腫瘤生物學：（2）腫瘤病毒

在19世界的最后20年中，Louis Pasteur和RobertKoch研究發現了引起痢疾、霍亂、狂犬病和其它一些疾病的傳染性媒介物。當時，癌癥也被認為是一種傳染性疾病。早在1876年，俄國的一位研究者就報道了腫瘤由一只犬到另一只犬的傳遞：將取自第一只犬的腫瘤組織塊移植到第二只犬內，幾周后在該位置長出了腫瘤。隨后很多類似的試驗也在小鼠和大鼠上取得了成功。

但是，這些早期試驗的重要性至今仍充滿爭議。一些研究者將這些結果視為癌癥能夠傳播的證據。而其他人則不屑于這種移植試驗，在他們眼里，這些工作僅能說明癌癥像正常組織一樣，能夠從一只動物身上切下并且在第二只動物的身上移植生長。

一直1908年，兩位哥本哈根的研究者報道稱，他們成功地從雞白血病細胞中提取得到了一種可濾過性的媒介物，并且將其注入其他的禽類體內，這些禽類隨后也感染了這種疾病。但是，他們沒有將最初的發現研究到底，這個問題留給了在紐約Rockefeller學院工作的Peyton Rous，他開始探尋腫瘤病毒學的原理。

1909年，Rous開始對出現于雌雞胸肌的肉瘤進行研究。在最初的試驗中，Rous將準備后的小塊腫瘤植入同一品種的其他禽類中，成功地進行了腫瘤的傳遞。隨后，他將肉瘤碎片研磨，對勻漿液進行過濾，當他把濾過液注入幼雞體內，它們也都產生了腫瘤。而誘發的腫瘤再次勻漿后，能作為感染性的媒介物，注入到其他幼雞體內時，能再次產生肉瘤。

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這些發現在今天對我們是顯而易見的，但在當時卻無疑是革命性的。這些致癌性介質顯然非常微小，因為它們可以通過濾膜，因此，這是一種病毒。

在1911年，當Rous終于發表了他的工作，而另外一個關于傳染性兔黏液瘤病毒的報道也同時出現。此后不久，Rous和他的同伴就發現了另外兩種雞肉瘤病毒，接下來，經歷了20余年的沉寂后，新的腫瘤病毒才又被發現。在Rous的最初發現半個世紀后，病毒的分子特性和它們增殖的方式仍然是個謎。

對Rous肉瘤病毒研究的復興開始于位于Pasadena的加利福尼亞技術學院的Renoto Dulbecco實驗室。Dulbecco的博士后伙伴HarryRubin發現，將RSV加入培養有雞胚胎成纖維細胞（CEF）的培養皿時，被RSV感染的細胞居然存活了下來，在當時顯然是難以究其原因的。RSV似乎能夠在這些細胞中寄生，使它們在幾天、幾周甚至幾個月中穩定地生產子代病毒顆粒。而大多數其它病毒則相反，它們進入宿主細胞，增殖并迅速殺死宿主，從死亡細胞中釋放更多的子代病毒，繼續感染其它細胞。

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最重要的是，培養液被RSV感染的細胞表現出很多與癌癥細胞相似的性狀。這一相似性使Rubin、Howrad Temin（Dulbecco實驗室的一個學生）和其他人總結出細胞轉化——從正常細胞到腫瘤細胞的轉換——的過程能夠在培養皿中完成，而不僅是在復雜的難以研究的活組織環境中。

這些簡單的觀察結果在根本上改變了20世紀癌癥研究的進程。Temin和Rubin以及之后的很多人，都采用這一實驗模型來研究細胞轉化的一些基本原理。

RSV是已發現的能在被感染的動物體內引發腫瘤的病毒中的一種。至1960年，另外的四類病毒也同樣引起了癌癥生物學家的注意。直至Rous的先驅性工作25年后，一種新型的病毒才被發現。這一病毒是由Richard Shope在兔中發現的，它能夠在皮膚上引發乳頭狀瘤。

至20世紀50年代末，人們發現Shope病毒與RSV的構造非常不同。乳頭瘤病毒顆粒攜帶DNA基因組，而RSV顆粒攜帶RNA分子。并且，Shope病毒顆粒由蛋白質外殼包裹，而RSV則在外面還有一個很明顯的脂質膜殼。在接下來的數十年中，超過100種不同的人乳頭瘤病毒（HPV）相繼被發現，它們都與Shope病毒相關。

