南方医大癌生物学讲义04-1并非所有肿瘤都由病毒感染引起

第四章（1）并非所有肿瘤都由病毒感染引起在上一章的分享中，我们主要学习了病毒感染和肿瘤发生之间的关系。的确，随着20世纪70年代DNA和RNA肿瘤病毒的发现，为肿瘤生物学家解释人类肿瘤的起源提出了一个简单而有力的理论。但是，我们有这样一个疑问：所有的肿瘤的发生都是由于肿瘤病毒感染吗？并非所有肿瘤都由病毒引起随着研究的不断深入，人们发现用这个理论难以将人类肿瘤的生物学和流行病学特征统一起来。显然，大多数的人类肿瘤并不像传染病那样从一个个体传播到另一个个体。人们也很难找到具有典型小范围流行病学特征的肿瘤病例。最重要的是，自20世纪70年代以来，研究人员尝试从多种人类肿瘤中分离出病毒，但均以失败告终。在西方国常见的肿瘤中，只有宫颈癌和肝癌能够明确地与特定的病毒病原体联系起来。20世纪初期，日本科学家KatsusaburoYamagiwa的研究表明，化学物质能够诱导实验动物发生肿瘤（见第2章）。该研究表明，在兔耳朵上连续数月反复涂抹煤焦油能够引发皮肤癌。20年代中期，法国巴黎的一篇博士论文记载了百余例肿瘤病例，其中大多数为皮肤癌，这些患者都有在X射线环境中工作的经历。显然，这两项研究中肿瘤的直接诱因都是非生物性的，或者为化学有机物或者为射线。在这种情况下，一些支持病毒致癌说的学者，尤其是从事逆转录病毒研究的学者，在20世纪70年代早期提出了一种新的机制学说，解释了在没有明显外部病毒感染的情况下，肿瘤病毒是如何参与多种肿瘤发生的。这种新机制的提出源自于逆转录病毒独特的生物学特性。在某些情况下，逆转录病毒的基因组能够整合到各种脊椎动物的生殖细胞基因组中，由此产生的前病毒可以像孟德尔等位基因一样遗传至后代。这些内源性前病毒常常处于转录沉默的状态，而且它们在生物体细胞中的存在也不明显。只有在极少数的情况下，这些通常保留了编码感染性逆转录病毒颗粒能力的内源性前病毒的表达会被唤醒。从某些品系的小鼠中分离出成纤维细胞，并向其中加入胸腺嘧啶类似物——溴脱氧尿苷（BrdU),能够激活这些细胞中内源性的逆转录病毒(ERV)基因组。作为应答，这些由于内源性前病毒转录沉默而表面上看没有被感染的结缔组织细胞，开始释放逆转录病毒颗粒。一旦这些细胞释放具有感染性的病毒颗粒，它们就能通过细胞间的感染不断增殖，并迅速扩散到全身，诱发白血病。这个理论在小鼠身上似乎是成立的，那么在人身上呢？事实上，大多数存在于人类基因组中的内源性逆转录病毒基因组，都是500万年前早期的灵长类动物的生殖细胞受到感染后遗传而来的。从那时起，这些前病毒的序列渐渐发生突变，失去产生特定的具有传染性的逆转录病毒颗粒的能力，成为大量存在于人类基因组中的垃圾DNA序列的一部分。尽管多达8%的人类基因组源自内源性逆转录病毒的基因组，但在这些接近4万个逆转录病毒起源的基因片段中，只有少数几个被证实具有完整性及编码特定感染性病毒的能力。例如，其中之一的HERV-K亚家族，该家族整合至人类生殖细胞的时间相对较晚，前病毒相对比较完整。即便如此，人们也没能发现它们具备产生感染性病毒颗粒或者诱发肿瘤的能力。人们始终不能从人类肿瘤中分离出有感染性的逆转录病毒颗粒，这个假说因为缺乏支持性的证据而很快垮台。