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          这个略有秃顶,上唇留着浓密胡须,两只很有福气的耳朵的人叫Robert Weinberg (1942-),他是MIT从事癌症机理研究的的教授。Weinberg这个名字在癌基因领域如雷贯耳:他发现了人的第一个oncogene/癌基因 Ras,肿瘤抑制基因Rb1;1982年创立了瞩目的Whitehead Institute for Biomedical Research,现在也是Broad institute的核心成员。2000年在Cell上撰写的综述The hallmarks of cancer,描述了癌症细胞的6大特征,citation已经超过2万次。2011年的新版本citation业已超过1.7万次,其影响力可见一斑。因此由这样一位著名科学家撰写的,讲述寻找癌症原因的科普书籍,其权威性无可置疑。更重要的是这本书可读性上也非常好,NYT 对本书的赞誉更增加读者的期待”…proof that there still exists on this planet a few scientists who know how to tell about their work in a way that makes readers want to know evern more.”

       Weinberg写这本小册子的原因也是值得一提的。1989年Nobel laureate是发现鸡致癌基因“ Src” 的Michael Bishop和 Harold Varmus,并没有发现人Ras基因的Weinberg。据说Weinberg 也为此“郁闷”了两天没来上班。他后来在组会上说,其实以前并没有很想诺贝尔奖这个事情,但是这么多年大家一直对说他应该得这个奖,说的多了让他自己也有了想法/三人成虎。现在这个事件让他有机会反思癌症研究,反思这个领域里面的工作,于是有了动力写这本介绍癌症研究的科普读物。出了讲述研究人员发现oncogene的前前后后,里面掺杂了一些他的思考:科研工作人员有关秉持怎样的治学态度?如何对评判一个人对科学成果的贡献/谁应该获得Nobel prize?基础生物学研究和医学研究思路的一些差异?科学进展能够被实现规划么?

      癌症之所以难以治愈,关键在于癌细胞是不受限制,疯狂增殖的细胞。癌症源于一个single ancestral cell不断增殖而来,要治愈癌症必须知道这个过程是如何发生。 Weinberg以Warburg hypothesis开篇,Warburg将癌症原因归结于癌细胞主要通过无氧状态glycolysis而非更高效的有氧呼吸,尽管现在看来并不是终极原因,但是至少告诉我们总有个终极原因,也就是这种信念激励weinberg等人去寻找它。20世纪的致癌理论主要有三种: 1>Rudolf Virchow认为癌细胞源于single ancestral cell;随后Theodor Boveri认为细胞内染色体异常导致细胞分裂失控;2>化学致癌理论/carcinogenesis theory。 日本人Yamagiwa证实煤焦油导致兔子患皮肤癌。Wynder等人发现烟草和肺癌的相关性; 3>virus致癌理论,Peyton Rous发现病毒(Rous Sarcoma Virus/RSV)可以导致鸡产生肿瘤。这几种致癌理论都有相关实验证据支持,谁都认为自己是正确的,一直争论不止。直到src和ras等oncogene的发现,人们才豁然开朗:这几种看似完全没有交集的理论居然殊途同归,它们都是通过作用于细胞内的控制细胞生长的基因来导致正常细胞癌变。

        1970年,Weinberg从MIT毕业后去Israel的Weizmann institute做博后,通过好朋友Verma了解到Baltimore发现reverse transcriptase, 于此同时Howard Temin也发现其存在RSV RNA病毒中。这个发现修改和完善了遗传信息在生物体内流动的中心法则, 也解释了为何RNA病毒RSV能够和寄主细胞基因组融合。Sol Spiegelman认为逆转录病毒可以引发细胞异常分裂而导致癌症,利用他发明的核酸杂交技术试图在癌细胞中发现逆转录病毒,但却长时间毫无结果(他去世不久却发现了HIV)。Temin后来评论Spiegelman的工作时说”He confused messenger (逆转录酶) with message (癌基因)”。Weinberg此时来到Dulbecco实验室研究SV40 DNA病毒。而Dulbecco的博后Joe Sambrook  ( Molecular cloning的作者)证明了SV40的基因能够整合到cell genome中,证实了Temin的猜想。因此,RSV/RNA和SV40/DNA致癌的原因都是病毒基因整合到寄主细胞基因组中。

