人類對(duì)癌癥生物學(xué)的很多重要認(rèn)識(shí)是從一只雞開始的。這只雞來自于美國紐約長(zhǎng)島一個(gè)農(nóng)場(chǎng)，是一只在美國普通得不能再普通的雞，看上去很像中國的蘆花雞。當(dāng)然，這只對(duì)癌癥生物學(xué)有著重要意義的雞長(zhǎng)了一個(gè)腫瘤。這個(gè)腫瘤在病理學(xué)上被稱為肉瘤（sarcoma）。
1909年九月的某天，這只雞被它的主人帶到了紐約城內(nèi)的洛克菲勒大學(xué)醫(yī)學(xué)研究所。雞主人的目的不是向科學(xué)家們提供什么研究對(duì)象，而是希望有人可以將腫瘤切除，雞能活下去。
1909年10月1日，F(xiàn)rancis Peyton Rous做了洛克菲勒大學(xué)第一例雞腫瘤切除手術(shù)，滿足了雞主人的心愿，盡管這只雞不久還是死于腫瘤復(fù)發(fā)。
Rous并沒有將切下來的腫瘤仍掉，而是將腫瘤切成小塊，然后用套管針將一小塊腫瘤接種到健康雞身上。不久，腫瘤長(zhǎng)大了。如此重復(fù)，他發(fā)現(xiàn)這種腫瘤可以不停地在雞身上傳下去，而且腫瘤生長(zhǎng)速度越來越快，并且開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)移。
隨后，Rous用這些腫瘤做了一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)揭開了我們真正開始了解癌癥生物學(xué)的序幕，也讓他在55年后獲得了諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
Rous將腫瘤組織磨成勻漿，用各種方法去除細(xì)胞和可能存在的細(xì)菌，制備成無細(xì)胞的濾過液。然后，他將濾過液接種于健康雞上，同樣長(zhǎng)出了腫瘤。由于只有病毒才有可能存在于這樣的無細(xì)胞濾過液中，所以這種在雞身上生長(zhǎng)的腫瘤的罪魁禍?zhǔn)拙褪遣《?。這個(gè)病毒從此被命名為Rous Sarcoma Virus (RSV)。
今天很多人還在做類似的實(shí)驗(yàn)，一種被稱為病毒感染的實(shí)驗(yàn)。只不過我們現(xiàn)在是有目的地利用病毒感染細(xì)胞的特性，將我們感興趣的基因轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi)，而不是制造癌細(xì)胞。
Rous的實(shí)驗(yàn)令人信服地證實(shí)了病毒感染確實(shí)能誘發(fā)腫瘤，但除此之外也沒有什么讓當(dāng)時(shí)的科學(xué)界心潮澎湃的，畢竟RSV不是人類癌癥的元兇。Rous實(shí)驗(yàn)的重要性長(zhǎng)期以來也不為大家理解，因?yàn)檫€沒有到能夠理解的時(shí)候。
關(guān)于人類癌癥的起源或者癌癥到底是怎么發(fā)生的，長(zhǎng)期以來有三派觀點(diǎn)在爭(zhēng)論不休。
第一個(gè)觀點(diǎn)就是Rous長(zhǎng)期堅(jiān)持的，認(rèn)為癌癥和其他什么感冒啊，狂犬病啊，脊髓灰質(zhì)炎啊以及各種各樣的炎癥一樣，是外來的病原體感染導(dǎo)致的。這一觀點(diǎn)有很多實(shí)驗(yàn)支持，在當(dāng)時(shí)頗為流行。1926年的諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)就給了丹麥科學(xué)家Johannes Fibiger，理由是他發(fā)現(xiàn)了一種可以導(dǎo)致大鼠胃癌的寄生蟲。當(dāng)然，這是諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)經(jīng)常犯錯(cuò)的一個(gè)例子。
第二個(gè)觀點(diǎn)是流行病學(xué)家們得出的，癌癥是外界環(huán)境中物理或化學(xué)因素誘變?cè)斐傻?。吸煙能顯著升高肺癌的發(fā)病率，掃煙囪的孩子容易得陰囊癌，美國制表工廠的Radium Girls多數(shù)患有各種各樣的癌癥和其他疾病，類似的例子不勝枚舉。這一觀點(diǎn)也有實(shí)驗(yàn)支持，日本的山極勝三郎在兔子耳朵上連續(xù)不斷地涂了至少四個(gè)月的煤焦油（三郎也很“二”），終于在1915年他發(fā)表論文宣稱在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)了癌細(xì)胞。
