免疫浸润05.肿瘤病毒

往期回顾

1. 免疫浸润01.肿瘤本质和肿瘤标志物
2. 免疫浸润02.浅谈肿瘤微环境
3. 免疫浸润03.癌基因与抑癌基因
4. 免疫浸润04.生长因子、受体和信号通路

肿瘤细胞的本质：来源于正常细胞，疯长不死的异常细胞（免疫浸润01）。

肿瘤形成的原因：抑癌基因失活，癌基因活化（免疫浸润03）。

肿瘤形成的机制：生长信号通路激活，凋亡信号通路失活（免疫浸润04）。

肿瘤形成的诱因：病毒感染、物理或化学因素等（免疫浸润05）。

肿瘤微环境：肿瘤细胞诱导形成的“微环境”（免疫浸润02）。

病毒能够引起很多种人类疾病，包括从狂犬病到天花，甚至到普通感冒的多种疾病。这些传染性病毒绝大多数通过在被其感染的宿主细胞内增殖、杀死宿主细胞，并且释放能够感染附近其他宿主细胞的子代病毒颗粒。病毒引发细胞病变，加上在组织中快速传播，故在所到之处造成广泛的破坏。然而，有些病毒具有独特的复制周期，并不杀死被感染的细胞，而是促使其宿主细胞不受限制地增殖，这类病毒通常称为肿瘤病毒。

肿瘤病毒通常含有相对简单的基因组，只包含少量基因。然而，它们却能控制被其感染的细胞及其复杂的基因组，表明它们具有非常高效的基因来干扰被感染宿主细胞本身复杂的调控网络。

尽管并非所有的肿瘤都是由病毒感染导致，但病毒癌基因的发现为癌基因的发现和肿瘤病因的研究打开了新的大门（免疫浸润03.癌基因与抑癌基因）。

1909年，Peyton Rous开始对雌鸡胸肌中出现的肉瘤进行研究。起初，Rous将这种肉瘤的碎块植入同一品种的其他鸡体内,成功地接种肿瘤。随后，他将一块肉瘤研磨得到的匀浆液进行过滤，把滤过液注入幼鸡体内后，它们也都产生了肿瘤。接着，他发现这些诱导产生的肿瘤经过匀浆后，也能够感染其他鸡并在注射部位产生肉瘤。从鸡肉瘤中分离得到的病毒被称为 Rous 肉瘤病毒（RSV），它们能够在鸡的组织内进行增殖，且在被感染而产生的肿瘤组织中被发现比最初注射的量多得多。

在Peyton之后，Harry Rubin发现：将含RSV的悬液加入培养有鸡胚胎成纤维细胞的Petri培养皿时，被RSV感染的细胞似乎也能无限期地存活下来。重要的是，被RSV感染的细胞表现出很多与肿瘤细胞相似的性状：它们聚集形成焦点簇，在显微镜下呈现出肿瘤细胞特有的圆形形态，它们的新陈代谢与从肿瘤中分离的细胞相似。

RSV被发现后，人们逐渐发现了越来越多的肿瘤病毒，这些病毒颗粒携带的基因组不仅仅是类似RSV病毒的RNA基因组，也有很多是DNA基因组。20世纪50年代末，Richard Shope在兔皮肤乳头状瘤中发现了Shope病毒，Shope颗粒携带DNA分子，由蛋白质外壳包裹。

1953年人们发现多瘤病毒，该病毒因能够在小鼠中诱发多种不同类型的肿瘤而得名。20世纪50年代中晚期，人们发现了SV40病毒时，最初认为它是生产的脊髓灰质炎病毒疫苗中的污染物。后来的病毒学研究发现，SV40病毒颗粒经常隐藏于恒河猴和食蟹猴的肾脏细胞中，这些细胞通常在疫苗制备阶段被用于繁殖脊髓灰质炎病毒。细胞在被SV40病毒感染后，不到一天就会溶解并释放出成千上万个后代病毒颗粒。

Shope乳头状瘤病毒、小鼠多瘤病毒和SV40病毒都属于乳多空病毒，这个词指代乳头状瘤、多瘤及 SV40 病毒在其裂解感染中引发空泡。乳多空病毒基因组较小，由双链DNA构成，绝大多数基因都与病毒复制有关，其中有一些基因专门编码病毒颗粒的衣壳蛋白。由于乳多空病毒只有少数基因用于细胞的转化，这极大地简化了肿瘤研究。