在20世紀五六十年代，人們又發現了多種DNA腫瘤病毒。多瘤病毒于1953年被發現，在大小和化學組成上與多瘤病毒最接近的是SV40病毒。Shope的乳頭瘤病毒、小鼠的多瘤病毒和SV40都歸類為DNA腫瘤病毒中的乳多空病毒，這表明SV40病毒在其溶解感染中引發乳頭狀瘤、多瘤和空泡。至20世紀60年代中期，研究表明乳多空病毒的基因組都是由雙鏈DNA構成。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

人類腺病毒的發現進一步壯大了DNA腫瘤病毒的隊伍，其它被列為DNA腫瘤病毒的都屬于皰疹病毒屬。盡管人類1型和2型皰疹病毒都顯然沒有致瘤性，但當一種遠源的Sairnire猴皰疹病毒從其他的物種注射入猴子時，能夠引起急性致命的淋巴癌。另一種遠源相關的皰疹病毒——Epstein Barr病毒（EBV）是在赤道非洲和新幾內亞引發小兒Burkitt淋巴瘤的元兇，也是南亞鼻咽癌的主要成因。

研究者發現，腺病毒和皰疹病毒顆粒含有長的線性雙鏈DNA分子，與RSV病毒的基因組相似，它們都攜帶了病毒復制和誘發細胞轉化所需的信息。與乳多空病毒相比，皰疹病毒具有龐大的基因組，提示它們攜帶有相應的數量巨大的基因。最終，由于乳多空病毒具有相對較小的基因組使其成為癌癥分子起源研究的熱點。

腫瘤病毒可以誘發細胞表型的多種變化，如巨大的形態學改變和堆積生長，包括獲得致瘤性。已有的試驗證據表明，保持細胞的轉化狀態需要RV基因組的持續作用。這表示，某些或者全部的病毒遺傳信息需要以某種方式保留下來，從一個轉化的母代細胞傳給它的兩個子代細胞，并且進一步通過許多次細胞生長和分裂的周期繼續傳給后代細胞。

與RSV的行為相似，兩種被集中研究的DNA腫瘤病毒——SV40和乳多空病毒所引起的細胞轉化，似乎也依賴于病毒基因組在原代轉化細胞的后代細胞中持續存在。然而，病毒基因組是如何成功地在無限數量的細胞代中有效的復制和傳遞的呢？這一點尤其令人迷惑，因為病毒基因組似乎缺少在有絲分裂中將染色體適當的分配給子代細胞所需要的遺傳元素。

這一難題的答案于1968年被解開，研究發現SV40轉化細胞中的病毒DNA與染色體DNA緊密聯系，在病毒轉化細胞中SV40病毒DNA與染色體DNA是共價相連的。病毒基因組的整合解決了病毒轉化的一個重要問題：病毒DNA序列從母代細胞到子代細胞的傳遞是能夠被保證的，因為病毒DNA能夠在細胞周期的S期與細胞染色體共同復制。通過與染色體整合，病毒DNA序列有效地成為細胞基因組的一部分，如同細胞自身基因一樣。

那么，RSV病毒是如何在細胞系中成功地將其基因組在如此多的世代中傳遞的呢？RSV病毒的基因組是由單鏈RNA分子組成，這顯然不可能被直接與被感染細胞的染色體DNA整合。而RSV確實能夠成功地將它的遺傳信息通過細胞生長和分裂周期傳遞下去。

在20世紀60年代中期和后期，這一問題吸引了Temin，經過細致的研究，他提出了一個在當時看來十分另類的解決方法。Temin提出了反轉錄的過程，RSV顆粒感染細胞后，立即建立起RNA基因組的雙鏈DNA拷貝，一旦以這種方式固定，病毒基因組的DNA形式——前病毒就承擔起細胞基因的分子構型，并且每次細胞復制其染色體DNA時都能夠被同時復制。另外，前病毒DNA一旦在基因組中固定，可以用作細胞RNA聚合酶轉錄的模板，由此產生能夠組裝入子代病毒顆粒的RNA分子，或者行使mRNA的職責，用于合成病毒蛋白。? ?

