癌症研究的世纪回顾与展望
作者：廖世栋
单位：美国洛杉矶希望城国立医学中心Beckman研究所分子医学系
关键词：
癌症研究的世纪回顾与展望001207中图分类号：R73 文献标识码：A
文章编号：1002-0772(2000)12-0021-04
在全世界，癌症每年夺取600万人的生命，并把1 000万人置于死亡的边缘。在中国，每年有160万人得癌，130万人死于癌症。世界卫生组织预测癌症将是21世纪人类的“头号杀手”。人类对癌的认识必需经过四个阶段：(1)癌是什么(疾病种类)?(2)癌由什么(病因)引发？(3)癌是怎么形成的(机理)？(4)我们怎样战胜它(治疗手段)？
1 肿瘤是由肿瘤细胞所形成
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公元1836年，德国的Johannes Muller运用改进的显微镜观察癌症，发现并发表了“癌症是由紊乱的异常细胞所组成”，使癌症研究进入了细胞水平，为肿瘤病理解剖学蓬勃发展奠定了坚实的基础，为临床诊断提供了可靠的依据。从此，人们才知道癌症是由一群癌细胞(异常细胞)异常增生所引起的难以治愈并致人于死地的恶疾。
癌细胞来自于正常细胞，但它与正常体细胞生长方式的不同，在于不受个体的总体调节与约束，特有定向程式消逝，也不理会邻近细胞的需要与约束关系，进行非常自私的生长分裂(如不侵犯正常组织，只在局部生长的则为良性肿瘤细胞)；如果为取得生长空间与食物，不仅能攻击附近的正常细胞，而且还会远征到身体的其他部位去侵略豪夺，使正常细胞无法与之竞争而遭到铲除，使体内的重要器官如骨牌效应一样，一个一个受损，最终导致个体死亡，这样的细胞就是恶性肿瘤细胞，即为癌细胞。
2 癌症的病因
那么癌细胞是怎样产生的呢？又是由什么因素引起的呢？因为只要知道疾病发生的原因，人们就可找到预防与治疗的方式和途径。 1861年Jone Hill发表论文记述6种鼻部肿瘤的病人，都是重度使用鼻烟者。1875年，英国医生Percivall Pott以他职业的敏锐性，发现并报导了伦敦扫烟囱工人易患阴囊癌，解开了人类探索肿瘤病因的序幕，第一次把职业同癌症发生联系了起来。为了证实这种联系，1889年德国科学家汉诺用焦油涂抹大鼠皮肤，试图能诱发大鼠的皮肤癌，但他没有成功。1915年日本的Katsusaburo Yamagiwa总结了前人经验与结合自己对肿瘤的理解，辛苦工作20年，最终他可以随心所欲地诱发癌症。他从焦油中提炼出某些物质，每隔2至3天便涂抹在137只兔子的皮肤上，持续3个月，1年后，其中7只兔子涂过焦油的部位出现了浸润性肿瘤，这是人类有史以来第一次制造出癌症，而不是等待癌症自然出现。全世界数以千计的科学家受到Yamagiwa成功的鼓舞，利用各式各样的物质进行类似的实验，积累了丰富的数据，到1941年美国国立癌症研究所总结地发表了对696种化学物质的调查结果，其中169种可能在动物体内导致肿瘤。从此，化学致癌理论建立。到1969年，国际癌症研究总局的资料认为对人类确有致癌性的，或者有可能致癌的物质达1 000种以上。迄今人类使用各种有机化合物达200万种以上，实际上到底有多少种致癌物谁也讲不清楚。
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在另外一条战线上，人们发现病毒也可诱发癌症。事情源自1908年，两名丹麦科学家爱乐门和斑发现一种非细胞因子可使白血病从一只鸡传染到另外一只鸡。 1909年，美国科学家Peyton Rous把一只鸡的肉瘤标本碾碎，再用可去除细菌的滤器过滤以排除细胞或细菌种植的可能。结果被注射过滤液的鸡在数周后长出了类似的肿瘤。1930年，利特尔实验室发现一种病毒因子能使乳癌从一只小鼠传到另一只，也能由母乳传至后代。随后又确认出兔子的乳头状瘤病毒、鼠类白血病病毒。一连串的发现使病毒致癌论成立：癌症病毒入侵体内正常细胞，使它们转化成为癌细胞，癌细胞的大量繁殖形成肿瘤。并认为化学物质只是一种能够激活肿瘤病毒的因子，肿瘤病毒一旦活化，就会在不同组织引发肿瘤。然而，病毒致癌学说的专家们尝试着为人类常见的癌症寻找相关病毒的努力并未得到相应的回报，因为绝大部分的人类肿瘤中找不到相关的病毒踪迹。到目前为止，较为明确的也只有几种病毒被认为与人类癌症有关：如Epstein-Barr病毒与非洲儿童恶性淋巴瘤、白血病、传染性单核细胞增生症、鼻咽癌有关；人乳头状瘤病毒与Ⅱ型疱症病毒和人的子宫癌有密切关系；肝炎病毒与肝癌；人类免疫缺陷病毒与卡波西肉瘤、淋巴瘤、白血病有关。
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此外，人们还发现过多地接触各种射线，如X射线、γ射线、β射线、α射线、宇宙射线、日光及紫外线后，也可引起多种的人类肿瘤。
3 致癌基因与肿瘤抑制基因
