第五章 ：腫瘤的多步發(fā)育

腫瘤起源的故事看似非常簡單。一個化學(xué)誘變因子侵入細(xì)胞，襲擊某個關(guān)鍵的原癌基因，把它變成一個癌基因。細(xì)胞響應(yīng)癌基因的指示，開始了肆無忌憚的擴張之旅。最初發(fā)生突變的那個細(xì)胞的所有后裔都擁有了癌基因的副本，在癌基因的驅(qū)動下開始不眠不休的生長、裂變進程。冬去春來，年復(fù)一年，終于，幾十億個細(xì)胞聚集在一起形成了致命的腫瘤。這種推測令那些意圖把腫瘤演化的復(fù)雜過程簡單化的人歡呼雀躍。它是說明分子生物學(xué)研究是如何揭開隱秘的真相的絕好例子——如此簡單而符合邏輯，科學(xué)家們禁不住要贊嘆“棒極了”。

但是，在某些人看來，這種推測太簡單。他門稱之為“過分簡單化”，意指持這一觀點的人有意漠視許多有關(guān)癌癥形成的已知知識。? 在這些懷疑主義者看來，1982年，在我、馬里諾·巴瓦西德以及米凱爾·維格勒三人各自實驗室中發(fā)現(xiàn)的膀胱癌點突變，只是一個倉促的結(jié)論，不足以服人。

懷疑主義者引用了大量的證據(jù)來說明癌癥的形成是循序漸進的復(fù)雜過程，將一個完全正常的細(xì)胞變成一個高度惡化的癌細(xì)胞，并非一激而就。此刻，一派把癌癥的形成描述成正常細(xì)胞一舉變成癌細(xì)胞的簡單過程，另一派則認(rèn)為癌癥是一連串事件的結(jié)果。20世紀(jì)80年代余下的日子里，這兩派人馬各執(zhí)一詞，莫衷一是。

流行病學(xué)家對不同人群、不同年齡段癌癥的發(fā)病率作了調(diào)查，得出的結(jié)果成為癌癥多步形成理論最有說服力的證據(jù)。70歲組人群結(jié)腸癌的發(fā)病率千倍于10歲組。其他大多數(shù)成年人癌癥的發(fā)病率也隨年齡增長急聚上升。

頃刻之間，演繹癌癥一減而就的獨幕劇，其可信度大大降低了。如果說癌癥僅僅由一個單一事件引起，那么，在人的一生中，該事件發(fā)生的概率將大體相等。人生第10個年頭上的某天和古稀之年的某天發(fā)生癌癥的概率相等。依據(jù)這種等風(fēng)險數(shù)學(xué)方法，我們可以清楚地預(yù)計：作為年齡的變量，在他或她的一生中的某一時刻，個人患上癌癥的風(fēng)險將是一條上升的直線。20歲的人累積的風(fēng)險2倍于10歲的小孩，70歲的人風(fēng)險則高達(dá)7倍。

上述直線同流行病學(xué)家報道的隨年齡而急速上升的曲線沒有絲毫相似之處。生命早期，癌癥風(fēng)險的線條幾近水平?？墒?，隨被調(diào)查人群年齡的增長，腫瘤發(fā)病率的線條急通向上，呈現(xiàn)出空前陡峭的斜線。

這般急聚上升的曲線描述著相當(dāng)復(fù)雜的進程。它顯示，大量的前因次第發(fā)生，才有后果即診斷明確的腫瘤顯現(xiàn)。大多數(shù)癌癥的形成似乎需要四到六個這種前因事件。單個事件發(fā)生的概率本身已很低，似乎需要很多年時間。只有當(dāng)過程中的所有步驟都已經(jīng)完成，才會累積成醫(yī)學(xué)上可察知的癌變。

所有這些事件（姑且不論是何種事件）在短期內(nèi)，統(tǒng)統(tǒng)發(fā)生在一個年輕人身上的慨率是微乎其微的。這就說明了為什么大多數(shù)癌癥實際上不會發(fā)生在兒童身上。但是隨著人體的衰老，此概率迅速上升，一切必要事件——一隨機事件——將會匯合在人體內(nèi)部的某個細(xì)胞中。此時，生成癌癥的所有要件都已經(jīng)具備了。

癌癥發(fā)育的遷延進程有助于解釋很多有關(guān)成年人癌癥的鮮明的觀察結(jié)果。其中最為著名的例子是有關(guān)肺癌的。20世紀(jì)初期，該病在婦女中幾乎未見發(fā)現(xiàn)，直到本世紀(jì)中葉，女性發(fā)病仍屬罕見。二戰(zhàn)以后，大批美國婦女開始抽煙，其中有許多人是大戰(zhàn)期間在工廠做工時養(yǎng)成這一嗜好的。四分之一個世紀(jì)后，這些女性大量死于肺癌。肺部腫瘤的形成從頭至尾需要幾十年的時間。

