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移除书签第三十八章 “癌症病毒”
不明飞行物、喜马拉雅雪人、尼斯湖水怪与人类癌症病毒。[1]
——虽被广泛宣传报道，但未经证实的四大“难解之谜”，《医学世界新闻》（Medical World News），1974年
生物化学家阿瑟·科恩伯格（Arthur Kornberg）曾经开玩笑地说道，现代生物学早期的研究方式就像寓言故事里那个在路灯下疯狂寻找钥匙的人。[2]当路人询问其具体的遗失地点时，他却说自己实际上把它落在家里了。他之所以一直在路灯下寻找钥匙，是因为他觉得“这里的灯光最亮”。
在现代生物学的黎明到来之前，针对生物有机体的实验面临诸多挑战。由于科学家们根本无法预测研究结果，因此他们在实验对象选择上受到严重制约。实验只能在最简单的模式生物中进行，例如果蝇、海胆、细菌以及黏液菌，原因就在于那里的“灯光”最亮。
不过在癌症生物学领域，劳斯肉瘤病毒也是绝无仅有的奇葩。必须承认，这种罕见的病毒可以导致鸡罹患罕见的肉瘤[3]。除此之外，它还是在活体上诱发真正癌症最可靠的手段之一。癌症研究人员十分清楚，X射线、煤烟、香烟烟雾与石棉是大多数人类癌症的共同危险因素。其实他们也应该听说过巴西那个可能携带视网膜母细胞瘤基因的家族的案例。但是由于劳斯肉瘤病毒具有在实验环境下操控癌症的独门秘籍，因此它凭借这种优势成为科研舞台上举世瞩目的焦点。
当然，佩顿·劳斯的强大人格魅力也进一步提升了该领域研究工作的吸引力。说话铿锵有力的劳斯坚韧不拔、固执己见，他彼时已经对自己研究的病毒产生了某种情感依赖，因此根本不会接纳任何其他癌症病因理论。虽然劳斯承认流行病学家已经证实的外源性致癌物与癌症发生有关（多尔与希尔在1950年发表的研究成果明确显示吸烟与肺癌患者增加密切相关）的结论，但是这种结果并没有为癌症病因提供任何理论上的依据。劳斯感觉病毒就是唯一的答案。
到了20世纪50年代早期，癌症研究学者已经变为三大势均力敌的阵营。其中由劳斯领衔的病毒学家声称病毒就是致癌元凶，但是彼时医学界在人体内尚未发现此类病毒。以多尔与希尔为代表的流行病学家认为外源性化学物质才是罪魁祸首，不过他们无法提供支持其理论或结果的依据。而身处边缘地带的第三个阵营由西奥多·波弗利的继任者组成，尽管他们通过微弱的间接证据证明细胞内部的基因可能导致癌症发生，可是这种说法既缺乏流行病学家强大的临床数据支持，也无法得到病毒学家严谨的基础研究的验证。众所周知，伟大的科学发现往往源自极端的矛盾对立，如今人们争论的焦点已经直指癌症生物学的核心。病原体是致癌元凶吗？外源性化学物质是罪魁祸首吗？内部基因是问题所在吗？为什么三大阵营的科学家有关癌症发生机制的观点大相径庭呢？
※※※
1951年，年轻的病毒学家霍华德·特明（Howard Temin）以博士后的身份来到加利福尼亚州帕萨迪纳的加州理工学院从事果蝇遗传学研究。不过生性急躁且富于想象的特明很快就厌倦了果蝇。于是他在重新选择课题之后来到雷纳托·杜尔贝科（Renato Dulbecco）的实验室研究劳斯肉瘤病毒。杜尔贝科是一位温文尔雅且举止不凡的卡拉布里亚贵族，就连他在管理加州理工学院的实验室时都带有某种淡泊的气质。特明在这里简直是如鱼得水：杜尔贝科的内敛与特明的外向正好相得益彰。如果说杜尔贝科希望保持距离，那么特明正好想要空间。特明与其他几位年轻科学家（包括后来在《科学美国人》上发表《抗癌战争》的约翰·凯恩斯）在帕萨迪纳找到一座房子，然后经常在展示厨艺（操着笨重的公共厨具）之余兴高采烈地讨论生物学谜题直至深夜。
