病毒致瘤的機理

病毒致瘤的機理，是病毒學和腫瘤學目前集中研究的課題之一，而且已經取得迅速進展。業已證實，生物體細胞中含有正常的原癌基因(proto－oncogene)，它們是負責細胞生長及分化的一大類基因簇，與個體發育、組織損傷的修複及再生密切相關。原癌基因在生物進化過程中其結構高度保守，在所有真核生物之間具有高度同源性，被認為是生命所必需的看家基因(house－keepergenes)。原癌基因在細胞中的表達嚴格受時間(發育階段、細胞周期)、空間(組織和細胞類別)和程序(前後次序)的控製，在不同細胞中起著不同的調節生長和分化的作用。在生物進化過程中，原癌基因可被某些反轉錄病毒所攝取，經過加工(去除內含子，改變3'末端和5'末端等)後，形成病毒癌基因(v－onc)。除原癌基因外，在正常細胞染色體上原癌基因的附近還有所謂的抑癌基因(antioncongene)，抑癌基因適當地抑製原癌基因的表達，對控製細胞分裂有重要意義。              在外界的物理、化學及生物學等因素的作用下，原癌基因(又叫細胞原癌基因,簡稱為c－onc)發生結構、位置等改變並出現異常表達，從而導致細胞的癌變。原癌基因因結構、位置等改變而出現異常表達，即正常c－onc在錯誤的部位或錯誤的時間內發生過度的或不適當的表達的現象,稱為細胞原癌基因活化。引起細胞原癌基因活化的機理包括:①插入突變:反轉錄病毒的前病毒在整合到細胞染色體上時，可能插入原癌基因附近，在前病毒增強子或啟動子控製下，原癌基因呈現高水平表達,如禽白血病前病毒插入c－myc基因上遊，後者的表達產物比正常情況下增加30～100倍，說明c－myc在禽白血病前病毒LTR調控下引起非生理性表達；②原癌基因轉位:在人的Burfzitt淋巴瘤病毒(一種皰疹病毒)引起的腫瘤細胞內，8:14號染色體發生轉位，8號染色體上的c－myc基因轉移至免疫球蛋白基因的並置部位(juxtaposition)，c－myc在免疫球蛋白調控序列的控製下出現異常表達；③原癌基因擴增:在人的某些癌細胞係中，發現c－ras基因拷貝數比正常增加30倍以上，其相應的mRNA和蛋白質也同時增加。研究表明，SV40病毒的T抗原和腺病毒5型(Ad5)的E1A蛋白可以誘導原癌基因的擴增。腺病毒E1A蛋白還可以刺激宿主細胞DNA的合成和細胞分裂。原癌基因的擴增不僅限於其本身，還可能包括原癌基因的旁側序列；④原癌基因的點突變:由病毒感染造成細胞染色體發生點突變的原因至少有兩方麵。一是病毒的全基因組或部分片段整合到宿主細胞DNA上，可能造成染色體個別堿基的改變，或幹擾整合部位DNA聚合酶的錯誤監視係統(proofreadingsystem)；二是在同源重組過程中,病毒基因首先重組到細胞染色體中，整合病毒在從細胞染色體釋出的過程中可能攜帶細胞的正常基因。由於病毒複製速度遠遠高於宿主細胞，因此發生點突變的機率也高於宿主細胞。當病毒攜帶的細胞基因突變後，往往不影響病毒的複製。這種病毒DNA可能以同源重組的方式將點突變的細胞基因再次重組到細胞中。如果突變的細胞基因為原癌基因，則可能引起細胞癌變。如c－src為細胞原癌基因，將c－src基因重組到反轉錄病毒中，感染正常細胞，病毒中的c－src基因高度表達，並不引起細胞癌變，但將人工製造的點突變c－src基因插入反轉錄病毒，再感染細胞，則可引發細胞癌變。研究發現,在腫瘤細胞中src、ras和fms等癌基因都有點突變的發生。從蛋白質水平看，點突變可能提高腫瘤蛋白的穩定性或細胞定位能力，與底物結合的穩定性也提高了，但一般並不直接參與細胞的癌變過程，目前尚不清楚癌基因蛋白在細胞癌變過程中的具體作用。在腺病毒反複感染的細胞DNA中,發現抑癌基因出現甲基化，從而失去抑製細胞癌變的作用。DNA甲基化是通過甲基化酶進行的。甲基化酶可以象限製性內切酶一樣在特定的DNA序列上對堿基進行甲基化。甲基化後，相應的內切酶不能在此位點上水解DNA。在染色體中，癌基因與抑癌基因往往處在相鄰的位點上。在正常細胞中，癌基因受到抑癌基因的控製，從而維持細胞的正常分化。造成抑癌基因失活的原因很多，病毒感染是其中的原因之一。病毒不僅可以通過將其基因整合然後釋出細胞染色體而引起基因突變，某些病毒編碼的蛋白質還可以通過與抑癌蛋白結合，幹擾細胞蛋白質磷酸化過程等方式影響抑製基因的活性，進而使細胞的癌基因擴增和過度表達，最終導致癌變。例如RB1是一個重要的抑癌基因，在正常生理條件下RB1蛋白的作用在於調節G0/G1期的細胞分化。TGF－β1是一個促進細胞分裂的蛋白質，RB1蛋白與之結合後可以抑製細胞的分裂。RB1蛋白被磷酸化後則失去與TGF－β1蛋白結合的能力，引起細胞癌變。很多病毒蛋白質也可與之結合，引起抑製蛋白失活。這些病毒包括腺病毒E1A、SV40和多瘤病毒的T抗原、乳頭狀瘤病毒的E7等。另外一些病毒的感染能促進RB1蛋白的磷酸化，導致RB1蛋白失活。DNA和RNA腫瘤病毒都有可能使抑癌基因失活。如上所述,反轉錄病毒在生物進化過程中攝取生物細胞的原癌基因，經過各種加工後成為病毒癌基因(v－onc)。因此v－onc一般同其祖代c－onc有明顯不同，由v－onc編碼的蛋白質在功能或酶特性上也有所改變。當v－onc隨前病毒整合到宿主細胞時，在前病毒中LTR啟動子和增強子的強有力的調控下，獲得非常高水平的表達。反轉錄病毒這種從正常細胞獲得原癌基因，成為v－onc,再轉移給其它細胞的過程稱為癌基因的轉導。反轉錄病毒的致癌特性，是由於轉導癌基因的高效表達,或是由於病毒癌基因編碼的蛋白質與相應的細胞原癌基因編碼的蛋白質存在明顯不同的結果。最後應當指出，某些腫瘤並非由單一原因引起。細胞內的有限數量的原癌基因可能是化學致癌劑、放射線和病毒癌基因的共同靶位點；細胞轉化的發生可能也是兩個或更多個癌基因產物共同作用的結果。不僅如此，一種病毒，如雞成紅細胞增生症病毒含有erbA和erbB兩個v－onc;多型瘤病毒中含有Py－t、Py－mT和Py－T三個v－onc。牛乳頭狀瘤病毒的誘癌作用機理也是多方麵的，包括病毒基因產物對宿主細胞轉錄調節、刺激宿主細胞DNA合成、與細胞產生的抑癌蛋白(如Rb和p53)結合等，病毒產物還能在細胞質中與細胞膜信息轉遞蛋白結合，從而影響細胞之間的信息轉遞。這就是腫瘤發生中的所謂多步驟致癌機製。

