肿瘤发生机制研究进展

肿瘤发生机制研究进展——体细胞突变学说回顾与挑战一.问题提出：“体细胞突变理论”:癌是体细胞突变积累的结果。Citatedfrom:Cell2002.细胞癌变的复杂过程在这一理论指导下:美国：2000亿，30年；我国：5年生存率∠25%；人类常见的癌变如肺癌、乳腺癌、结肠癌和前列腺癌转移患者的治愈率仍然定留在数十年前的水平。提示该领域的一些假说和研究方向可能存在问题。根据近几年肿瘤表遗传学和干细胞的研究进展，至少有3个方面问题值得反思：1.癌细胞的起源：以前认为癌细胞都来源于体细胞突变。目前许多研究证实，这种观点是错的，至少不是每种肿瘤或每一个肿瘤都是体细胞突变导致的，很可能仅仅是干细(stemcells)）或早期祖细胞（造血祖细胞：造血干细胞在一定的微环境和某些因素的调节下，增殖分化为各类血细胞的祖细胞，称造血祖细胞（hemopoieticprogenitor），它也是一种相当原始的具有增殖能力的细胞）。这些细胞本身就有很强的增值能力和分化能力，且其代谢旺盛，很容易受致癌物作用而出现表型的改变。2.癌细胞的增殖与转移：以前人们认为细胞癌变后就有很强的增殖能力和转移能力。现在证明，至少不是每个癌细胞，很可能仅有癌变的干细胞才有增殖和转移的能力。3.癌变机制：以前的癌变机制只对了一半，不仅有细胞突变，且有表遗传学的改表。这些有关肿瘤发生机制的理论方面的新发现，必将为肿瘤发病、早期预防和治疗的研究带来新的突破。二.癌变过程中体细胞突变学说的回顾1.体细胞突变学说的诞生及其历史作用：肿瘤体细胞突变学说核心：肿瘤是从单个细胞、经突变积累的多阶段过程而行成；每一个癌细胞均有形成癌的能力。这一理论在一段时间内得到普遍接受。其主要依据：⑴实验证明单克隆学说的存在；⑵原癌基因的活化和肿瘤抑癌基因的灭活及其导致的正常细胞周期和凋亡的失控。100多种癌基因及30多种抑癌基因发现；⑶家族或遗传性癌症综合征多为肿瘤抑制基因种系突变所引起；⑷在一定环境条件下个体肿瘤易感性，是由个体基因型的多态性所决定；⑸大部分致癌剂是诱变剂，并发现致癌剂与DNA分子结合形成加合物。（上述肿瘤分子遗传学的研究促进了整个分子生物学的发展；在一定程度上也促成了人类基因组计划及后续计划的提出和实施）由此看来，体细胞突变理论对现代分子生物学和肿瘤学的发展作出过重要贡献。2.不支持体细胞突变学说的研究发现随着肿瘤发生的分子水平的研究进展，人们也发现了大量有悖于体细胞突变学说的实验结果，并由此对现行的体细胞突变学说提出质疑，这些发现主要有以下几个方面：⑴化学致癌物的致癌作用与致突变作用相符性不一致。相符性为90％～50％。其中包括象强致癌物TCDD（四氯二苯二恶因）不能确证其诱变性。提示：非遗传毒性致癌剂及其不同与体细胞突变学说的致癌机制的存在。已证实这种现象可能是通过表遗传学、间隙连接细胞通讯（GJIC）等机制产生作用的结果；⑵任何材料的光滑薄片植入小鼠皮下可诱发肉瘤，若薄片的表面适当地粗糙，就不会有肿瘤的形成。显然这一发现很难用突变理论解释。有作者认为这是由于组织结构紊乱，或是创伤、炎症引起表遗传学改变的结果；⑶应用大鼠乳腺组织重组模型和化学诱变剂处理的研究表明，乳腺上皮组织细胞的恶性转化仅发生在体内用亚硝基甲基脲（NMU）处理的间质，而与上皮细胞本身是否受处理无关，可见间质是原始的靶点，异常的间质与上皮细胞的相互作用是转化的关键；⑷癌症的自然消退在临床上早已有确证的事实。此现象在小儿ⅣS期的神经母细胞瘤较为常见。在少数病例经病理研究证实，是神经母细胞自发成熟而出现消退。肿瘤通过分化逆转为正常表型很难用突变理论来解释。（5）小鼠恶性畸胎瘤的单个癌细胞被注射进胚泡，以发育形成嵌合小鼠，在该小鼠中观察到癌细胞参与许多正常组织的分化，包括参与生殖系发育形成有生殖功能的精子，并生出明显正常的第二代。因此，认为细胞的恶性转化至少部分是通过组织紊乱导致的基因表达异常，而不是基因结构的改变。三.体细胞突变学说面临的挑战随着不符合体细胞突变学说研究结果的增加，近年来有许多学者提出了不同的癌变机制，主要有以下几种：1.癌干细胞学说癌干细胞学说是近几年来的研究热点，随着白血病、乳腺癌和脑肿瘤等干细胞的纯化鉴定，日益增多的研究者开始接受这一学说。1.1.干细胞干细胞是具有自我更新和多向分化潜能的细胞群。胚胎干细胞：可无限制地增殖并能分化形成胚胎组织细胞；成体干细胞：位于特定组织微环境（niche微生态龛）。可增生、分化成为所在器官的一种以上类型的成熟细胞，更新修复衰老或损伤的组织。干细胞通过对称分裂产生两个相同的干细胞（自我更新），在必要时扩大干细胞库；通过不对称分裂产生一个干细胞或一个祖细胞。