特明在实验室里酝酿着一项几乎毫无胜算的特殊研究。[4]直到20世纪50年代末期，劳斯肉瘤病毒依然只能在活鸡上诱发肿瘤。于是特明与哈里·鲁宾（Harry Rubin）密切合作，希望了解病毒将正常细胞转化为癌细胞的机制。为了实现既定目标，他们需要某种极度简化的实验系统（该系统不包括鸡与肿瘤，而是类似于培养皿里的细菌）。实际上，特明是想在培养皿中重现癌变的过程。1958年，他在来到杜尔贝科实验室的第七年终于取得成功。当他将劳斯肉瘤病毒加入种植有正常细胞的培养皿后，这些被感染的细胞就开始失控地疯狂生长，并且形成了由数百个细胞组成的微小集落。特明推断，这些集落代表了癌症发生的基本形态，也就是病理性有丝分裂（细胞失控疯狂生长）的过程。他凭借丰富的想象力将这些微小的细胞集落具化为威胁人类生命的系统性疾病。但是特明坚信，细胞以及它和病毒之间的相互作用已经涵盖了启动恶性转化所需的全部生物部件。其实这种幽灵就源于生物体本身。
如今特明在培养皿中就可以完成过去几乎无法通过整体动物来进行的实验。1959年，他使用这套系统开展的首批实验即取得了意想不到的结果。通常来说，病毒感染细胞后会产生更多的病毒，并且将感染更多的细胞，但是它们并不会直接影响细胞的基因组成（DNA）。例如，流感病毒在感染肺部细胞后会产生更多的流感病毒，然而它并不会在我们的基因中留下永久印记。病毒从体内消失后，我们的DNA依旧完整。可是劳斯肉瘤病毒的表现与众不同。只要劳斯肉瘤病毒感染了细胞，那么它就会物理附着到细胞DNA，从而改变细胞的基因组成（改变基因组）。特明写道：“从某些结构与功能上来看，这种病毒俨然已经成为细胞基因组的一部分。”[5][6]
可想而知，特明与杜尔贝科对于上述结果（“病毒基因拷贝从结构上附着到细胞基因”）非常着迷。不仅如此，它还引出了一个更为有趣的问题。研究显示，病毒基因有时以RNA中间体的形式存在。某些病毒已经省略基因的原始DNA拷贝，它们以RNA的形式保存基因组，只要病毒感染了细胞，RNA就可以直接翻译成为病毒蛋白质。
特明从其他研究人员那里获知，劳斯肉瘤病毒就是这样一种RNA病毒。但是如果病毒基因复制以RNA作为起点，那么其基因拷贝是如何转换为DNA的呢？众所周知，这种转换并不符合分子生物学的“中心法则”。该法则提出，生物信息将按照DNA→RNA→蛋白质的顺序进行单向流动。特明百思不得其解，RNA到底是如何巧妙地以自身为模板合成DNA拷贝，然后在生物信息的单行道上逆向飞奔呢？
此时特明突然灵机一动：如果数据不符合法则，那么法则（不是数据）就应该修订。他假设劳斯肉瘤病毒具有一种在其他活生物体中绝无仅有的特殊属性：它可以将RNA逆向转录为DNA。由于正常细胞中DNA转换为RNA的过程被称为“转录”，因此该病毒（或者受感染的细胞）必定拥有“逆转录”这种相反的能力。病毒学家迈克尔·毕晓普（Michael Bishop）时隔25年回忆道：“虽然特明已经有所察觉，但是他缺乏直接证据支撑。[7]这种尴尬的结果难以令人信服，最终该假说给他带来的只有嘲讽与悲伤。”[8]
※※※
其实就连特明本人起初也不相信会有逆转录存在。尽管特明提出了一个大胆的推测，但是他现在亟须证据的支持。1960年，决心找到证据的特明来到威斯康星大学麦卡尔德实验室。与帕萨迪纳（加州理工学院）不同的是，麦迪逊（麦卡尔德实验室）只是个冰天雪地中的偏僻小镇，不过这种宁静的环境非常符合特明的喜好。渴望静谧的特明在浑然不觉的情况下站在了一场分子生物学革命的边缘。当他每天沿着经常被积雪覆盖的湖边小路漫步时，心里总在想着通过实验寻觅生物信息逆向流动的证据。
其实仅仅是从RNA逆转录为DNA的想法就已经让他心潮澎湃了：这种创造历史的分子将逆转生物信息持续向前流动。为了证实存在这样一种过程，特明需要在试管中分离出能够完成逆转录的病毒酶，然后证明它可以根据RNA模板合成DNA拷贝。20世纪60年代早期，特明根据工作需要聘请了一位名叫水谷哲（Satoshi Mizutani）的日本博士后，后者的任务就是从被病毒感染的细胞中纯化出逆转录酶。