那些在二戰(zhàn)及此后10年中曾在海軍造船所短期工作的人的遭際，更令人震驚。軍艦的艦身用石棉作為隔離成分，他們中的許多人大量接觸石棉。這些人大多數(shù)又是吞云吐霧的痛君子。20年、30年乃至40年后，他們開始死于一種襲擊兩肺外壁的罕見癌癥——間皮質(zhì)瘤。這種癌癥幾乎無一例外地和石棉接觸直接相關(guān)。作為肺癌和吸煙相關(guān)性的病例，本例中初始接觸和出現(xiàn)危及性命的腫瘤之間，相隔幾十年時光。

流行病學(xué)家的這些觀察結(jié)果令“癌癥形成多步遷延說‘很有說服力。這一觀點之所以吸引人，因為它意味著正常人體為阻止癌癥的發(fā)育設(shè)置了許多障礙。只有當(dāng)這些路障一個接一個地被逾越，腫瘤才會露出猙獰面目。

可是， 1982年的發(fā)現(xiàn)說明，諸如ras癌基因點突變這樣的單個重大事件就能造就一個高度癌變的細(xì)胞，直接擴張形成一個發(fā)育完善的腫瘤。癌癥形成多步說與之很難調(diào)和。那些贊同癌癥流行病學(xué)的人以“癌基因一蹴而就說”幼稚天真、頭腦簡單為由不予采信。

因此，癌癥形成的兩大理論形成了，彼此有著尖銳的矛盾。癌癥流行病學(xué)主張的學(xué)說同細(xì)胞和組織內(nèi)部的分子研究相去甚遠(yuǎn)，癌基因突變一蹴而就說的信徒由此得到一點慰藉。正常細(xì)胞真的需要經(jīng)歷多個步驟才能變成癌細(xì)胞嗎？又或者流行病學(xué)推崇的只是另一個干巴巴的數(shù)學(xué)抽象，跟真正的人類細(xì)胞生物學(xué)毫不相干？細(xì)胞游戲研究基因和細(xì)胞的學(xué)者對流行病學(xué)很有興趣，但是認(rèn)為它不足為憑。他們不是單單靠注入癌基因就成功地把正常細(xì)胞變成癌細(xì)胞了嗎？通過一種化學(xué)誘變物，一個癌基因一揮而就。因此，單一的一個步驟無疑已足以造就一個惡性癌細(xì)胞。

然而，美玉有暇。一些實驗人員回首往事，重新檢驗?zāi)莻€實驗——即通過基因移植注入癌基因，以一個簡單事件把正常細(xì)胞變成癌細(xì)胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)研究人員在這些實驗中似乎都忽視了一個細(xì)節(jié)問題。這個細(xì)節(jié)關(guān)乎細(xì)胞——此處指小鼠結(jié)締組織細(xì)胞——即在用以在人類DNA中尋找癌基因的基因移植實驗中， 被用來接受基因的那個細(xì)胞。這些小鼠細(xì)胞無疑能夠一步轉(zhuǎn)型為腫瘤細(xì)胞，但是在基因移植實驗開始的剎那，這些細(xì)胞果真正常嗎？抑或它們已經(jīng)開始了部分癌變之旅？

事實上，這一疑問確有獨到之處。用于基因移植實驗的小鼠細(xì)胞有點非比尋常。這些細(xì)胞在此之前很多年，就已經(jīng)被采出小鼠胚胎，被調(diào)理成適應(yīng)生長在實驗室的培養(yǎng)皿中。這種調(diào)整使它們能夠無限繁殖。當(dāng)小鼠細(xì)胞充斥在培養(yǎng)皿底部時，研究人員就把一些細(xì)胞移往另一個空的培養(yǎng)皿中，使之重新開始生長周期，這個過程可以無限重復(fù)、 周而復(fù)始。在把人類膀胱癌基因注入細(xì)胞之前，這些用來在腫瘤DNA中甄別癌基因的細(xì)胞已經(jīng)從一個培養(yǎng)皿到另一個培養(yǎng)皿延遞了10年以上。

細(xì)胞生物學(xué)家稱那些能夠在實驗室中無限繁殖的細(xì)胞為“不死化的”。此言意指細(xì)胞不死并非常態(tài)。大多數(shù)完全正常的細(xì)胞，被從小鼠胚胎中采出放置在培養(yǎng)皿中后，它們裂變的回合是有限的，此后即會停止生長。培養(yǎng)皿中的小鼠細(xì)胞群通常在分裂了30或40代以后停止繁殖，這樣的細(xì)胞群因此是“必死的”。

極為偶然的情況下，一個必死的細(xì)胞群會萌生出擁有無限生長能力的變體細(xì)胞亞群。這些細(xì)胞成為不死的。奇怪的是，實際上各種癌細(xì)胞似乎也是不死的。當(dāng)從腫瘤中抽取癌細(xì)胞并放置在培養(yǎng)皿中后，癌細(xì)胞能無限分裂。這個觀察結(jié)果說明，細(xì)胞不死在腫瘤發(fā)育中是常規(guī)現(xiàn)象，也許更是該過程中一個必不可少的部分。