在動物中引起腫瘤的RNA腫瘤病毒即反轉錄病毒及其癌基因見表7-2。【JZ】【HT5”H】表7-2引起腫瘤的動物RNA病毒【HT6SS】【BG(】【BHDFG3，WK12*2ZQ，WK7ZQ，WK13ZQ，WK8ZQ，WK11ZQW】病毒【】病毒癌基因【】癌基因產物生物學活性【】產物分布【】病變種類【BHDG1*2】Rous肉瘤病毒【】sre【】酪氨酸蛋白激酶【】胞漿或胞膜【】雞肉瘤【BHDW】Fujinami肉瘤病毒【】fps【】酪氨酸蛋白激酶【】胞漿或胞膜【】雞肉瘤【BH】貓肉瘤病毒【】fes【】酪氨酸蛋白激酶【】胞漿或胞膜【】貓肉瘤【BH】Yamaguschi肉瘤病毒【】yes【】酪氨酸蛋白激酶【】胞漿或胞膜【】雞肉瘤【BH】GardnerRasheecl肉瘤病毒【】fgr【】酪氨酸蛋白激酶【】胞漿或胞膜【】貓肉瘤【BH】UR2肉瘤病毒【】ros【】酪氨酸蛋白激酶【】胞漿或胞膜【】雞肉瘤【BH】McDonough肉瘤病毒【】fms【】酪氨酸蛋白激酶【】胞漿或胞膜【】貓肉瘤【BH】Abelson白血病病毒【】abl【】酪氨酸蛋白激酶【】胞漿或胞膜【】小鼠白血病、淋巴瘤【BH】Moloney肉瘤病毒【】mos【】絲/蘇氨酸蛋白激酶【】胞漿【】小鼠肉瘤【BH】3611小鼠肉瘤病毒【】raf【】絲/蘇氨酸蛋白激酶【】胞漿【】小鼠肉瘤【BH】成紅細胞增生症病毒【】erbB【】酪氨酸蛋白激酶或同源【】胞漿或胞膜【】雞成紅細胞增多症【BH】狨猴肉瘤病毒【】sis【】與血小板生長因子相關【】胞漿分泌【】POGF－B同源【】狨猴肉瘤【BH】Harvey肉瘤病毒【】Ha－ras【】GTP結合蛋白【】胞膜內側【】大鼠肉瘤、紅白血病【BH】Kirsten肉瘤病毒【】ki－ras【】GTP結合蛋白【】胞膜內側【】大鼠肉瘤、紅白血病【BH】MC29髓細胞瘤病毒【】myc【】未知【】細胞核【】雞肉瘤、癌、髓細胞瘤【BH】禽類髓細胞增生症病毒【】myb【】未知(DNA結合蛋白)【】細胞核【】雞髓細胞增生【BH】FBJ骨肉瘤病毒【】fos【】未知【】細胞核【】小鼠骨肉瘤【BH】SK770病毒【】ski【】未知【】細胞核【】雞鱗狀細胞癌【BH】雞紅細胞增生症病毒【】erbA【】與糖皮質激素受體相關【】胞漿【】成紅細胞增生及肉瘤【BH】小鼠乳腺瘤病毒【】【】【】【】小鼠乳腺病【BH】雞白血病病毒【】【】【】【】雞淋巴瘤、白血病【BH】牛白血病病毒【】【】【】【】牛白血病【BG)F】