DNA转染检测非病毒性癌基因内源性逆转录病毒理论虽然终结了，但是它也给非病毒性致癌作用研究的人提供了另一种可能的理论：致癌物质作为诱变剂发挥作用。无论是物理因素（如X射线）还是化学因素（如烟焦油），这些物质都能使易感细胞基因组中关键的生长控制基因发生突变，从而诱发肿瘤。这些生长控制基因可能是正常的细胞基因，如由逆转录病毒学家发现的原癌基因。一旦这些基因发生突变，产生的突变等位基因可能发挥活化的癌基因的作用，促使含有这些突变体的细胞发生癌变。为了明确非病毒性癌基因是否在化学诱变的细胞中存在，一种新的实验方法应运而生。该方法将癌细胞的DNA（或部分基因）导入正常细胞中，并观察受体细胞是否对导入的肿瘤细胞DNA产生反应，通过受体细胞在导入肿瘤细胞DNA数周后在培养基中形成的集落数来评价受体细胞是否发生了转化。1972年，一种高效的基因导入方法产生了，很快被命名为“转染”，它是利用DNA和磷酸钙晶体形成共沉淀，在此基础上将裸DNA分子直接转入哺乳动物的细胞内。在1978~1979年的实验当中，研究人员用3-甲基胆蒽（3-MC）处理不同的小鼠细胞系，诱导其发生癌变，然后提取DNA加入源自于小鼠胚胎成纤维细胞的NIH3T3细胞系培养基中。几周之后，NIH3T3细胞形成大量的转化灶。转化灶中的细胞随后被证实具有锚定非依赖生长及致瘤能力。这个实验证明了供体肿瘤DNA中含有能够将正常的NIH3T3细胞转化成具有强致瘤能力的恶性细胞的遗传因子。此外，从正常的小鼠成纤维细胞中提取出的DNA不能诱导NIH3T3细胞形成转化灶，说明3-MC使小鼠成纤维细胞的基因组发生了某些改变，产生了一些新的具有转化能力的遗传序列。图1：转化细胞DNA的转染此外，从不同的人类肿瘤细胞中提取出的DNA被证实均能转化小鼠成纤维细胞。这意味着无论来源于何处，肿瘤细胞中的癌基因都能够跨越物种和组织的差异，使正常细胞发生转化。癌基因与逆转录病毒相关人们产生了新的疑问：同样的细胞原癌基因，是否既可以在某些情况下被逆转录病毒激活，又可以在另外一些情况下被非病毒的诱变剂激活？或者，被逆转录病毒激活的癌基因和通过非病毒诱变剂激活的癌基因本来就是两组完全不同的基因？通过Southern印迹杂交实验,人们用针对Harvey大鼠肉瘤病毒中存在的

H-ras

癌基因设计的DNA探针，在人膀胱癌细胞中检测到了相关的癌基因。另一个相关的癌基因，存在于Kirsten肉瘤病毒中的

K-ras

基因，同样能够在人结肠癌细胞中被检测到。表1：人类肿瘤中发现的逆转录病毒相关癌基因随后，研究人员发现，逆转录病毒相关癌基因在人肿瘤细胞基因组中有更多的拷贝数。来源于禽髓细胞瘤病毒(AMY）的

myc

癌基因在人早幼粒细胞白血病细胞系HL-60的基因组中存在多个拷贝。myc

基因这些额外的拷贝（一倍体基因组包括10~20个拷贝数）是基因扩增的结果，同时也导致其编码的Myc癌蛋白的含量增加，从而促进肿瘤细胞增殖。在癌细胞中，促进生长的原癌基因往往发生过表达，而抑制生长的肿瘤抑癌基因则出现缺失。不同类型的细胞在转变为肿瘤细胞的过程中，其基因组发生了截然不同的改变。图2：染色体区域非随机性扩增和缺失所有结果表明，许多与禽类