摘要：肿瘤学研究在癌基因论指引下取得了迅猛进展，然而癌症却日益成为人类第一杀手。究其原因，并非由于技术落后，而是研究方向有问题。20世纪50年代，Warburg曾对癌潜伏期进行过开创性的探索提出了肿瘤起源的代谢观到了70年代，癌基因论兴起，研究重点转到了成癌细胞，成为该研究领域的主流。分子肿瘤学的迅猛发展深入揭示了癌症的本质，同时也暴露出癌基因论的癌本位视角错位问题。人人都携带癌基因的宿命观点并不符合进化论自然选择原理近期意外发现，促细胞凋亡的抑肿瘤因子却促进了肿痛发生结合细胞凋亡前期和肿瘤存在某些共性，以及生长因子既抑癌叉促癌的双刃行为，引出了关于癌潜伏期本质的发育生物学观一细胞凋亡转向假说结论是如果把主要研究资源，在分子肿瘤学成就基础上，重新配置到潜伏期的探索，便可能形成有效防治策略：当癌细胞尚处于癌前体阶段，便提前将其诊断和处理。
关键词：细胞凋亡；肿瘤发生；Warburg效应；癌基因
中图分类号：Q784文献标识码：A文章编号：1007-7847（2015）01-0001-05
Transformation of Apoptotic Pathway：Development-Biological Concept of Tumor Formation
XIAO Jing-ping
（College of Life Sciences，South China Agricultural University，Guangzhou510642，Guangdong，China）
Abstract：Oncology directed by oncogene regime has been progressing rapidly，yet cancers have been becoming the first place killers of human beings.It is not technology backward but the direction of research that contributes to such a paradox.In 1950s，Otto Warburg carried out pioneer works about the latency period of cancer from the stand point of metabolism，discovering the well known aerobie glycolysis.Since the establishment of oncogene regime in 1970s，the emphasis of research has been turned to blown cancers.The rapid development of molecular oncology has explained in depth the standard point of view of this regime，resulting in an concept of fatalism that everybody bears on cogenes，contradicting to the evolution principle of natural selection.Recent discoveries that some apoptosis promoting factors，or the tumorsuppressors，promoted tumor formation，taking to get her with some featuress hared by bothearly apoptosis and tumorigenesis，and two-faced nature（promoting both apoptosis and on cogenesis）of certaing rowth factors，led to an ewconcep to the latencyperiod of cancetrans form ation of apoptotic pathway in to on cogenesis.It is concluded that if the majorresea rchresources could be redistributed to the exploration of latency period on the basis of the achievement of molecular oncology.an effective strategy of cure and prevention might be developed so that malignant cancers could be effectively detected and treated while they still are cancer precursors.
