每个人都有原癌基因和抑癌基因!
是的,原癌基因和抑癌基因广泛存在于生物界,在于正常细胞内的DNA序列。
原癌基因在正常细胞的增殖、分化和胚胎发育过程中起重要调控作用的一类正常细胞基因,是细胞正常代谢所必需的。抑癌基因是控制细胞生长、增殖及分化过程中起着十分重要的负调节作用,它与原癌基因相互制约,维持正负调节信号的相对稳定。
当某些原癌基因受到体外致癌因子(病*、射线、化学致癌物)的作用,发生突变、DNA重排、促进子插入、DNA扩增或调控序列改变时,原癌基因出现超表达,活性突变或一种抑癌基因的缺失,使细胞的生长与分化的调节失控,导致细胞持续分裂和癌变,从而导致人类肿瘤的发生。
上图:细胞癌变过程
原癌基因的发现
美国生物学家佩顿·鲁斯(FrancisPeytonRous)在年从出现肉瘤的母鸡身上提取一种病*(被称为鲁斯肉瘤病*)后来,把它注射到另一只母鸡身上,结果这只母鸡也出现了肉瘤,Rous提出病*致癌理论,为此年获诺贝尔生理学和医学奖。
麻省理工学院的大卫·巴尔的摩(Baltimore)和华盛顿大学的霍华德·特敏(Temin)接过了研究的接力棒,发现经过鲁斯肉瘤病*的诱导,有一种酶(逆转录酶)可以逆转遗传信息的传递方向,将病*的RNA拷贝进正常细胞DNA中,把正常细胞转化成肿瘤细胞。因为这一发现与年获诺贝尔生理学和医学奖。
美国哈佛毕业的迈克尔·毕晓普(JohnMichaelBishop)和瓦尔缪斯进一步对逆转录酶研究。发现在这种酶(逆转录酶)和鲁斯肉瘤病*的作用下母鸡的某一段基因(SCR基因)被激活后转化为癌基因,癌基因出现超表达,活性突变使细胞的生长与分化的调节失控,导致细胞持续分裂和癌变,因而了荣获年诺贝尔生理学和医学奖。
毕晓普与瓦尔缪斯本来打算寻找SRC基因的远祖,结果惊讶地发现,每个细胞内,都有SRC基因。原来,每一个细胞都有癌变的潜力。
事实上,不仅仅是病*感染,如果受化学致癌物或辐射作用等,原癌基因可被异常激活,转化成癌基因。
目前,发现原癌基因有余种。
原癌基因理论(获诺贝尔生理学和医学奖)
抑癌基因的发现
抑癌基因的发现比较有悲剧色彩
视网膜母细胞瘤,是一种罕见又致命的儿童肿瘤,科学家发现这世界上有两种不同的视网膜母细胞瘤:一种是遗传性的,一种是非遗传性的。年,一个名叫阿弗雷德·克努森(AlfredKnudson)的美国医生在分析了48例视网膜母细胞瘤病人的资料后,提出了一个大胆的假说。肿瘤的形成需要历经两次的基因突变,也就是所谓的“二次打击”。那些患有遗传性视网膜母细胞瘤的孩子们不幸从父母那里继承到了一个有缺陷的基因。在数年日以继日的研究后,哈佛医学院的几位科学家终于找到了视网膜母细胞瘤的基因,并将它命名为“RB(视网膜母细胞瘤英文名称retinoblastoma的缩写)”。这个发现刊登在年10月16日的《自然》杂志上。RB的发现鼓励着人们继续深入研究抑癌基因这个重要的领域,后来人们发现,RB的突变与多种常见肿瘤均有关。
目前抑癌基因也有余种被发现。
肿瘤与免疫逃逸
肿瘤的发生是一种基因发生变异并且致癌基因过表达的过程,包括原癌基因或抑癌基因。这些突变或异常表达的蛋白能够被免疫细胞所识别。理论上,免疫细胞可以随时清楚不正常的细胞,从而把肿瘤消灭于萌芽状态,即所谓的“免疫监视”,但是免疫监视作用并不能完全地避免恶性肿瘤的发生,年,美国肿瘤生物学家希雷伯(R.DSchreiber)提出了一个称之为“肿瘤免疫编辑”(CancerImmunoediting)的假说。
根据免疫编辑理论,免疫系统不但具有排除肿瘤细胞的能力,而且还具有促进肿瘤生长的作用。癌细胞在机体内发生、发展是一个免疫系统与癌细胞相互作用的动态过程。在这个过程中,免疫系统在清除一些肿瘤细胞的同时,也对另一些肿瘤细胞的生物学特性(如肿瘤的抗原性)进行重塑(Reshape),也即所谓的“免疫编辑”。被免疫编辑过的肿瘤细胞恶性程度越来越高,对免疫攻击的抵抗力越来越强,直至最终摧毁机体的免疫系统,造成肿瘤细胞的恶性生长并扩散。
癌细胞的免疫逃脱:清除(elimination)、平衡(equilibrium)和逃逸(escape)
第一阶段称为“清除”(Elimilation)状态。在这个状态下由于新生的肿瘤具有较强的抗原性,较易被免疫系统识别并将其清除。非特异的天然免疫机制(如吞噬细胞,天然杀伤细胞等)和特异的获得性免疫机制(如CD4+T细胞,CD8+T细胞)都参与这个肿瘤细胞的清除过程。免疫系统清除肿瘤细胞的这个过程具有经典的免疫监视理论的特点。如果清除过程彻底,肿瘤细胞被完全排除,免疫编辑过程就此结束。