“江山代有人才出”。 1953年，James Watson和Francis Crick在英国的《自然》杂志发表了划时代的论文，解开了DNA分子结构之谜，说明了在生物世代相传的过程中，遗传讯息是以A.T.C.G四个“字母”的形式储存在长链的DNA分子内，小至病毒、细菌，大到人类无一例外。复杂的生物功能就是通过把DNA分子上的碱基A.T.C.G(任何三个字母组成一个密码)的遗传信息转译制造成蛋白质来执行的。DNA作为载体被精确复制保存在生物体内世代相传。这样一个中心理论强势地引导者生物学与医学研究的走向。60年代放射性同位素与离心机的出现与运用，使70年代后的分子生物学呈现出爆炸性的发展，20世纪末的40年中，生物学前进的速度呈几十倍甚至百倍千倍的增长。 1977年，英国的Fredrick Sanger完成了世界上第一个生物的基因定序(基因是指含有合成一个蛋白质所需遗传信息量的DNA片段)，这个生物是一种能感染大肠杆菌的病毒—X 174噬菌体。噬菌体的基因组(基因组是指一个生物体内全部的基因总和)的遗传密码数为5 383。癌症研究也搭上了时代的列车，进入分子水平。1976年，美国的Mike Bishop与Harold Varomus掀起了一场癌研风暴，使癌症分子生物学正式登场。事情始于对Rous病毒(一种鸡反转录病毒)的研究，美国的Hidesaburo Hanafusa与Peter Vogot在70年代早期证明Rous病毒携带两组基因：一组控制病毒的复制；另一组促使病毒诱发宿主细胞癌变。1973年Peter Duesberg从Rous病毒中分离出一段RNA序列，这段序列具有转化能力，被定名为src基因(这是第一个纯化的癌基因)。src不存在于其它鸡的反转录病毒中(而这些鸡的反转录病毒都拥有类似Rous病毒基因组内的复制基因)，病毒学家纳闷：其它鸡病毒是Rous病毒的退化形式？还是Rous病毒源自于其它的鸡病毒？如果是，src癌基因是怎么进入Rous病毒的基因组？Bishop实验室的Dominique Stehelin于1974年花了6个月的时间制成src探针(利用RNA反转录酶催化合成的src互补DNA)，这个探针只和正常的Rous病毒中src基因杂交，不会与src基因缺乏的缺陷性Rous病毒，以及其它鸡的反转录病毒杂交。然而，当Stehelin运用这个探针的首次实验就发现了相反的结果：未受Rous病毒感染的鸡细胞中至少带有一个src基因的复本，甚至更多。经过再三排除“污染”的可能性后，于1975年Bishop他们终于相信这个结果是真的，并于1976年发表在《科学》杂志上。Stehelin的实验说明：鸡细胞在Rous病毒感染之前许久， src基因就已经存在于宿主细胞的基因组中了； Rous病毒的祖先籍由偷窃的方式从鸡细胞基因组中偷盗了这个src基因。随后， Bishop他们扩大搜索范围，结果src基因的足迹遍布鸟类、人、鲑鱼、海胆。实验显示：src基因实际上有两个版本，一个是病毒版本V-src，为活化的癌基因或致癌基因；另一个是存在于正常细胞中的c-src，又叫原致癌基因(Proto-oncogene)。跟随Bishop的脚步，70年代被发现的原致癌基因的名单每个月都会增加，如mos，Ha-ras，myc，myb，ki-ras，fes，mil，erb-B1，raf,abl。到80年代末，已发现的人类致癌基因多达50多种，到90年代中期到达100多种。Ed Scolnick甚至在酵母菌的DNA中发现了ras基因的同源体，据此估计在十几亿年前，人类与这些简单的单细胞生物有着一个共同的祖先。ras基因出现并并入细胞的基因组后就一直扮演着重要的、必须的角色——与繁殖过程的调节有关。
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依照Varmus与Bishop的说法，src基因的活化需要反转录酶的参与，重新塑造c-src基因，迫使src遵照病毒的吩咐行事。但是，人类除了HIV病毒及日本南部某种罕见的白血病外，极少感染反转录病毒。人们无法在人类肿瘤细胞中找到病毒的src基因。因此，病毒激活原致癌基因这个理论还不足以解释人类的绝大部分癌症的发生。
