第八章肿瘤病毒

第八章肿瘤病毒所谓的肿瘤病毒，是指能够引起肿瘤的病毒，称为肿瘤病毒。主要存在于动物病毒中，就目前所知道的，动物病毒大约600多种，在这已知的600多种病毒中，大约有150种动物病毒是肿瘤病毒，其中50种左右是DNA病毒，100种左右是RNA病毒，根据研究表明，人类的某些肿瘤很有可能是由某些肿瘤病毒所引起的。那么与病毒有关的人肿瘤主要包括鼻咽癌、Burkitt淋巴癌、肝癌、宫颈癌和白血病等，这几种肿瘤死亡数构成全部肿瘤死亡数的25％。在我国南方一些地方可占到全部肿瘤的50～60％，在动物中，至少有30种肿瘤可能是病毒引起的，有些病毒有高度的致病种属特异性。也就是说，一种病毒只能引起一种类型的肿瘤，而有些病毒又有广泛的适应性，比如多瘤病毒(DNA肿瘤病毒)，可以引起新生小鼠23种不同部位的肿瘤，这种病毒不仅能引起新生小鼠的不同部位的肿瘤，而且对地鼠、大鼠、家兔、豚鼠、白鼬和多乳房小鼠也是非常敏感的。劳氏肉瘤病毒(RNA肿瘤病毒)不仅能诱发禽类动物肿瘤，还能使哺乳动物，比如小鼠、豚鼠、兔、幼猴等产生肿瘤。其中恶性肿瘤是一种恶性变细胞增生性疾病，它严重威胁着人类和动物的生命。一个人如果是被发现患了癌症，在很大程度上就等于宣判了死刑，因现在还没有很有效的医疗手段来治疗和控制肿瘤的扩散，真有点谈癌色变。某些病毒能诱发肿瘤，这个早在本世纪初就已经知道了，但当时到后来的一段时间对病毒能引起肿瘤这个问题并没有足够的重视。到了70年代，由于肿瘤病毒的研究获得了蓬勃发展以后，才引起了人们的重视。现在这方面的研究发展相当快，但仍跟不上，还需你们去研究、去发现，这个一旦攻破，癌症的治疗也就没有问题了。第一节肿瘤的病因一、肿瘤的病因1、环境因素由于从本世纪以来，患肿瘤的人越来越多，从而引起了人们的高度重视，通过流行病学调查，发现肿瘤的发生与环境因素有很大的关系，特别是某些特殊的生活习惯、工业污染乃至人类种族的差异与某种肿瘤的高发率有关。这些因素中，又以工业污染物列为榜首，比如说福建、广东一带，人的鼻咽癌发病率高，其中主要的因素为工业污染物所致，与地区性和生活习惯也有很大的关系，比如说河南的林县，这一带患食道癌的人特别多。2、遗传病因大家都知道，细胞是从细胞分裂而来的，癌组织是由癌细胞增殖的结果，第一个癌细胞是从正常细胞变化而来的，实际上是一个正常细胞发生突变后，而转变成为癌细胞的。那么细胞一旦变成了癌细胞，这个细胞就与其他正常细胞一样，具有稳定的遗传特性。这种遗传特性能稳定地世世代代相传下去，癌细胞越传越多，到一定的时候，就整个机体组织都转变为癌组织。正常细胞就被癌细胞所代替，整个癌变过程是不可逆的，也就是说癌细胞不能转变为正常细胞。正常细胞——癌细胞一一癌组织。关于正常细胞转变为癌细胞的突变学说，是在1914年Broveri提出来的，他认为突变是处于运动状态中的基因的一种属性。这个学说只通过突变来认识各种基因的存在，但不能说明基因的作用过程，因此这个突变学说只能说明癌与基因有关，不能说明癌变过程。当然，Boveri的理论经过了几十年，虽然无法设计一个什么实验来直接证明，但在一些方面也积累了很多遗传学数据。比如①、染色体畸变与癌变符合，现在已发现绝大部分的诱变剂也是致癌剂。现在发现，至少有90～95％的致癌物也是致突变物。②、染色体的丢失或不平衡可并发癌变，这是已得到了证实了的。③、新的遗传信息整合到细胞的基因组中可以引起细胞癌变，这种新引入的遗传信息就是病毒的核酸。以上三个是已经得到的数据。3、病毒病因这是1733年Peyyilhe提出来的，即病毒可以导致癌症的可能性。这个假说在以后的200多年里，已经得到了证实。比如说，1908年Ellerman发现用细胞的提取物可以对鸟类白血病进行传代1911年Rous证明了鸡的肉瘤可以通过鸡血液的无细胞滤液而传递等。又比如Shope分离出来乳头状瘤病毒，Bittner发现了鼠乳腺癌等，当然证据是相当多的，某些病毒能诱发肿瘤，这也是无可非议的了。