Keywords：apoptosis；oncogenesis；Warburgeffect；oncogene
当今在肿瘤学领域里，癌基因理论研究迅猛发展，各类信息呈爆炸式累积。然而，反观临床方面，癌症却日益增长为人类的头号杀手。我们认为，形成这种严峻局面的原因主要不在先进的分子水平的技术层而上。而是指导癌症研究的方向出了问题。为此，首先检讨了癌基因论的得失；然后重温了Warburg关于癌潜伏期的开创性研究；接下来讨论了基于发育生物学的细胞凋亡途径转向假说（下文简称凋亡转向apoptosis transformation）及其实验依据；最后，提出关于在代谢论和癌基因论成就的基础上，将主要研究资源重新配置到癌潜伏期的建议。 1癌基因论
1.1癌基因论的贡献和矛盾
20世纪70年代，随着分子生物学的迅猛发展。在癌细胞中发现了基因变异。在这个突破性的发现引领下，以原癌基因（prooncogene）为基石的癌基因论建立了起来，成为发展分子肿瘤学的里程碑[1]。概括来说。癌基因论有两大贡献：
1）在分子水平上深入揭示了癌细胞的本质。癌基因论的成熟概念认为，癌是一种基因病，由体细胞突变引发而无序增长的单细胞克隆所构成，值得注意的是，这种体细胞突变是随机地发生在整个基因组内的只有在偶然情况下，突变发生在一系列而不只是单个有关基因时，DNA受损细胞才可能逐渐发展成癌[2]，因此，并不存在单一的致癌基因变异（cancer causing alteration），而只有一系列的涉癌基因变异（cancer contributing alteration）。由此可见，从一个DNA受损细胞蜕变为癌的概率实际上是较低的。这就是为何估计癌变会有一个长达十几年，乃至数十年漫长潜伏期[3、4]。这是一个重大的理论上的突破，给人们带来了从分子水平上早期诊断，以及通过细胞操作根治癌症的期望。在临床上也出现了一些高科技治疗方法
2）在分子水平上推动了发育生物学的发展。事实上，许多在发育上的重要生长因子，首先是作为癌基因被发现的。例如，首批定性为抑癌因子的p53。最初被认为是癌基因。后续的实验才发现。当初合成供试p53的cDNA，其模板mRNA是从肿瘤细胞中提取的[3]。另外，同为首批定性为抑癌因子的Rb其最初被发现时也认为是癌基因[3]。另一个有意思的例子则是cMyc的行为。这个众所周知的癌基因，后来证明它的发育生物学功能是促进细胞分裂，而且在DNA受损细胞修复失败后，立即扩增促进p53依赖的细胞凋亡途径。它的促癌功能只有在p53或抗细胞凋亡因子，如Bim，失效时，才会表现出来[4]。
1.2发育生物学上的视角错位
这里所谓的视角错位，指的是癌本位观点。即：在观察肿瘤发生时，单从癌体而不是从整体出发；在分析理解累积的信息时，只从癌细胞而不是从肿瘤发育的全过程着眼。癌本位视角在研究方向上的偏差，主要表现在以下两个方面：
1）不符合系统发育学，也就是进化论的原理。众所周知，肿瘤发生是高度分化细胞朝着低分化胚性细胞的退化过程。然而进化论的基本法则是物竞天择，适者生存。因此人们不禁要问，在严酷的自然选择压力下进化生存过来的高等动物。其基因组中为何会出现导致细胞退化，并可能威胁生命的原癌基因？其实，大量事实已经证明，所谓原癌基因无一不是细胞高度分化所必须的生长调节基因。由于在癌细胞中发现了它们的偶然性变异。便倒过来将它们称之为原癌基因（甚至癌基因），无疑是出于癌本位视角。这种错位阻碍了对癌症起源的深入探索，并在人们心理上造成极大危害，产生了某种宿命的恐癌症。如前所述。即便是某个调节基因偶然发生了变异使细胞进入癌潜伏期，但要蜕变为癌细胞尚需经历一系列基因变异，其概率是不高的，而且即便是漫长的潜伏期也始终是处于良性状态。并不可怕。癌症之所以成为第一杀手。主要是人们把主要的研究资源投入到了癌细胞出现以后，令研究者竞相去发现新的所谓癌基因，以致等到难以对付的癌细胞形成后，才去研究其治疗方法。尽管这样做也是十分必要的。却给了一系列调节基因的涉癌变异以充分的时问，错过了容易防治的，漫长的良性潜伏阶段。
2）对大量分子信息缺乏发育生物学的整合。癌基因论已从初始的“一种原癌基因诱发一种癌”发展为“致癌变异（alteration）通过阶联式信号转导途径（signaling cascade）传导致癌信息”：再进一步发展为“诸多涉癌变异途径形成了线路网络（Circuit network），通过彼此之间对话确定癌变结果[3]。这是肿瘤学的重大发展。然而问题是，致癌信息累积越来越多，网络也越来越复杂，而研究者面对这种局面已经显得有些束手无策了。借用Weinberg的形象的表述，研究者几乎被淹没在难以消化的海量信息之中了[3]。这表明，如果不跳出分子水平，就无法深入理解分子信息的整体意义。如同生态学，在了解不同类型植物群落内物种间的关系后，还需将不同群落整合起来，才能发现从分化的岩石表而形成的低等植物物群落，逐步发展为雨林群落顶级社会（climax）的原理――植物演替规律（plant succession）。同理，任何高等动物的生长发育也都是分阶段进行的，细胞癌变也不例外。通过漫长的潜伏期的不同阶段，癌体的出现便是这个过程的顶级、癌基因论虽然在顶级成癌阶段获得了大量突破性信息，但是如果放弃了潜伏期的研究，便无法真正理解诸多信息对癌细胞起源的意义，对成癌阶段的理解也是有限的。不幸的是。Warburg对潜伏期的开创性研究方向已完全被癌基因论所取代？一提起这位大师，人们就从有氧糖酵解一词的字面上认为他的贡献是，发现了癌细胞在有氧条件下却运行糖酵解途径其实，这并非是他的原意。