1975年，美国加大柏克莱分校的细菌遗传学家Bruce Ames参考别人的研究并加入自己的技巧，找到了测试化学物致突变力的方法。他测量的是：每单位重量化学物质诱使DNA发生突变(突变是指DNA分子上的碱基A.T.C.G序列发生变化，即使只是一个碱基对出错，也能完全改变基因的意义，突变还会传给子代)的能力。他发现不同的化学物质诱发副伤寒杆菌基因的能力极端不同，其中最强的致变力是最弱者的百万倍。Ames相信细菌与复杂生物的基因有着类似的性质，根据化学物质对细菌的致变力，可以得出化学物质对人类基因的致变的能力。致变物藉着使基因突变而导致细胞癌化。他发现致癌物到处可见。 1965年Leo Sachs把化学致癌物直接加入正常的仓鼠细胞培养基中，可促使正常细胞癌化。美国的肿瘤分子生物学家Weinberg Robert A坚信Ames的理论和Sachs的实验结果，他认为癌细胞始于各种原因(化学、物理、生物)导致的异常细胞基因(或许是致癌基因)。他指导台湾博士施嘉和用化学诱化的小鼠成纤维癌细胞的DNA去转染NIH 3T3(一种小鼠成纤维细胞株)获得成功，证明化学转化的癌细胞中携带着“致癌基因”，这些“致癌基因”并不存在于正常细胞内。随后，他们又用提纯的人膀胱癌的DNA去转染NIH 3T3细胞也获成功。结果，这个膀胱癌的癌基因却是c-ras基因，1982年完成DNA的测序工作，发现膀胱癌c-ras和正常c-ras比较后只是一个碱基被取代，是基因点突变，由于这个点突变造成了结构蛋白的编码错误(甘氨酸变成撷氨酸)。正常ras蛋白在细胞中的作用犹如开关，突变就会丧失“关闭”的功能。Weinberg的研究团体第一次在非病毒致癌的癌细胞中找到了活化的原致癌基因ras。几乎同时，Stuart Aaronson和Michael Wilgler两个研究群也证实了这一结果，使人们认识到不论是什么原因(物理、化学、病毒)，只要活化原致癌基因就可引发癌症。
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正当癌基因学说处在热潮时，另一条相反的路线也在形成当中。英国牛津大学教授Henry Harris认为在细胞癌化的过程中还会有另一种基因举足轻重，这种基因的作用是压抑肿瘤的恶性生长，他给其命名为“肿瘤抑制基因”(tumor suppressor gene)。Harris于1969年利用从日本科学家改善的细胞融合技术把完全正常的结缔组织细胞与三种鼠类癌细胞分别融合在一起，预期这些杂交细胞会像癌细胞一样生长。出乎意料的是杂交细胞却表现出正常的生长状态。为了验证这一结果，与Harris合作的瑞典科学家George Klein检查了杂交细胞，证明杂交细胞确实带有双亲(正常与癌细胞)的染色体。这个结果说明正常基因与癌基因共同存在于一个细胞中时，正常基因是主导者，用遗传术语讲即“显性”。1971年，美国的小儿科肿瘤学家兼遗传学家Alfred Knudson挖掘出1886年由巴西教授Hilario de Gouvea报告的视网膜母细胞瘤。Knudson发现视网膜母细胞瘤有两种形式：一种是家族性的，可以从亲代传给子代。另一种是偶发的，患者不会将疾病遗传给后代，其家族中也找不到类似的疾病。基于以上事实，Knudson认为：视网膜母细胞瘤的发生，归结于两个受损基因(一个来自父亲；一个来自母亲)。在家族性案例中，孩童从亲代遗传了一个受损基因，如果另一个正常的相应基因遭受到随机损失而突变，细胞就会癌变。偶发性的肿瘤孩童，其出生时带有一对完好的基因，但这两个基因都在肿瘤发生前受到打击而突变。1974年Orye E观察视网膜母细胞瘤的细胞中第 13号染色体丢失了中间的一段。1986年Weinberg实验室的Friend S寻找和克隆了视网膜母细胞瘤的基因—Rb基因。不久，其他研究人员也证实了Rb基因的功能。随后的研究又发现在膀胱癌、青少年骨瘤、小细胞肺癌中都有Rb基因的丢失。从克隆Rb基因到现在，人们又发现了BRCA1、BRCA2、APC、P53等肿瘤抑制基因，为全面认识癌症迈出了又一坚实的一步。
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4 进化与抗进化
早在19世纪晚期，人们在组织切片上观察到很多肿瘤细胞有丝分裂异常。 1879年德国病理学家Arnold，J首先描述了异常的有丝分裂。 1890年另一名德国病理学家Von Hansemann D指出异常有丝分裂在人类肿瘤的起始与发展中可能扮演着重要作用。特别值得一提的是生物学家Boveri T，他在1902到1914年的海胆研究中，发现有丝分裂异常如受精卵中多级分裂往往导致生物发育异常。他在承认对癌症没有直接经验的同时，提出体细胞的有丝分裂异常而导致的染色体非整倍体与肿瘤相关。他进一步预言：(1)肿瘤细胞群的遗传物质不稳定。(2)肿瘤是单细胞起源。(3)由于得到或丢失染色体而缺乏对外界调控的反映。(4)有些关键的遗传学变化可能在亚显微镜水平，并不涉及整个染色体。他的这些真知灼见被后来的科学研究所证实。1928年Bauer K H发表了肿瘤发生的突变理论。1930年Winge O扩展Boveri T的单细胞起源说而提出肿瘤起源于干细胞的概念，肿瘤干细胞学说由于50年代发现某些给定的肿瘤细胞中都存在着一种或几种相同的染色体异常得到证实。1956年，由于染色体技术的精确化，Tjio H和Levan A确定人的染色体为46条。1970年Caspersson T的染色体荧光分带技术的成功，使五六十年代分辨不清的染色体研究突飞猛进，此时已可分辨单一染色体，并可确认染色体的重组和移位。