2013年5月30日 星期四

癌症的致命性來自於癌細胞有擴散全身的能力 The Danger of Cancer Lies in the Ability of Its Cells to Spread Throughout the Body

探索生命《生物學》95
1.        癌細胞其中一種能力稱為轉移metastasize,癌細胞因為能夠轉移所以會擴散到全身,這使得癌細胞具有致命性。並非所有的癌細胞都會擴散,癌細胞必須經歷無數次的轉變才會有轉移性,只有少數的細胞能夠成功地走完轉變的過程。
Mussorgsky Pictures at an Exhibition , Celibidache
2.        癌細胞轉移過程十分複雜,轉移性癌細胞必須從腫瘤中破殼而出,掘開血管壁和淋巴管,然後順著血管或淋巴管移動到距離遙遠的某個位置,再打穿管壁到新的區域繁殖增生,形成一個新的腫瘤。
3.        癌細胞移轉的過程中必須穿透基底膜basement membrane。基底膜是分隔上皮組織與結締組織的特殊細胞層。基底膜上有許多蛋白質複合物加強結構,基底膜的功能是抑制腫瘤生長的物理性屏障(用堅韌的基底膜包裹、綁住腫瘤,限制腫瘤長大或阻止腫瘤轉移出去)。
4.        要穿透基底膜屏障,癌細胞產生特殊的細胞膜接受器,讓癌細胞可以與基底膜結合。然後,癌細胞分泌酵素,消化吃掉基底膜,基底膜破壞殆盡之後,癌細胞就穿越基底膜轉移出去。
5.        癌細胞穿越基底膜進入到周遭血管後,很可能會隨著血管流遍全身。不過,進入到血管內的癌細胞還面臨其他的阻礙。一旦癌細胞抵達淋巴管血流中,癌細胞就成為宿主免疫系統攻擊的目標。
6.        大部分的癌細胞因為免疫系統攻擊而死亡,少數癌細胞會穿越血管壁,入侵到新的組織區域。許多轉移性的癌細胞停留在淋巴結微血管床,不過通常它們會進入循環系統,通過心臟,最後停在肺部的血管
7.        不過,許多癌細胞抵達新地點後並沒有生長。癌細胞就像植物的種子,植物的種子只有在恰當的土壤中才能生長,同樣地,癌細胞只有抵達舒適的組織土壤中才會成長,舒適的組織土壤包括恰當的成長因子或適當的荷爾蒙
8.        癌細胞轉移過程困難重重,據統計1萬個癌細胞裡面,只有不到1個能夠成功地離開原本的腫瘤,轉移到新地方長成第二個腫瘤。

