生了新的疑問：同樣的細胞原癌基因，是否既可以在某些情況下被逆轉(zhuǎn)錄病毒激活，又可以在另外一些情況下被非病毒的誘變劑激活？或者，被逆轉(zhuǎn)錄病毒激活的癌基因和通過非病毒誘變劑激活的癌基因本來就是兩組完全不同的基因？通過Southern印跡雜交實驗,人們用針對Harvey大鼠肉瘤病毒中存在的

H-ras

癌基因設計的DNA探針，在人膀胱癌細胞中檢測到了相關的癌基因。另一個相關的癌基因，存在于Kirsten肉瘤病毒中的

K-ras

基因，同樣能夠在人結(jié)腸癌細胞中被檢測到。表1：人類腫瘤中發(fā)現(xiàn)的逆轉(zhuǎn)錄病毒相關癌基因隨后，研究人員發(fā)現(xiàn)，逆轉(zhuǎn)錄病毒相關癌基因在人腫瘤細胞基因組中有更多的拷貝數(shù)。來源于禽髓細胞瘤病毒(AMY）的

myc

癌基因在人早幼粒細胞白血病細胞系HL-60的基因組中存在多個拷貝。myc

基因這些額外的拷貝（一倍體基因組包括10~20個拷貝數(shù)）是基因擴增的結(jié)果，同時也導致其編碼的Myc癌蛋白的含量增加，從而促進腫瘤細胞增殖。在癌細胞中，促進生長的原癌基因往往發(fā)生過表達，而抑制生長的腫瘤抑癌基因則出現(xiàn)缺失。不同類型的細胞在轉(zhuǎn)變?yōu)槟[瘤細胞的過程中，其基因組發(fā)生了截然不同的改變。圖2：染色體區(qū)域非隨機性擴增和缺失所有結(jié)果表明，許多與禽類