尋找致癌基因

王厚斌

隨著分子生物學的興起，科學家們陸續發現了致癌基因、抑癌基因，人們逐漸了解了癌癥發生的大概輪廓，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—對對堿基(AT，CG)排列組成，人類擁有30億個字母組合。甚至DNA長度的微小變化，都可以對一個人的健康產生災難性的后果；遺傳因子的變化，可能造就一位杰出的政治家、科學家、音樂大師、體育名將。

在人類與疾病抗爭的幾千年里，20世紀是一個成就輝煌的時代。抗生素的發明和應用，使全人類平均壽命提高10年以上，被公認是20世紀最偉大的成就之一。細菌導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化進程的加速而上升。癌癥靜悄悄地降臨，沒有預警，難以治愈，人們聞癌色變。

20世紀30年代，人們才發現某些化學物質(煤焦油等苯吡物)或X射線可以致癌。隨著分子生物學的興起，癌癥的秘密才被逐漸揭開，而上世紀80年代才有實質性突破。隨著致癌基因、抑癌基因陸續被發現，人們逐漸了解了癌癥發生的大概輪廓并將最終破解癌癥的秘密。通過對癌癥發生過程的了解，科學家可以找出檢查與預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往事。這些往事傳達了科學家對科學探索的好奇心和渴望改變這個世界的真誠愿望。

圣戰：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：發現了乳腺癌基因(BRCA1，BRCA2)；證明人類和大猩猩在遺傳學上有99％的同源性；通過基因序列分析找到人權受害者(協助人權組織尋找到阿根廷被拐賣兒童的下落)。

金在20歲時從卡里頓學院數學專業畢業，在導師威爾森(分子時鐘理論的創始人，因證明人類起源于一個共同的非洲母親而舉世聞名)的建議下，她從數學轉向遺傳學研究，并于1973年在加州大學伯克利分校獲得遺傳學和流行病學博士學位。她博士學位的工作主要是通過人類和大猩猩的蛋白質序列比較研究，發現兩者有99％的同源性。這個著名結論震撼了學術界，今天已經被寫進教科書。

在加州大學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和流傳病學教授。在伯克利任教期間(1973～1990年)，通過對1579位遺傳性乳腺癌患者的基因分析，金指出人類的第17號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(人們以前認為乳腺癌是一種多基因病)的元兇。金發現乳腺癌基因后，全世界范圍掀起尋找其他疾病基因的狂潮。

金發明的尋找BRCA1基因的方法(基因遺傳標記)被成功用于其他疾病基因的研究，后來又如法炮制發現了BRCA2基因。關于精確定位和克隆BRCA1基因的圣戰進行得如火如荼(金尋找BRCA1基因近20年)，同時全球最頂尖的分子生物學家都參與到尋找乳腺癌基因的競賽中，最終由猶他大學的馬克·斯考尼可教授(MarkSkolnick)搶先成功定位BRCA1在染色體上的具體位置，從而結束了這場20世紀競爭最激烈的尋找疾病基因的科學競賽。

雖然金在準確定位BRCA1基因的位置上落了下風，甚至丈夫也在最艱難的時刻離開了，但她并未消沉，至今還活躍在學術界。她發現的BRCA1基因具有劃時代意義：一直被認為是多基因作用的乳腺癌原來是由單個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基礎。

遺傳學主要用于單基因疾病的研究比如血友病。對于包括多種遺傳因素和環境因素引起的疾病研究，主流學術界并不認為經典遺傳學有用武之地。金的發現擴展了對人類遺傳學的認識。

尋找基因組守護神

20世紀80年代以前，人們普遍認為癌癥是因為人體的免疫系統失調或者病毒引起的，但這不能解釋細胞過度生長的原因(大量有害的復制引發癌癥)。約翰-霍普金斯大學的伯特·渥格斯坦教授(Berr Vogelstein)猜測癌癥發病的關鍵在于基因組DNA。他的猜測得到證實：原子彈的受害者容易罹患癌癥，而且他們的DNA序列都發生很大的變化，即輻射會破壞DNA而引發癌癥；甚至患病的女性在接受輻射治療后更容易并發癌癥。

伯特教授懷疑細胞在多個基因發生突變或功能紊亂后才轉化為失去控制的癌細胞，因為大部分癌癥都是在中老年才發病。他和當時的一些科學家指出視網膜瘤的發生可能是因為患者的染色體上的部分DNA缺失造成的。1983年，伯特教授和合作者利用新遺傳標記發現視網膜瘤患者的部分染色體確實消失了。據此，伯特教授認為消失的那部分染色體可以抑制細胞發生癌變。