許多獨立突變事件累積而成的的作用製造出癌細胞 Cancer Results From Several Independent Mutational Events, Whose Effects Are Cumulative
9.        近期對於癌細胞的研究指出,一大群癌細胞是從一個不正常的細胞長出來的。
10.     正常細胞轉變成癌細胞轉變過程經歷許多變化:細胞失去避免與其他細胞靠得太近而接觸的抑制生長功能、失去維持細胞分裂時染色體數固定的控制系統、增加癌細胞移動性、使癌細胞有能力破壞基底膜……等等。
11.     但是許多細胞組織雖然發生以上的改變,但只是良性腫瘤,良性腫瘤緩慢生長一段時間之後就停止了,因為良性腫瘤的癌細胞,無法產生刺激血管系統提供氧氣與氧份的化學訊號。
12.     即使良性腫瘤招募到一些血管靠向自己,良性腫瘤仍因為無法破壞基底層而沒辦法轉移。細胞一切的改變(正常細胞變成癌細胞)是否只是因為DNA改變了?還是細胞的每一種改變,都導因於一個或多個獨立事件?
13.     在我們實際瞭解細胞致癌的機制之前,先用健康統計來推測答案。如果細胞致癌的因素光只有基因這單一事件,那麼我們會預期,個體感染某一種癌症的機率將隨著年紀而增加。
14.     舉例來說,如果感染皮膚癌的機率是每年1%,那麼二歲的感染機率應該是2%,三歲的感染機率是3%,依此類推。然而事實上,整體族群的癌症發生率數線並非一條直線(不是每年增加1%,逐年累加),相反地,癌症一般來說是老年的疾病。
15.     癌症發生率呈指數型上升的現象,合理的解釋是,同一個細胞必須有好幾個獨立的基因突變才會變成癌症。舉例來說,細胞壁必須發生5個突變事件才會變成大腸癌。
16.     如果每一種癌症都是由好幾個突變造成的,那麼,病患一生中任何一個時期都可能癌症病發,由此可知,細胞長成癌症是一個長期的過程。從細胞第一個基因突變開始,可能要花數十年的時間才會變成癌細胞。
17.     這些突變有些會遺傳,這就是為什麼有些家庭顯得特別容易感染某種癌症。
18.     雖然統計研究舉有指標性,但是,這方面的研究無法告訴我們究竟是哪些因素組合起來導致基因突變,進而引發癌細胞。
19.     基因突變的可能的因素有DNA上單一鹼基的改變,或者部分核甘酸被刪除,或者被額外插入某些核甘酸,或者染色體重組造成基因轉移位置
20.     並且統計研究無法告訴我們這些基因突變事件的確實作用是什麼,或者哪些基因突變與癌細胞有關。不過近期的研究強烈指出正常細胞變成癌細胞的種種步驟與某種細胞調控系統失靈有關,這方面的資訊來自於致癌基因oncogenes方面的研究。
n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton Biology
參考資料:

2013年5月24日 星期五

癌症導因於正常細胞調控失常Cancer Results From a Failure of Normal Cellular Controls

探索生命《生物學》94
1.        動物細胞的各種不同組織的細胞分裂速率不同。舉例來說,皮膚細胞與腸細胞總是在分裂。人類腸細胞每四天替換一次。然而,分化的神經和骨骼肌肉細胞通常是不分裂的。
Verdi: Requiem / Karajan 
2.        細胞分裂程序是在控制之下進行的,只有在組織失去舊細胞,需要替補新細胞時才進行細胞分裂。然而,有時候控制機制會出錯,細胞無節制地分裂,產生一大堆細胞垃圾,稱為腫瘤tumor
3.        另一種情況是許多細胞經歷一組分裂程序後應該到了死亡的階段,結果卻沒有死亡,這是某幾類的腫瘤的成因,因為這些細胞也是沒有節制地分裂。
4.        這些腫瘤可能在固定的位置,如果腫瘤在固定的位置不轉移,就稱為良性bengin;這些腫瘤可能持續長大,並且入侵到周遭組織,最後散佈到周遭其他地方,這種腫瘤稱為惡性malignant
5.        惡性腫瘤,又稱為癌細胞,如果是長在上皮組織稱為上皮癌carcinomas,如果是長在結締組織,稱為肉瘤sarcomas白血病leukemias淋巴瘤lymphomas是造血組織的惡性腫瘤,它們都屬於肉瘤。
6.        癌細胞最顯著的特徵是他們毫無節制地生長。細胞不斷生長,產生腫瘤,並且腫瘤惡化,侵入到健康組織,離開它原本的位置到身體其他地方,這個過程稱為轉移metastasis
7.        顯然這些轉移的癌細胞不再受到正常控制。有一種研究細胞是否為惡性腫瘤的方法是,從有機體身上取出一些細胞,然後放到實驗室的培養皿中讓它生長成組織聚落。
8.        一般的作法是,將一群細胞種到沒有其他生物的培養物質中,培養物質含有各種刺激細胞生長的營養素。雖然細胞培養媒介不論怎麼細膩操控,都與細胞本來的有機體環境差距很大,但通常會有部分的細胞活下來,進行他們平常的活動,包括細胞分裂。 
9.        大部分培養皿內的動物細胞,碰觸到周圍其他細胞或感覺到過於擁擠,即停止分裂,因此細胞分裂幾代之後就終止了。癌細胞卻不會停止分裂,它們完全無視於過於擁擠的問題,生長出超大量的組織。

