当前,人们越来越倾向于认为癌是环境因素造成的,然而,对引起癌的基因的研究表明,征服这种疾病的最大希望,在于对遗传因素的认识。
将癌症归因于不当的生活方式或环境,并不能揭示癌症发生的根本原因。的确,碳氢化合物等引起的环境污染与许多癌症有关。帕斯维尔 · 波特(Percival Potts)第一个发现了阴囊癌与烟囱清洁工的联系。从预防观点看,将比如吸烟这类习惯看作是肺癌的致病因素是明智的,如果没有人吸烟,肺癌患者会大为减少,但仍然会有肺癌病人。吸烟可能引起癌症,但并不是致癌的唯一原因,从另一方面看,化学致癌物会损坏DNA的发现向人们提供了癌的真正起因存在于DNA内的初步证据。
另举一个更明显的例子,如皮肤癌,在过多地接触阳光的白种人中,这种癌的患病率正在增长,如在地中海沿岸洗日光浴的北欧人,以及澳大利亚白人和南非白人。然而,澳大利亚黑人和南非黑人却极少患这种癌。紫外线的确可以引起皮肤癌,但只是在对其具有遗传学倾向的人种中,或更准确地说,在缺乏抵抗这种癌的因素的人种中。
任何一种癌(现在已知的癌有约200余种)都是由人体中数万亿细胞中的一个细胞引发的,这个细胞受到的伤害使其不断进行不正常的复制,并侵及周围的组织细胞。它迅速地分裂成大量受到相同伤害的细胞,所有这些细胞又都迅速地复制,形成癌瘤。一个细胞的活动,包括它的复制,是受基因控制的,对这些基因的伤害将使细胞产生不正常的活动,包括失去控制的增殖。
分子生物学使科学家们获得了强有力的新的研究手段,但认为癌症起因于细胞基因的观点并不是新近提出来的。在第一次世界大战前,德国的塞多 · 保法利(Theodor Boveri)和伦敦帝国癌症研究会的詹姆斯 · 莫雷(James Murray)曾提出,细胞的癌变的根本起因是细胞染色体的缺陷。以这一前提为基础的癌症理论远不止此一个,早在1801年,外科医师约翰 · 亨特(John Hunter)组建的肿瘤研究所就认为遗传因素是值得注意的致癌原因之一。
发生突变的基因可能导致癌症,但这并不意味着癌症都必定是遗传的。英国病理学家达克斯(Dukes)研究了少见的家族性结肠息肉病后指出,具遗传性的并不是致命的结肠癌本身,而是结肠中生长息肉的倾向,这种息肉在一定时候便发展成癌症。
达克斯似乎发现了今天被认为是癌症发生的最重要的特征,即,癌的出现需要好几个不同的遗传因素。其中一个遗传缺陷使细胞产生对癌的易感性,而至少另一种遗传缺陷使癌症最终形成(也许发生在晚年)。伊沙克 · 伯伦布卢姆(Isaac Berenblum)在第二次世界大战前进行的实验中确立了这一癌变机理,他证明,一种叫做苯芘的有毒化学物质本身并不会引起癌症,但这种化学物质在老年人身上却能引起癌症。
对慢性骨髓性白血病的研究正在使这一理论得到证实。60年代初,研究人员发现这种病的患者的骨髓细胞中都存在着染色体异常,这是一个明确而特殊的发现,从这种癌症来看,基因易位形式的基因变异与这种白血病有关。
开始,研究人员并不清楚哪些染色体参与了易位,但后来发现易位发生在第9条染色体和第22条染色体之间,这里的问题在于,易位究竟是怎样引起白血病的。研究人员发现,任何基因的功能或表达,取决于它与染色体中邻近基因的关系,如果易位改变了这一关系,重要基因的功能也将改变,从而对细胞的活动产生重大影响。
现在业已证明,染色体的易位并不仅是染色体的一部分在基因周围的移动,它会产生一个新的基因,第22条染色体会有相当部分转移到第9条染色体中,而从第9条染色体那儿得到的却相对少得多,新的基因包含来自第22条染色体中一种称为bcr的基因的一段DNA,加上来自第9条染色体的一个基因。使人惊异的是,这个细胞同时表现出两个基因的作用,不幸的是,这个复合基因会产生慢性骨髓性白血病。慢性骨髓性白血病很少使患者致死,患者的病程可长达数年,但或早或迟,它会转变为急性白血病,而急性白血病TL乎是不可避免地致死性的。癌症研究人员怀疑,这种转变是否起因于一种新的遗传现象。的确,慢性骨髓性白血病最好被看作是一种白血病前期,就像家族性结肠息肉是结肠癌的前期一样。
基因的改变为什么会引起癌症呢?增加了一段DNA的abl基因怎么会产生这种失控的细胞增殖呢?abl基因和myc基因是否有共同点呢?实际上这二者都被称为原癌基因(proto-oncogenes),这种基因也存在于在动物中引起癌症的病毒中,例如abl基因可在鼠类中引起B-细胞白血病。本世纪初美国的培顿 · 罗斯(Peyton Rous)发现了在小鸡中传播癌症的病毒,这项发现打开了研究原癌基因的道路。病毒与人类的许多癌症的形成有关,但这些病毒不是作为原癌基因的携带者。人类的癌症都不会传染,但某些动物的癌症却会传染。