2重温Warburg对癌潜伏期的开创性研究
1956年。Warburg在SCIECE上发表了一篇题为《On the Origin of Cancer Cells》（《论癌细胞的起源》）的著名论文[5]。他在概括了有关研究后，得出了一个开创性的结论：癌细胞的漫长潜伏期，在代谢上是受损伤的有氧呼吸（aerobic respiration）途径被无氧发酵（anerobic fermentation）途径逐步取代的过程、习惯上被称为aerobic glycolysis（有氧糖酵解）。现在这个词已被广泛理解为癌细胞在充分的有氧环境下却运行糖酵解途径，并认作癌细胞的代谢标志：这虽然并不算错，却偏离了Warburg对癌症潜伏期的开创性研究。重温这篇经典论文的价值，可概括它有以下几层意义。
1）癌潜伏期有两个阶段：第一阶段是，机体细胞的有氧呼吸途径受到不可逆转的胁迫性损伤；第二阶段是，受伤细胞在长期生存竞争中，其中一部分因能量匮乏而消亡。另一部分则因发酵途径的增长弥补了能量损失而生存下来。他给予此潜伏期的代谢特征一个肿瘤学术语――有氧糖酵解，并定义为，受胁迫伤害的有氧呼吸和增长的替补无氧发酵相互作用的过程。 2）由于发酵是低等生物的呼吸途径，它促进高度分化的细胞退化为低等生物细胞形态，也就是自由生长的癌细胆：有氧呼吸受损细胞的癌变速度取决于其发酵代谢增长的速度，这正是老鼠的癌变速度快于人类的原因。事实上，癌细胞的发酵呼吸值非常接近野生繁殖的酵母菌Torula。
3）多数癌细胞潜伏期都存在一个“休眠癌（sleeping cancer）”阶段。它们在形态上接近于癌细胞，但发酵速率尚未完全补偿ATP的损失，是最容易接受治疗的时期，可以把这个状态理解为癌前体（cancer precursor）。
4）Warburg强调，细胞癌变过程的有氧发酵是毋容置疑的。因此，只有理解了有氧呼吸为何受损，以及大量增长的发酵从何而来。我们才能了解癌细胞的起源。任何对生命过程的解释如果能还原为物理和化学过程，这种解释就是不可替代的。因此，他认为任何致癌剂的突变如果不能理解其代谢机理，就只是一句“空话”而已。显然。彼时的Warburg尚未领会到分子生物学的威力。他的这番道理现在应该倒过来说：如果没有分子生物学的深入研究，他的有氧糖酵解之谜是无法揭露的。现在已经充分证明，生长因子p53的一个重要功能是调控呼吸链和糖酵解的运行。它的突变正是Warburg效应的分子机制[6、7]。
尽管癌基因论的发展已彻底淡化了Warburg关于癌潜伏期的研究，然而分子肿瘤学的蓬勃发展却将其重新引进研究者的视野：因为人们不仅逐渐意识到所谓癌基因不过是生长调节基因的偶然性涉癌变异，而且还进一步发现所渭的癌基因和抑癌基因大都具有双刃性（two face function）：既能促进细胞凋亡，又可在不同条件下促进肿瘤发生。然而究竟是什么条件使得这些因子的抑癌功能转向为促癌呢？这个问题引导研究者重新思考细胞癌变的早期，也就是潜伏期的特征，并且启发他们用发育生物学观点去整合代谢和分子的广泛信息。
3细胞凋亡转向（apoptosis transformation）假说
基于对细胞凋亡与肿瘤发生的关系分析，我们于2009年在本刊上提出了一个关于肿瘤发生的细胞凋亡转向假说[8]。认为肿瘤并非源于所谓原癌基因变异产生的癌基因，而是由于细胞凋亡途径前期发生了导致发生肿瘤的转向的变异。这个看似匪夷所思的推测，却在各个层次陆续找到了重要支持。
3.1形态发生的证据
细胞凋亡与肿瘤发生都源于不能修复的DNA受损细胞癌基因论的一个基本原理是：由抑癌基因产物所引发的细胞凋亡和致癌基因诱导的肿瘤发生。是两个完全相互拮抗的途径，细胞凋亡功能的抑制是肿瘤发生的必要条件。然而这个原理却屡屡被肿瘤学各个层次发现的矛盾事实所动摇。主要表现在肿瘤发生与细胞凋亡前期有诸多相似之处。必须特别强调的是，尽管凋亡途径与肿瘤发生均源于DNA受损细胞。但对受损细胞的命运来说，两者完全不是等价的选项。细胞凋亡是保证高度分化动物正常发育必要的本能。没有细胞凋亡机制，就不可能有高度分化的高等动物。因为，及时清除那些基因组不正常的细胞，保护机体细胞DNA的完整性并按照其蓝图增殖和分化，对高等动物的正常生长发育是不可或缺的。因此。一旦DNA修复失败，受伤害细胞就会立即启动细胞凋亡途径，令反常细胞自尽。至于肿瘤发生，则只是偶然性的病变过程：只有在凋亡途径初期，某些调控因子，主要是既能促凋亡又能促癌变的双刃因子，偶然发生了涉癌变异，阻挡了凋亡过程的继续发展，方有可能发生癌变。这便是细胞凋亡转向假说提出的基本依据。