肿瘤病毒通过与宿主细胞染色体整合，病毒DNA序列成为细胞基因组的一部分，如同细胞自身的基因一样，从母代细胞传递到后代细胞。研究发现，在几乎所有（>99.7%）的宫颈癌中都发现有整合到染色体DNA的人乳头瘤病毒（HPV）基因组片段。引起争论的是，人们几乎从未发现完整的病毒基因组整合于肿瘤细胞基因组中，取而代之的是，在肿瘤细胞染色体DNA中，只发现了含有致癌信息的部分病毒基因组，而那些使病毒能够复制和构建后代病毒颗粒的基因组部分通常缺失或者仅以碎片的形式存在。

此外，最近发现，人类疱疹病毒6型（HHV-6）和鸡马立克病病毒（MDV）, 可以将其基因组整合至其宿主细胞染色质DNA中的端粒重复序列。这使得这些病毒可以建立长期的潜伏感染：当病毒关闭主动复制时，病毒基因组无限期地保持；一段时间后，病毒基因组可以自我切除并主动复制。

SV40病毒、HPV病毒这样的DNA病毒将它们的基因组与宿主细胞染色体DNA整合，这个发现解决了一方面的疑问，但由此产生了另一个疑问：诸如RSV这样的RNA病毒，其基因组是单链RNA分子，显然不可能直接与被感染细胞的染色体DNA整合，那么它们是如何将其基因组在细胞系中多代地传递下去的呢？

1970年，Temin和David Baltimore同时发现RSV和相关病毒颗粒携带有逆转录酶，在逆转录酶发现后的一年中，人们在RSV感染细胞的染色体DNA中发现了前病毒DNA的存在，强有力地证明了Temin提出的观点！很快，人们又发现了一大类具有相似结构、复制周期中信息由RNA分子反流向DNA的病毒，称为“逆转录病毒”，逆转录病毒也依赖于将基因组整合入染色体以保证它们基因组的稳定保留和传递。

然而，RSV等逆转录病毒与SV40病毒等DNA肿瘤病毒在整合机制上有很重要的区别。逆转录病毒pol基因编码合成整合酶，这个整合酶与逆转录酶一同合成，参与调节染色体整合的过程。而DNA病毒基因组的染色体整合是非常罕见的（<<1/1000），这使得其基因组持续保存在最初感染细胞的后代细胞中。

RSV捕获细胞原癌基因c-src形成自己的v-src，利用这些基因来转化被感染细胞。在v-src和c-src发现的一年内，人们开始争相去寻找其他的病毒，这些病毒以相似的遗传途径传递，并可能携带其他的有趣的原癌基因。

另外一种鸡逆转录病毒MC29骨髓细胞瘤病毒（能够在鸡中诱发一种骨髓恶性肿瘤），也属于这类病毒。MC29 基因组中也含有捕获的细胞基因，称为v-myc癌基因，这种病毒利用该基因在被感染的鸡中诱发快速生长的肿瘤。如v-src一样，v-myc基因可溯源至正常鸡细胞基因组中相应的原癌基因c-myc。

哺乳动物中也发现了类似的逆转录病毒，它们能够获取细胞原癌基因并将其转化为有效的癌基因。其中，猫白血病病毒在其基因组中获得fes原癌基因，产生猫肉瘤病毒；而一种杂交的大鼠-小鼠白血病病毒在不同情况下可获得两个不同的原癌基因，由此产生Harvey肉瘤病毒和Kirsten肉瘤病毒两种转化性逆转录病毒，在基因组中分别携带有H-ras和K-ras癌基因。

如上所述，病毒从被感染的宿主细胞基因组中捕获原癌基因后，转化感染细胞，诱导其癌变。那么有一个新的疑惑：像ALV这种不携带癌基因的病毒如何诱发恶性肿瘤呢？

病毒在被感染宿主细胞的染色体DNA上的整合位点是随机的，可能存在几百万个。然而，通过绘制ALV前病毒在白血病细胞染色体DNA中整合位点的图谱，对一系列ALV引发的、在单个鸡中独立出现的白血病进行分子分析，得出了一个出乎意料的结果：这些白血病细胞基因组中，大多数（>80%）ALV前病毒整合染色体DNA的位点紧邻原癌基因c-myc。这一发现很难与观点“前病毒在被感染细胞基因组上几百万个整合位点中发生随机”相符。

