寻找致癌基因

王厚斌

随着分子生物学的兴起，科学家们陆续发现了致癌基因、抑癌基因，人们逐渐了解了癌症发生的大概轮廓，癌症的秘密才被逐渐揭开。

基因是生命的操纵者和调控者，一切生命的存在或衰亡形式都是由基因决定的。基因是携带有遗传信息的DNA序列，而DNA由—对对碱基(AT，CG)排列组成，人类拥有30亿个字母组合。甚至DNA长度的微小变化，都可以对一个人的健康产生灾难性的后果；遗传因子的变化，可能造就一位杰出的政治家、科学家、音乐大师、体育名将。

在人类与疾病抗争的几千年里，20世纪是一个成就辉煌的时代。抗生素的发明和应用，使全人类平均寿命提高10年以上，被公认是20世纪最伟大的成就之一。细菌导致的感染性疾病的死亡率锐减，而癌症的致死率正随着全世界工业化进程的加速而上升。癌症静悄悄地降临，没有预警，难以治愈，人们闻癌色变。

20世纪30年代，人们才发现某些化学物质(煤焦油等苯吡物)或X射线可以致癌。随着分子生物学的兴起，癌症的秘密才被逐渐揭开，而上世纪80年代才有实质性突破。随着致癌基因、抑癌基因陆续被发现，人们逐渐了解了癌症发生的大概轮廓并将最终破解癌症的秘密。通过对癌症发生过程的了解，科学家可以找出检查与预防癌症的方法甚至找到有效的治疗方式。

下面为大家讲述一些揭开癌症之谜的科学往事。这些往事传达了科学家对科学探索的好奇心和渴望改变这个世界的真诚愿望。

圣战：寻找乳腺癌基因

玛丽-克莱尔·金(Mary－Claire King)一生有三大著名成就：发现了乳腺癌基因(BRCA1，BRCA2)；证明人类和大猩猩在遗传学上有99％的同源性；通过基因序列分析找到人权受害者(协助人权组织寻找到阿根廷被拐卖儿童的下落)。

金在20岁时从卡里顿学院数学专业毕业，在导师威尔森(分子时钟理论的创始人，因证明人类起源于一个共同的非洲母亲而举世闻名)的建议下，她从数学转向遗传学研究，并于1973年在加州大学伯克利分校获得遗传学和流行病学博士学位。她博士学位的工作主要是通过人类和大猩猩的蛋白质序列比较研究，发现两者有99％的同源性。这个著名结论震撼了学术界，今天已经被写进教科书。

在加州大学旧金山分校完成博士后工作，她回到母校伯克利分校任遗传学和流传病学教授。在伯克利任教期间(1973～1990年)，通过对1579位遗传性乳腺癌患者的基因分析，金指出人类的第17号染色体上存在乳腺癌基因(后来克隆到著名的BRCAI基因)，是所有5％～10％遗传性乳腺癌和宫颈癌(人们以前认为乳腺癌是一种多基因病)的元凶。金发现乳腺癌基因后，全世界范围掀起寻找其他疾病基因的狂潮。

金发明的寻找BRCA1基因的方法(基因遗传标记)被成功用于其他疾病基因的研究，后来又如法炮制发现了BRCA2基因。关于精确定位和克隆BRCA1基因的圣战进行得如火如荼(金寻找BRCA1基因近20年)，同时全球最顶尖的分子生物学家都参与到寻找乳腺癌基因的竞赛中，最终由犹他大学的马克·斯考尼可教授(MarkSkolnick)抢先成功定位BRCA1在染色体上的具体位置，从而结束了这场20世纪竞争最激烈的寻找疾病基因的科学竞赛。

虽然金在准确定位BRCA1基因的位置上落了下风，甚至丈夫也在最艰难的时刻离开了，但她并未消沉，至今还活跃在学术界。她发现的BRCA1基因具有划时代意义：一直被认为是多基因作用的乳腺癌原来是由单个基因功能缺陷引起的，并为后来寻找疾病基因奠定了方法学基础。

遗传学主要用于单基因疾病的研究比如血友病。对于包括多种遗传因素和环境因素引起的疾病研究，主流学术界并不认为经典遗传学有用武之地。金的发现扩展了对人类遗传学的认识。

寻找基因组守护神

20世纪80年代以前，人们普遍认为癌症是因为人体的免疫系统失调或者病毒引起的，但这不能解释细胞过度生长的原因(大量有害的复制引发癌症)。约翰-霍普金斯大学的伯特·渥格斯坦教授(Berr Vogelstein)猜测癌症发病的关键在于基因组DNA。他的猜测得到证实：原子弹的受害者容易罹患癌症，而且他们的DNA序列都发生很大的变化，即辐射会破坏DNA而引发癌症；甚至患病的女性在接受辐射治疗后更容易并发癌症。

伯特教授怀疑细胞在多个基因发生突变或功能紊乱后才转化为失去控制的癌细胞，因为大部分癌症都是在中老年才发病。他和当时的一些科学家指出视网膜瘤的发生可能是因为患者的染色体上的部分DNA缺失造成的。1983年，伯特教授和合作者利用新遗传标记发现视网膜瘤患者的部分染色体确实消失了。据此，伯特教授认为消失的那部分染色体可以抑制细胞发生癌变。

20世纪80年代的美国正面临结肠癌高发的卫生问题，伯特教授和博士后埃里克·费荣(EricFearon)发现结肠癌患者第17对染色体(人类共23对染色体)上的遗传标记消失了。而早在1979年，普林斯顿大学的阿诺·列文(ArnoldLevine)和大卫·蓝恩(DavidLane)在研究动物病毒是否在小鼠体内引起癌症时，无意间发现了p53蛋白可能在癌症发生过程中起某种主要作用。而p53正好位于引起癌症的遗传标记区域中间，伯特教授和学生们验证发现，p53突变会极大地促进癌症的发生。