绝大多数的癌细胞已被辨析出存在染色体的畸变。1994年由Felix Mitelman编写的第5版《癌染色体异常目录》中，刊出了84 820种染色体的畸变，这些畸变涉及几乎所有的癌，涉及到人的23对染色体中的每一条。1957年Foulds L观察和总结到：临床上肿瘤的发展与逐步恶化是由于肿瘤细胞随着时间的推移而积累了更多的遗传学变化所致。1976年，Nowell P C总结性地在《科学》杂志上发表了《肿瘤细胞群的克隆性进化》一文，他明确地指出：肿瘤细胞获得了遗传学上的易变能力，经过多步的被选择发展成为临床上所见的肿瘤。七八十年代分子生物学的出现和进步，使原来在染色体水平无法看到的遗传学变化也陆续示众。综合各种研究资料后，笔者在 1989年11月发表了《肿瘤细胞的本质是进化》，指出：“说肿瘤细胞的本质是进化，首先是把肿瘤细胞作为一个生命体，即以体细胞为参考系来认识的。“进化”是指生命体在原有的遗传信息基础上，由外界输入新的生物信息并体现，通过优胜劣汰、适者生存的总概括，其中包括了发生的外因(致癌因素)、发生的基础(新的生物信息)、发展的过程(演化)以及发生后的结局(高度适应能力)。笔者还根据对肿瘤的四维性认识以及进化的定义，指出肿瘤细胞是不可能被逆转的。同年，由诺贝尔奖得主、分子生物学的奠基人、DNA结构的提出者Watson J D等主编的《细胞分子生物学》第2版及1994的第3版，在癌症一篇以总纲的形式定义：癌症是一种微型进化过程(Cancer as a Microevolutionar Process)。该书引用了Vogelstein B等人从分子水平上研究肠癌的结果：肠癌的病理过程为正常上皮细胞①高度增生的上皮细胞②早期腺瘤③中期腺瘤④晚期腺瘤⑤腺癌⑥癌转移。相应的分子水平的证据是①5号染色体上的APC基因丢失，②③12号染色体的k-ras活化，④18号染色体的DCC基因丢失，⑤17号染色体的p53丢失，⑥其他基因的变化。
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由于癌细胞的本质是微型进化，那么试想用一种药物或手段去治疗癌症显然不切合实际，自然也不会存在什么灵丹妙方。基于此，笔者又在1995年发表了《抗进化：治愈癌症的全新方案》，提出治疗癌症的正确途径只能是“抗进化”，即在第一次治疗后(手术、放疗或化疗)，必须用不同属性的手段给予残留癌细胞多次间隔性打击，使残余癌细胞还未对某种手段进化至适应前就被接连不断的、不同性质的但又致命的 (对癌细胞来讲)打击而灭绝。第二次以后的治疗剂量不必很大就足以杀死余癌细胞，又不致对人体造成伤害。真正实施“抗进化”方案，人类攻克癌症的愿望才可实现。
5 总结与展望
人类与癌症的战争已经进行了几千年，较为出色的战役是近100年，尤其是20世纪50年代以来人类顺着癌症的外因找到了内因，并在不断扩展深度与广度。我们不仅知道化学(千种以上的化学致癌物)、物理(各种射线和其他物理因素)以及生物(病毒、寄生虫)等外因，也已知道存在于细胞内的原致癌基因、肿瘤抑制基因、修复基因的突变及功能失常会引发癌症。更加重要的一点是我们已经站在更高的层次上认清了癌细胞的本质是一种微型进化，这种进化可说成是大自然生物进化之机制在动物机体内的通过癌细胞的一种特殊的“表演”或缩影。我们不能抱有任何幻想，如逆转癌细胞(笔者于1997年发表了“评肿瘤研究领域里的‘以太观’：癌细胞逆转论”详细剖析了逆转论的错误)。这是一场特殊的战斗，要取得最终的胜利，我们仍需走相当长的路。在进入21世纪后的癌战中，我们必然经历一些战略阶段：
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第一，继续“人类基因组计划”直到人类23(46条)对染色体上10～14万个基因全部定序(几年内可完成)。
第二，运用高效的基因芯片技术与电脑的智能想结合，完成正常组织细胞基因表达的谱系；在此基础上进行比较研究，找出各种肿瘤、不同程度的基因表达谱系。这个工作量非常巨大，就一个细胞在某一时间的基因表达数是总基因数目的10%～20%，也就是有1～2万个基因的表达。需要积累的数据包括不同肿瘤、不同阶段、不同病人。因此，需由全世界的科学家若干年的努力方可完成。
第三，当基因表达的谱系完全搞清后也还不能完全认识癌症，因为癌细胞主要是由基因突变引发的，突变在表达谱系中是不能完全看出来的。由于目前技术的问题，对基因突变检测的速度远远赶不上对基因表达检测。对每一个病例若要进行全部的相关基因检测，其工作量更是大得无法想象。
只有当癌细胞的表达谱系和突变谱系全部清楚之后，人们才能搞清癌细胞是怎样进化的确切机理。届时，对癌症的治疗(“对症下药”)才能真正进入辉煌胜利的时代，人类克癌之梦想才能变成现实。
收稿日期：2000-03-19, 百拇医药