也就是说，肿瘤病毒不管是哪一类，都可能在实验动物中引起肿瘤，又是确定无疑的了。当然病毒能否引起人的肿瘤，这个正在研究，但已得到了不少的证据，病毒能引起人类的肿瘤。二、肿瘤病毒的生物学性质㈠、肿瘤病毒在体内能诱发肿瘤，病毒诱发肿瘤与许多因素有关①、有的肿瘤病毒可在同一种动物体内引起多种肿瘤。②、有的病毒可使多种动物发生肿瘤。㈡、肿瘤病毒在体外能诱发正常细胞恶性转化，病毒的完整核酸或部分核酸均可使细胞转化，细胞一旦转化后，就具有新的可稳定遗传的遗传性。㈢、肿瘤病毒在肿瘤细胞中存在的形式多样化。比如①、完整的病毒粒子存在，但是一种呈缺损状态的病毒，它不能合成病毒衣壳，需要其他辅助病毒提供衣壳。②、以病毒的完整核酸，与宿主染色体存在。③、以部分核酸与宿主染色体整合的形式存在。㈣、肿瘤病毒诱发的肿瘤，具有由肿瘤病毒基因决定的肿瘤特异性抗原。比如TSTA和T抗原，而化学物质诱发的肿瘤则无与之对应的抗原。与人类癌症有关的病毒的共同特征，(如EBVII、疱疹病毒、乙肝病毒等)①、感染范围广，即为世界性感染，无处不有。②、感染通常是轻微的或不明显的。③、临床疾病的发病率及严重程度随原发感染时年龄增大而增加。④、病毒倾向于持续存在。⑤、肿瘤发生，常常需外源性协同因素合遗传易感性。第二节DNA肿瘤病毒以DNA为遗传物质的肿瘤病毒称为DNA肿瘤病毒，DNA肿瘤病毒可分为不同的组，一组之内的病毒，彼此之间在性质方面有些不同，但都有重要的共同点。比如病毒的结构和引起细胞的变化，这些特征基本上都是相同的。一、DNA肿瘤病毒的种类已知的DNA肿瘤病毒有50多种，归纳起来包括一下几类。1、乳多空病毒科在这个科中，包括：①、乳头瘤病毒属：如人的乳头瘤病毒、兔乳头瘤病毒和其他动物乳头瘤病毒。②、多瘤病毒属：如鼠多瘤病毒、猴空泡SV40(即SV40)。2、腺病毒科在这个病毒科中，包括人腺病毒(人腺病毒又根据血清学反应可分为ABCD四个亚组)，猴腺病毒、鸟腺病毒、牛腺病毒等。3、疱疹病毒科在这个科中包括：人疱疹病毒(1型和II型)、猴疱疹病毒、兔疱疹病毒、鸟类疱疹病毒、蛙疱疹病毒、鼠疱疹病毒。4、痘病毒科在这个科中，包括：人的传染性软疣病毒，YaBa病毒(猴)、兔、松鼠、鹿的纤维粘液瘤病毒等。5、嗜肝病毒科其中包括人的乙肝病毒、土拨鼠肝炎病毒、北京鸭肝炎病毒、地松鼠肝炎病毒等。刚才讲的五组肿瘤病毒都能诱导动物产生肿瘤，多型瘤病毒、SV40能转化多种细胞诱导出多种肿瘤。在形态上除痘病毒为砖形复杂结构外，其余的都是球形的20面体对称，疱疹病毒有囊膜，痘病毒最大、多瘤病毒最小，所有DNA肿瘤病毒都含有双股DNA病毒基因组。二、DNA肿瘤病毒感染细胞的特点DNA肿瘤病毒感染细胞后，可使细胞发生两种可能的结果，一是生产性或增殖性感染(也称为溶解性感染)，这种感染的结果是引起细胞死亡，并裂解释放出的子代病毒粒子。二是非生产性或非增殖性感染(也称为流产感染)，这种感染的结果是引起细胞转化，但无病毒增殖，DNA肿瘤病毒感染细胞引起了两种可能结果可用图来表示。在增殖性感染中，由于病毒增殖而导致细胞裂解(死亡)，这在RNA肿瘤病允许细胞DNA肿瘤病毒非允许细胞增殖性感染非增殖性感染细胞病变细胞转化病毒增殖无病毒增殖细胞裂解细胞恶性变释放病毒粒子形成肿瘤细胞毒和DNA肿瘤病毒中有很大区别。DNA肿瘤病毒增殖对细胞一般死亡，而RNA肿瘤病毒可以在细胞膜上芽生出病毒来的而不致使细胞裂解。在非增殖感染细胞中，DNA肿瘤病毒所引起的细胞转化一般不继续产生成病毒粒子，这一点也跟大多数的RNA肿瘤病毒不同。允许细胞对病毒的增殖是允许的，允许细胞一般是来自于病毒原宿主的稳定的细胞。比如猴肾细胞对于SV40是允许细胞，这种细胞对SV40具有高度敏感性，可让SV40进行典型的周期增殖。允许细胞无论是原代细胞还是传代细胞，都是能允许病毒的增殖。反过来，非允许细胞对病毒的增殖是不允许的，非允许细胞是来源于病毒非原宿主细胞，而对病毒是不能适应的细胞，那么病毒在这种细胞中的增殖就受到了抑制。