【HT5SS】由表中可以看出，反轉錄病毒成員較多，v－onc基因的種類及組成也不一樣。但它們致癌的機理是相似的。不含病毒癌基因的反轉錄病毒，也有一定的致癌作用，其致癌的機理除了上麵提到的插入突變等幾種以外,還有一個反向激活機製,即反轉錄病毒中的基因可以編碼一種蛋白質即TAT因子，該因子具有調控病毒自身基因(如LTR)或宿主細胞基因(如原癌基因)表達的作用。牛白血病病毒及人T細胞白血病病毒的TAT因子可以激活白細胞原癌基因。如前所述，在動物體內能夠找到與這些病毒癌基因(v－onc)相對應的細胞原癌基因(c－onc)。它們之間具有序列同源性，但v－onc在結構上與c－onc不完全相同，是改變了的c－onc。c－onc在正常情況下僅對細胞的生長刺激發生暫時性的反應。每種細胞原癌基因隻在某些特定細胞中(如c－src在腦細胞中，c－fos在巨噬細胞中)發生適量表達。原癌基因一旦發生改變即可能被激活而成為癌基因，進而異常表達對細胞生長具有調節作用的重要蛋白質，引起細胞的轉化和無拘束的生長。雖然許多反轉錄病毒的v－onc基因在細胞基因中都可以找到相應的c－onc基因。但是某些c－onc基因，例如人的N－ras、N－myc、met、Blym和Tlym基因並沒有發現相應的v－onc基因。因此，是否還存在著新的致瘤病毒或類似的致瘤因子，是一個值得探討的課題。引起腫瘤的DNA病毒也較多。在DNA病毒中沒有發現類似於細胞原癌基因的核酸序列。DNA病毒的致瘤機理與RNA病毒有很大的不同，不同DNA病毒之間的致癌基因及致癌機理也不一樣。表7-3列舉了動物中的DNA致瘤病毒。

