越来越多的人重视生命了,是社会进步的表现,是文明进化的表现。但目前对于整个世界而言,最让人头疼的,都是藏在每个人身体里的那些恶魔。
根据笔者的调查和了解,除开意外和器官衰老引起的死亡外,最直接,也最致命的,就是恶性肿瘤,俗称为癌症了(癌症一般都伴随着恶性肿瘤,但是并不是一定会有,比如血癌,就没有恶性肿瘤)。
听起来,是不是很可怕,在世界上有很多很多的科学家,都在研究对付这个恶魔的办法。而,这个恶魔,几乎都是大家自己培育、邀请,而最终,毁灭了自己。
说来可笑,好东西他都拿走了,然而还终结了自己。
不禁好奇,他究竟如何而来呢?
首先,我们回顾下生物课上的东西,我们先说在生物体里最基本的组成单位,细胞。很多人问,细胞是最小单位么?答案是NO,因为还有病毒,病毒是没有细胞结构的,虽然他需要依附细胞。
我们不就不去深入阐述细胞的组成,结构这些,我们直接看看细胞的活动过程。因为这一点,比较符合我们要讨论的范畴。
分裂,一个细胞分裂为两个细胞的过程。分裂前的细胞称母细胞,分裂后形成的新细胞称子细胞。细胞分裂通常包括核分裂和胞质分裂两步。在核分裂过程中母细胞把遗传物质传给子细胞。在单细胞生 物中细胞分裂就是个体的繁殖,在多细胞生物中细胞分裂是个体生长、发育和繁殖的基础。
分化,细胞的分化是指分裂后的细胞,在形态,结构和功能上向着不同方向变化的过程。细胞分化是形成不同的组织、分化前和分化后的细胞不属于一类型。那些形态相似的,结构相同,具有一定功能的细胞群叫做组织。不同的组织,按一定的顺序组成器官。各种器官协调配合,形成系统。各种器官和系统组成生命体。
死亡,细胞死亡是细胞衰老的结果,是细胞生命现象的终止。包括急性死亡(细胞坏死)和程序化死亡(细胞凋亡)。细胞死亡最显著的现象,是原生质的凝固。事实上细胞死亡是一个渐进过程,要决定一个细胞何时已死亡是较困难的,除非用固定液等人为因素瞬间使其死亡。
通常细胞增殖和细胞凋亡会达到平衡,而且受到严谨地调控以保证器官和组织的完整性。细胞的癌变是细胞的一种不正常的分化方式。每个正常细胞细胞核内都有原癌基因。
发生癌变的细胞原本是正常细胞,由于受到外界致癌因子(致癌因子包括物理致癌因子,主要指辐射,如紫外线,X射线等 ),化学致癌因子(例如黄曲霉毒素,亚硝酸盐等 ),生物致癌因子(Rous肉瘤病毒、乙肝病毒等)作用,导致细胞内原癌基因被激活,激活的原癌基因控制细胞发生癌变。也可能是DNA的突变或是经遗传得到的缺陷基因导致这些有序的过程受到改变。
随着细胞生长复制,如同滚雪球般持续累积新突变,最终不受管制而增殖的细胞通常会转变成良性肿瘤或恶性肿瘤。良性肿瘤不会扩散到身体其他部份,或是侵入别的组织,除非压迫到重要的器官,否则也不会影响生命。恶性肿瘤则会侵略其他器官,转移到身体其他部位。癌变的细胞在细胞形态、结果、功能上都发生了一定的变化。
接着,讲讲几个重点。
首先,癌症的根源,可以归结於DNA突变的累积。而突变的累积则导致促进细胞生长的蛋白质大量表现,并且破坏肿瘤抑制基因的功能,使得细胞周期控制失常。引起突变的物质被称为致变原,其中可导致癌症的致变原,则称为致癌物质。不同致癌物质可引发不同的癌症。
然后,癌症的发生需要两个前提,第一是原致癌基因的突变;第二则是肿瘤抑制基因的突变。此种过程称为努德森假说。
当一个肿瘤抑制基因发生一个突变之後,由于仍有许多具有相似功能的“後备”基因可做替补,所以并不足以引发癌症。只有在原致癌基因改变成致癌基因或是损坏丶不活化的肿瘤抑制基因的数量达到足够让促使细胞成长的信号超过正常调控细胞的讯息,细胞才会进入失去控制的快速生长。此外随着年纪增长,突变的机率增加,细胞失去控制的机会也会增加。由于DNA的损坏可形成反馈现象,努德森所提出的模型也受到质疑。有研究发现在某些肿瘤抑制基因里,只要有一个等位基因失去作用就足以导致肿瘤产生。这种现象称为单一等位基因不足性,也经过一定数量的实验方法证实其存在。单一等位基因的不足性引发肿瘤生成相较於努德森假说需要较长的时间。
接着,通常致癌基因是显性的,代表获得功能的突变(gain-of-function mutations),发生突变的肿瘤抑制基因是隐性的,代表失去功能的突变(loss-of-function mutations)。每个细胞中同一个基因都有两个拷贝分别来自父亲和母亲。一般说来,只要原致癌基因的两个拷贝之中的一个发生突变,就足以产生得到功能的突变使其转变成致癌基因。而要使肿瘤抑制基因发生失去功能的突变,则需要两个拷贝都被破坏。然而虽然有时肿瘤抑制基因仅有一个拷贝突变,但此突变的拷贝会使正常的拷贝不能作用,使得基因仍然失去作用,这种现象称作显性负面效应(dominant negative effect)。
最后,肿瘤抑制基因的突变也可遗传到下一代的基因体中,使後代增加癌症发生的机会。有许多的家族因为遗传到带有突变的肿瘤抑制基因而对于某些癌症有较高的发生机率。通常是来自父或母其中之一的基因拷贝带有瑕疵。由于肿瘤抑制基因的突变通常是隐性的失去功能的突变,含有一份突变拷贝的基因,虽然能借着另一份正常拷贝来维持基因功能,但是具有瑕疵的基因就变得较正常基因更容易产生问题。
可怕的恶魔,他到底有什么魔法?