第三個(gè)觀點(diǎn)則認(rèn)為腫瘤起源于細(xì)胞本身，Rudolf Virchow（山極勝三郎的老師）在1863年就描述了癌細(xì)胞的一些特征；Theodor Boveri在1914年提出癌變可能是染色體突變引發(fā)的。這一觀點(diǎn)基本上是根據(jù)現(xiàn)象作出的合理推測(cè)，還沒有肯定的實(shí)驗(yàn)支持，因此長(zhǎng)期處于邊緣，沒有太多人關(guān)注。
真正的科學(xué)理論其實(shí)都是在爭(zhēng)論中產(chǎn)生的，因?yàn)檫@符合科學(xué)研究是一個(gè)盲人摸象的過程的規(guī)律。這些爭(zhēng)論還要持續(xù)半個(gè)世紀(jì)左右。在這半個(gè)世紀(jì)里，人類對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)在不斷進(jìn)步。
首先是摩爾根繼承和發(fā)展了孟德爾的遺傳理論，確立了染色體是基因的載體。
染色體
1944年Oswald Avery證實(shí)遺傳物質(zhì)是DNA。
1953年Watson和Crick建立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。1957年Crick進(jìn)一步提出了遺傳信息傳遞的中心法則。
1961年遺傳密碼被破譯。
在這一時(shí)期，盡管越來越多的病毒被發(fā)現(xiàn)可導(dǎo)致動(dòng)物癌變，對(duì)癌癥生物學(xué)的認(rèn)識(shí)并沒有什么重要進(jìn)展?？梢灾档靡惶岬挠袃身?xiàng)發(fā)現(xiàn)：雄激素刺激前列腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)（Charles Huggins, 1944）和費(fèi)城染色體的發(fā)現(xiàn)（Peter Nowell和David Hungerford,1959）。但是，以細(xì)胞毒藥物為代表的化療藥物已經(jīng)開始在臨床使用，并取得一定的療效。如Goodman和Gilman用氮芥治療非霍奇金氏淋巴瘤，F(xiàn)arber用葉酸拮抗劑治療兒童急性白血病，李敏求用葉酸拮抗劑甲氨蝶呤治療絨膜癌等都在某種程度上取得了成功。
理解Rous實(shí)驗(yàn)的重要性的時(shí)候快要來臨了。
1951年，Howard M. Temin來到加州理工學(xué)院研究果蠅遺傳學(xué)。但不久他就厭倦了果蠅，轉(zhuǎn)到RenatoDulbecco實(shí)驗(yàn)室研究RSV。Temin意識(shí)到要真正了解RSV是如何將正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為癌細(xì)胞，他需要一個(gè)簡(jiǎn)單易行而且快速的模型。類似連續(xù)不斷地在兔子耳朵上涂幾個(gè)月煤焦油或者在雞和老鼠上制造腫瘤模型都不是他所需要的，他需要一個(gè)既能定性又能定量研究RSV致癌效應(yīng)的細(xì)胞模型。在加入Dulbecco實(shí)驗(yàn)室后的第七年，他和Harry Rubin一起成功地建立了一個(gè)稱為foci assay的方法。RSV病毒可以使培養(yǎng)的雞胚細(xì)胞癌變不斷增值從而形成foci，正常細(xì)胞由于接觸抑制會(huì)停止生長(zhǎng)，不會(huì)形成foci。一個(gè)RSV病毒顆粒足以完成細(xì)胞癌變的轉(zhuǎn)化。
Temin和Rubin很快注意到了RSV的獨(dú)特之處。和其他病毒感染宿主細(xì)胞后完成自我復(fù)制導(dǎo)致細(xì)胞裂解再感染其他細(xì)胞不同，RSV在誘發(fā)細(xì)胞癌變的同時(shí)似乎就和它的宿主細(xì)胞融為一體了。換句話說，RSV將自己的基因融入了宿主細(xì)胞的基因組中。
此時(shí)RSV已被Crawford等證實(shí)為一個(gè)RNA病毒。Temin納悶RSV的RNA是怎么變成DNA融入宿主細(xì)胞基因組的。因?yàn)楦鶕?jù)當(dāng)時(shí)的中心法則從DNA到RNA再翻譯成蛋白質(zhì)的說法，RNA是不會(huì)反向生成DNA的。Temin堅(jiān)信，如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和教條或者理論有悖，那么教條或理論就到了需要修改的時(shí)候了。