然而水谷哲却带来了一场灾难。[9]一位同事回忆道，水谷哲根本就不适合做细胞生物学家，他经常造成细胞与培养基污染，让培养皿长出成团的真菌。于是心灰意懒的特明将他调到了一个与细胞研究无关的项目组。如果水谷哲不擅长直接与细胞打交道，那么他可以尝试从被病毒感染的细胞的化学提取物中纯化逆转录酶。这次调整充分发挥了水谷哲的潜质：他确实是一位天资聪颖的化学家。仅用一夜时间，他就从劳斯肉瘤病毒感染的细胞的提取物中发现了微弱的逆转录酶活性。当水谷哲把RNA加入这种细胞提取物时，他简直是“目睹”了其合成DNA拷贝的逆转录过程。现在特明终于得到了他梦寐以求的证据。劳斯肉瘤病毒并非等闲之辈，它可以逆向书写遗传信息，其本质就是一种逆转录病毒[10]。
在位于波士顿的麻省理工学院，年轻的病毒学家戴维·巴尔的摩（David Baltimore）也在另一种逆转录病毒中发现了RNA向DNA转录的痕迹。[11]众所周知，恃才傲物的巴尔的摩对事业的追求非常执着。20世纪40年代，身为学生的巴尔的摩在缅因州的科学夏令营结识了担任助教的霍华德·特明。尽管他们此后在将近10年的时间里各有建树，但是却在事业的发展过程中不断产生交集。当特明在麦迪逊探索劳斯肉瘤病毒的逆转录机制时，巴尔的摩也开始为证明其病毒含有逆转录酶收集证据，而他与成功同样仅有一步之遥。
1970年5月27日下午，也就是特明在实验室里发现了RNA→DNA转录酶的初步证据几周之后，他乘机飞到休斯敦，准备在第十届国际癌症大会上宣读其研究成果。第二天早晨，特明步行来到休斯敦市政中心那座气势雄伟的礼堂。为了刻意保持低调，特明将演讲题目定为“DNA在RNA病毒复制过程中的作用”。不过主办方给他安排的报告环节仅有15分钟。虽然在场的听众主要是肿瘤病毒学家，但是其中许多人已经昏昏欲睡。
不过当特明开始展示他的发现时，这些听众才猛然领悟到其重要性。就像一位研究人员回忆的那样，从表面上看，“这些内容都是枯燥乏味的生物化学知识……特明在演讲时仍旧带着单调高亢的鼻音，丝毫没有流露出任何兴奋之情”[12]。然而这项工作的重要意义已经超越了生物化学的范畴。人们此时终于明白特明根本不是在讨论病毒问题，他已经开始系统地推翻生物学领域的某项基本法则。于是听众们开始变得躁动起来。等到特明发言过半时，会场陷入了敬畏的寂静。听众中的科学家正在疯狂地记着笔记，纸张上布满了潦草的字迹。特明回忆道，只要走出会议室，“你就会看到人们正在忙着打电话……打给他们实验室里的同事”。由于特明宣布他在被病毒感染的细胞里发现了期待已久的酶活动迹象，因此RNA通过逆转录生成DNA的理论已经毋庸置疑。致癌病毒基因组也可以顺理成章地整合为细胞基因的一部分。
第二天上午，当特明回到麦迪逊的时候，他发现自己的实验室已经被电话留言淹没。其中最迫切的信息来自戴维·巴尔的摩，他对于特明的发现已经有所耳闻。出于礼貌，特明给巴尔的摩回了电话。
巴尔的摩问：“你知道病毒颗粒中存在（这种酶）吗？”
特明说：“我知道。”
以谨慎著称的巴尔的摩感到非常震惊。
“你是怎么知道的呢？”
“我们发现了它存在的证据。”
不过巴尔的摩也有了相同的发现。他已经从病毒颗粒中鉴定出了逆转录酶活性。如今这两家独立运行的实验室可谓是殊途同归。当然特明与巴尔的摩都急于将研究结果公之于众。1970年夏季，《自然》杂志以背靠背的形式为他们刊登了两篇相似的报道。
特明与巴尔的摩在各自的文章中均提出了逆转录病毒生命周期的新理论。[13]他们假设逆转录病毒的基因在细胞外以RNA的形式存在。当这些RNA病毒感染细胞后，它们会根据自身基因形成DNA拷贝，然后附着到细胞基因组上。这种名为“原病毒”的DNA拷贝会转录为RNA拷贝，从而使病毒像凤凰涅槃一样卷土重来。由于病毒处于循环往复（RNA→DNA→RNA）的动态变化过程中，因此细胞基因组上的病毒DNA拷贝数也忽高忽低。
※※※
