肿瘤细胞的形成过程
(1)原癌基因
癌基因是细胞中与细胞增殖有关的基因，是维持机体正常生命活动所必需的，在进化中高度保守。当原癌基因的结构或调控区发生改变，基因产物增多或活性增强，细胞过度增殖，从而形成肿瘤。
原癌基因的产物主要包括(图16-1): ①生长因子，如sis，②生长因子受体，如fms和erbB，③蛋白激酶等信号转导成分，如src、ras和raf，④细胞周期蛋白，如bcl-1，⑤凋亡调节因子，如bcl。
表16-1与肿瘤sis生长因子Erwing Netoma erb-B受体酪氨酸激酶、用于星形细胞瘤、乳腺癌、卵巢癌、肺癌、胃癌和涎腺腺癌的EGF受体酪氨酸激酶、CSF-1受体髓系白血病ras G蛋白肺癌、结肠癌、膀胱癌、直肠癌src非受体酪氨酸激酶Ruskin肉瘤Abl-1非受体酪氨酸激酶慢性髓系白血病RAF map 早幼粒细胞白血病myb转录因子结肠癌fos转录因子骨肉瘤erb-A转录因子急性非淋巴细胞白血病bcl-1圆柱1 B细胞淋巴瘤早在1911年Rous就发现鸡肉瘤具有无细胞滤液能。 它在鸡身上引起了新的肉瘤。几十年后，他证实了病原体是劳斯病毒(RSV)，并因此获得了1966的诺贝尔奖。泰明和巴蒂摩尔在1970证实了RSV是逆转录病毒，并在1975获得了诺贝尔奖。
1970sH的研究团队。Varmus和J.M.Bishop发现RSV中的致癌基因是src基因，但通过将src cDNA与其他基因组DNA杂交，发现src同源物在动物细胞(如鸡、鸭和果蝇)中普遍存在。原来src编码一种细胞质酪氨酸激酶，参与细胞增殖相关的信号转导，是细胞的正常成分。因为RSV、ASV等逆转录病毒的基因组是在宿主基因组上整合复制的，宿主的一些基因会被复制到自己的基因组中，所以被这类病毒感染的细胞的src基因拷贝会增加，引起细胞过度增殖。为了区别起见，存在于正常细胞中的癌基因序列称为c-onc，而存在于病毒中的称为v-onc。在结构上，c-onc是不连续的，含有内含子，这是真核基因的特征。而v-onc是连续的，基因跨度小。
(2)肿瘤抑制基因
肿瘤抑制基因也叫抗癌基因。早在1960年代，就有人将癌细胞与同一物种的正常成纤维细胞融合，得到的杂交细胞的后代只要保留部分正常亲本染色体就能表现出正常的表型，但恶性细胞随着染色体的丢失也能重新出现。这种现象说明正常染色体中可能存在一些抑制肿瘤发生的基因，它们的缺失、突变或功能丧失使激活的癌基因发挥作用而导致癌症。
肿瘤抑制基因的产物抑制细胞增殖，促进细胞分化，抑制细胞迁移，因此起负调控作用。一般认为肿瘤抑制基因的突变是隐性的。
肿瘤抑制基因的产物主要包括(表16-2): ①转录调节因子，如Rb、p53；②转录因子的负调控，如WT；③细胞周期蛋白依赖激酶抑制剂(CKI)，如p15、p16、p 21；④信号通路抑制剂，如rasGTP激活蛋白(NF-(1)、磷脂酶(PTEN)；⑤DNA修复因子，如BRCA1、BRCA2。⑥与发育和干细胞增殖相关的信号通路成分，如APC和Axin。