人们很快发现，ALV前病毒中的病毒转录启动子破坏了c-myc基因的正常表达调控机制。细胞 c-myc基因不再受本来的基因启动子的调控，而是直接受病毒的转录调控，其表达不再受细胞的精密调控，而是受外来“篡权者”的调控，高效持续地表达。

基于此，对“ALV这种不携带癌基因的病毒是如何诱发恶性肿瘤”的疑惑解答如下：ALV感染鸡的造血系统并迅速传播至成千上百万个细胞，每一个感染都能导致ALV前病毒在被感染细胞基因组中的某个位点发生随机整合。在大多数情况下，这种前病毒的整合仅使宿主细胞产生大量的后代病毒颗粒，但是在极低的概率下，前病毒碰巧整合于c-myc基因旁。这个偶然事件导致c-myc基因转化为一个有效的癌基因，它因受邻近整合的前病毒及其转录启动子的作用，不受控制地增殖，几周内其子代细胞便可进一步发展成为更具侵略性的、形成白血病的肿瘤细胞。

除了上述两类逆转录病毒：一类病毒如RSV，从细胞中获得癌基因，能够快速引发肿瘤；另一类病毒如MLV和ALV，不携带癌基因，但能在初始感染后经历较长的潜伏期后在宿主动物上引发肿瘤。实际上，还存在第三类逆转录病毒。

人类T细胞白血病病毒（HTLV-1）感染了约1%的日本九州居民，HTLV-1病毒感染患者有3%-4%的概率发展为成年T细胞白血病。广泛的分子研究显示没有任何迹象表明HTLV-1前病毒整合位点聚集在特定的染色体区域。因此，HTLV-1并非通过插入突变引发白血病。HTLV-1前病毒引发白血病的能力来源于病毒基因天然编码的一个或多个病毒蛋白，这其中了解最透彻的是tax基因。

HTLV-1 tax基因的产物能够激活前病毒DNA序列的转录，由此产生子代RNA基因组。同时，tax基因产物能够激活两个细胞基因的转录，使其编码重要的生长因子，促进多种造血细胞的增殖。虽然由此引发的增殖本身不会直接造成白血病，但由HTLV-1刺激的细胞能以较低概率形成真正的肿瘤变异体。特定病毒癌基因的表达，特别是tax，似乎是宿主动物中逆转录病毒复制周期中固有的组成部分。由此认为，HTLV-1前病毒天然携带癌基因。

全世界约1/5癌症的发生与感染性病原体相关，乙型肝炎病毒和丙型肝炎病毒，如同人乳头瘤病毒，在引发常见肿瘤方面起着重要的作用。即使RNA和DNA肿瘤病毒与个体人类肿瘤的发生无关，我们仍应正确看待关于其转化机制的研究，这些研究揭示了在各种人类肿瘤中发挥主要作用的基因，大大加快了我们在基因和分子层面上对肿瘤发病机制的了解，使得肿瘤研究有了飞跃性的发展，使其从描述性的科学发展成为能够用精确和系统的术语进行解释的科学。

Harvey J. Alter进行的输血相关性肝炎的方法研究表明，未知病毒是导致慢性肝炎的常见原因。迈克尔·霍顿（Michael Houghton）使用未经测试的策略来分离名为丙型肝炎病毒的新病毒的基因组。查尔斯·赖斯（Charles M. Rice）提供了最后证据，证明仅丙型肝炎病毒即可引起肝炎。

参考资料

1. 《癌生物学》第3章
2. Krump, N. A., & You, J. (2018). Molecular mechanisms of viral oncogenesis in humans. Nature Reviews Microbiology.
3. Mesri, E. A., Feitelson, M. A., & Munger, K. (2014). Human Viral Oncogenesis: A Cancer Hallmarks Analysis. Cell Host & Microbe, 15(3), 266–282.