单位：美国洛杉矶希望城国立医学中心Beckman研究所分子医学系
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癌症研究的世纪回顾与展望001207中图分类号：R73 文献标识码：A
文章编号：1002-0772(2000)12-0021-04
在全世界，癌症每年夺取600万人的生命，并把1 000万人置于死亡的边缘。在中国，每年有160万人得癌，130万人死于癌症。世界卫生组织预测癌症将是21世纪人类的“头号杀手”。人类对癌的认识必需经过四个阶段：(1)癌是什么(疾病种类)?(2)癌由什么(病因)引发？(3)癌是怎么形成的(机理)？(4)我们怎样战胜它(治疗手段)？
1 肿瘤是由肿瘤细胞所形成
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公元1836年，德国的Johannes Muller运用改进的显微镜观察癌症，发现并发表了“癌症是由紊乱的异常细胞所组成”，使癌症研究进入了细胞水平，为肿瘤病理解剖学蓬勃发展奠定了坚实的基础，为临床诊断提供了可靠的依据。从此，人们才知道癌症是由一群癌细胞(异常细胞)异常增生所引起的难以治愈并致人于死地的恶疾。
癌细胞来自于正常细胞，但它与正常体细胞生长方式的不同，在于不受个体的总体调节与约束，特有定向程式消逝，也不理会邻近细胞的需要与约束关系，进行非常自私的生长分裂(如不侵犯正常组织，只在局部生长的则为良性肿瘤细胞)；如果为取得生长空间与食物，不仅能攻击附近的正常细胞，而且还会远征到身体的其他部位去侵略豪夺，使正常细胞无法与之竞争而遭到铲除，使体内的重要器官如骨牌效应一样，一个一个受损，最终导致个体死亡，这样的细胞就是恶性肿瘤细胞，即为癌细胞。
2 癌症的病因
那么癌细胞是怎样产生的呢？又是由什么因素引起的呢？因为只要知道疾病发生的原因，人们就可找到预防与治疗的方式和途径。 1861年Jone Hill发表论文记述6种鼻部肿瘤的病人，都是重度使用鼻烟者。1875年，英国医生Percivall Pott以他职业的敏锐性，发现并报导了伦敦扫烟囱工人易患阴囊癌，解开了人类探索肿瘤病因的序幕，第一次把职业同癌症发生联系了起来。为了证实这种联系，1889年德国科学家汉诺用焦油涂抹大鼠皮肤，试图能诱发大鼠的皮肤癌，但他没有成功。1915年日本的Katsusaburo Yamagiwa总结了前人经验与结合自己对肿瘤的理解，辛苦工作20年，最终他可以随心所欲地诱发癌症。他从焦油中提炼出某些物质，每隔2至3天便涂抹在137只兔子的皮肤上，持续3个月，1年后，其中7只兔子涂过焦油的部位出现了浸润性肿瘤，这是人类有史以来第一次制造出癌症，而不是等待癌症自然出现。全世界数以千计的科学家受到Yamagiwa成功的鼓舞，利用各式各样的物质进行类似的实验，积累了丰富的数据，到1941年美国国立癌症研究所总结地发表了对696种化学物质的调查结果，其中169种可能在动物体内导致肿瘤。从此，化学致癌理论建立。到1969年，国际癌症研究总局的资料认为对人类确有致癌性的，或者有可能致癌的物质达1 000种以上。迄今人类使用各种有机化合物达200万种以上，实际上到底有多少种致癌物谁也讲不清楚。
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在另外一条战线上，人们发现病毒也可诱发癌症。事情源自1908年，两名丹麦科学家爱乐门和斑发现一种非细胞因子可使白血病从一只鸡传染到另外一只鸡。 1909年，美国科学家Peyton Rous把一只鸡的肉瘤标本碾碎，再用可去除细菌的滤器过滤以排除细胞或细菌种植的可能。结果被注射过滤液的鸡在数周后长出了类似的肿瘤。1930年，利特尔实验室发现一种病毒因子能使乳癌从一只小鼠传到另一只，也能由母乳传至后代。随后又确认出兔子的乳头状瘤病毒、鼠类白血病病毒。一连串的发现使病毒致癌论成立：癌症病毒入侵体内正常细胞，使它们转化成为癌细胞，癌细胞的大量繁殖形成肿瘤。并认为化学物质只是一种能够激活肿瘤病毒的因子，肿瘤病毒一旦活化，就会在不同组织引发肿瘤。然而，病毒致癌学说的专家们尝试着为人类常见的癌症寻找相关病毒的努力并未得到相应的回报，因为绝大部分的人类肿瘤中找不到相关的病毒踪迹。到目前为止，较为明确的也只有几种病毒被认为与人类癌症有关：如Epstein-Barr病毒与非洲儿童恶性淋巴瘤、白血病、传染性单核细胞增生症、鼻咽癌有关；人乳头状瘤病毒与Ⅱ型疱症病毒和人的子宫癌有密切关系；肝炎病毒与肝癌；人类免疫缺陷病毒与卡波西肉瘤、淋巴瘤、白血病有关。
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此外，人们还发现过多地接触各种射线，如X射线、γ射线、β射线、α射线、宇宙射线、日光及紫外线后，也可引起多种的人类肿瘤。
3 致癌基因与肿瘤抑制基因