抑癌基因失活的方式有:①等位基因是隐性的，失活的抑癌基因等位基因在细胞中起隐性作用，即一个拷贝失活，另一个拷贝仍以野生型存在，细胞为正常表型。肿瘤只有在另一个拷贝失活时才会发生，比如Rb基因。②肿瘤抑制基因的显性负效应:当另一个野生型拷贝存在并表达时，肿瘤抑制基因的突变拷贝仍能引起细胞的恶性表型和癌变，使野生型拷贝的功能失活。这种效应被称为显性负效应或反显性效应。例如，近年来已经证实突变型p53和APC蛋白可以与野生型蛋白结合使其失活，然后转化细胞。(3)单倍体不足假说:某些抗癌基因的表达水平非常重要。如果一个拷贝失活，另一个拷贝可能不足以维持正常的细胞功能，从而导致肿瘤。比如DCC基因缺失一个拷贝，就可能明显降低细胞粘附功能，进而失去细胞接触抑制，使细胞克隆扩大或呈现恶性表型。
表16-2与肿瘤Rb转录调节因子RB、骨肉瘤、胃癌、SCLC、乳腺癌、结肠癌p53转录调节因子星形细胞瘤、胶质母细胞瘤、结肠癌、乳腺癌骨肉瘤、SCLC、胃癌、磷细胞肺癌WT负调节转录因子WT、横纹肌肉瘤、肺癌、膀胱癌、乳腺癌、肝母细胞瘤NF-1 GAP、RasGTP激活剂神经纤维瘤、嗜铬细胞瘤DCC细胞粘附分子直肠癌、胃 CDK6抑制剂胶质母细胞瘤BRCA1 DNA修复因子，乳腺癌和卵巢癌的BRCA2 DNA修复因子RAD51，乳腺癌和胰腺癌的PTEN APC和磷酸酯酶RAD51，WNT信号转导元件胶质母细胞瘤，结肠腺瘤性息肉和结直肠癌Rb(人视网膜母细胞瘤)基因是最先克隆的抑癌基因。 Rb基因突变导致视网膜瘤。散发性Rb发生较晚，通常只危及一只眼睛，遗传性Rb常危及双眼，3岁时形成多发性肿瘤(图16-4)。在G1期，Rb与E2F结合，抑制E2F的活性。G1/S期Rb被CDK2磷酸化失活，释放转录因子E2F，促进蛋白质的合成(图16-5)。
APC基因最早是在结肠腺瘤样息肉病患者中发现的，并以此命名。APC基因位于染色体5q21-22，是Wnt信号通路的负调控基因。APC蛋白可以与β-连环蛋白连接，促进β-连环蛋白的降解。β-catenin在细胞内积累后，可进入细胞核，与T细胞因子TCF结合，促进相关基因的表达。
DCC基因又称deletedincolorectalcarcinoma基因，其氨基酸序列与神经细胞粘附分子(N-CAM)及其他相关细胞表面糖蛋白非常相似。该基因的失活可导致细胞的生物学行为发生重要变化，如细胞粘附、接触抑制和移动，使细胞向恶性方向进化，易于转移。胃癌中DCC基因的缺失率约为40%~60%。
(3)原癌基因的激活
恶性肿瘤的发生归根结底是由于原癌基因的激活和抑癌基因功能的丧失，往往涉及多个基因的改变。原癌基因可以通过多种方式被激活，但总结起来无非是基因本身或其调控区域发生突变，导致基因过度表达或产物蛋白活性增强，从而导致细胞过度增殖，形成肿瘤(图16-6)。例如，在肝细胞癌中，cyclinA，B，D1，E经常在乳腺癌中过度表达。
1.点突变
ras基因家族主要是点突变，比如从膀胱癌细胞克隆的c-Ha-ras基因与正常细胞只有一个核苷酸的差异。
2.DNA重排
正常情况下，原癌基因的表达水平较低，但当发生染色体易位或倒位时，处于活性转录基因强启动子的下游，导致过度表达。比如伯基特淋巴瘤细胞的染色体易位，使得c-myc与IG重链基因的调控区相邻。因为免疫球蛋白重链基因的表达非常活跃，其启动子是一个强启动子，在CH-VH之间有一个增强子区，导致c-myc的过度表达。再如，在良性甲状旁腺肿瘤患者的染色体中，cyclinD1基因在甲状旁腺激素基因启动子的下游反向，瞬时表达，导致细胞异常增殖。
