王厚斌

隨著分子生物學(xué)的興起，科學(xué)家們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了致癌基因、抑癌基因，人們逐漸了解了癌癥發(fā)生的大概輪廓，癌癥的秘密才被逐漸揭開。

基因是生命的操縱者和調(diào)控者，一切生命的存在或衰亡形式都是由基因決定的。基因是攜帶有遺傳信息的DNA序列，而DNA由—對(duì)對(duì)堿基(AT，CG)排列組成，人類擁有30億個(gè)字母組合。甚至DNA長(zhǎng)度的微小變化，都可以對(duì)一個(gè)人的健康產(chǎn)生災(zāi)難性的后果；遺傳因子的變化，可能造就一位杰出的政治家、科學(xué)家、音樂大師、體育名將。

在人類與疾病抗?fàn)幍膸浊昀铮?0世紀(jì)是一個(gè)成就輝煌的時(shí)代?？股氐陌l(fā)明和應(yīng)用，使全人類平均壽命提高10年以上，被公認(rèn)是20世紀(jì)最偉大的成就之一。細(xì)菌導(dǎo)致的感染性疾病的死亡率銳減，而癌癥的致死率正隨著全世界工業(yè)化進(jìn)程的加速而上升。癌癥靜悄悄地降臨，沒有預(yù)警，難以治愈，人們聞癌色變。

20世紀(jì)30年代，人們才發(fā)現(xiàn)某些化學(xué)物質(zhì)(煤焦油等苯吡物)或X射線可以致癌。隨著分子生物學(xué)的興起，癌癥的秘密才被逐漸揭開，而上世紀(jì)80年代才有實(shí)質(zhì)性突破。隨著致癌基因、抑癌基因陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，人們逐漸了解了癌癥發(fā)生的大概輪廓并將最終破解癌癥的秘密。通過對(duì)癌癥發(fā)生過程的了解，科學(xué)家可以找出檢查與預(yù)防癌癥的方法甚至找到有效的治療方式。

下面為大家講述一些揭開癌癥之謎的科學(xué)往事。這些往事傳達(dá)了科學(xué)家對(duì)科學(xué)探索的好奇心和渴望改變這個(gè)世界的真誠(chéng)愿望。

圣戰(zhàn)：尋找乳腺癌基因

瑪麗-克萊爾·金(Mary－Claire King)一生有三大著名成就：發(fā)現(xiàn)了乳腺癌基因(BRCA1，BRCA2)；證明人類和大猩猩在遺傳學(xué)上有99％的同源性；通過基因序列分析找到人權(quán)受害者(協(xié)助人權(quán)組織尋找到阿根廷被拐賣兒童的下落)。

金在20歲時(shí)從卡里頓學(xué)院數(shù)學(xué)專業(yè)畢業(yè)，在導(dǎo)師威爾森(分子時(shí)鐘理論的創(chuàng)始人，因證明人類起源于一個(gè)共同的非洲母親而舉世聞名)的建議下，她從數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)向遺傳學(xué)研究，并于1973年在加州大學(xué)伯克利分校獲得遺傳學(xué)和流行病學(xué)博士學(xué)位。她博士學(xué)位的工作主要是通過人類和大猩猩的蛋白質(zhì)序列比較研究，發(fā)現(xiàn)兩者有99％的同源性。這個(gè)著名結(jié)論震撼了學(xué)術(shù)界，今天已經(jīng)被寫進(jìn)教科書。

在加州大學(xué)舊金山分校完成博士后工作，她回到母校伯克利分校任遺傳學(xué)和流傳病學(xué)教授。在伯克利任教期間(1973～1990年)，通過對(duì)1579位遺傳性乳腺癌患者的基因分析，金指出人類的第17號(hào)染色體上存在乳腺癌基因(后來克隆到著名的BRCAI基因)，是所有5％～10％遺傳性乳腺癌和宮頸癌(人們以前認(rèn)為乳腺癌是一種多基因病)的元兇。金發(fā)現(xiàn)乳腺癌基因后，全世界范圍掀起尋找其他疾病基因的狂潮。