特明的发现立刻被癌症科学家认定为潜在的病因，可是其成果根本得不到临床肿瘤学家的重视，当然这种情况无疑也反映了彼时学科渐行渐远的窘境。虽然特明在休斯敦的报告对于整个大会（法伯与弗雷也从波士顿前来参会）来说只是个小插曲，但本次会议却成为癌症治疗与癌症研究势不两立的缩影。经常是某间会议室在讨论化疗与手术，而另一间则在热议病毒致癌的机制，仿佛癌症世界中的“病因”与“治疗”已经被某种密不透风的屏障割裂开来。几乎没有科学家或者临床肿瘤学家能够跨越两个彼此孤立的世界。即便是法伯与弗雷在会议结束回到波士顿之后，其癌症治疗理念也并未发生明显的改变。
不过对于某些参加本次大会的科学家来说，如果能够将特明的研究结果发挥到极致，那么不仅会为癌症发病机制提供强有力的证据，同时还将为癌症治疗勾勒出清晰的路径。哥伦比亚大学病毒学家索尔·斯皮格尔曼以满腔热忱与精力旺盛著称，他在聆听了特明的报告后立刻产生了一种与众不同想法。由于这种想法的逻辑非常严谨，因此斯皮格尔曼觉得胜利就在眼前。特明曾经提到，当RNA病毒感染细胞后，它们会根据自身基因形成DNA拷贝，然后附着到细胞基因组上。斯皮格尔曼确信，尽管该过程的机制尚不清楚，但是它足以激活病毒基因。活化的病毒基因将诱导被感染细胞增殖，从而引发病理性有丝分裂，也就是癌症。
当然这种对癌症病因的解释颇具吸引力。它将劳斯的病毒致癌理论与波弗利的内部遗传学说合二为一。特明已经证实，病毒基因可以形成附着于细胞基因组上的内源性元件，因此内部异常与外源感染都会导致癌症发生。麻省理工学院的癌症生物学家罗伯特·温伯格（Robert Weinberg）回忆道：“斯皮格尔曼只用了几分钟就皈依了新宗教（癌症病毒学说）。在特明发言的第二天，他就回到了纽约哥伦比亚大学的实验室开始重复其实验。”
斯皮格尔曼渴望证明逆转录病毒就是人类癌症的致病元凶。[14]温伯格回忆道：“这件事已经成了他的当务之急。”[15]好在这种执着很快就有了结果。按照斯皮格尔曼的实验设计，他需要证实人类癌症中隐藏有逆转录病毒基因。经过艰苦卓绝的努力，斯皮格尔曼几乎在每种受测的癌症（白血病、乳腺癌、淋巴癌、恶性毒瘤、脑瘤以及黑色素瘤）中均发现了逆转录病毒的迹象。20世纪50年代，NCI启动了旨在寻找人类癌症病毒的特殊癌症病毒计划（SVCP），而斯皮格尔曼的发现也让SVCP在苦苦挣扎了20年后开始起死回生：人们终于发现了成千上万种期待已久的癌症病毒。于是SVCP为斯皮格尔曼的实验室投了大量的经费。但是这就像是两种病态行为的完美结合，充足的经费激发出了无限的热情（反之亦然）。换句话说，斯皮格尔曼在癌细胞中发现的逆转录病毒越多，SVCP为其研究投入的资金就会越多。
然而斯皮格尔曼的努力最终被发现存在系统性缺陷。在他疯狂围猎人类癌症逆转录病毒的过程中，斯皮格尔曼极力鼓吹的病毒检测试验却“发现了”根本不存在的病毒或病毒迹象。20世纪70年代中期，当美国各地的其他实验室尝试重复此项工作时，它们却找不到斯皮格尔曼所说的那些病毒。研究显示，人类逆转录病毒只能导致一种癌症（在加勒比海沿岸某些地区流行的一种地方性白血病）发生。温伯格写道：“万众瞩目的人类病毒就这样悄然泯灭在黑夜中。SVCP花掉了数亿美元……也没能让它出现。仿佛火箭从来没有离开过发射台。”[16]
其实斯皮格尔曼关于人类逆转录病毒的猜测对错参半，他在寻觅癌症病毒的过程中选错了细胞类型。逆转录病毒后来被证明是另一种疾病（不是癌症）的病因。1983年，斯皮格尔曼死于胰腺癌，那时他已经听说在纽约与旧金山的男同性恋者与输血者中爆发了一种怪病。在斯皮格尔曼于纽约去世一年之后，人们终于查明了导致这种怪病的罪魁祸首，它就是一种名为HIV的人类逆转录病毒。
[1] Unidentified flying objects, abominable snowmen: Medical World News, January 11, 1974.