染色体易位的主要原因是人类染色体中存在脆性位点，染色体重排的热点多位于脆性位点。恶性肿瘤的染色体重排是一种获得性的体细胞改变，而不是生殖细胞的改变。
3.插入激活
一些没有v-onc的弱转化逆转录病毒将它们的前病毒DNA插入到宿主DNA中，导致插入突变。例如，逆转录病毒MoSV感染小鼠成纤维细胞后，病毒两端具有相同的超长末端重复序列(LTR)，不编码蛋白质，但含有启动子、增强子等调控元件。病毒基因组的LTR整合到细胞癌基因c-mos的附近。C-mos在LTR的强启动子和增强子作用下被激活，导致成纤维细胞向肉瘤细胞转化。又如禽白血病病毒ALV不含v-onc，而是插入到c-myc上游，导致基因过量表达。
4.基因增殖
在一些造血系统的恶性肿瘤中，癌基因扩增是一个非常普遍的特征，如早幼粒细胞白血病细胞系和这类患者的白血病细胞，c-myc扩增是8~32倍。癌基因扩增的染色体结构如下:①双微染色体(DMs)，无着丝粒，微小染色体成对分布在细胞内(图16-7)；②染色局部放大形成匀质染色区域(HSR)(图16-8)；③姐妹染色单体的不平等交换(USCE)。在G2期，由于姐妹染色单体之间的不对等交换，一个子细胞中的染色体较长，出现同源复制(基因扩增)，另一个细胞中相应的染色体较短(基因缺失)。其中DMS和HSR是最常见的类型，DMS或HSR的直肠癌患者c-mycmRNA含量是正常人的30倍。
5.原癌基因低甲基化
在致癌物的作用下，原癌基因甲基化程度降低，从而导致癌症。这是因为致癌物降低了甲基化酶的活性。人类约80%的肿瘤是由于接触外界致癌物引起的。根据致癌物的性质，可分为化学致癌物、生物致癌物和物理致癌物三大类。根据它们在致癌过程中的作用，可分为引发剂、促进剂和完全致癌剂。
引发剂是指一些化学、物理或生物因素，可以直接改变细胞遗传物质DNA的组成或结构。一般一次接触即可完成，其作用似乎没有明确的阈值剂量。由引发剂引起的细胞变化通常是不可逆的。
加速器本身不能诱发肿瘤，只有在引发剂作用后，通过加速器的反复作用才能诱发肿瘤(图16-9)。例如，在动物皮肤上涂抹二甲基苯蒽(DMBA)不会致癌，但几周后涂抹巴豆油会导致皮肤癌。巴豆油中的有效成分是佛波醇酯，能模拟二酰甘油(DAG)信号，激活蛋白激酶c，促癌剂有很多种，如一些激素、药物等。有些肿瘤促进剂只是促进某一种肿瘤的诱发，而对另一种肿瘤的发生没有作用。比如糖精能促进膀胱癌的发生，但不能促进肝癌的诱发；苯巴比妥促进肝癌的发生，但不促进膀胱癌的发生。
有些致癌物作用很强，既有启动作用，也有促进作用，单独就能致癌。它被称为完全致癌物。如多环芳烃、芳香胺、亚硝胺、致癌病毒等。
(1)化学致癌物
按化学结构可分为:①亚硝胺，亚硝胺是一种化学致癌物，具有很强的致癌性，可引起动物多种癌症。变质的蔬菜、食物中含量高，可引起消化系统、肾脏等器官的肿瘤；(2)多环芳烃，这类致癌物以苯并芘为代表，涂抹在动物皮肤上可引起皮肤癌，皮下注射可引起肉瘤。这类物质广泛存在于沥青、汽车尾气、烟灰、香烟和烟熏食品中；(3)芳香胺，如二乙胺、联苯胺、4-氨基联苯等。，可诱发泌尿系统癌症；4烷化剂，如芥子气、环磷酰胺等，可引起白血病、肺癌、乳腺癌；⑤氨基偶氮苯，如二甲基氨基偶氮苯(奶油黄，一种可染人工奶油黄的染料)，如果混入饲料中长期喂给大鼠，可引起肝癌；⑥碱基类似物，如5-溴尿嘧啶、5-氟尿嘧啶、2-氨基腺嘌呤等。，因为它们的结构与正常碱基相似，可以代替正常碱基参与DNA链并干扰DNA复制和合成；⑦氯乙烯是目前应用最广泛的塑料PVC，由氯乙烯单体聚合而成。大鼠长期吸入氯乙烯气体可诱发肺、皮肤、骨骼肿瘤。通过对塑料厂工人的流行病学调查，证明氯乙烯可引起肝血管肉瘤，潜伏期一般在15年以上。8某些金属，如铬、镍和砷，也能致癌。