這就在那些重新檢驗基因移植實驗的科學(xué)家中間敲響了警鐘。他們的結(jié)論是：那些被設(shè)計來衡量癌基因誘發(fā)癌癥能力的初始實驗，從一開始就存在著缺陷，因為他們是用已經(jīng)不死化了的小鼠細(xì)胞操作的。這些小鼠細(xì)胞在接受癌基因之前很久，已經(jīng)經(jīng)歷了明顯的癌前改變。也許它們本來已經(jīng)身處峭壁懸崖的邊緣，而癌基因的注入只是推了它們一把，讓它們墜入癌變深淵，萬劫不復(fù)。

1983年，這一觀點經(jīng)受了嚴(yán)峻考驗。癌基因被注入了真正正常的細(xì)胞——幾天前還生長在大鼠胚胎之中的大鼠細(xì)胞。這些細(xì)胞沒有在培養(yǎng)皿培養(yǎng)過程中長期滯留非正常發(fā)展的機會。它們是盡可能接近正常的，當(dāng)然，它們是必死的。

懷疑被證實了。 單單注入癌基因，即便是強有力的ras膀胱癌基因也不能使完全正常的細(xì)胞變成癌細(xì)胞。換言之，和不死細(xì)胞不同，必死細(xì)胞對于注入的癌基因反應(yīng)冷淡。在能夠被癌基因推下懸崖之前，它們需要有某些特殊際遇。在癌變之前得給它們裝上火藥，也許是使它們不死化。此后，它們才能響應(yīng)癌基因，變成癌細(xì)胞。

這一結(jié)論意味著，在將一個完全正常的細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€如假包換的癌細(xì)胞，至少需要經(jīng)過兩個不同變化：正常細(xì)胞變成不死細(xì)胞和不死細(xì)胞變成癌細(xì)胞。因此癌癥是細(xì)胞經(jīng)歷至少兩次、也許更多次轉(zhuǎn)變的一個系列化進程。

此后，人們才發(fā)現(xiàn)這些步驟中的第一步——不死化——可以模擬，或者至少可以由某些它種癌基因如my 或EIA促成。這一相關(guān)性導(dǎo)出另一個主意：也許把兩種不同癌基因注入一個正常細(xì)胞，能夠完成將它變成癌細(xì)胞的全部變化。兩者在制造癌細(xì)胞所需的兩大變化中也許能各展所長。

因此，我和厄爾·魯萊（Earl Ruley）各自實驗室的研究人員動手把成對的癌基因同時注入大鼠胚胎細(xì)胞。到這時候，他們才觀察到大鼠胚胎細(xì)胞的癌變。當(dāng)把兩個分別帶有mp c? 癌基因和ras癌基因的DNA無性繁殖系同時注入完全正常的大鼠胚胎細(xì)胞后，這些細(xì)胞以變成癌細(xì)胞作出了回應(yīng)！而單獨應(yīng)用這兩種癌基因中的任何一種都不能產(chǎn)生這個結(jié)果。

對癌細(xì)胞起源的思考，現(xiàn)在可以歸結(jié)到某些癌基因的特性上來。則由c和ras癌基因，彼此都是孤掌難鳴，可是它們能同惡相濟創(chuàng)造癌癥。這種聯(lián)合意味著每一種癌基因在改變細(xì)胞時都是特立獨行的。

癌癥多步起源說現(xiàn)在變得言之鑿鑿了。也許，造就一個癌細(xì)胞的每一步都是一次罕見的突變，它影響著細(xì)胞基因組中這個或那個原癌基因。只有當(dāng)累積了兩個或更多的這種突變時，細(xì)胞生長才會完全失控。

不久，在其他癌基因?qū)χ?，也發(fā)現(xiàn)了周yc和規(guī)的合作模式。這些成果給人的總體印象是兩次基因突變已足以產(chǎn)生大多數(shù)種類的癌細(xì)胞。但是，這個數(shù)字還是一個誤解，一個將事情簡單化的空想。根據(jù)20世紀(jì)80年代的科研成果，已知人類的腫瘤細(xì)胞攜帶著遠(yuǎn)多于兩個、也許多達(dá)六個突變基因。對腫瘤細(xì)胞基因組進行仔細(xì)的分子分析，得出了這個數(shù)字，它和流行病學(xué)家自上年紀(jì)人群癌癥發(fā)病率的陡峭曲線中推出的步驟數(shù)，似乎更為貼近。

現(xiàn)在，癌癥形成的理論可以重新表述為：導(dǎo)致人類腫瘤的稀有事件序列，由一系列的突變組成，它們漸進改變一個細(xì)胞的遺傳面貌，將它一步步地推向失控生長。