肿瘤发生假说

肿瘤发生的理论假说•人类在癌症研究方面经历了一个又一个浪潮，•20世纪20－50年代，是化学致癌研究最迅猛的时代，•60－70年代的掀起寻求癌症病毒狂潮，•70－80年代是癌基因疯狂时代，•80年代末进入迷恋抑癌基因时代，•90年代细胞周期、信号转导和细胞凋亡理论在癌症研究中的广泛运用，然而，浪潮很快过去了，因为这些都被证明与癌症有关，但不是癌症的本质。•21世纪来了，肿瘤干细胞因为干细胞研究的进展而获得了最佳契机，而且研究人员似乎都认识到肿瘤干细胞才是癌症的根源。于是，肿瘤干细胞开始进入疯狂时代。肿瘤干细胞的根本问题是自我更新控制问题，也就是生命本质问题，在分子生物学方面，干细胞不对称分裂方面，染色体非随机分配方面的进展将会为肿瘤干细胞的研究注入生命力。刺激假说（Theirritationhypothesis)•19世纪后期临床医生Broussais和Billroth提出慢性炎症是癌症根源的假说。•该假说的主要依据：（1）肿瘤总发生在慢性炎症迁延不愈的部位。如胃癌常发生于慢性胃溃疡部位；90%的肝癌发生于由慢性肝炎的患者。（2）工作环境和饮食习惯的刺激。如清扫烟尘煤灰的工人易患肺癌，水手常被暴晒的部位易患皮肤癌，经常抽烟和酗酒的人易患食管癌。所有这些观察给人强烈的印象：慢性炎症与癌症存在密切关系刺激假说的成功与不足•成功之处：对不同人员的观察作了个总结，把临床的观察用于判断癌症的原因并形成假说，这个假说与观察到的事实相符。•不足之处：不是所有的刺激都可以导致癌症的发生，一些肿瘤的发生没有经过任何明显的癌前刺激。•解决问题：在癌变理论中引入选择和突变原则选择与突变•选择是一个渐变的筛选过程，最终获得适合于新环境的生物。突变是一个突然的过程，并且突变可以遗传给子代。慢性炎症不断刺激细胞增生，许多增生的细胞不断死亡，但是那些活下来能够适应这种环境的细胞不断获得过度的增殖和侵袭能力。最终不再依赖宿主而获得新的生命特征。但是并不是那些具有新特征的细胞总是能够癌变成功，因为时间漫长和环境的变化，都可能断送演进的进程。因此一个恰当或者合适的环境可能至关重要。这可能是为什么癌变几率很小的一个原因。关于突变的假说主要是Boveri提出。突变可能主要发生在细胞核。当时他观察到细胞分裂总是将核内容物均等分配给两个子代细胞。而在慢性炎症刺激下，细胞的分裂常常发生错误，常常一分为三甚至一分为四。这样核的分裂可能不均衡。因为有无数的机会细胞进一步获得缺陷，能够活下来的细胞几率很小很小，因此癌变是一个很低概率的事件新的问题•即使刺激和机会都是癌变的决定因素，为什么与上皮一样同样受到刺激的结缔组织没有上皮发生肿瘤的机会多？男女发生肿瘤的机会几乎相等，但是男性发生的肿瘤大部分集中于消化道、呼吸道和泌尿系统，但是女性主要集中于生殖系统。怎样的刺激造成这样大的差别?启动-促进学说•1941年，著名肿瘤学家BereblumI提出了化学诱导癌症的两阶段学说：启动-促进学说，该学说为后来的突变和选择学说建立基础。•参考文献：•1、BerenblumI,ArmuthV；Twoindependentaspectsoftumorpromotion；BiochimBiophysActa.1981Aug31;651(1):51-63.Review.•2、Establishedprinciplesandunresolvedproblemsincarcinogenesis.JNatlCancerInst.1978Apr;60(4):723-6.Review•3、Are-evaluationoftheconceptofcocarciongenesis；ProgExpTumorRes.1969;11:21-30.Review.