如果一些变异的肿瘤细胞逃过了免疫编辑的“清除”作用而存活下来,它们与免疫系统的关系就进入了第二种状态,即“平衡”(Equilibration)状态。在这种状态下,肿瘤细胞的抗原性减弱,因而不会轻易被免疫系统识别和清除,但又时时处在免疫系统的清除压力下,因而不能过度生长,表现为检查不到可见的肿瘤。特异的获得性免疫是维持这种平衡状态的主要机制,一般认为天然免疫机制不参与这个过程。免疫系统和肿瘤细胞的这种平衡状态可以维持几年、十几年甚至终身都不发生变化。因此,免疫编辑的平衡状态实际上就是一种带瘤生存状态。
但这种平衡状态是动态的,肿瘤细胞在免疫系统的压力下,其基因有可能会发生变化,这种基因突变产生的“积累效应”达到一定程度时,就可能打破平稳,使免疫系统与肿瘤的关系进入“逃逸”(Escape)阶段。在这个阶段的肿瘤细胞可以产生一系列恶性表型,如不能表达MHC分子,或不能产生肿瘤肽。由于MHC+肿瘤肽是T细胞识别肿瘤细胞的靶标,肿瘤细胞的这种变化,就使T细胞失去了对它的识别能力,使它逃脱了免疫杀伤。此外,肿瘤细胞会使自已的细胞凋亡信号通路发生变化,使免疫细胞诱导的肿瘤细胞凋亡机制失效。同时,肿瘤细胞快速生长形成的肿瘤会产生一个抑制免疫细胞的微环境,在这个微环境中,肿瘤细胞会释放一些具有免疫抑制功能的分子,如转化生长因子β,IL-10,等,并能诱导产生表达CTLA-4的调节T细胞,对其他免疫细胞产生抑制作用,导致免疫系统产生对肿瘤的免疫耐受。到这个阶段,免疫系统的抗肿瘤机制已全面崩溃,肿瘤生长完全失控并广泛转移。免疾编辑的终点也就是机体的死亡。
消灭肿瘤在第一阶段
迄今为止发现的原癌基因有多种,抑癌基因也有种,哪一种最容易发生基因突变?
Wilms’瘤是儿童最常见的恶性实体瘤,WT1基因是从Wilms’瘤克隆出的第一个公认的抑癌基因。
年,科学家Miwa首次报道用Northernblot方法证实68%的急性髓性白血病(acutemyeloidleukemia,AML)、44%的急性淋巴细胞白血病患者WT1超表达。随后,许多研究发现几乎所有白血病原始细胞(无论系别)持续表达WT1,而且大多数这类原始细胞中,WT1核蛋白可被检出。
日本科学家OJI等采用RT-PCR检测了34株实体瘤细胞系中WT1的表达水平,结果发现胃癌(3/4)、结肠癌(5/5)、肺癌(12/15)、乳腺癌(2/4)及卵巢癌(2/2)胚胎细胞肿瘤(1/1)、子宫癌(1/1)、甲状腺癌(1/1)和肝癌细胞(1/1)均表达WT1,也即82%(28/34)实体瘤细胞系表达WT1.
大阪大学杉山治夫教授对WT1在各种肿瘤的表达研究
美国国家癌症研究所(NCI)启动一项对75种癌抗原进行研究,由于WT1的广泛表达性,确定WT1是最佳的肿瘤抗原。
上图:美国国家癌症研究所(NationalCancerInstitute,NCI)抗原排名
通过注射肿瘤抗原来激活免疫系统,特异性地攻击带有特定抗原的癌细胞,不但可以克服肿瘤所引起的免疫逃逸状态,而且由于疫苗具有特异性,可以长期在体内免疫有效。
癌症疫苗工作原理
临床证实WT1提高癌症患者生存期
针对WT1癌症疫苗的研究在全球已经开展了数十项临床试验,包括日本tella公司、肿瘤医学研究所(TIMO)、美国SELLAS公司等。
其中年,日本大阪大学研究院(DepartmentofBiomedicalInformatics,OsakaUniversityGraduateSchoolofMedicine)教授YusukeOji进行WT1抗体与非小细胞肺癌(NSCLC)患者的预后相关研究,并发布论文《WT1IgGantibodyforearlydetectionofnonsmallcelllungcancerandasitsprognosticfactor》
上图:肺癌防复发的研究
研究针对两组非小细胞肺癌(NSCLC)患者之间分析无病生存期(DFS)。其中20名患者WT1抗体滴度升高、59例患者没有WT1抗体。研究发现,在WT1抗体滴度升高的患者中,患者的1年,2年和3年无病生存期(DFS)分别为%,94.7%和94.7%。相反,在没有WT1抗体的患者中,1年,2年和3年DFS率分别为88.0,82.8和77.4%。这些结果显示WT1抗体滴度升高的患者无病生存期(DFS)显着(p=0.)高于没有WT1抗体的患者(上图),针对WT1的免疫应答对非小细胞肺癌(NSCLC)患者的良好预后正相关。
美国sellas公司针对恶性间皮瘤患者(因为WT1蛋白在恶性间皮瘤中高表达,而在正常组织中表达很低)的临床试验,对比两组的生存期。1年的无疾病进展生存率,疫苗组和对照组,分别是45%和33%,提高了12%;中位无疾病进展生存时间,疫苗组和对照组,分别是10.1个月和7.4个月,提高了2.7个月;中位总生存时间,疫苗组和对照组,分别是22.8个月和18.3个月,提高了4.5个月。该WT1多肽疫苗Galinpepimut-S已经被美国FDA批准上市