金發(fā)明的尋找BRCA1基因的方法(基因遺傳標(biāo)記)被成功用于其他疾病基因的研究，后來又如法炮制發(fā)現(xiàn)了BRCA2基因。關(guān)于精確定位和克隆BRCA1基因的圣戰(zhàn)進(jìn)行得如火如荼(金尋找BRCA1基因近20年)，同時(shí)全球最頂尖的分子生物學(xué)家都參與到尋找乳腺癌基因的競(jìng)賽中，最終由猶他大學(xué)的馬克·斯考尼可教授(MarkSkolnick)搶先成功定位BRCA1在染色體上的具體位置，從而結(jié)束了這場(chǎng)20世紀(jì)競(jìng)爭(zhēng)最激烈的尋找疾病基因的科學(xué)競(jìng)賽。

雖然金在準(zhǔn)確定位BRCA1基因的位置上落了下風(fēng)，甚至丈夫也在最艱難的時(shí)刻離開了，但她并未消沉，至今還活躍在學(xué)術(shù)界。她發(fā)現(xiàn)的BRCA1基因具有劃時(shí)代意義：一直被認(rèn)為是多基因作用的乳腺癌原來是由單個(gè)基因功能缺陷引起的，并為后來尋找疾病基因奠定了方法學(xué)基礎(chǔ)。

遺傳學(xué)主要用于單基因疾病的研究比如血友病。對(duì)于包括多種遺傳因素和環(huán)境因素引起的疾病研究，主流學(xué)術(shù)界并不認(rèn)為經(jīng)典遺傳學(xué)有用武之地。金的發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展了對(duì)人類遺傳學(xué)的認(rèn)識(shí)。

尋找基因組守護(hù)神

20世紀(jì)80年代以前，人們普遍認(rèn)為癌癥是因?yàn)槿梭w的免疫系統(tǒng)失調(diào)或者病毒引起的，但這不能解釋細(xì)胞過度生長(zhǎng)的原因(大量有害的復(fù)制引發(fā)癌癥)。約翰-霍普金斯大學(xué)的伯特·渥格斯坦教授(Berr Vogelstein)猜測(cè)癌癥發(fā)病的關(guān)鍵在于基因組DNA。他的猜測(cè)得到證實(shí)：原子彈的受害者容易罹患癌癥，而且他們的DNA序列都發(fā)生很大的變化，即輻射會(huì)破壞DNA而引發(fā)癌癥；甚至患病的女性在接受輻射治療后更容易并發(fā)癌癥。

伯特教授懷疑細(xì)胞在多個(gè)基因發(fā)生突變或功能紊亂后才轉(zhuǎn)化為失去控制的癌細(xì)胞，因?yàn)榇蟛糠职┌Y都是在中老年才發(fā)病。他和當(dāng)時(shí)的一些科學(xué)家指出視網(wǎng)膜瘤的發(fā)生可能是因?yàn)榛颊叩娜旧w上的部分DNA缺失造成的。1983年，伯特教授和合作者利用新遺傳標(biāo)記發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜瘤患者的部分染色體確實(shí)消失了。據(jù)此，伯特教授認(rèn)為消失的那部分染色體可以抑制細(xì)胞發(fā)生癌變。

20世紀(jì)80年代的美國(guó)正面臨結(jié)腸癌高發(fā)的衛(wèi)生問題，伯特教授和博士后埃里克·費(fèi)榮(EricFearon)發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌患者第17對(duì)染色體(人類共23對(duì)染色體)上的遺傳標(biāo)記消失了。而早在1979年，普林斯頓大學(xué)的阿諾·列文(ArnoldLevine)和大衛(wèi)·藍(lán)恩(DavidLane)在研究動(dòng)物病毒是否在小鼠體內(nèi)引起癌癥時(shí)，無意間發(fā)現(xiàn)了p53蛋白可能在癌癥發(fā)生過程中起某種主要作用。而p53正好位于引起癌癥的遺傳標(biāo)記區(qū)域中間，伯特教授和學(xué)生們驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，p53突變會(huì)極大地促進(jìn)癌癥的發(fā)生。