癌細胞與正常細胞不同 Cancer Cells Differ From Normal Cells
10.     控制系統出錯會造成細胞構造、化學特性和行為改變;關於這些改變的研究,指出正常細胞與癌細胞的差距,有時候甚至指出可能的治療方案。接下來我們將討論癌細胞的特性。
11.     觀察培養皿中的癌細胞發現一個重要的特性,癌細胞的染色體數是不正常的,通常是染色體數量超過正常數量。
12.     舉例來說,有一種人類的癌細胞,稱為海拉Hela,擁有7080條染色體,而不是46條染色體。多餘的染色體,顯然與癌細胞,無法像正常細胞那樣有節制地繁殖,有關。
13.     不過,有機體內的癌組織細胞,比較常出現的現象不是染色體數量增加,而是在染色體連續性重複同一組基因片段,這段連續性重複出現的基因片段稱為微小染色體minute chromosomes,或者是正常染色體被重組
14.     有一種常見的染色體重組稱為易位translocation,染色體的某個部分斷裂,斷裂的碎片跑到另一個位置重新插入染色體中。
15.     舉例來說,百分之90布凱特氏淋巴瘤Burkitt's lymphoma的患者,第8對染色體的某一個片段轉移到第14對染色體的尾端,另外百分之10的患者是第8對染色體的片段轉移到其他地方。
16.     還有許多其他常見的細胞核異常現象,例如癌細胞快速突變,意思是一塊腫瘤裡面含有各種不同的癌細胞,這使得治療方法變得複雜,這種腫瘤經常產生抗藥性。
17.     除了細胞核變異外,癌細胞與正常細胞在體型與外表上也明顯存在許多差異性。舉例來說,癌細胞聚落外型比較圓球立體,這讓癌細胞在各個繁衍階段變得比正常細胞更容易移動。
18.     這個特性使得癌細胞聚落不需要錨定在固定的位置,大部分正常的細胞會攀附在某個固體表面成長,癌細胞生長不受此拘束,因此癌細胞可以在液體或柔軟的表面生長。
19.     周遭環境對細胞的作用是從細胞表面開始,因為癌細胞表面異常,因此癌細胞無法對周遭環境的改變作出反應,或者是做出不正常的反應。
20.     在癌細胞的細胞套上的醣脂質與醣蛋白數量,都比正常細胞上的數量稀少,而且癌細胞的醣脂質與醣蛋白,也與正常細胞的不同。
21.     癌細胞表面異常的醣脂質與醣蛋白,與癌細胞在周遭細胞過於擁擠時,失去抑制細胞繼續分裂的功能有關,也與癌細胞無法辨識其他細胞組織有關。
22.     將二種不同組織的正常細胞混在一起,這些細胞會依據細胞表面組織找到自己族群,自動歸類,可是癌細胞卻不會這樣做。癌細胞缺乏正常細胞「物以類聚」的特性,可能就是為什麼惡性腫瘤,會從原本的組織轉移到身體其他部位的原因。
23.     癌細胞表面的異常醣脂質與醣蛋白,無法在正常細胞身上看到,因此這些異常的醣脂質與醣蛋白標示出他們是癌細胞,而大多數人類的正常免疫機制通常能夠分辨出這些異常分子,盡快摧毀新長出的癌細胞。
24.     因此,身體會長出癌細胞,不僅是因為正常的細胞控制失靈了,並且處理不正常細胞的免疫系統也壞掉了。
參考資料:
n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton Biology》;圖片來源/Nccn.comNature.comHarlowharrierWebmd.comPharmaceuticalintelligenceDoctortipster.com