建立RNA分子的DNA拷貝，在當時沒有分子生物學先例的情況下，當時的觀點認為信息是以DNA-RNA-蛋白質的形式單向傳遞。但是這一觀點最終獲勝了，Temin和David Baltimore在1970年同時發現了RSV和相關病毒顆粒攜帶有反轉錄酶，強有力地證明了這個觀點。

對于RSV而言，病毒突變株的應用揭示出病毒的復制功能需要一系列的基因，而病毒轉化功能則需要另外一系列基因。

至少有三種反轉錄病毒的基因涉及病毒的復制，其中兩種編碼病毒顆粒裝配所需的結構蛋白質，第三種則編碼反轉錄酶。RSV病毒的RNA基因組與失去轉化能力的相關反轉錄病毒的基因組相比顯示，僅有非常少量的RSV病毒基因組致力于編碼已知的病毒功能——轉化。由此，研究RSV病毒的遺傳學家推測，所以病毒的轉化功能體現在一個基因，該基因被稱為src，代表其在被感染的雞體內形成肉瘤的作用。? ? ? ? ? ? ??

1975年，加利福利亞大學，由J.Michael Bishop和Harold-Varmus共同的實驗室通過src的特異性DNA探針，在細胞中將src迅速地檢測出來。這一試驗的實際結果卻與預期的完全不同，研究小組發現，src序列顯然已經存在于未被病毒感染的雞細胞中。這些src序列以單拷貝細胞基因形式存在，也就是說每個二倍體雞細胞基因組中存在兩個src相關DNA序列的拷貝——恰恰是細胞基因組中大多數基因的存在形式。

許多其它證據表明，在未被感染的雞細胞基因組中存在的src序列，擁有正常細胞基因的所有的性質，在每個單倍體基因組中存在一個單獨的拷貝，在幾千萬年中緩慢的進化，同時也存在于鳥類和哺乳動物共同的祖先脊椎動物中。這一認識使人們對腫瘤起源的思考有了革命性的進展。

在正常有機體的基因組中存在著高度保守的src基因，上萬個雞細胞基因中的這個細胞基因，被類似于RSV病毒的反轉錄病毒進行一些細微的改造后，即可能被轉化為潛在的病毒癌基因。因為它是一種活性癌基因的前體，c-src又被成為原癌基因。原癌基因的概念是革命性的：它暗示正常脊椎動物細胞的基因組攜帶著在特定環境中有潛力誘發細胞轉化和腫瘤的基因。

人們在哺乳動物中也發現有反轉錄病毒，這些病毒一樣能夠獲取細胞原癌基因并將其轉化為癌基因。其中，貓科的白血病病毒在其基因組中獲得fes癌基因，引發貓科的肉瘤，而一種雜交的大鼠-小鼠白血病病毒在不同情況下獲得了兩個不同的原癌基因：由此產生Harvey和Kirsten兩種肉瘤病毒轉化反轉錄病毒，在基因組中分別攜帶有H-ras和K-ras兩種癌基因。至今，已經發現了30多個不同的脊椎動物原癌基因，它們中的許多以最初被發現的病毒來命名。

那么，腫瘤病毒是如何誘發原癌基因發揮作用的呢？這一疑惑于1981年得到解答，解決的方法來自于對ALV在雞體內誘發的白血病的研究，更準備地說，是通過對白血病細胞對的基因組DNA進行詳細分析。分析結果得到了令人驚訝的結果，在大多數這類白血病細胞基因組中，ALV前病毒都整合在c-myc原癌基因的染色體DNA位點附近，而這種較近的自然距離使兩個遺傳原件之間具有一種功能上的聯系。病毒轉錄啟動子嵌套于ALV前病毒中，破壞了c-myc基因正常表達的調控機制。

細胞c-myc基因不再受自身基因啟動子的調控，而被直接置于病毒的轉錄調控之下。由此，相比較在正常細胞周期內受到精密的上調或下調，而c-myc的表達被外來統治者接手，將其表達量保持在較高水平?；旧希籽〖毎旧w中產生的雜交的病毒-細胞基因起到類似于禽髓細胞瘤病毒攜帶的v-myc癌基因的作用。