腫瘤發(fā)病的遺傳機理

　　一、體細胞突變

　　腫瘤可以看作是在個體遺傳素質的基礎上，尤其是在個體對腫瘤的遺傳易感性基礎上，致癌因子引起細胞遺傳物質結構或功能異常的結果。這種異常大多數(shù)不是由生殖細胞遺傳得來，而是在體細胞中新發(fā)生的基因突變所致。發(fā)生突變的癌前細胞在一些促癌因素的作用下發(fā)展為腫瘤。因此，有人認為，多數(shù)為腫瘤可看成是一種體細胞遺傳病。

　　在自然界，基因突變是經(jīng)常發(fā)生的，突變?nèi)绻�發(fā)生在與細胞增殖有關的基因，就可能導致細胞擺脫正常的生長控制，表現(xiàn)出惡性細胞的表型性狀。

　　許多致癌物都是致突變物。它們大多數(shù)能引起DNA的損傷。這些損傷可以修復，也可以導致細胞死亡。如果DNA的修復不正常，細胞雖可繼續(xù)存活，但卻成了潛在的癌細胞，例如在著色性干皮病時，細胞由于缺乏DNA修復酶，因而在DNA被紫外線損傷后不能正常切除修復，結果導致皮膚癌發(fā)生。

　　腫瘤既然是體細胞突變的結果，則它就起源于單個突變細胞（單克隆)。許多腫瘤細胞群都具有相同的染色體畸變和同工酶，就是腫瘤發(fā)生的單克隆學說的證據(jù)。

　　兩次突變說 一些細胞的惡性轉化需要兩次或兩次以上的突變。第一次突變可能發(fā)生在生殖細胞或由父母遺傳得來，為合子前突變,也可能發(fā)生在體細胞；第二次突變則均發(fā)生在體細胞本身，這就是兩次突變（擊中)說。兩次突變說對一些遺傳性腫瘤，如視網(wǎng)膜母細胞瘤的發(fā)生作出了合理解釋。遺傳型的視網(wǎng)膜母細胞瘤發(fā)病很早，并多雙側性或多發(fā)性。這是因為患兒出生時全身所有細胞已有一次基因突變，只需要在出生后某個視網(wǎng)膜母細胞再發(fā)后一次突變（第二次突變)。就會轉變成為腫瘤細胞，故較易表現(xiàn)為雙側性或多發(fā)性。非遺傳型視網(wǎng)膜母細胞瘤的發(fā)生則需要同一個細胞在出生后積累兩次突變，而且兩次都發(fā)生在同座位，因而概率很小，因此發(fā)病較晚，不具有遺傳性，并多為單側性，但該座位如果已發(fā)生過一次突變，則較易發(fā)生第二次突變，這也是非遺傳型腫瘤不是太少的原因。

　　一些學者認為，體細胞癌變并不一定有基因結構的改變，當基因以外的物質或因素如蛋白質、RNA、生物膜發(fā)生了改變，而這些改變也能使與生長、分休有關的基因異常關閉或啟動，此時，細胞也能轉化為癌細胞，這一觀點稱為基因外調(diào)節(jié)學說。近年來對遺傳印記的研究表明，基因的修飾如甲基化也能影響腫瘤有關基因的表達，從而促進細胞的轉化。

　　二、癌基因

　　與腫瘤發(fā)生相關的基因可分為兩大類：一類稱為癌基因（oncogenes),它們能促進細胞的生長和增殖；另一類稱腫瘤抑制基因（tumor-suppresor gene)或抑癌基因，它們能調(diào)節(jié)細胞的生長和分化而抑制腫瘤的發(fā)生。這兩類基因的作用正好相反。它們的異常，或增強細胞生長和增殖，或去除正常的生長抑制，結果都會導致腫瘤發(fā)生。

　　癌基因：在致瘤病毒、人體和動物腫瘤都發(fā)現(xiàn)了能導致細胞惡性轉化的核酸片段，稱之為癌基因。來自病毒的稱為病毒癌基因（v-onc)，來自細胞的稱為細胞癌基因（c-onc)或原癌基因（proto-oncogene)，它們具有轉化的潛能，可被激活成為癌基因。后來發(fā)現(xiàn)從酵母菌到人類的正常細胞幾乎都有與之類似的片段。這種進化上的高度保守性表明它們具有重要的生物學意義。

