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人类癌细胞转化实验成功

来源:国外医学情报 作者:佚名 2004-9-23
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摘要: 经过15年的努力,研究人员已经成功地将培养皿中的正常人类细胞转化为肿瘤细胞。这一成就将有助于鉴定肿瘤转化过程中新的作用因子,而且有助于研究出针对这些致癌因素的防治方法。人们早已知道,肿瘤的形成历经多个步骤,包括遗传变异的逐渐积累。在肿瘤形成过程中会遇到很多细胞障碍,遗传变异可使细胞跨越这些障碍而癌变。...


  经过15年的努力,研究人员已经成功地将培养皿中的正常人类细胞转化为肿瘤细胞。这一成就将有助于鉴定肿瘤转化过程中新的作用因子,而且有助于研究出针对这些致癌因素的防治方法。

  人们早已知道,肿瘤的形成历经多个步骤,包括遗传变异的逐渐积累。在肿瘤形成过程中会遇到很多细胞障碍,遗传变异可使细胞跨越这些障碍而癌变。但是直到现在,人们才能在培养皿里将正常人类细胞成功地转化为真正的肿瘤细胞。

  正常细胞有许多内在机制,包括分子“闸门卫士”,以保护它们不至于失控而癌变。所有的细胞都有有限的自身复制能力。细胞在培养的条件下生长时,最终达到一种不再分裂的衰老状态。但是,遗传变异可使一些细胞避免衰老,这些细胞要渡过一个“危机”状态,这往往伴随着大量的细胞死亡,最终成为不朽细胞——它们可以无限增殖而获得真正癌细胞的特性,这一过程即“转化”,它是通过肿瘤抑制基因或癌基因的变异达到的。与正常细胞不同,转化细胞没有生长因子也可以存活,而且不需要依附在固体支持物上。

  十多年前人们已经认识到一些遗传事件配合起来可使细胞实现转化。Cuzin,Weinberg等人证实将正常啮齿类动物细胞转化为癌性状态,必须至少激活两个癌基因。但是当研究人员试图用人类细胞来做类似的实验时,却一直无法成功,(少数几例“成功”的报道,是应用了化学或物理因素、或使用了全部病毒基因组,实际上只是对稀有、自发产生的不朽细胞的筛选),表明啮齿动物与人类细胞的控制机制有差异。

  现在已搞清楚,这些差异在于端粒生物酶,端粒是特异性结构,决定着染色体的末端。在每次细胞分裂过程中,每个端粒处的DNA都逐渐依次变短。一些研究者认为,这种端粒侵蚀(telomeric erosion)可能是控制细胞寿命的机制。正常人类组织有低水平的端粒酶,该酶负责维持端粒的长度。与之相反,许多肿瘤细胞和不朽细胞系的端粒酶活力升高,说明它们通过这种机制来逃避正常的寿命控制。相对而言,鼠细胞端粒酶活力高,而且端粒较长,这也许可以解释人类和啮齿类细胞在转化实验中的差异。

  Weinberg及其同事的实验思路是,如果端粒侵蚀得以阻止,则可使细胞得以不朽,连同一些癌基因的作用,可使细胞一直向癌变方向进展。

  作者采用正常人上皮细胞和成纤维细胞,为了克服端粒变短以及越过衰老和危机,他们人工表达了端粒酶催化亚单位(即hTERT),这一过程已经证实可以使人类细胞成为不朽。然后他们通过加入两个熟悉的癌基因,使得这些不朽细胞转化。第一个是活化的ras基因(H-rasV12),该基因在许多人类肿瘤中都发生了突变。第二个是病毒癌蛋白——SV40大T抗原,这一蛋白通过抑制两个关键的生长控制因子——肿瘤抑制蛋白p53和成视网膜细胞瘤蛋白(pRb),参与了正常宿主细胞向肿瘤细胞的转化过程。

  当作者单独导入ras癌基因时,人类细胞开始衰老(同以前报告的鼠细胞一样)。即使联合应用ras和hTERT,这种衰老仍不能克服。但是表达大T抗原和hTERT的细胞则成为不朽,而且当联合表达ras时,细胞还有轻微的增生。

  Weinberg等人验证这几种不同细胞在软琼脂上形成克隆的能力,这是检验细胞是否转化的一种体外实验方法。(正常成纤维细胞和上皮细胞需要依附在固体表面上生长,而转化细胞不需要)。作者同时检查了这些细胞在活体内形成肿瘤的能力,通过把这些细胞给裸鼠(他们的免疫系统有缺陷)注射,结果清楚表明只有联合应用所有三个遗传因素才足以引起有效的肿瘤生长。作者总结道:引起端粒酶活化的突变,连同两个癌基因(SV40大T癌蛋白和H-ras的致癌等位基因)的突变,可直接诱导正常人上皮细胞和成纤维细胞的转化。

  肿瘤转化所需的最少遗传突变是多少?对这一问题仍有争论,Morales等人报道他们应用hTERT和ras以及人乳头瘤病毒-16的E6/E7病毒癌蛋白(它同样可使pRb和p53蛋白失活),却不能使人成纤维细胞转化。原因一方面可能是大T抗原还对其他细胞靶位有影响;另一方面也许突变发生的顺序很重要,Weinberg等人的实验是从应用大T抗原开始,引起的p53/pRb功能失活增加了基因组的不稳定性,易导致突变;而Morales则从应用hTERT开始。

  这些问题有进一步研究的必要,通过改变基因加入的顺序,或者通过应用大T突变体以及一些确定因素来澄清转化所需突变的最少数目。最后,虽然在培养皿中细胞转化已经成功,但在体内,癌症的发生依赖于肿瘤逃避免疫系统监视的能力。因此,尽管人类肿瘤细胞的转化研究已告一段落,而集成体外转化模型的经验到复杂、多步骤的体内肿瘤转化工作还远未完成。


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