比如猴和人之外的其他动物细胞对SV40都是非允许细胞，这些细胞缺乏SV40增殖的必须条件。使得SV40不能在除了人和猴以外的细胞中增殖，当然，对于某些病毒来说，也有半允许细胞，在半允许群体中，只有一部分被感染的细胞有病毒增殖。比如地鼠细胞对于多瘤病毒就是一种半允许细胞，地鼠细胞对于SV40也是半允许细胞。这里，必须给大家指出，有的允许细胞也可发生转化，而病毒增殖与细胞转化是互相排斥的，即如果有病毒增殖，细胞就不能被转化，反过来，如果细胞转化，就不能有病毒增殖。允许细胞被转化的原因是细胞发生了突变或DNA损伤使病毒增殖受到阻抑。下面主要以乳多空病毒和SV40病毒为例子说明DNA肿瘤病毒增殖特点和致癌机理。三、多瘤病毒和SV40病毒的增殖性感染1、多瘤病毒和SV40形态结构病毒颗粒直径为40～55μm，呈二十面体对称，中心为DNA核，其表面与蛋白质衣壳结合，有72个子粒，没有囊膜，两种病毒都具有6种多肽，病毒总量的70～80％为衣壳蛋白，多瘤病毒的衣壳蛋白分子量为50000～64000d，SV40均为45000d。两种病毒的DNA分子均为双股环状，分子量约为2．5~5*106d，核酸占病毒总分子量的12％。从成熟的病毒粒子中分离出的DNA有感染性，并能引起人类细胞转化，DNA分子约有5000个碱基对组成，PYDNA与GC对为48～49％，SV40则只占41％。2、多瘤病毒和SV40在增殖性感染中细胞的抗原性根据研究表明，在被感染的允许细胞中，含有V、T两种抗原。V抗原是由病毒基因编码的存在于细胞核内的病毒特异性抗原，T抗原为病毒特异性抗原，T抗原的合成与病毒的DNA复制无关。在核内，除了T抗原外，还有一类u抗原，这种抗原与T抗原的区别在于u抗原有较大的耐温性，并且和T抗原血清不发生交叉反应。在核膜上，还存在有两种抗原，即肿瘤特异性移植抗原(TSTA)和肿瘤特异性抗原(TSSA)。3、增殖性感染中病毒基因与细胞基因的整合根据研究表明，病毒基因与细胞基因在增殖性感染中也有整合的现象出现。现在认为病毒基因与细胞基因在转化细胞中的结合是病毒基因以共价键整合于细胞基因的。四、多瘤病毒和SV40的非增殖性感染(细胞转化)这两种病毒的非增殖性感染，在感染初期与增殖性感染相似，仍然是先吸附、侵入、脱壳，在细胞核中出现T抗原，有关DNA合成的酶活性有所增加，但DNA不复制，不能进行病毒衣壳蛋白合成，因而不产生子代病毒粒子，非增殖感染的结果是引起细胞转化。细胞发生转化后，表现出两种情况，一是细胞被转化后，表现出某些特性，如病毒特异性抗原及细胞形态变化等，被转化细胞一直保持这些特性，并能传给子代细胞，这种细胞转化叫做稳定转化。在细胞被感染后，至少必须分裂一次后，才能达到稳定转化，而且病毒基因作用是转化细胞的必要条件。另一种情况细胞被转化后，分裂几次，这几次分裂的细胞能保持转化细胞的特性，可是传代了3～4次后，转化的特性就消失了，大多数转化细胞恢复了正常细胞原来的特性，这种转化叫做流产转化。但是某些细胞在恢复到正常细胞表型之后，在以后的很多代都带有病毒DNA分子。1、由病毒转化的恶性变细胞的特征细胞转化是细胞获得了可以遗传的新的特性，失去了对正常生长的控制。恶性变细胞(或称转化细胞)有一下特征。①、生长方式a、在体外：由于接触性抑制的丧失，在单层细胞中呈无定向的杂乱生长(即形成了不定向的三度空间细胞集结)。b、可以无限期地连续传代。c、具有在半固体琼脂培养基中或甲基纤维素悬液中生长的能力。d、对血清要求低，常可在无血清的营养液内生长。e、单个细胞形成细胞集落的能力明显提高。即从单个细胞培养成纯系细胞。f、生长迅速。g、增加了继续传代的可能。h、增加了对引起转化的病毒再感染的抵抗力。②、细胞表面结构改变a、易被植物血凝素凝集。b、糖蛋白和糖脂的成分发生改变，酸性粘多糖增多。c、产生较多的有机酸。d、出现特异性的移植抗原。e、经常出现胎儿抗原。f、细胞间的紧密结合状态减弱或消失。g、细胞形