细胞是通过产生生长因子调节其增殖的,这些生长因子是类似激素的与细胞上的受体蛋白相连的分子,由于受体蛋白是位于细胞表面,某种介质必然将生长因子传递到细胞内的增殖机制部位。许多不同的生长因子也许共用着一条通道,为这些通道的蛋白质编码的是原癌基因。原癌基因本身并不会直接引起癌症,但它们的活动迟早会改变,它们为之编码的蛋白质中的一种氨基酸会转变成另一种不同的氨基酸,特别值得注意的是,这种转变意味着它们不能被切断,如果因此它们的活动不再受到调节的话,结果便是癌症的形成。
内部的敌人
某些白血病和淋巴癌与基因易位有关,但是一些白血病和淋巴癌看来是由突变的致癌基因引起的,在固态肿瘤中也发现了发生突变的致癌基因,有意义的是,大量不同类型的癌瘤的致癌基因都是相同的,例如,癌症研究所的克利斯 · 马歇尔(Chris Marshall)对三种ras基因进行了分析,并在所有胰腺癌和半数以上的结肠癌中都发现了这三种基因。正常细胞同时表达这三种联系紧密的基因,在正常情况下,这些基因被称为原癌基因 · 但癌变的细胞只表达这三种基因的一种,因而被称为致癌基因。研究人员现在还没有确切地了解这三种正常的基因是为哪种蛋白质编码,但他们已在一定程度上对它们发生的突变进行了分类。引人注意的是,这些基因常常转而为较大的氨基酸编码,而不为最小的氨基酸——甘氨酸编码。
然而,原癌基因的突变或其表达的改变并不是所有癌症的起因,许多癌症是当细胞染色体失去某些特别的基因或使这些基因失去活力时发展起来的。由于癌的发生取决于某个基因的消失,看来,在正常细胞中,这类基因在抑制细胞的分裂方面起着重要作用,并可能与致癌基因的作用相反,实际上,这类基因常被称为抗致癌基因(anti-oncogenes)。研究人员首次在视网膜细胞瘤的患者中发现了这种基因。视网膜细胞瘤是一种少见的癌症,如其病名所提示的,这种癌的受累部位是视网膜。
今年早些时候,美国的爱德 · 马罗(Ed. Marlow)及其同事发现,由视网膜细胞瘤抗致癌基因编码的蛋白质会与致癌基因产生的蛋白质结合并使其失去活力,这表明抗致癌基因也许起了抑制细胞增殖的作用,而当致癌基因排斥掉这些抗致癌基因时,便会形成癌症。
恶性肿瘤会排出细胞,这些细胞在称为转移的过程中在身体的其它部位生成新的癌瘤,这类癌瘤也不是在任何部位都会生长。早期癌瘤的性质可决定新的癌瘤将在哪些组织部位生长,新癌瘤不论在哪儿生长,都具有原始癌瘤的细胞特征,而不是它正在生长的组织部位的细胞特征。然而,许多遗传性癌症的一个有意义的特点是,它们的表现并不像单独类型的癌,而是表现出像两个或更多类型的癌的复合或症候群,每个都具有其正在生长的组织部位的特征。
不久前,癌症是由环境因素引起的观点极为盛行,现在问题已经很清楚,致癌因素主要是遗传因素与环境因素相互作用的结果,分辨其相对的作用已成为当务之急。对癌症遗传因素的研究还将有助于对环境污染物的鉴定,通过对增加了癌症易感性的基因的确认,研究人员将能够鉴定出环境中究竟哪些化学成分与某一特定癌症有关。
癌症起因的多因素理论为我们提供了一个有力的理论结构,在这个结构中我们将能够卓有成效地研究大量相关的、我们总称之为癌症的疾病。对癌症的研究变成了对哪些因素将影响不同的遗传结果的研究。使正常细胞转变成癌细胞需要多少“致病因素”?流行病学和分子生物学得到的证据表明,这些致病因素有好几个,一个尚待回答的重要问题是,这些致病因素是否必须发生在某一特定的序列中,或是否是杂乱无序的。
癌的多因素理论使原来模糊不清的“易感性”概念变得更为明确了。某些癌症有家族遗传的倾向,因为第一个因素通过遗传存在于身体的所有细胞中。被遗传了有缺陷的基因或先天缺乏抗致癌基因的人,患癌、症的可能性也许是正常人的数万倍。
明显遗传的癌症是少见的,但正是对这类癌症的研究使人们在确认哪种基因使人产生对这类癌症的易感性方面取得了最大的进展。常见癌症的易感性也是遗传的,但只是不太明显而已,因为这些癌症的易感性与多种基因的缺陷有关。
癌症的流行病学研究结果竟然认为约80%的癌症是不当的生活方式和环境污染造成的,这一结论是缺乏根据的。这种观点使人们认为绝大多数癌症在后天是可防止的,因而认为对癌症的遗传根源的研究是浪费时间与金钱,倒不如把这些钱用于癌症的预防。
然而,出于治愈癌症的需要,我们的研究将长期进行下去。许多癌症之所以无法治愈,正是由于人类对于癌症的真实起因了解得还远远不够,然而,对癌症基因的研究给人们在对癌症的斗争中赢得胜利带来了最大希望。
[New Scientist,1989年3月18日]