　　最早發(fā)現(xiàn)的病毒癌基因是雞Rous肉瘤病毒的v-src基因，以后又發(fā)現(xiàn)了與之同源的、見于正常雞細胞的細胞癌基因（c-src)。許多癌基因都以最先見于的病毒來命名，如見于猴肉瘤病毒（Simian sarcoma)的稱為sis基因，見于鳥類髓細胞增多癥病毒（Myelocytomatosis)的稱為myc基因等。最早發(fā)現(xiàn)的人類癌基因是H-ras基因，它是通過用人膀胱癌細胞系提取的DNA片段轉染小鼠細胞，引起后者惡性轉化而證實。以后在其他許多腫瘤和白血病也證明了人癌基因的存在。

　　1．癌基因的功能和分類 已知的原癌基因已近100種，其中許多已定位不同的染色體區(qū)帶。這些基因與細胞的生長、增殖等基本功能有關。它們或編碼生長因子、生長因子受體和蛋白激酶而在生長信號的傳遞和細胞分裂中發(fā)揮作用；或者編碼DNA結合蛋白而參與基因的表達或復制的調(diào)控（表9－2)。因此，可以按原癌基因的產(chǎn)物將其分為若干類型。如以src為代表的酪氨酸激酶類，以ras 為代表的G蛋白類，以myc為代表的核蛋白類，以sis為代表的生長因子類，以reb為代表的生長因子受體類等。原癌基因在個體發(fā)育或細胞分裂的一定階段十分重要，但在成體或平時卻不表達或表達受到嚴格的控制，當其發(fā)生突變或被異常激活時，產(chǎn)生的癌蛋白在性質或數(shù)量上異于正常，就可能導致細胞發(fā)生惡性轉化。

表9－2 一些重要的癌基因

　　2．癌基因的激活癌基因可以通過多種方式被激活而過度表達。

　�。�1)突變激活：體細胞內(nèi)的原癌基因可以因點突變而成為癌基因，產(chǎn)生異常的基因產(chǎn)物；也可由于點突變使基因擺脫正常的調(diào)控而過度表達。因此，突變激活又稱為激活的質變模式（qualitative model)。例如在膀胱癌細胞株由于癌基因ras的12位密碼子GGC變?yōu)镚TC，使甘氨酸變?yōu)槔i氨酸，結果導致細胞具有轉化細胞的特征。現(xiàn)今已在膀胱癌、結腸癌等許多腫瘤發(fā)現(xiàn)了ras基因，后者編碼一種膜蛋白，稱為p21蛋白。

　�。�2)易位激活：易位導致癌基因的重排或融合，產(chǎn)生異常的蛋白而使細胞轉化。例如慢性粒細胞白血病9；22易位，形成了一種結構與功能異常的融合基因bcr-abl。它編碼的蛋白能促成細胞的惡性轉化。

　　原癌基因通過易位插到強力的啟動子附近也可導致激活。Burkitt淋巴瘤的t(8;14)即c-myc癌基因由8號染色體易位到14號染色體的免疫球蛋白重鏈基因附近，易位使c-myc置于免疫球蛋白H鏈基因的啟動子控制下。免疫球蛋白基因是一個活躍的基因，為了抵抗進入體內(nèi)的各種抗原，它不斷編碼各種抗體蛋白，其啟動子特別活躍，因而易位的c-myc基因轉錄活性明顯增高。增多的myc蛋白質使一些控制生長的基因活化，最終導致細胞惡變。

　　（3)癌基因擴增：原癌基因還可因某種原因自身擴增而過度表達。在腫瘤細胞尤其是胚胎神經(jīng)組織腫瘤細胞中有時見到的雙微體（double minutes)和染色體上的均染區(qū) （homogenously staining region)就是原癌基因DNA片段擴增的表現(xiàn)。例如，在腫瘤細胞中c-myc癌基因可擴增數(shù)百到數(shù)千倍。

　　三、腫瘤抑制基因

　　腫瘤抑制基因又稱為抑癌基因或抗癌基因（anti-oncogenes)。它們的功能是抑制細胞的生長和促進細胞的分化。當兩個等位都因突變或缺失而喪失功能，即處于純合失活狀態(tài)時，細胞就會因正常抑制的解除而惡性轉化。視網(wǎng)膜母細胞瘤的Rb基因就是一個典型的例子。遺傳型視網(wǎng)膜母細胞瘤患者出生時Rb基因的一個等位基因由于生殖細胞突變而喪失功能，出生后如視網(wǎng)膜母細胞中另一個等位基因發(fā)生了體細胞突變，這個細胞就會轉化為腫瘤細胞�，F(xiàn)今在不少的腫瘤均已證實了相應的抑制基因的存在、缺失及其在腫瘤發(fā)病中的作用（表9－3)。這些腫瘤在臨床上都呈染色體顯性遺傳方式，但從基因水平上看，它們都是隱性的，因兩個等位基因均有突變才能使細胞惡性轉化。