化学致癌物引起人类肿瘤的机制非常复杂。少数致癌物进入人体后可直接诱发肿瘤，称为直接致癌物。大部分化学致癌物进入人体后，需要在体内进行代谢活化或生物转化，成为最后一种具有致癌活性的致癌物，可引起肿瘤。这种物质被称为间接致癌物。在体内，P450酶主要参与这些化合物的代谢。
最终致癌物通常是亲电分子，可与DNA、RNA、蛋白质等生物大分子中的亲核基团相互作用，引起碱基颠换和缺失、DNA交联、断裂和染色体畸变。化学致癌物还能抑制甲基化酶，降低细胞内胞嘧啶的甲基化水平，还可能激活某些癌基因使细胞癌变。
直接或间接引起DNA突变的致癌物称为遗传毒性致癌物，上面提到的化学致癌物都属于这一类。但乳腺癌、前列腺癌、子宫内膜癌的致癌物都是具有激素活性的甾体化合物。它们不会破坏基因，但可以促进细胞分裂。它们被称为非遗传毒性致癌物，如雌二醇，可导致卵巢癌和乳腺癌。可见，不是所有的致癌物都是诱变剂，当然也不是所有的诱变剂都是致癌的。例如，一个碱基类似物可以引起微生物变异，但它不会在实验动物中引起癌症。
(2)生物致癌因素
生物致癌物包括病毒(图16-10)、细菌、霉菌等。其中，病毒与人类肿瘤的关系最为重要，研究也最为深入。
1，肿瘤病毒:
与人类肿瘤发生密切相关的病毒有四种:①逆转录病毒(如T细胞淋巴瘤病毒，HTLV-I)，②乙肝病毒(HBV)，③乳头瘤病毒(人乳头瘤病毒)，④爱泼斯坦-巴尔斯病毒(EBV)。后三种都是DNA病毒。
逆转录病毒:导致人类T淋巴细胞白血病的病毒，如人类T淋巴细胞白血病病毒(HTLV)、成人T淋巴细胞白血病病毒(ATLV)和艾滋病毒都是逆转录病毒。逆转录病毒感染机体后，病毒的遗传信息整合到宿主细胞的染色体中，成为细胞的一部分。一般病毒在正常细胞的控制下处于静止状态，但可能被化学致癌物、辐射等因素激活，诱发体内肿瘤。
乙型肝炎病毒:HBV病毒的碱基序列在人肝细胞癌细胞的DNA中被发现。在体外培养的人肝癌细胞中，HBV DNA整合到细胞DNA中。HBV整合到细胞DNA中可以引起诸如细胞DNA的缺失、插入、易位、突变或易位的变化。
乳头瘤病毒:人乳头瘤病毒(人乳头瘤病毒)有50多种亚型，与生殖道肿瘤的发生，以及口腔、咽、喉、气管的乳头状瘤、皮肤疣等良性病变密切相关。在宫颈癌细胞中，病毒DNA序列已经整合到宿主细胞的基因组中，宫颈癌的发生与原癌基因c-ras和c-myc的变异有关。
EB病毒是一种疱疹病毒，与儿童的伯基特淋巴瘤和成人的鼻咽癌有关。
2.霉菌和肿瘤发生
目前，已知数十种真菌毒素对动物具有致癌性。但是除了黄曲霉毒素，其他的研究很少。黄曲霉广泛存在于被污染的食品中，尤其是发霉的花生、玉米和谷物中。黄曲霉毒素有很多种，是杂环化合物。其中，黄曲霉毒素B1是已知最强的化学致癌物之一，可导致人类、啮齿类、鱼类、鸟类等动物的肝癌。
(3)物理因素
1，电离辐射