[2] The biochemist Arthur Kornberg once joked: Arthur Kornberg, “Ten Commandments: Lessons from the Enzymology of DNA Replication,” Journal of Bacteriology 182, no. 13 (2000): 3613–18.
[3] 其他致癌病毒，例如SV40与人乳头瘤病毒（HPV），最终分别在1960年和1983年被发现。——作者注
[4] Temin was cooking up an unusual experiment: See Howard Temin and Harry Rubin, “Characteristics of an Assay for Rous Sarcoma Virus,” Virology 6 (1958): 669–83.
[5] “The virus, in some structural as well as functional sense”: Howard Temin, quoted in Howard M. Temin et al., The DNA Provirus: Howard Temin’s Scientific Legacy (Washington, DC: ASM Press, 1995), xviii.
[6] 尽管特明的此番表述源自推测，但是他的生物学直觉非常敏锐。数年之后，劳斯肉瘤病毒结构性附着于细胞基因组的权威证据才浮出水面。——作者注
[7] “Temin had an inkling”: J. Michael Bishop, interview with author, August 2009.
[8] “The hypothesis”: J. Michael Bishop in Temin et al., DNA Provirus, 81.
[9] Mizutani was a catastrophe: See Robert Weinberg, Racing to the Beginning of the Road (New York: Bantam, 1997), 61.
[10] 病毒学家后来创造了“逆转录病毒”（retrovirus）这个术语。——作者注
[11] At MIT, in Boston: Ibid., 61–65.
[12] “It was all very dry biochemistry”: Ibid., 64.
[13] In their respective papers: David Baltimore, “RNA-Dependent DNA Polymerase in Virions of RNA Tumor Viruses,” Nature 226, no. 5252 (1970): 1209–11; and H. M Temin and S. Mizutani, “RNA-Dependent DNA Polymerase in Virions of Rous Sarcoma Virus,” Nature 226, no. 5252 (1970): 1211–13.
[14] Spiegelman raced off to prove: Weinberg, Racing to the Beginning, 70.
[15] “It became his single-minded preoccupation”: Robert Weinberg, interview with author, January 2009.
[16] “The hoped-for human virus”: Weinberg, Racing to the Beginning, 83.