　　視網(wǎng)膜母細胞瘤（Rb)基因定位于13號染色體1區(qū)4帶，全長約200kb,有27個外顯子，編碼924個氨基酸的核磷蛋白(Rb蛋白)，分子量為110kb，具有抑制腫瘤細胞增殖生長的作用。Rb基因的缺失或功能喪失不僅見于視網(wǎng)膜母細胞瘤，而且還見于骨肉瘤、小細胞肺癌、乳腺癌等腫瘤中。

表9－3 腫瘤抑制基因及其產(chǎn)物

　　如果抑癌基因的純合型丟失是基因缺失的結果，可以通過比較正常組織與癌組織有關DNA片段的雜合性丟失（loss of heterozygosity,LOH)來證實。例如，正常組織的DNA等位片段與特定內(nèi)切酶和特定的探針雜交后證明是雜合的，而癌組織的等位片段經(jīng)證明是純合的，表明抑癌基因發(fā)生了雜合丟失。

　　然而并非所有的抑癌基因都必需有兩個等位基因的喪失才導致腫瘤發(fā)生�，F(xiàn)知APC基因在這一過程中作用。同圖可見，在腫瘤發(fā)生發(fā)展的過程中既有腫瘤抑制基因的丟失，也有癌基因的活化，而且不止一種。如結腸癌發(fā)生的過程中，就有多個基因的異常，其中包括ras癌基因和p53、APC和MCC等幾個抑癌基因。這些改變中任何一種基因異常如果是遺傳的，這就構成了腫瘤的家族性易感性的基礎。

圖9－8 結腸癌發(fā)生的各個階段和腫瘤相關基因的異常

　　惡性腫瘤的轉移是一個復雜的過程，包括瘤細胞由原發(fā)腫瘤脫落，進入細胞外基質和血管或淋巴管，并在遠處適宜的組織中生長。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，存在著促進轉移的轉移基因（metastatic genes)和抑制轉移的基因（metastasis suppressor genes)。

　　1．轉移基因 一些編碼細胞表面受體的基因可能和瘤細胞的轉移有關。例如整合素（integrins)是一類細胞表面粘合受體，能識別細胞基質中的粘附蛋白，起著固定細胞抑制其遷移的作用�？梢栽O想，這些受體基因的突變和失去功能將有利于瘤細胞的轉移。

　　瘤細胞的浸潤能力與其分泌的能降解基質的蛋白有關，已知內(nèi)糖苷酶和Ⅳ型膠原酶能降解基底膜中的相應成分，增加瘤細胞侵襲基底膜的能力。

　　最后，用許多癌基因ras、fos、mos、src，或突變了的腫瘤抑制基因如p53基因的片段轉染培養(yǎng)中的細胞，都可提高這些細胞的浸潤和轉移能力。

　　2．轉移抑制基因一些基因編碼的蛋白酶能夠直接或間接地抑制具有促進轉移的蛋白。例如金屬蛋白組織抑制因子基因（TIMP)編碼一種糖蛋白，能與轉移密切有關的膠原酶結合，降低瘤細胞的侵襲和轉移能力。

　　在人和小鼠中已發(fā)現(xiàn)nm23基因的表達與乳腺癌等腫瘤的轉移密切相關。nm23基因編碼一個17kd的蛋白質，基因在轉移的乳腺癌中表達高，而在無轉移的腫瘤中表達低，表明nm23是一個腫瘤轉移抑制基因。至于它如何抑制腫瘤轉移還有待闡明。

　　除了腫瘤細胞外，受體細胞的一些基因在轉移灶生成中也具有一定意義。由此可見轉移基因、轉移抑制基因與宿主有關基因在表達最終決定于腫瘤細胞的轉移。

　　綜上所述，腫瘤的發(fā)生發(fā)展是一個復雜的生物學過程，它是細胞遺傳物質異常的結果，同時也涉及機體的內(nèi)環(huán)境中的各種因素，包括機體的免疫能力、各種生長因子和生物活性物質，而它們都是基因表達的結果，其中癌基因與抑癌基因的異常起著關鍵的作用。