       转眼来到了1976年,一个看似很普通的年份,(但对中国人而言是个历史转折意义的年份,十年浩劫终于结束,梦魇告一段落)。但是在当时,没有人想到这一年人们对癌症的认识有了极为重大的突破,这一年诞生了癌症研究历史上划时代的成果,发现ras oncogene!UCSF的Varmus和Bishop在Peyton发现的RSV病毒上存在的致癌基因src,利用src核酸探针,通过核酸杂交的方法居然存在很多动物DNA发现同源基因,这表明src基因其实广泛分布在动物中,是细胞生命活动中重要的基因。只是RSV病毒在历史上无意中从chick中俘获了一个功能异常的src基因到病毒的RNA,从而导致其致癌性。这个研究表明,癌症的根本原因其实隐藏在正常的细胞中,存在我们基因组中。这里面还有一段插曲,当1989年Nobel Prize公布时,获奖者只有Varmus和Bishop,而当时src实验的实际操作者,法国人Stehelin并不在名单,他认为自己的贡献被忽视,希望Nobel committee重现考虑。该事件影响很大,引发了如何评价人们在科研成果中贡献的讨论,甚至引发美国和法国政府之间的争论(该事件一直持续到2008年,Nobel Prize给了HIV的发现者,法国人Montagnier,而没有给美国的Gallo法国人终于扳回一盘)。

        但是找到src oncogene并没有回答癌症的原因:研究人员在众多癌细胞中并没有找到同源基因,正如Duesberg所言,retrovirus是导致癌症的必要条件吗?”Can a proto-oncogene like src become converted into a potent oncogene without the active involvement of a retrovirus?”。此时恰逢UC berkeley的Bruce Ames发明了检测化合物致癌的Ames assay,这给了Weinberg很大的启发,癌症的终极原因可能就是存在细胞染色体上的基因。Ames发现,致癌物处理沙门菌会导致其发生突变。既然RSV将突变的src基因转入chicken cell导致其癌变,那么致癌化合物/x-ray等处理也可以突变于体内的控制细胞生长的基因,从而导致细胞癌变。carcinogenesis theory,virus致癌理论并不矛盾,它们殊途同归,都是产生oncogene导致细胞生长不受控制。而virus和carcinogenesis只是导致细胞DNA中产生oncogene。接下来的工作就是去寻找人的oncogene。

proto-oncogene, oncogene.001

     此时恰逢Frank Graham改进了DNA转染真核细胞的的方法,而捷克科学家将感染RSV病毒的chicken DNA转染健康的chicken cell后能够促其癌变。这表明RSV起作用的是src经反转录的DNA。Weinberg马上尝试DNA transfection,将mouse leukemia virus转入小鼠细胞并成功导致病毒复制和释放,同时发现mouse retrovirus的反转录产物DNA也可以导致细胞癌变,他将该oncogene命名为ras。这是1978年四月,正当Weinberg干得热火朝天时,加拿大科学家Spandidos来Harvard Medical School做癌基因的报告,听完报告后Weinberg顿时懵了,因为他想做的实验都被对方做完了,其数据量和工作量之大远超他这个小实验室的想象。Spandidos的结果相继发表在Cell和Nature等著名的学术期刊上,其本人也成为耀眼的学术明星,Harvard, MIT以及Cold spring harbour都要争先聘请他。此时的Weinberg则陷入很尴尬的地步,Spandidos已经完成了自己未完成的工作,似乎自己没用继续干下去的必要了,他做好准备走人的打算。而此时戏剧性的一幕发生了:Spandidos一篇投到到Cell的manuscript在6月份完成同行评议,审稿人评价很高:他被文章巨大的工作量震惊了。没想到这引起了Spandidos的老板Siminovitch的注意,他发现这篇文章中需要的petri dishes远超过实验室订购的数量,于是对实验结果产生怀疑,于是让人重复Spandidos的实验,但是都以失败告终。Weinberg长舒一口气,按照继续他的实验计划。接下来发现除了病毒核酸外,诱变剂产生的癌细胞的DNA也能导致正常细胞癌变。这表明proto-oncogene就在细胞内部,无需病毒参与这个过程。