后来大量的研究发现，突变的p53和50余种癌症密切相关，该基因正常时，则抑制癌症的发生。鉴于p53具有重大的生命意义，作为p53的首次发现者，阿诺·列文正式Np53命名为“基因组守护神”。

寻找基因组校对员

生命的宏观表现为生命的诞生、成长、衰老和死亡，生命的微观本质则是DNA复制。通过DNA复制来维持遗传信息的传递和生命自身单个细胞的更新换代。每天都有很多细胞悄悄地衰老、死去，又有很多细胞诞生，这个过程在生命过程中此消彼长。而遗传信息的复制，不可避免要面对很多不利的环境，会产生很多错误的DNA信息。错误的信息必须被及时清除，否则会产生功能缺陷的基因(发生突变)，造成基因组不稳定，间接引起癌症。

科学家很早就怀疑，人类基因组DNA中存在某种校对员，负责校对庞大的DNA复制工作，使得细胞分裂时遗传信息被精确地复制出来。但无法确定这种校对员是否存在，这种校对员的任务是如何执行的也毫无线索。

DNA的校对系统(错配修复)最初是由研究细菌DNA复制的微生物学家发现的，理查·科洛勒(Richard D.Kolodner)在加州大学欧文分校研究生学习阶段进入这个领域，后来在哈佛大学做博士后期间继续从事相关研究。理查于1989年在酵母里发现了基因组校对员(一种错配修复基因)，他的发现受到科学界的好评。在分子生物学刚刚起步阶段，有如此发现，对一个年轻人而言，难度可想而知。

理查在1993年前后从小鼠里分离到类似细菌的基因组校对员(即同源基因)，表明可能所有的哺乳动物都存在基因组校对员来维持基因组的稳定。

遗传性非息肉结肠癌(HNPPC)是一种家族性结肠癌。伯特教授的研究表明人类第2号染色体上存在HNPPC致癌基因，并且注意到该致癌基因的遗传标记在不同病ADNA上有断裂或变化，具有遗传不稳定性。他发表的论文提到的DNA不稳定性，给了理查教授很大的灵感。理查教授带领学生采用最新技术(定位克隆技术)确认变坏的基因校对员正是HNPPC的致癌基因(即该基因发生突变才是致癌基因)。

在理查教授的研究结果发表前夕，伯特教授听说理查可能已经找到了HNPPC的致癌基因，而伯特教授也在同时用另外一种方法找到了这个变坏的基因组校对员。他们的研究结果先后发表在1993年12月的《细胞》上，《细胞》的编辑为两位伟大的科学家同时举行了新闻发布会，告诉全世界，两个小组同时找到了遗传性非息肉性结肠癌的致癌基因。

有趣的是，两位科学家又在遗传性结肠癌家族中同时找到第二个基因组校对员，他们二度打成平手。

寻找“肿瘤抑制基因之母”

英国科学家大卫·比奇(David Beach)20世纪80年代在冷泉港主要从事细胞周期方面的研究工作，并首次发现参与调控细胞生长的蛋白质p16和p21。比奇发表在《自然》上的研究报告指出，p16参与细胞生长负调控。但当时比奇并不知道p16是一种重要的肿瘤抑癌基因。

成立于1991年的米利亚德基因公司(Myriad Genetics)，首席执行官正是犹他大学的马克·斯考尼可教授(Mark Skolnick)，该公司当时参与到寻找乳腺癌致癌基因的激烈竞赛中，试图开发出基于基因的医疗和分子诊断产品。1994年1月，公司的研究员亚历山大·坎穆(Alexander Kamb)在寻找黑色素瘤致癌基因时，发现了该致癌基因的染色体具体位置并通过当时最先进的分子生物学技术克隆得到了这个基因。通过序列分析对已有的基因数据库进行搜索时发现，黑色素瘤的致癌基因竟是编码突变的p16!

斯考尼可教授课题组发现在肺癌、乳腺癌、脑癌、骨癌、皮肤癌、膀胱癌、肾癌、宫颈癌和淋巴瘤细胞中，都有和黑色素瘤类似的染色体缺失，且均是同一个基因缺失。根据比奇对p16的功能描述，斯考尼可教授断定p16是一个异常重要的抑癌基因。为示区别和出于商业目的考虑，斯考尼可教授将自己发现的基因命名为MTSI，昵称叫“肿瘤抑制基因之母”。

后来的研究也证实p16的确是一个抑癌基因，而p16的主要发现者坎穆也因此成为学术界的一颗新星。

寻找致癌基因的启示

为了寻找致癌基因和抑癌基因，科学家们展开了惊心动魄的角逐，甚至有的不惜花费近20年时间解开致癌基因的秘密。从他们的成就不难看出，渊博的知识，完美的合作、交流，运筹帷幄，求真的科学精神(大胆假设，小心求证)是他们克服科学难题的法宝。

所谓时势造英雄，20世纪80年代正好是分子生物学技术飞速发展的时代，定位克隆技术、聚合酶链式反应技术等也对加速研究成果的发现起了非常重要的作用。直到今天，癌症的研究还在继续，大师们征战的步伐也从未停To这是人们探索癌症的秘密的开始，为癌症的预防、诊断、治疗提供了伟大的开端，具有划时代的意义。

生命系统异常复杂，关于生命科学的研究也非常广泛，还有更多的奥秘在等待全人类的智慧去揭开!