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二、新理论
(一)胚胎发生理论(embryonic development theory)
胚胎发生与肿瘤发生有相似性,包括基因表达、表观调节、蛋白谱、侵袭行为和其他主要生物行为。人类早期胚胎发育时的基因组不稳定性是促进胚胎细胞肿瘤形成的重要因素。胚胎发育保持基因组稳定所必需的核磷蛋白(nucleophosmin)的失活与癌变有关。Aurora A在早期胚胎发生中发挥关键作用,其正常表达可维持基因组稳定从而抑制胚胎细胞恶性转化。研究表明,正常胚胎干细胞在一定的微环境中也可形成恶性表型。
(二)基因组理论(genome theory)
尽管癌基因突变理论方兴未艾,人们还是对基因突变、表观遗传失调和传导通路改变等肿瘤起源理论产生了疑问。基因组理论似乎更好地解释了体细胞如何进化为肿瘤。肿瘤进化可以概括为以下三个步骤:压力诱导的基因组不稳定、遗传和表观遗传异质性、自然选择介导的基因组突变。肿瘤的发生发展是多阶段进化的过程,核型改变和基因组替换可能起着关键作用。
(三)表观遗传记忆(epigenetic memory)
当一个细胞分裂时,它不仅要精确地复制它的基因组,而且要保存从前的基因表达水平。决定基因表达水平的信息并不包含在DNA中而来自“表观遗传”(epigenetic)。表观遗传记忆是实现这一活动的基础。这通过几个相互合作的机制来完成,包括组蛋白后转录调节、转录因子、DNA甲基化和非编码RNAs。DNA复制时表观遗传记忆改变可能启动肿瘤发生。
(四)核内周期(endocycles)
多倍体和非整倍体是肿瘤细胞的特征之一。核内周期是正常细胞周期的变异形式,细胞只进行DNA复制而不发生胞质分裂,形成相同多线染色体的多倍体细胞。通过解析核内周期的作用机制发现,E2F1这一转录因子在核内周期调控中扮演重要角色。细胞生长率能调控E2F1积累的速度,从而控制细胞DNA以什么速度复制。
(五)线粒体功能异常(mitochondrial dysregulation)
肿瘤细胞中的线粒体数量并没有明显减少,提示肿瘤细胞的线粒体功能是异常的。Shaw等发现,肿瘤细胞内的功能异常线粒体存在自噬障碍。新近研究发现,当端粒功能失调时,细胞周期检查点缓和,端粒酶促进肿瘤生长。随着端粒酶的减少,肿瘤生长因端粒诱导的检查点恢复而减慢。然而,肿瘤因端粒选择性延长(alterative lengthening of telomeres,ALT)而继续生长。进一步研究显示,ALT肿瘤PGC-1β过表达,可调节线粒体功能而促进肿瘤生长。线粒体糖基化也与肿瘤的发生有关。抑制肿瘤相关的线粒体代谢改变或刺激线粒体膜通透性进而激活肿瘤细胞死亡是一种有希望的治疗方法。
(六)环境理论(field theory)
在一定的环境下,畸胎瘤中正常的胚干细胞可以变为肿瘤,表达恶性表型。外界环境中化学致癌物、病毒感染、体细胞或遗传突变、表观遗传改变常常首先作用于组织干细胞,引起组织干细胞分子损伤或感染,损伤累积可能产生肿瘤细胞或肿瘤干细胞。越来越多的证据显示,炎症微环境有促肿瘤作用。微环境中基质成纤维细胞对癌变与癌进展的作用比以前想象的要大。
(七)自噬理论(autophagy theory)
自噬通过降解衰老或失去功能的细胞器和蛋白质,在维持细胞稳态和基因组完整性方面发挥关键作用。自噬对肿瘤形成也起着重要作用。在肿瘤形成的启动阶段,自噬可以减少细胞器损伤和基因组不稳定而抑制肿瘤发生,自噬障碍往往联系着恶性转化并存在于肿瘤细胞中。另一方面,在已形成的瘤体中,自噬有促肿瘤生长的作用,因为肿瘤细胞在代谢和治疗压力下自噬增强而存活。寻找自噬抑制剂可能成为癌症治疗的新关注点。
(八)细胞选择理论(cell select theory)
按照达尔文自然选择理论,肿瘤启动后便克隆进化,进化过程中可产生新的或多克隆。只有适应微环境的肿瘤细胞亚群才能生存,这就是细胞选择。细胞选择也是肿瘤进化的动力。经过选择而存活的细胞在增殖、血管生成和侵袭行为等更强。新近研究发现,端粒消耗可以引起基因组不稳定,促进肿瘤发生。一旦肿瘤形成,恶性肿瘤克隆常常通过表达端粒酶而重新建立稳定的基因组。
在我们探索肿瘤起源的旅程中,理论肿瘤学家已成为高擎火炬者。本文给出的新理论与一二十年前我们知道的概念大相径庭。然而,即使有了这些新理论,肿瘤学家每天还是被这个问题所困扰:为什么每个患者都有不同的和不能预测的结局?对于肿瘤这个复杂系统,现有的理论既不能改变过去,也不能预测未来。未来发展的模糊理论(chaos theory)或许会是统一理论的候选者。如果能证实的话,它将是人类对癌症之战的终极胜利。