3.2代谢类型的证据
细胞凋亡和癌变细胞线粒体内均出现不同程度的Ca2+离子超载和氧化磷酸化功能受阻。有趣的是，细胞凋亡是一个消耗ATP的途径。在呼吸链的细胞色素C被剥离，有氧呼吸受阻后，其ATP只能依靠糖酵解供应[9、10]。显然，这很类似肿瘤发生过程的Warburg效应：其实早在60年前。Warburg就曾强调，如果细胞的呼吸代谢受到强烈的破坏而被杀死，就不可能发生被有氧糖酵解驱动的细胞癌变。只有在细胞的有氧呼吸受到一定程度的伤害但不致死时，才可能运行有氧糖酵解[5]。由于当时尚不知细胞凋亡一事。Warburg将有氧糖酵解现象归因于细胞外环境较弱的胁迫强度。其实。从细胞内环境来看，有氧呼吸受到强伤害而致死，更可能是细胞凋亡效应，而不致死的有氧呼吸伤害，则发生在因前期细胞凋亡途径发生了转向。得以幸存的线粒体之中。
3.3分子肿瘤学的证据
2011年。Chen等在一个关于CD95的实验中，意外地发现这个众所周知的促细胞凋亡的抑肿瘤因子，却促进了肿瘤发生[11]。无独有偶，紧接着Tang也发现另一个抑肿瘤因子，p53也有同样的反常行为[12]。对这种与传统基因论完全矛盾的现象，细胞凋亡转向假说却能给以预测。这表明，这些意外发现并非偶然性个案，而是有其机理基础的事件：它反过来也支持了凋亡转向假说二这种似非而是观象（paraclox），它的分子基础乃是不断发现的，既促细胞凋亡又促癌变的双刃生长因子。众所周知的，cMyc[4]、p53[13]、APC（adenomatous polyposiscoli）[14、15]、EGFR（epidermal grouthfactor receptor）[16]等等，都具有这种双刃性：我们推测，癌潜伏期基本上就是p53一类双刃因子从启动细胞凋亡到发生突变转而促进癌变的过程。这是个长期复杂且有反复的过程。受一系列双刃囚子变异的调控。现仅选几个常见的双刃因子。对它们作为细胞凋亡途径转向枢纽可能的作用方式，进行简要的归纳，并示于图1。1）发生凋亡途径转向的关键是防止氧化磷酸化已经受损的线粒体破碎，以阻止凋亡程序的继续发展。线粒体的命运决定于其下游中来自同一家族的促凋亡因子Bax等和抑凋亡因子Bcl-2等的相互作用[5、7]；2）当DNA受损细胞的修复失败后，cMyc便扩增，并激活依赖p53的凋亡途径（图1a），正常情况下。APC增进线粒体膜的通透性，释放促凋亡因子，使线粒体解体和凋亡程序继续进行（图1b），3）然而，在偶然情况下，APC基因被截短，此变异体便反过来促进Bcl-2的抑凋亡功能。阻止了线粒体的解体[14、15]；另一方面，扩增的cMyc虽可激活依赖p53的凋亡途径，但在凋亡途径受阻后，又可反过来束缚住促凋亡因子Bax的作用，协同APC变异体阻止线粒体的解体，并使处于细胞凋亡前期的细胞（pro-apoptotic cell）存活下来并恢复增殖（图1c）[1、4]，产生异常的克隆群体.自此，前期细胞凋亡途径便转向进入了漫长的癌潜伏期；4）最终，促凋亡基因p53发生了点突变，成为促癌因子[14]，自此，癌细胞的出现便只是个累积必要的致癌变异所需的时间问题了。 应该指出，细胞凋亡转向是个多因子参与的复杂过程，不止一种作用方式。以上方式是根据常见因子的行为所做的某种推测性的归纳。只是提出一个值得进一步实验研究的课题
4结束语
综上所述，我们初步得出以下结论：
1）当今肿瘤防治之忧不在先进的技术层面。而在研究方向。由癌基因论推动的分子肿瘤学的迅猛发展，反过来却暴露出癌本位视角的错位问题。回顾从代谢观发展到癌基因论的历史，现在站到了必须用发育生物学原理整合两者的成就的起点上了。研究重点也应从潜伏期到成癌期又回到深层次的潜伏期。
2）初步认为，癌潜伏期是DNA受损细胞蜕变为癌前体的漫长过程。其实质在发育生物学上是细胞凋亡途径转向。在代谢上则是有氧糖酵解。由于能同时调控此二过程，多功能因子p53的行为是潜伏期发展的决定因素。p53的累积和下游途径由于分别受到cMyc、APC、EGFR等双刃因子变异的控制。可令DNA受损细胞得以生存并进行克隆增殖。其中个别细胞的p53基因突变，使之不可逆转地通向恶性肿瘤。此后，癌细胞的蜕变只是累积足够的致癌变异和ATP补偿所需的时间问题了。这是个随机的，或快或慢的过程。不过，以上讨论还只是从大量累积的信息中可以粗略窥见的，潜伏期的某种可能的分子作用力方式。并不排除由CD95[12]、Wnt[14]和HIF[17]等所诱导的，其他凋亡途径转向方式。
3）毋庸置疑，成癌细胞的治疗研究必须坚持，但是应把资源主要投在长期的、良性的潜伏期的研究上来。这样，就有希望发展出某种新防治策略，当威胁生命的癌症尚处于潜伏期癌前体阶段，就进行诊断和处理，
参考文献
[1]詹启敏.分子肿瘤学[M]北京人民卫生出版社（ZHAN Qi min. Molecular Oncology[M]. Beijing： People’s Health Press），2005.66-108.