“江山代有人才出”。 1953年，James Watson和Francis Crick在英国的《自然》杂志发表了划时代的论文，解开了DNA分子结构之谜，说明了在生物世代相传的过程中，遗传讯息是以A.T.C.G四个“字母”的形式储存在长链的DNA分子内，小至病毒、细菌，大到人类无一例外。复杂的生物功能就是通过把DNA分子上的碱基A.T.C.G(任何三个字母组成一个密码)的遗传信息转译制造成蛋白质来执行的。DNA作为载体被精确复制保存在生物体内世代相传。这样一个中心理论强势地引导者生物学与医学研究的走向。60年代放射性同位素与离心机的出现与运用，使70年代后的分子生物学呈现出爆炸性的发展，20世纪末的40年中，生物学前进的速度呈几十倍甚至百倍千倍的增长。 1977年，英国的Fredrick Sanger完成了世界上第一个生物的基因定序(基因是指含有合成一个蛋白质所需遗传信息量的DNA片段)，这个生物是一种能感染大肠杆菌的病毒—X 174噬菌体。噬菌体的基因组(基因组是指一个生物体内全部的基因总和)的遗传密码数为5 383。癌症研究也搭上了时代的列车，进入分子水平。1976年，美国的Mike Bishop与Harold Varomus掀起了一场癌研风暴，使癌症分子生物学正式登场。事情始于对Rous病毒(一种鸡反转录病毒)的研究，美国的Hidesaburo Hanafusa与Peter Vogot在70年代早期证明Rous病毒携带两组基因：一组控制病毒的复制；另一组促使病毒诱发宿主细胞癌变。1973年Peter Duesberg从Rous病毒中分离出一段RNA序列，这段序列具有转化能力，被定名为src基因(这是第一个纯化的癌基因)。src不存在于其它鸡的反转录病毒中(而这些鸡的反转录病毒都拥有类似Rous病毒基因组内的复制基因)，病毒学家纳闷：其它鸡病毒是Rous病毒的退化形式？还是Rous病毒源自于其它的鸡病毒？如果是，src癌基因是怎么进入Rous病毒的基因组？Bishop实验室的Dominique Stehelin于1974年花了6个月的时间制成src探针(利用RNA反转录酶催化合成的src互补DNA)，这个探针只和正常的Rous病毒中src基因杂交，不会与src基因缺乏的缺陷性Rous病毒，以及其它鸡的反转录病毒杂交。然而，当Stehelin运用这个探针的首次实验就发现了相反的结果：未受Rous病毒感染的鸡细胞中至少带有一个src基因的复本，甚至更多。经过再三排除“污染”的可能性后，于1975年Bishop他们终于相信这个结果是真的，并于1976年发表在《科学》杂志上。Stehelin的实验说明：鸡细胞在Rous病毒感染之前许久， src基因就已经存在于宿主细胞的基因组中了； Rous病毒的祖先籍由偷窃的方式从鸡细胞基因组中偷盗了这个src基因。随后， Bishop他们扩大搜索范围，结果src基因的足迹遍布鸟类、人、鲑鱼、海胆。实验显示：src基因实际上有两个版本，一个是病毒版本V-src，为活化的癌基因或致癌基因；另一个是存在于正常细胞中的c-src，又叫原致癌基因(Proto-oncogene)。跟随Bishop的脚步，70年代被发现的原致癌基因的名单每个月都会增加，如mos，Ha-ras，myc，myb，ki-ras，fes，mil，erb-B1，raf,abl。到80年代末，已发现的人类致癌基因多达50多种，到90年代中期到达100多种。Ed Scolnick甚至在酵母菌的DNA中发现了ras基因的同源体，据此估计在十几亿年前，人类与这些简单的单细胞生物有着一个共同的祖先。ras基因出现并并入细胞的基因组后就一直扮演着重要的、必须的角色——与繁殖过程的调节有关。
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依照Varmus与Bishop的说法，src基因的活化需要反转录酶的参与，重新塑造c-src基因，迫使src遵照病毒的吩咐行事。但是，人类除了HIV病毒及日本南部某种罕见的白血病外，极少感染反转录病毒。人们无法在人类肿瘤细胞中找到病毒的src基因。因此，病毒激活原致癌基因这个理论还不足以解释人类的绝大部分癌症的发生。