后來大量的研究發(fā)現(xiàn)，突變的p53和50余種癌癥密切相關(guān)，該基因正常時(shí)，則抑制癌癥的發(fā)生。鑒于p53具有重大的生命意義，作為p53的首次發(fā)現(xiàn)者，阿諾·列文正式Np53命名為“基因組守護(hù)神”。

尋找基因組校對(duì)員

生命的宏觀表現(xiàn)為生命的誕生、成長(zhǎng)、衰老和死亡，生命的微觀本質(zhì)則是DNA復(fù)制。通過DNA復(fù)制來維持遺傳信息的傳遞和生命自身單個(gè)細(xì)胞的更新?lián)Q代。每天都有很多細(xì)胞悄悄地衰老、死去，又有很多細(xì)胞誕生，這個(gè)過程在生命過程中此消彼長(zhǎng)。而遺傳信息的復(fù)制，不可避免要面對(duì)很多不利的環(huán)境，會(huì)產(chǎn)生很多錯(cuò)誤的DNA信息。錯(cuò)誤的信息必須被及時(shí)清除，否則會(huì)產(chǎn)生功能缺陷的基因(發(fā)生突變)，造成基因組不穩(wěn)定，間接引起癌癥。

科學(xué)家很早就懷疑，人類基因組DNA中存在某種校對(duì)員，負(fù)責(zé)校對(duì)龐大的DNA復(fù)制工作，使得細(xì)胞分裂時(shí)遺傳信息被精確地復(fù)制出來。但無法確定這種校對(duì)員是否存在，這種校對(duì)員的任務(wù)是如何執(zhí)行的也毫無線索。

DNA的校對(duì)系統(tǒng)(錯(cuò)配修復(fù))最初是由研究細(xì)菌DNA復(fù)制的微生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)的，理查·科洛勒(Richard D.Kolodner)在加州大學(xué)歐文分校研究生學(xué)習(xí)階段進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，后來在哈佛大學(xué)做博士后期間繼續(xù)從事相關(guān)研究。理查于1989年在酵母里發(fā)現(xiàn)了基因組校對(duì)員(一種錯(cuò)配修復(fù)基因)，他的發(fā)現(xiàn)受到科學(xué)界的好評(píng)。在分子生物學(xué)剛剛起步階段，有如此發(fā)現(xiàn)，對(duì)一個(gè)年輕人而言，難度可想而知。

理查在1993年前后從小鼠里分離到類似細(xì)菌的基因組校對(duì)員(即同源基因)，表明可能所有的哺乳動(dòng)物都存在基因組校對(duì)員來維持基因組的穩(wěn)定。

遺傳性非息肉結(jié)腸癌(HNPPC)是一種家族性結(jié)腸癌。伯特教授的研究表明人類第2號(hào)染色體上存在HNPPC致癌基因，并且注意到該致癌基因的遺傳標(biāo)記在不同病ADNA上有斷裂或變化，具有遺傳不穩(wěn)定性。他發(fā)表的論文提到的DNA不穩(wěn)定性，給了理查教授很大的靈感。理查教授帶領(lǐng)學(xué)生采用最新技術(shù)(定位克隆技術(shù))確認(rèn)變壞的基因校對(duì)員正是HNPPC的致癌基因(即該基因發(fā)生突變才是致癌基因)。