电离辐射可引起人体各部位的肿瘤，但据估计仅占所有肿瘤总病例的2% ~ 3%左右。居里夫人的去世，日本原子弹爆炸导致的白血病发病率上升，都是著名的例子。
辐射会导致染色体和DNA突变，或者激活潜在的致癌病毒。辐射引起的肿瘤有白血病、乳腺癌、甲状腺肿瘤、肺癌、骨肿瘤、皮肤癌、多发性骨髓瘤、淋巴瘤等。
2.紫外线
紫外线照射可引起细胞DNA断裂、交联和染色体畸变，紫外线照射还可抑制皮肤的免疫功能，使突变细胞容易逃避免疫监视，有利于皮肤癌和基底细胞癌的发生。近年来，由于环境的恶化，大气中的臭氧减少，地球上出现了臭氧洞。紫外线对表面的照射强度会急剧增加，患皮肤癌的潜在风险也会大大增加。据估计，如果大气中的臭氧减少1%，皮肤癌将增加2-6%。肿瘤的起源有两种观点，一种是来自去分化的体细胞，另一种是来自干细胞。虽然分化的细胞在一些低等动物体内可以去分化[1]，但在哺乳动物体内，分化的细胞不再具有自我更新的能力，即使有突变，也只是功能异常，不会转化，而干细胞一直存在，不断更新，突变更容易在干细胞内积累，所以一般倾向于认为肿瘤来源于恶性干细胞。有些组织，如肝脏、肾脏，没有干细胞，但其细胞在特殊情况下也有分裂的能力，因此也是致癌物的靶细胞。
干细胞是体内具有定向分化和分裂能力的细胞。例如，骨髓细胞可以分化成各种血细胞。肿瘤细胞和干细胞有很多相似之处，如:都具有自我更新和无限增殖的能力；端粒酶活性高；与调控自我更新的信号转导通路相同，如Wnt、Hedgehog、Notch、NF-κB等(图16-11)。
Hedgehog信号通路参与早期神经系统发育和毛囊形成的调节。Hedgehog通路的抑制剂突变后，信号系统的活性增加，可诱发中枢神经系统肿瘤的发生，如小鼠的Patched基因突变、Gorlin综合征和小脑肿瘤。Notch信号通路调节造血干细胞的自我更新，通过抑制造血干细胞的特定分化阶段，控制造血干细胞向粒细胞或淋巴系统的分化。Notch信号通路的过度表达可诱发恶性淋巴瘤。黑色素瘤和一些肠道肿瘤中存在异常的Wnt信号，尤其是Wnt通路的成分如β-catenine、APC和Axin的基因突变。
大多数肿瘤起源于单克隆细胞。例如，在女性中，胚胎发育过程中，细胞中的一条X染色体随机失活，一些X染色体连锁酶(如葡萄糖-6-磷酸脱氢酶)在组织中是异质的，即不同细胞表达不同的同工酶，但在肿瘤细胞中是相同的。从这个角度来看，肿瘤中的细胞具有相同的起源(图16-
如前所述，肿瘤的形成涉及多个基因的突变，因此是一个渐进而复杂的过程。多个突变形成肿瘤细胞的异质性，少数具有较强的增殖能力，称为肿瘤干细胞。早在20世纪70年代，Park等人就发现从小鼠腹水中移植的骨髓瘤细胞，只有1% ~ 4%能在脾脏中形成克隆。这些骨髓瘤细胞和普通造血细胞一样，只有少数细胞能够形成克隆，而这些能够形成克隆的骨髓瘤细胞很可能就是骨髓瘤干细胞。
目前肿瘤治疗的目的是尽可能杀死所有的肿瘤细胞，并且认为每个肿瘤细胞都具有无限的增殖能力。如果肿瘤体积缩小，则治疗方案有效。但事实上，大多数肿瘤在缓解一段时间后会复发。根据干细胞理论，这种传统的治疗方法并不能完全杀死肿瘤干细胞，但仍具有无限增殖能力。越来越多的学者提出肿瘤治疗应针对肿瘤干细胞。即使肿瘤体积没有缩小，但由于其他细胞的增殖能力有限，肿瘤也会逐渐退化缩小，也许人类真的可以治愈肿瘤。