当知道了这些以后,我们就知道了恶性肿瘤的来历了,但是,不得不强调一个事情,虽然有许多致变原就是致癌物质,但是有些致癌物质却不是致变原。例如酒精和雌激素,它们能直接促进细胞加速进行有丝分裂而增加癌症发生的机会。加快速度的有丝分裂在进行DNA复制的阶段时,负责修理DNA的酵素只能使用较少的时间去修补损坏的DNA,因此也增加DNA复制出错的可能性。在有丝分裂期间所发生的错误,则可能导致接受基因的子细胞染色体数目异常而引起癌症。
找出癌症最初发生的原因是不可能的。然而在分子生物学技术帮助之下,找出肿瘤内基因的异常则是可行的。因此根据基因与染色体变化的严重程度,对于预测病患预后情形上有迅速的进展。例如有些带有瑕疵p53基因的肿瘤细胞,在进行化学治疗时较不会发生细胞凋亡,可以预知这样的病患会有较差的预後。基因发生突变後,细胞重新产生正常细胞没有的端粒酶则能去除细胞分裂次数的障碍,使细胞能无限的生长分裂,有些突变则能使肿瘤细胞进行恶性转移到身体其他部位,或是促进血管新生让肿瘤细胞能得到更多营养的供应。
总体来说恶性肿瘤细胞有以下几个特性:
不受细胞凋亡机制的影响
不受限制的生长(不死,由于有大量端粒酶,细胞不受到细胞衰老机制的调控)
自给自足的生长因子
对于限制生长因子的控制不敏感
细胞分裂速率加快
重新获得分化能力
不受细胞间接触抑制所影响
具有侵入周边组织的能力
进行远端转移到其他部位
能促使血管新生
看到这里,你是不是会感觉这个BUFFER异常的强大,笔者也这样认为。
细胞变化成为肿瘤细胞时,并不是一次就具有恶性肿瘤细胞的所有性质,而是借着一代一代的传递获得及筛选後,变化成为最无法控制的恶性肿瘤细胞。此过程称为复制细胞的演化,在最初仅有一些DNA发生改变,通常是产生点突变,使得细胞的基因变的不稳定。
对于细胞的生长可能会产生某些影响,而经由一代又一代的细胞分裂之後,原本已带有的突变可能会因为环境因子等刺激产生的新突变共同作用,这样的基因体的不稳定可能由点突变增加到失去整条染色体或者发生染色体重复,所以仔细观察癌细胞可发现通常染色体的数目并非正常的23对。
一个细胞要转变并持续生长成为肿瘤并不是一件容易的事,仅仅是不受控制的生长与复制,并不能造成身体的严重影响。所以能否具有能力引起血管新生和转移就成为癌细胞是否能持续生长的重要条件。对于不停复制生长的细胞来说,养分供应是极重要的。也因此才有良性肿瘤与恶性肿瘤之分别。组成良性肿瘤的细胞,可能已经具有持续生长与不受细胞间接触抑制调控的能力,所以才能够成为一团细胞。但也受限於细胞本身并没有获得转移的能力,所以才会待在原处,和身体和平共存。DNA甲基化的模式改变也会活化或抑制基因的表现。上皮细胞等常常需要进行细胞分裂的细胞,的确是比不常分裂的细胞,例如神经元,有较高的机率转变成肿瘤细胞。
鉴于篇幅原因,笔者先介绍到这里,下一篇,将会聊聊,恶性肿瘤的种类,还有经常听到的,复发,转移,扩散等。当然,这个系列,笔者也会介绍当今顶尖的治疗技术和如何预防,也会和大家分享一些正在研究中的一些技术。
本文作者:Garfield(点融黑帮),现任职于点融技术部Social团队,自然科学、生命科学爱好者。