1975年，美国加大柏克莱分校的细菌遗传学家Bruce Ames参考别人的研究并加入自己的技巧，找到了测试化学物致突变力的方法。他测量的是：每单位重量化学物质诱使DNA发生突变(突变是指DNA分子上的碱基A.T.C.G序列发生变化，即使只是一个碱基对出错，也能完全改变基因的意义，突变还会传给子代)的能力。他发现不同的化学物质诱发副伤寒杆菌基因的能力极端不同，其中最强的致变力是最弱者的百万倍。Ames相信细菌与复杂生物的基因有着类似的性质，根据化学物质对细菌的致变力，可以得出化学物质对人类基因的致变的能力。致变物藉着使基因突变而导致细胞癌化。他发现致癌物到处可见。 1965年Leo Sachs把化学致癌物直接加入正常的仓鼠细胞培养基中，可促使正常细胞癌化。美国的肿瘤分子生物学家Weinberg Robert A坚信Ames的理论和Sachs的实验结果，他认为癌细胞始于各种原因(化学、物理、生物)导致的异常细胞基因(或许是致癌基因)。他指导台湾博士施嘉和用化学诱化的小鼠成纤维癌细胞的DNA去转染NIH 3T3(一种小鼠成纤维细胞株)获得成功，证明化学转化的癌细胞中携带着“致癌基因”，这些“致癌基因”并不存在于正常细胞内。随后，他们又用提纯的人膀胱癌的DNA去转染NIH 3T3细胞也获成功。结果，这个膀胱癌的癌基因却是c-ras基因，1982年完成DNA的测序工作，发现膀胱癌c-ras和正常c-ras比较后只是一个碱基被取代，是基因点突变，由于这个点突变造成了结构蛋白的编码错误(甘氨酸变成撷氨酸)。正常ras蛋白在细胞中的作用犹如开关，突变就会丧失“关闭”的功能。Weinberg的研究团体第一次在非病毒致癌的癌细胞中找到了活化的原致癌基因ras。几乎同时，Stuart Aaronson和Michael Wilgler两个研究群也证实了这一结果，使人们认识到不论是什么原因(物理、化学、病毒)，只要活化原致癌基因就可引发癌症。
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正当癌基因学说处在热潮时，另一条相反的路线也在形成当中。英国牛津大学教授Henry Harris认为在细胞癌化的过程中还会有另一种基因举足轻重，这种基因的作用是压抑肿瘤的恶性生长，他给其命名为“肿瘤抑制基因”(tumor suppressor gene)。Harris于1969年利用从日本科学家改善的细胞融合技术把完全正常的结缔组织细胞与三种鼠类癌细胞分别融合在一起，预期这些杂交细胞会像癌细胞一样生长。出乎意料的是杂交细胞却表现出正常的生长状态。为了验证这一结果，与Harris合作的瑞典科学家George Klein检查了杂交细胞，证明杂交细胞确实带有双亲(正常与癌细胞)的染色体。这个结果说明正常基因与癌基因共同存在于一个细胞中时，正常基因是主导者，用遗传术语讲即“显性”。1971年，美国的小儿科肿瘤学家兼遗传学家Alfred Knudson挖掘出1886年由巴西教授Hilario de Gouvea报告的视网膜母细胞瘤。Knudson发现视网膜母细胞瘤有两种形式：一种是家族性的，可以从亲代传给子代。另一种是偶发的，患者不会将疾病遗传给后代，其家族中也找不到类似的疾病。基于以上事实，Knudson认为：视网膜母细胞瘤的发生，归结于两个受损基因(一个来自父亲；一个来自母亲)。在家族性案例中，孩童从亲代遗传了一个受损基因，如果另一个正常的相应基因遭受到随机损失而突变，细胞就会癌变。偶发性的肿瘤孩童，其出生时带有一对完好的基因，但这两个基因都在肿瘤发生前受到打击而突变。1974年Orye E观察视网膜母细胞瘤的细胞中第 13号染色体丢失了中间的一段。1986年Weinberg实验室的Friend S寻找和克隆了视网膜母细胞瘤的基因—Rb基因。不久，其他研究人员也证实了Rb基因的功能。随后的研究又发现在膀胱癌、青少年骨瘤、小细胞肺癌中都有Rb基因的丢失。从克隆Rb基因到现在，人们又发现了BRCA1、BRCA2、APC、P53等肿瘤抑制基因，为全面认识癌症迈出了又一坚实的一步。
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4 进化与抗进化
早在19世纪晚期，人们在组织切片上观察到很多肿瘤细胞有丝分裂异常。 1879年德国病理学家Arnold，J首先描述了异常的有丝分裂。 1890年另一名德国病理学家Von Hansemann D指出异常有丝分裂在人类肿瘤的起始与发展中可能扮演着重要作用。特别值得一提的是生物学家Boveri T，他在1902到1914年的海胆研究中，发现有丝分裂异常如受精卵中多级分裂往往导致生物发育异常。他在承认对癌症没有直接经验的同时，提出体细胞的有丝分裂异常而导致的染色体非整倍体与肿瘤相关。他进一步预言：(1)肿瘤细胞群的遗传物质不稳定。(2)肿瘤是单细胞起源。(3)由于得到或丢失染色体而缺乏对外界调控的反映。(4)有些关键的遗传学变化可能在亚显微镜水平，并不涉及整个染色体。他的这些真知灼见被后来的科学研究所证实。1928年Bauer K H发表了肿瘤发生的突变理论。1930年Winge O扩展Boveri T的单细胞起源说而提出肿瘤起源于干细胞的概念，肿瘤干细胞学说由于50年代发现某些给定的肿瘤细胞中都存在着一种或几种相同的染色体异常得到证实。1956年，由于染色体技术的精确化，Tjio H和Levan A确定人的染色体为46条。1970年Caspersson T的染色体荧光分带技术的成功，使五六十年代分辨不清的染色体研究突飞猛进，此时已可分辨单一染色体，并可确认染色体的重组和移位。