        科研路上永远都存在竞争,出了上文提到Spandidos外,接下来和Weinberg竞争的是Dana-Farber cancer center的Geoffrey Cooper,冷泉港的Michael Wigler。正如1970年Temin和Baltimore关于逆转录酶的竞争,巧合的是关于oncogene克隆的竞争出现在他们的弟子身上。Cooper是Temin的学生,而Weinberg和Baltimore关系密切。Weinberg证明可以将病毒DNA转入细胞,Cooper证明片段化的病毒DNA也可以转入细胞,而Wigler在1977年的Cell发表的论文更进一步,表明可以将单个基因转入细胞。对Weinberg比较不利的是,他的学生Goldfarb去了Wigler实验室做博后,Wigler在细胞生物学领域的短板获得提升,同时其在gene transfer领域的优势依然傲视群雄。

        Oncogene和癌症是一一对应,还是一个oncogene对应多种癌症?Weinberg的博后Shilo设计了一个巧妙的实验,证实oncogene可以导致多种癌症。他们实验室有四种源于同一种致癌剂处理的cancer cell lines。他将四种癌细胞DNA提取,用不同的限制性内切酶切割后转化到正常细胞中:EcoRI切割后的癌细胞DNA不能使正常细胞癌变,而BamHI切割的则无影响!随后他们发现人膀胱癌细胞DNA也可以导致小鼠细胞癌化!这表明存在不同物种中存在很保守的oncogene。虽然进展迅速,但是竞争的压力与日俱增,偏偏此时实验室的细胞细胞被霉菌污染,细胞转化出现问题都延缓实验进度。不过最后Weinberg和Copper几乎同时克隆到人的oncogene,分别发表在1982年四月的Cell和Nature上。

         Weinberg认为虽然过去30年,癌症机理的研究进展不断,但是距离治愈还很远。他认为很大程度和研究人员从事癌症研究的motive有关。他们大多未接触到癌症病人,或不知病人的痛楚,没有试图通过自己研究用于临床治疗癌症的motive。他们更关注发现癌症病因,享受解析大自然奥秘的过程(最为代表性的是weinberg老师Dulbecco,虽然是医学出身,但他更感兴趣的不是SV40病毒致癌机理,而是病毒如何复制)。面对癌症,大众会问科学家2个问题:癌症起因是什么?你们的研究能用于治疗么?关于癌症机理的很多重大发现很多其实源于偶然,并不是科学家计划好实验就发现重要结论,但是为了自圆其说,他们常常编造了一个善意的谎言,似乎当我们发现癌症的原因,相应的治愈方法就是水到渠成了。

         个人感觉癌症的治疗和癌症病因似乎是分属两个不同的学科:前者属于医学,后者属于基础生物学。为此我想到了两个绝佳的例子,巧合的都是国内的研究成果。一个是张亭栋,王振义先生创作性地利用三氧化二砷和全反型维甲酸治疗APL型白血病,后来在陈竺教授课题组的系统研究下发现它们抗癌的分子机理。医学上只要化学单体药物通过科学的临床试验证实有效,知道相关适用症及毒副反应即可使用,至于具体的作用机理再其次。另一个例子是去年清华大学颜宁教授解析了人葡萄糖转运蛋白GLUT1的晶体结构,攻克了这个世界性的难题。早在1920s,Otto Warburg就发现癌细胞快速增殖导致缺氧环境,细胞主要通过产能并不高效的glycolysis供能,此时需要摄入大量的葡萄糖来满足细胞快速时对能量的需求,这就是著名的Warburg hypothesis。国内媒体为此成果兴奋不已,有新闻的标题打着“饿死癌细胞”的字眼。其实GLUT1的结构对治疗癌症没有必然的联系,它只是解决了一个长久没有攻克的难题,是否能够用于作为治疗癌症的target还存疑。

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