•4、Aspeculativereview;theprobablenatureofpromotingactionanditssignificanceintheunderstandingofthemechanismofcarcinogenesis；CancerRes.1954Aug;14(7):471-7•5、Classicsinoncology:IsaacBerenblum,M.D.CACancerJClin.1981Jul-Aug;31(4):239-53癌基因假说•1969年，美国NATIONALCANCERINSTITUTE的RobertJ.Huebner和GeorgeJ.Todaro提出了癌基因学说，虽然后来癌基因学说在此基础上进行了修改。•第一个病毒癌基因的发现：DuesbergPH是发现者之一•第一个细胞癌基因（原癌基因）的发现，为此美国人VarmusHE,BishopJM获得1989年诺贝尔奖，方法就是博士后法国人StehelinD用了半年时间制造基因探针，只是杂交了一下正常鸡的组织，发现了病毒的癌基因竟然也存在于正常动物组织之中，由此解开了癌基因理论的序幕。•第一个证明细胞癌基因具有致瘤能力的实验，RobertWeinberg实验室开始的•20世纪70年代末80年代初，癌基因理论获得的实验支持基因突变学说•1975年美国伯克力大学BruceAmes发明了用细菌筛选化学致突变物质方法，简单有效，现在被称为为Ames实验，检测了成千上万种化学物质，发现大部分致突变物质是致癌物，虽然致癌物不一定完全是致突变物质，但是似乎为基因突变学说提供了坚实的依据。•参考文献可以在pubmed用AmesBN作者检索非整倍体与肿瘤发生•基因突变假说认为肿瘤的产生是由于细胞内一些特定基因突变的结果，这个假说现在已经被人们广泛接受。但是最近美国科学院院士Duerberg等提出基因突变不可能导致肿瘤发生，相反，一向被认为是基因突变的结果——非整倍体，才可能是肿瘤发生的主要原因。•非整倍体假说主要观点是：致癌因素导致细胞产生非整倍染色体，非整倍体引起有丝分裂相关基因表达异常，产生异常比例的纺锤体蛋白、甚至异常数目的中心粒。不平衡的纺锤体可导致一些染色体的随机丢失或获得。每次细胞分裂时这些非整倍染色体被随机分组并不对称地分配给子代细胞，这样恶性循环，非整倍体自身催化细胞核型的变化和进化，最终导致肿瘤细胞核型的产生。因此，肿瘤的产生是非整倍体自身催化的结果，与基因突变没有直接的关系。•Duerberg等将肿瘤遗传突变归于非整倍体而非特定基因是因为：•1）100%的实体瘤都是非整倍体；•2）只有染色体的异常才可以瞬间改变细胞内成千上万基因的表达水平，从而可能解释肿瘤细胞表型的异质性现象；而且同时可以成功地解释肿瘤细胞遗传性不稳定的特征原因；•3）肿瘤细胞的最大特征永生化可以解释为：自然选择压力只给了非整倍体细胞选择永生化机制的机会，因为只有非整倍体细胞才具有通过自身催化随机丢失或获得不同染色体从而最终获得永生化细胞核型的机会。由于这样的机会很少，因此在致癌因素作用后经过数年或数十年肿瘤才发生；进一步推测可以认为除了病毒转化的细胞外，所有没有经过处理或不受调节而具有永生化能力的细胞都应当是非整倍体细胞；•4）肿瘤的其它特征（例如转移能力、去分化、高耐药性等等）也可以应用非整倍体假说来解释。•总之，肿瘤最大的特征是非整倍体，肿瘤的各种表型是由于非整倍体自身催化导致大量正常基因表达量和表达比例异常的结果，而不是某些特定基因活性增强或减弱的结果。非整倍体怎样产生的呢？•Duerberg等认为致突变和非致突变因素可能通过物理或者化学过程改变了一个或多个染色体，或者通过改变参与纺锤体蛋白分子从而导致非整倍体产生；•对于基因变异和非整倍体产生的关系需要进一步研究。是否肿瘤细胞的非整倍体都与基因变异有关呢？•1如果非整倍体都是由基因变异引起，则某些由非致突变因素引起的肿瘤细胞中不应该总是有非整倍体染色体的出现，但是实验表明所有的由非致突变因素引起的肿瘤细胞都是非整倍体核型。•2“细胞有丝分裂检测点基因”的变异应当导致非整倍体产生，例如：p53、细胞有丝分裂检测点基因以及SKT15等。