绝大多数的癌细胞已被辨析出存在染色体的畸变。1994年由Felix Mitelman编写的第5版《癌染色体异常目录》中，刊出了84 820种染色体的畸变，这些畸变涉及几乎所有的癌，涉及到人的23对染色体中的每一条。1957年Foulds L观察和总结到：临床上肿瘤的发展与逐步恶化是由于肿瘤细胞随着时间的推移而积累了更多的遗传学变化所致。1976年，Nowell P C总结性地在《科学》杂志上发表了《肿瘤细胞群的克隆性进化》一文，他明确地指出：肿瘤细胞获得了遗传学上的易变能力，经过多步的被选择发展成为临床上所见的肿瘤。七八十年代分子生物学的出现和进步，使原来在染色体水平无法看到的遗传学变化也陆续示众。综合各种研究资料后，笔者在 1989年11月发表了《肿瘤细胞的本质是进化》，指出：“说肿瘤细胞的本质是进化，首先是把肿瘤细胞作为一个生命体，即以体细胞为参考系来认识的。“进化”是指生命体在原有的遗传信息基础上，由外界输入新的生物信息并体现，通过优胜劣汰、适者生存的总概括，其中包括了发生的外因(致癌因素)、发生的基础(新的生物信息)、发展的过程(演化)以及发生后的结局(高度适应能力)。笔者还根据对肿瘤的四维性认识以及进化的定义，指出肿瘤细胞是不可能被逆转的。同年，由诺贝尔奖得主、分子生物学的奠基人、DNA结构的提出者Watson J D等主编的《细胞分子生物学》第2版及1994的第3版，在癌症一篇以总纲的形式定义：癌症是一种微型进化过程(Cancer as a Microevolutionar Process)。该书引用了Vogelstein B等人从分子水平上研究肠癌的结果：肠癌的病理过程为正常上皮细胞①高度增生的上皮细胞②早期腺瘤③中期腺瘤④晚期腺瘤⑤腺癌⑥癌转移。相应的分子水平的证据是①5号染色体上的APC基因丢失，②③12号染色体的k-ras活化，④18号染色体的DCC基因丢失，⑤17号染色体的p53丢失，⑥其他基因的变化。
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由于癌细胞的本质是微型进化，那么试想用一种药物或手段去治疗癌症显然不切合实际，自然也不会存在什么灵丹妙方。基于此，笔者又在1995年发表了《抗进化：治愈癌症的全新方案》，提出治疗癌症的正确途径只能是“抗进化”，即在第一次治疗后(手术、放疗或化疗)，必须用不同属性的手段给予残留癌细胞多次间隔性打击，使残余癌细胞还未对某种手段进化至适应前就被接连不断的、不同性质的但又致命的 (对癌细胞来讲)打击而灭绝。第二次以后的治疗剂量不必很大就足以杀死余癌细胞，又不致对人体造成伤害。真正实施“抗进化”方案，人类攻克癌症的愿望才可实现。
5 总结与展望
人类与癌症的战争已经进行了几千年，较为出色的战役是近100年，尤其是20世纪50年代以来人类顺着癌症的外因找到了内因，并在不断扩展深度与广度。我们不仅知道化学(千种以上的化学致癌物)、物理(各种射线和其他物理因素)以及生物(病毒、寄生虫)等外因，也已知道存在于细胞内的原致癌基因、肿瘤抑制基因、修复基因的突变及功能失常会引发癌症。更加重要的一点是我们已经站在更高的层次上认清了癌细胞的本质是一种微型进化，这种进化可说成是大自然生物进化之机制在动物机体内的通过癌细胞的一种特殊的“表演”或缩影。我们不能抱有任何幻想，如逆转癌细胞(笔者于1997年发表了“评肿瘤研究领域里的‘以太观’：癌细胞逆转论”详细剖析了逆转论的错误)。这是一场特殊的战斗，要取得最终的胜利，我们仍需走相当长的路。在进入21世纪后的癌战中，我们必然经历一些战略阶段：
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第一，继续“人类基因组计划”直到人类23(46条)对染色体上10～14万个基因全部定序(几年内可完成)。
第二，运用高效的基因芯片技术与电脑的智能想结合，完成正常组织细胞基因表达的谱系；在此基础上进行比较研究，找出各种肿瘤、不同程度的基因表达谱系。这个工作量非常巨大，就一个细胞在某一时间的基因表达数是总基因数目的10%～20%，也就是有1～2万个基因的表达。需要积累的数据包括不同肿瘤、不同阶段、不同病人。因此，需由全世界的科学家若干年的努力方可完成。
第三，当基因表达的谱系完全搞清后也还不能完全认识癌症，因为癌细胞主要是由基因突变引发的，突变在表达谱系中是不能完全看出来的。由于目前技术的问题，对基因突变检测的速度远远赶不上对基因表达检测。对每一个病例若要进行全部的相关基因检测，其工作量更是大得无法想象。
只有当癌细胞的表达谱系和突变谱系全部清楚之后，人们才能搞清癌细胞是怎样进化的确切机理。届时，对癌症的治疗(“对症下药”)才能真正进入辉煌胜利的时代，人类克癌之梦想才能变成现实。
收稿日期：2000-03-19, 百拇医药