在理查教授的研究結(jié)果發(fā)表前夕，伯特教授聽說理查可能已經(jīng)找到了HNPPC的致癌基因，而伯特教授也在同時(shí)用另外一種方法找到了這個(gè)變壞的基因組校對(duì)員。他們的研究結(jié)果先后發(fā)表在1993年12月的《細(xì)胞》上，《細(xì)胞》的編輯為兩位偉大的科學(xué)家同時(shí)舉行了新聞發(fā)布會(huì)，告訴全世界，兩個(gè)小組同時(shí)找到了遺傳性非息肉性結(jié)腸癌的致癌基因。

有趣的是，兩位科學(xué)家又在遺傳性結(jié)腸癌家族中同時(shí)找到第二個(gè)基因組校對(duì)員，他們二度打成平手。

尋找“腫瘤抑制基因之母”

英國(guó)科學(xué)家大衛(wèi)·比奇(David Beach)20世紀(jì)80年代在冷泉港主要從事細(xì)胞周期方面的研究工作，并首次發(fā)現(xiàn)參與調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)的蛋白質(zhì)p16和p21。比奇發(fā)表在《自然》上的研究報(bào)告指出，p16參與細(xì)胞生長(zhǎng)負(fù)調(diào)控。但當(dāng)時(shí)比奇并不知道p16是一種重要的腫瘤抑癌基因。

成立于1991年的米利亞德基因公司(Myriad Genetics)，首席執(zhí)行官正是猶他大學(xué)的馬克·斯考尼可教授(Mark Skolnick)，該公司當(dāng)時(shí)參與到尋找乳腺癌致癌基因的激烈競(jìng)賽中，試圖開發(fā)出基于基因的醫(yī)療和分子診斷產(chǎn)品。1994年1月，公司的研究員亞歷山大·坎穆(Alexander Kamb)在尋找黑色素瘤致癌基因時(shí)，發(fā)現(xiàn)了該致癌基因的染色體具體位置并通過當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的分子生物學(xué)技術(shù)克隆得到了這個(gè)基因。通過序列分析對(duì)已有的基因數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行搜索時(shí)發(fā)現(xiàn)，黑色素瘤的致癌基因竟是編碼突變的p16!

斯考尼可教授課題組發(fā)現(xiàn)在肺癌、乳腺癌、腦癌、骨癌、皮膚癌、膀胱癌、腎癌、宮頸癌和淋巴瘤細(xì)胞中，都有和黑色素瘤類似的染色體缺失，且均是同一個(gè)基因缺失。根據(jù)比奇對(duì)p16的功能描述，斯考尼可教授斷定p16是一個(gè)異常重要的抑癌基因。為示區(qū)別和出于商業(yè)目的考慮，斯考尼可教授將自己發(fā)現(xiàn)的基因命名為MTSI，昵稱叫“腫瘤抑制基因之母”。

后來的研究也證實(shí)p16的確是一個(gè)抑癌基因，而p16的主要發(fā)現(xiàn)者坎穆也因此成為學(xué)術(shù)界的一顆新星。

尋找致癌基因的啟示

為了尋找致癌基因和抑癌基因，科學(xué)家們展開了驚心動(dòng)魄的角逐，甚至有的不惜花費(fèi)近20年時(shí)間解開致癌基因的秘密。從他們的成就不難看出，淵博的知識(shí)，完美的合作、交流，運(yùn)籌帷幄，求真的科學(xué)精神(大膽假設(shè)，小心求證)是他們克服科學(xué)難題的法寶。

所謂時(shí)勢(shì)造英雄，20世紀(jì)80年代正好是分子生物學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，定位克隆技術(shù)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)等也對(duì)加速研究成果的發(fā)現(xiàn)起了非常重要的作用。直到今天，癌癥的研究還在繼續(xù)，大師們征戰(zhàn)的步伐也從未停To這是人們探索癌癥的秘密的開始，為癌癥的預(yù)防、診斷、治療提供了偉大的開端，具有劃時(shí)代的意義。

生命系統(tǒng)異常復(fù)雜，關(guān)于生命科學(xué)的研究也非常廣泛，還有更多的奧秘在等待全人類的智慧去揭開!