腫瘤發(fā)病的遺傳機(jī)理

　　一、體細(xì)胞突變

　　腫瘤可以看作是在個體遺傳素質(zhì)的基礎(chǔ)上，尤其是在個體對腫瘤的遺傳易感性基礎(chǔ)上，致癌因子引起細(xì)胞遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或功能異常的結(jié)果。這種異常大多數(shù)不是由生殖細(xì)胞遺傳得來，而是在體細(xì)胞中新發(fā)生的基因突變所致。發(fā)生突變的癌前細(xì)胞在一些促癌因素的作用下發(fā)展為腫瘤。因此，有人認(rèn)為，多數(shù)為腫瘤可看成是一種體細(xì)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(xì)胞增殖有關(guān)的基因，就可能導(dǎo)致細(xì)胞擺脫正常的生長控制，表現(xiàn)出惡性細(xì)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(fù)，也可以導(dǎo)致細(xì)胞死亡。如果DNA的修復(fù)不正常，細(xì)胞雖可繼續(xù)存活，但卻成了潛在的癌細(xì)胞，例如在著色性干皮病時，細(xì)胞由于缺乏DNA修復(fù)酶，因而在DNA被紫外線損傷后不能正常切除修復(fù)，結(jié)果導(dǎo)致皮膚癌發(fā)生。

　　腫瘤既然是體細(xì)胞突變的結(jié)果，則它就起源于單個突變細(xì)胞（單克隆)。許多腫瘤細(xì)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(xué)說的證據(jù)。

　　兩次突變說 一些細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)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(xì)胞或由父母遺傳得來，為合子前突變,也可能發(fā)生在體細(xì)胞；第二次突變則均發(fā)生在體細(xì)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(xì)胞瘤的發(fā)生作出了合理解釋。遺傳型的視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤發(fā)病很早，并多雙側(cè)性或多發(fā)性。這是因為患兒出生時全身所有細(xì)胞已有一次基因突變，只需要在出生后某個視網(wǎng)膜母細(xì)胞再發(fā)后一次突變（第二次突變)。就會轉(zhuǎn)變成為腫瘤細(xì)胞，故較易表現(xiàn)為雙側(cè)性或多發(fā)性。非遺傳型視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤的發(fā)生則需要同一個細(xì)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(cè)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(xué)者認(rèn)為，體細(xì)胞癌變并不一定有基因結(jié)構(gòu)的改變，當(dāng)基因以外的物質(zhì)或因素如蛋白質(zhì)、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(guān)的基因異常關(guān)閉或啟動，此時，細(xì)胞也能轉(zhuǎn)化為癌細(xì)胞，這一觀點稱為基因外調(diào)節(jié)學(xué)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(guān)基因的表達(dá)，從而促進(jìn)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化。

　　二、癌基因

　　與腫瘤發(fā)生相關(guān)的基因可分為兩大類：一類稱為癌基因（oncogenes),它們能促進(jìn)細(xì)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(xì)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(qiáng)細(xì)胞生長和增殖，或去除正常的生長抑制，結(jié)果都會導(dǎo)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(dǎo)致細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)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(xì)胞的稱為細(xì)胞癌基因（c-onc)或原癌基因（proto-oncogene)，它們具有轉(zhuǎn)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(xì)胞幾乎都有與之類似的片段。這種進(jìn)化上的高度保守性表明它們具有重要的生物學(xué)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(xì)胞的細(xì)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(xì)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(xì)胞系提取的DNA片段轉(zhuǎn)染小鼠細(xì)胞，引起后者惡性轉(zhuǎn)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(xì)胞的生長、增殖等基本功能有關(guān)。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(xì)胞分裂中發(fā)揮作用；或者編碼DNA結(jié)合蛋白而參與基因的表達(dá)或復(fù)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(xì)胞分裂的一定階段十分重要，但在成體或平時卻不表達(dá)或表達(dá)受到嚴(yán)格的控制，當(dāng)其發(fā)生突變或被異常激活時，產(chǎn)生的癌蛋白在性質(zhì)或數(shù)量上異于正常，就可能導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)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(dá)。

　�。�1)突變激活：體細(xì)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(dá)。因此，突變激活又稱為激活的質(zhì)變模式（qualitative model)。例如在膀胱癌細(xì)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(jié)果導(dǎo)致細(xì)胞具有轉(zhuǎn)化細(xì)胞的特征�，F(xiàn)今已在膀胱癌、結(jié)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(dǎo)致癌基因的重排或融合，產(chǎn)生異常的蛋白而使細(xì)胞轉(zhuǎn)化。例如慢性粒細(xì)胞白血病9；22易位，形成了一種結(jié)構(gòu)與功能異常的融合基因bcr-abl。它編碼的蛋白能促成細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化。

　　原癌基因通過易位插到強(qiáng)力的啟動子附近也可導(dǎo)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(jìn)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(zhuǎn)錄活性明顯增高。增多的myc蛋白質(zhì)使一些控制生長的基因活化，最終導(dǎo)致細(xì)胞惡變。

　　（3)癌基因擴(kuò)增：原癌基因還可因某種原因自身擴(kuò)增而過度表達(dá)。在腫瘤細(xì)胞尤其是胚胎神經(jīng)組織腫瘤細(xì)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(kuò)增的表現(xiàn)。例如，在腫瘤細(xì)胞中c-myc癌基因可擴(kuò)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(xì)胞的生長和促進(jìn)細(xì)胞的分化。當(dāng)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(xì)胞就會因正常抑制的解除而惡性轉(zhuǎn)化。視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤的Rb基因就是一個典型的例子。遺傳型視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤患者出生時Rb基因的一個等位基因由于生殖細(xì)胞突變而喪失功能，出生后如視網(wǎng)膜母細(xì)胞中另一個等位基因發(fā)生了體細(xì)胞突變，這個細(xì)胞就會轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)胞�，F(xiàn)今在不少的腫瘤均已證實了相應(yīng)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(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化。

　　視網(wǎng)膜母細(xì)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(xì)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(xì)胞瘤，而且還見于骨肉瘤、小細(xì)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(jié)果，可以通過比較正常組織與癌組織有關(guān)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(dǎo)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(jié)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(gòu)成了腫瘤的家族性易感性的基礎(chǔ)。

圖9－8 結(jié)腸癌發(fā)生的各個階段和腫瘤相關(guān)基因的異常

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

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

　　瘤細(xì)胞的浸潤能力與其分泌的能降解基質(zhì)的蛋白有關(guān)，已知內(nèi)糖苷酶和Ⅳ型膠原酶能降解基底膜中的相應(yīng)成分，增加瘤細(xì)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(zhuǎn)染培養(yǎng)中的細(xì)胞，都可提高這些細(xì)胞的浸潤和轉(zhuǎn)移能力。

　　2．轉(zhuǎn)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(jìn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移密切有關(guān)的膠原酶結(jié)合，降低瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力。

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

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

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