20世紀80年代的美國正面臨結腸癌高發的衛生問題，伯特教授和博士后埃里克·費榮(EricFearon)發現結腸癌患者第17對染色體(人類共23對染色體)上的遺傳標記消失了。而早在1979年，普林斯頓大學的阿諾·列文(ArnoldLevine)和大衛·藍恩(DavidLane)在研究動物病毒是否在小鼠體內引起癌癥時，無意間發現了p53蛋白可能在癌癥發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記區域中間，伯特教授和學生們驗證發現，p53突變會極大地促進癌癥的發生。

后來大量的研究發現，突變的p53和50余種癌癥密切相關，該基因正常時，則抑制癌癥的發生。鑒于p53具有重大的生命意義，作為p53的首次發現者，阿諾·列文正式Np53命名為“基因組守護神”。

尋找基因組校對員

生命的宏觀表現為生命的誕生、成長、衰老和死亡，生命的微觀本質則是DNA復制。通過DNA復制來維持遺傳信息的傳遞和生命自身單個細胞的更新換代。每天都有很多細胞悄悄地衰老、死去，又有很多細胞誕生，這個過程在生命過程中此消彼長。而遺傳信息的復制，不可避免要面對很多不利的環境，會產生很多錯誤的DNA信息。錯誤的信息必須被及時清除，否則會產生功能缺陷的基因(發生突變)，造成基因組不穩定，間接引起癌癥。

科學家很早就懷疑，人類基因組DNA中存在某種校對員，負責校對龐大的DNA復制工作，使得細胞分裂時遺傳信息被精確地復制出來。但無法確定這種校對員是否存在，這種校對員的任務是如何執行的也毫無線索。

DNA的校對系統(錯配修復)最初是由研究細菌DNA復制的微生物學家發現的，理查·科洛勒(Richard D.Kolodner)在加州大學歐文分校研究生學習階段進入這個領域，后來在哈佛大學做博士后期間繼續從事相關研究。理查于1989年在酵母里發現了基因組校對員(一種錯配修復基因)，他的發現受到科學界的好評。在分子生物學剛剛起步階段，有如此發現，對一個年輕人而言，難度可想而知。

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

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

在理查教授的研究結果發表前夕，伯特教授聽說理查可能已經找到了HNPPC的致癌基因，而伯特教授也在同時用另外一種方法找到了這個變壞的基因組校對員。他們的研究結果先后發表在1993年12月的《細胞》上，《細胞》的編輯為兩位偉大的科學家同時舉行了新聞發布會，告訴全世界，兩個小組同時找到了遺傳性非息肉性結腸癌的致癌基因。

有趣的是，兩位科學家又在遺傳性結腸癌家族中同時找到第二個基因組校對員，他們二度打成平手。

尋找“腫瘤抑制基因之母”

英國科學家大衛·比奇(David Beach)20世紀80年代在冷泉港主要從事細胞周期方面的研究工作，并首次發現參與調控細胞生長的蛋白質p16和p21。比奇發表在《自然》上的研究報告指出，p16參與細胞生長負調控。但當時比奇并不知道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)，首席執行官正是猶他大學的馬克·斯考尼可教授(Mark Skolnick)，該公司當時參與到尋找乳腺癌致癌基因的激烈競賽中，試圖開發出基于基因的醫療和分子診斷產品。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，發現了該致癌基因的染色體具體位置并通過當時最先進的分子生物學技術克隆得到了這個基因。通過序列分析對已有的基因數據庫進行搜索時發現，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現在肺癌、乳腺癌、腦癌、骨癌、皮膚癌、膀胱癌、腎癌、宮頸癌和淋巴瘤細胞中，都有和黑色素瘤類似的染色體缺失，且均是同一個基因缺失。根據比奇對p16的功能描述，斯考尼可教授斷定p16是一個異常重要的抑癌基因。為示區別和出于商業目的考慮，斯考尼可教授將自己發現的基因命名為MTSI，昵稱叫“腫瘤抑制基因之母”。

后來的研究也證實p16的確是一個抑癌基因，而p16的主要發現者坎穆也因此成為學術界的一顆新星。

尋找致癌基因的啟示

為了尋找致癌基因和抑癌基因，科學家們展開了驚心動魄的角逐，甚至有的不惜花費近20年時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，完美的合作、交流，運籌帷幄，求真的科學精神(大膽假設，小心求證)是他們克服科學難題的法寶。

所謂時勢造英雄，20世紀80年代正好是分子生物學技術飛速發展的時代，定位克隆技術、聚合酶鏈式反應技術等也對加速研究成果的發現起了非常重要的作用。直到今天，癌癥的研究還在繼續，大師們征戰的步伐也從未停To這是人們探索癌癥的秘密的開始，為癌癥的預防、診斷、治療提供了偉大的開端，具有劃時代的意義。

生命系統異常復雜，關于生命科學的研究也非常廣泛，還有更多的奧秘在等待全人類的智慧去揭開!