Temin前瞻性地?cái)喽ㄓ幸环N酶可以以RNA為模板生成DNA，他稱這種酶為逆轉(zhuǎn)錄酶。為了尋找這種酶，他花了十年時(shí)間。1970年，一個(gè)叫水谷哲的日本人在Temin實(shí)驗(yàn)室里終于成功完成了證實(shí)逆轉(zhuǎn)錄酶存在于RSV的實(shí)驗(yàn)。1975年，Temin因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶分享了諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)修改和完善了中心法則，但仍舊不是人類癌癥起源的答案，除非能證實(shí)逆轉(zhuǎn)錄病毒確實(shí)也能誘導(dǎo)人類癌癥的產(chǎn)生。Sol Spiegelman相信以DNA形式整合到宿主基因組的病毒能以某種方式被重新合成為RNA，然后形成病毒顆粒感染細(xì)胞促使癌變產(chǎn)生。這是一個(gè)非常符合邏輯的假說。Spiegelman堅(jiān)信這個(gè)假說是成立的，他認(rèn)為如果逆轉(zhuǎn)錄病毒可以引起動(dòng)物癌癥，那么沒有理由不相信它不會(huì)誘發(fā)人類癌癥。
只要在人腫瘤細(xì)胞中找到逆轉(zhuǎn)錄病毒，就能證實(shí)這個(gè)假說。
Spiegelman應(yīng)該是那個(gè)時(shí)代最適合做這個(gè)工作的人。早在研究噬菌體MS2的時(shí)候，Spiegelman就意識(shí)到逆轉(zhuǎn)錄酶可能存在，但他沒有在MS2中找到這樣的酶，卻發(fā)現(xiàn)了以RNA為模板的RNA聚合酶（RNA replicase）。他在另一個(gè)噬菌體Qβ中發(fā)現(xiàn)的RNA聚合酶被稱為Spiegelman Monster。利用這個(gè)酶，Spiegelman第一次在試管內(nèi)實(shí)現(xiàn)了病毒RNA的自我合成，更關(guān)鍵的是這些自我合成的病毒RNA具有感染活性。他還建立和優(yōu)化了RNA－DNA雜交技術(shù)，這一技術(shù)不僅使基因定位成為可能，還為DNA重組技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
Spiegelman利用他的RNA－DNA雜交技術(shù)在人腫瘤細(xì)胞中開始狂熱地尋找逆轉(zhuǎn)錄病毒，他在很多腫瘤中都發(fā)現(xiàn)了一些逆轉(zhuǎn)錄病毒的蛛絲馬跡，但最終結(jié)論是這些腫瘤中并不存在逆轉(zhuǎn)錄病毒。
在Spiegelman死于胰腺癌的第二年，他的核酸雜交技術(shù)在人類另外一種疾病中找到了了逆轉(zhuǎn)錄病毒，這種疾病被稱為艾滋病。七十年代后期，同樣是利用核酸雜交技術(shù)，Varmus和Bishop在正常細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了與RSV 癌基因Src的同源基因，創(chuàng)立了原癌基因理論并因此在1989年獲得諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
艾滋病病毒
回顧這段歷史，我們認(rèn)識(shí)到Spiegelman的工作是在錯(cuò)誤的地方尋找錯(cuò)誤的目標(biāo)。畢竟其他科學(xué)家用同樣的方法在腫瘤細(xì)胞里發(fā)現(xiàn)了原癌基因，在艾滋病中找到了逆轉(zhuǎn)錄病毒。用Temin的話說，Spiegelman混淆了信使（逆轉(zhuǎn)錄病毒）和信息（癌基因和原癌基因）在腫瘤發(fā)生中的作用，這是他方向錯(cuò)誤的根本原因。
癌基因和原癌基因的發(fā)現(xiàn)幾乎徹底平息了長(zhǎng)達(dá)半個(gè)多世紀(jì)關(guān)于癌癥起源的爭(zhēng)論，并且將三種觀點(diǎn)完美地統(tǒng)一起來。無論是病毒感染還是物理化學(xué)因素的刺激，都是通過誘導(dǎo)基因突變將原癌基因激活為癌基因，或者將抑癌基因失活，從而最終引發(fā)癌癥的發(fā)生。
我們現(xiàn)在可以大致描繪RSV成為一個(gè)致癌病毒的過程：RSV在某一時(shí)刻偶遇了一個(gè)攜帶Src突變的癌細(xì)胞，并將此突變基因納入麾下，成為RSV的第四個(gè)基因。這第四個(gè)基因不僅促成了細(xì)胞的永生，或許也是RSV在進(jìn)化過程中長(zhǎng)期存在的原因。而正因?yàn)镽SV僅含有四個(gè)基因，使得發(fā)現(xiàn)這第四個(gè)對(duì)癌癥生物學(xué)至關(guān)重要的癌基因相對(duì)容易。這個(gè)功能強(qiáng)大而構(gòu)成相對(duì)簡(jiǎn)單的RNA病毒送給研究它的科學(xué)家三個(gè)諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
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