[2]STRATION M R. Exploring the genomics of cancer cells： progress and promise [J]. Science， 2011， 331（6024）：1513-1516.
[3]WEINBURG R A. The Biology of Cancer[M]. New York ： Garlang Science， Taylor and Francis Group， LLC， 2007. 307-356.
[4] RUDDON R W. Cancer Biology[M]. New York：Oxford University Press Inc，（ed4），2007. 117-376.
[5]WARBURG O. On the origin of cancer[J]. Science， 1956， 123（319）： 309-314.
[6]MATOBA S， KANG J-G， PATINO W D， et al. p53 regulates mitochondrial respiration[J]. Science， 2006， 312（5780）：1650-1653.
[7]BENSAAD K， TSURUTA A， SELAK M A， et al. TIGAR， a p53-inducible regulator of glycolysis and apoptosis[J|. Cell， 2006， 126（1）：107-120.
[8]肖敬平.细胞凋亡与癌变的相生相克一肿瘤的发育生物学[J]. 生命科学研究（XIAO Jing-ping. Homologic and antagonistic relationship between apoptosis and oncogenesis―The origin of cancer in terms of developmental biology[J]. Life Science Research），2009，13（6）：472-484.
[9]OTSUK1S S， MORSHED S R M， CHOUDHURY A， et al. Possible link between glycolysis and apoptosis [J]. Journal of Dental Research， 2005， 84（10）：911-929.
[10]LUO F M， LIU X， YAN N， et al. Hypoxia inducible transcription factor-1 a promotes A549 apoptosis via a mechanism that involves the glycolytic pathway[J]. BMC Cancer， 2006，（6）： 26-32.
[11]CHEN L， PARK S M， TUMANOV A V，et al. CD95 promotes tumor growth [J]. Nature， 2010， 465（7297）：492-496.
[12]TANG D， LOTZE M T， KANG R， et al. Apoptosis promotes early tumorigenesis[J]. Oncogenesis， 2011. 30（16）： 1851-1864.
[13]KASTAN M E， BERKOVIC E. p53： a two-faced cancer gene[J]. Nature Cell Biology， 2007，9（5）： 489-494.
[14]BROCARDO M， HENDERSON B R. Ape shutting to the membrane beyong[J].Trends Cell Biology， 2008， 18：587-596.
[15]NIVES P-S. Wnt signal transduction pathway and apoptosis： a review[J].Cancer Cell International， 2010， 10（1）：22-26.
[16]RUSH J S， OUINALTY L M， ENGELMAN L， et al. Er“hwomal accumulation of the activated epidermal growth factor receptor （EGFR） induces apoptosis [J]. Journal of Biological Chemistry， 2012，287（1）：712-722.
[17] SWINSON DEB， 0’BYRNE K J. Interactions between hypoxia arid epidermal growth factor receptor in non-small-cell lung cancer[J]. Clinical Lung Cancer， 2006， 7（4）： 250-256.