【HT5”H】【JZ】表7-3引起腫瘤的DNA病毒【HT6SS】【BG(】【BHDFG4，WK10ZQ，WK10ZQ，WK12ZQ，WK9*2ZQ，WK8ZQW】【HJ*8】病毒【】致癌基因及相關基因【】產物功能【】產物部位【】致癌種類【BHD】EB病毒【】EBNA2【】?【】?【】鼻咽癌【BHDW】馬立克氏病毒【】IE【】?【】?【】淋巴細胞瘤【BHDW】腺病毒【】E1AE1B【】調節轉錄?【】胞核/胞漿核膜/胞膜/內質網【】【BH】SV40【】SV－tSV－T【】?起始DNA合成，調節轉錄，和P53結合【】胞漿胞核、胞膜【】猴多型瘤【BH】多瘤病毒【】Py－tPy－mTPy－T【】?結合並調節c－src產物結合並調節c－yes產物【】胞漿胞膜胞核【】小鼠多種實體瘤【BH】牛乳頭瘤病毒【】E7【】?【】?【】乳頭瘤和多種瘤【BH】嗜肝DNA病毒【】X基因【】?【】?【】肝癌【BH】野兔痘病毒(粘液瘤病毒、纖維瘤病毒)【】早期19K蛋白基因【】類似表皮生長因子作用【】?【】粘液瘤、纖維瘤【BG)F】【HJ*2】

 

【HT5SS】人的EB病毒是引起人鼻咽癌的重要致病因素。它是目前皰疹致瘤病毒中研究較為深入的病毒之一。研究發現，在非洲Buritt氏淋巴瘤的大多數細胞中具有EB病毒的基因組DNA，雖然某些以整合的形式存在，但一般是以可自動複製的附加體遊離形式存在。體外對細胞進行培養，隻產生核抗原而不產生病毒。在轉化細胞中還發現了特征性的染色體變化，即8號:14號染色體轉位。雞的馬立克氏病病毒轉化T淋巴細胞，使其增生，產生致死性的淋巴細胞白血病。轉化的T細胞中含有病毒DNA，DNA高度甲基化，這是與非轉化細胞中病毒DNA的最明顯區別。轉化細胞中還有病毒特異性磷酸化蛋白(pp36/39和pp24)。小鼠多型瘤病毒、SV40病毒和一些人腺病毒可以誘發新生齧齒動物產生惡性腫瘤。在病毒引起的轉化細胞中，可以發現整合的病毒DNA。多型瘤病毒和SV40病毒的基因以完整的形式整合，腺病毒整合的基因則呈現部分缺失。整合的基因中，一些病毒早期基因呈現高水平表達，由其編碼的產物稱為腫瘤抗原(T或t抗原)。小鼠多型瘤病毒mT基因的產物mT抗原，與反轉錄病毒的v－ras基因產物相似，具有導致細胞形態轉化的作用，並能使細胞生長失去貼壁性；小鼠多型瘤病毒的T基因產物T抗原，和腺病毒的E1A產物與反轉錄病毒的v－myc基因產物相似，具有減少細胞對血清的依賴性和加強細胞永久傳代性的作用。牛乳頭瘤病毒(BPV)在牛引起乳頭等無毛皮膚或粘膜部位瘤或疣的形成，屬良性腫瘤，可自行消失，但有時在協同因子(紫外線照射，采食蕨類植物)作用下也會轉化。BPV在試管中可轉化牛及小鼠細胞，在齧齒動物可誘發纖維瘤。但有研究表明，BPV轉化細胞時，其DNA不一定整合到細胞DNA中。病毒基因組在癌細胞中隻有一小部分轉錄，病毒DNA對維持細胞的轉化狀態是必需的。應用幹擾素處理BPV轉化細胞，可使病毒DNA消失，細胞回複正常。嗜肝DNA病毒除了人的乙型肝炎病毒外，土撥鼠肝炎病毒、地鬆鼠肝炎病毒、鴨乙型肝炎病毒在相應宿主內廣泛傳播。引起急性和慢性肝炎。病毒DNA能整合到宿主細胞染色體中，常導致持續性感染和各種後遺症，最後引起免疫複合症及肝癌。野兔痘病毒包括粘液瘤病毒和纖維瘤病毒，粘液瘤病毒主要感染南美洲烏拉圭和巴西的野兔，引起局部良性粘液瘤，瘤體內有星狀粘液瘤細胞和胞漿內包涵體。纖維瘤病毒感染兔後形成皮下圓形腫瘤，腫瘤由紡錘形的結締組織細胞構成。研究表明，大多數DNA病毒參與癌變作用的基因均為早期基因。對病毒本身，這些基因的功能在於調節病毒基因的表達或複製,維持一定量的遊離病毒DNA拷貝。早期基因的表達由多種因素調控，包括多聚啟動子、翻譯起始點和內含子刪除等。

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