但是p53在肿瘤中的变异率不超过50%；细胞有丝分裂检测点基因在结肠癌细胞中只有11%；SKT15在乳腺癌中也只有12%。•3多环芳烃是弱效致突变剂，在微摩尔浓度下可以导致20-80%的细胞发生非整倍体核型。由多环芳烃转化的强致突变物质在50%致死剂量下引起特定基因变异的几率为10-4-10-7，也就是说由多环芳烃通过特定位点（比如有丝分裂基因）诱导非整倍体几率也只有10-4-10-7。•4如果基因突变可以独立导致肿瘤发生，那么由于基因突变导致非整倍体和肿瘤发生的几率都很低，因此它们同时出现在同一个肿瘤细胞中的几率会更小，所以我们应该看见一定比例的二倍体肿瘤细胞，但是所有的实体瘤细胞都是非整倍体。因此即使基因变异与肿瘤有关也不能完全排除非整倍体在肿瘤发生过程中的作用。非整倍体就一定能导致肿瘤发生？•由于大多数肿瘤细胞是多倍体，一般介于3倍体和4倍体之间，这提示可能存在一个上限；而一些肿瘤为近2倍体，因此也可能存在一个下限。因此Duerberg等认为在特定的范围内非整倍体才可能导致肿瘤产生，超过上限或者低于下限都不可能使肿瘤产生。非整倍体假说虽然在逻辑上能够比较全面地解释有关肿瘤方面的问题，但是事实证据呢？•1）致癌剂都能使细胞产生非整倍体；•2）Weinberg等用三个互不相关的癌基因转化的肿瘤细胞被Duesberg等推测并证明这些细胞100%是非整倍体核型；•3）Duesberg等根据非整倍体假说推测肿瘤细胞对化疗药物具有很高的“突变率和多药耐药性”是由非整倍体染色体催化染色体重新分组的结果，而不是基因突变的结果，这个推测被证实；•4）Duesberg等证明：用致癌剂转化的肿瘤细胞100%是非整倍核型；肿瘤细胞遗传性不稳定的程度与被转化细胞的非整倍程度呈正比关系；非整倍体而不是个别基因变异能够通过改变细胞的代谢和染色体的不对称分裂导致肿瘤表型的出现；被转化的细胞首先发生非整倍核型，其次才演化为肿瘤细胞；推测并证实被转化的肿瘤细胞在某一阶段具有特定的核型；•5）Lengauer等实验结果表明非整倍体确实可以导致细胞基因组不稳定，与Duesberg的实验结果一致，最近他们的数学模型表明细胞转化前首先发生非整倍体核型然后才发生抑癌基因的变异；•6）推测并证实非肿瘤性永生化细胞的永生化机制也是通过染色体的重新分组而获得的，是非整倍体核型并且是癌前细胞。•上述说明非整倍体假说在逻辑和实验证据方面都难以找出缺点，最重要的是不但它的预测结果能被证实而且以前没能解释的实验现象它还可以解释清楚。从这些方面看，非整倍体假说可能确实有它自己存在的道理，但是这些能说明基因变异假说就不可靠吗？Duesberg等提出下列疑问：•1基因变异假说认为致癌因素都是通过基因突变导致肿瘤发生，但是现在发现许多不能引起基因突变却可诱导肿瘤发生的化学物质；•2肿瘤的最主要的特征是基因变异，但是20多年的研究并没有发现肿瘤存在特定的变异基因；•3一些遗传性疾病（如错配修复缺失的硬皮病和与遗传有关的大肠癌患者）为什么只产生特定类型的肿瘤（例如皮肤和大肠癌），而不发生其他类型的肿瘤；为什么遗传性的染色体不平衡疾病如Bloom’s综合征患者发生肿瘤的几率升高100倍；•4基因变异假说认为肿瘤细胞具有很高的突变几率，是“基因变异集合体”，但是一些实验表明肿瘤的突变率正常，只有少数肿瘤突变率中度增高；•5肿瘤细胞的表型应当与基因变异一样稳定。但大多数肿瘤表现为遗传型和表现型不稳定；•6在肿瘤耐药方面，基因变异假说认为肿瘤细胞产生耐药性是药物代谢基因的失活或多药耐药基因的激活的结果，但是为什么正常二倍体细胞的基因变异率非常地低（10-12），但是肿瘤细胞对化疗药物的变异率和多药耐药率却出奇的高（10-3-10-6）？为什么耐药基因只在肿瘤细胞中存在很高的变异率？•7虽然一些逆转录病毒和人工制造的癌基因确实可以使正常细胞转化，但这个过程主要依赖病毒的高表达启动子；另外，病毒制造使细胞转化的蛋白质不依赖特定的前体蛋白和酶的作用，只需要宿主细胞提供足够的氨基酸和