祖细胞经有限增殖（失去自我更新能力）最终分化成为成熟细胞，在组织中分化和分化中的细胞占绝大多数。1.2癌的干细胞学说癌干细胞学说包括两个重要方面：（1）癌干细胞起源于具有自我更新能力的一小群组织细胞。该群细胞通过遗传学和表遗传学改变获得了致癌性；此外，增殖的祖细胞（progenitor）也可获得自我更新和致癌性而成为癌干细胞。在该过程中自我更新调节过程的失控，导致干细胞的扩增，是癌变的关键事件。（2）只有少量的癌干细胞有自我更新能力，参与肿瘤维持和转移。其余大多癌细胞没有这一能力，并通过不同的机制而丢失。与组织干细胞一样，癌干细胞除可以通过对称分裂和不对称分裂，扩增和维持癌干细胞库、产生不同分化程度的癌细胞（异质性）外，还可以通过对称分裂产生两个祖细胞（分化为正常的成熟细胞）。这可导致癌干细胞的耗尽，促进这类分裂可望成为新的肿瘤治疗策略。1.3在肿瘤治疗方面体细胞突变学说与癌干细胞学说的比较建立在体细胞突变学说基础上的大量杀伤癌细胞治疗理念，没有明显地提高肿瘤的疗效。肿瘤干细胞学说认为，该问题的出现首先是肿瘤药物筛选时的靶点存在问题所致。在动物模型及肿瘤治疗中很可能杀灭的是相对快周期的、不同分化程度的癌细胞，而癌干细胞仍存活，并导致肿瘤的复发与转移。癌干细胞有很强的抗凋亡能力。多数癌干细胞处于G0期，对周期特异性药物不敏感；干细胞还可以通过提高转运蛋白、p-糖蛋白和抗凋亡蛋白Bcl-2的表达等，从而增加癌干细胞的抗凋亡能力。生存的癌干细胞成为复发和转移的“种子”。以往肿瘤疗效差的根本原因是靶细胞错了。今后应开发癌干细胞特异性的靶向治疗，目前已取得进展。癌体细胞突变学说与癌干细胞学说的比较癌体细胞突变学说癌干细胞学说癌变的靶细胞癌变的关键机制癌的维持与转移癌异质性癌的治疗策略所有体细胞细胞增生、凋亡的失控所有癌细胞癌细胞基因组的异质性杀灭所有癌细胞少量的干细胞或祖细胞干细胞自我更新能力的失控很少量的癌干细胞癌干细胞和不同分化程度癌细胞特异性的杀灭癌干细胞2.癌变的表遗传学学说近年研究发现，癌变机制不仅有基因突变和染色体畸变，且有表遗传学改变。表遗传学改变是没有DNA序列变化的可遗传的表达改变，其分子机制有DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质构行的改变等。表遗传学改变同样可以引起癌基因的活化和肿瘤抑制基因的灭活。最近人们又提出了肿瘤发生表遗传学祖细胞起源的理论，认为癌变最早期阶段不是体细胞基因突变引发的起始，而是干细胞/祖细胞的表遗传学改变所致。随着研究的迅速进展，癌变的表遗传学机制得到广泛的承认，并认为癌症是遗传学和表遗传学疾病。肿瘤表遗传学研究不仅为癌变机制，而且为肿瘤风险评价、早期诊断、检测、预后和新药开发等展现了全新的领域。3.细胞间隙连接细胞间通讯学说•Trosko等认为间隙连接细胞间通讯（gapjunctionintercellularcommunicationGJIC）调节细胞生长、分化和凋亡；•GJIC参与肿瘤发生的各个阶段，其中在促使阶段对起始细胞的克隆扩增的抑制而成为癌变的限速因素。促始剂作用的重要机制之一就是抑制GJIC；实验证实在人乳腺癌中失去GJIC与其转移能力有关；绿茶通过抑制五氯苯酚促始剂引发的GJIC下降，从而拮抗其诱发小鼠肝癌的发生。4.组织结构场学说（tissueorganizationfieldtheory）该学说认为，仅把肿瘤作为一种具有复杂的生物学特征的分子或细胞疾病是不确切的，癌变是组织结构的问题，致癌剂最初是通过打乱器官组织中实质和间质细胞间的相互作用而实现致癌效应的。四.如何对待肿瘤形成过程中的不同学说•1.不可否定体细胞突变学说•目前，仍然有更多的资料和数据支持体细胞突变学说，我们目前没有充分理由全盘否定体细胞突变学说。现在在肿瘤研究领域体细胞突变学说仍然占优势地位。对体细胞突变学说在肿瘤研究领域的巨大贡献必须肯定。2.如何认识在肿瘤形成过程中不同学说、不同机制之间的相互作用关系细胞DNA突变学说、表遗传学学说等可能分别或共同参与肿瘤的形成过程。如二恶因可能就是通过体细胞突变以外的机制实现致癌效应的。但是更多的资料支持多种机制同时参与肿瘤发生过程中，如食管癌等（癌基因/癌基因突变、修复基因/抑癌基因甲基化同时存在等）。3.新学说的出现丰富肿瘤研究的内容并将推动肿瘤领域的研究科学发展本身孕育着传统理论的突破和新理论的诞生。新的癌变学说的提出，不过是对癌症如此复杂病理现象认识长河中的几朵浪花，但它可以使我们的思维、研究更接近真理。因此这些肿瘤发生相关的新的学说应该引起我们的关注，并以此提供新的工作假说，促进肿瘤研究的进展。