第三十九章 “猎杀sarc”

听我说，蛇鲨是一种可怕的怪物。[1]

——刘易斯·卡罗尔（Lewis Carroll）

索尔·斯皮格尔曼已经完全迷失在寻觅人类癌症逆转录病毒的路途中。当然其遭遇的困境也具有典型的时代特征：20世纪70年代早期，由于癌症生物学、NCI以及SVCP都对人类癌症逆转录病毒的存在寄予厚望，因此当这种病毒与人们的期望相距甚远时，仿佛它们就丧失了某些至关重要的特征与想象力。如果人类癌症逆转录病毒并不存在，那么必定另有其他神秘机制在癌症发生中作祟。因此曾经指向病毒致癌学说的钟摆开始迅速向对侧倾斜。

直到20世纪70年代中期，特明还把逆转录病毒排除在人类癌症的病因之外。尽管他发现的逆转录机制确实颠覆了细胞生物学的中心法则，但是这并没有促进学术界对人类癌症发生的理解。特明深知，病毒基因可以将自身附着于细胞基因上，然而这并不能解释病毒致癌的机制。

当特明又一次面临这种理论与数据相背离的窘境时，他再次根据间接证据的支撑提出了一个大胆的猜测。特明认为，斯皮格尔曼与其他逆转录病毒捕手不仅将类比和事实相互混淆，而且也把信使与信息混为一谈。研究显示，劳斯肉瘤病毒向细胞插入病毒基因可以致癌，从而证明了基因改变能够引发癌症。但是特明指出，基因改变未必是病毒的作用。病毒只不过是把某种信息带到了细胞内部。为了理解癌症发生，我们需要鉴别出致病信息而不是信使。因此癌症病毒捕手需要带着新问题来重新审视这些病毒：导致细胞发生病理性有丝分裂的病毒基因是什么？以及上述基因与细胞内部突变具有何种联系？

到了20世纪70年代，有几家实验室开始关注这种病毒基因。不过好在劳斯肉瘤病毒基因组里一共只有4个基因。当时，加州大学在癌症病毒研究领域可谓是一马当先。病毒学家史蒂夫·马丁（Steve Martin）、彼得·沃格特（Peter Vogt）与彼得·杜斯伯格（Peter Duesberg）构建出了劳斯病毒突变体，但是这些可以正常复制的突变体无法成瘤，这表明病毒的致癌基因已经遭到破坏。通过分析此类病毒突变体中发生改变的基因，这些研究团队最终发现劳斯肉瘤病毒的致癌能力源自病毒中的某个单一基因。[2]人们后来将其称为src（念作“sarc”），也就是肉瘤（sarcoma）的缩写。

于是src这种由劳斯肉瘤病毒携带的“致癌信息”被认为是特明之谜的答案。当沃格特与杜斯伯格去除或灭活了病毒中的src之后，他们发现缺乏src的病毒既不会诱导细胞增殖，也不能启动转录。他们推断，src是劳斯肉瘤病毒在进化过程中获得并被引入正常细胞中的某种缺陷基因。人们将它称为癌基因[3]，也就是能够致癌的基因。

随后，科罗拉多大学雷·埃里克森（Ray Erikson）实验室的一次偶然发现进一步阐明了src的功能。[4]20世纪60年代早期，当特明发现逆转录病毒的时候，埃里克森还只是一名在麦迪逊求学的研究生。自从加州大学发现src基因之后，埃里克森就一直在关注src功能领域的研究进展。1977年，埃里克森与马克·科利特（Mark Collett）和约翰·布鲁日（Joan Brugge）开始联手破译src的功能。埃里克森发现，src是一种与众不同的基因。它可以编码一种修饰其他蛋白质的酶，而其最突出的功能就是将某个小分子磷酸基附着于这些蛋白质。实际上，它的作用就相当于某种精致的分子标签。[5]其实，科学家已经在正常细胞内找到了许多功能相似的酶（它们可以将磷酸基附着于其他蛋白质）。不久之后，人们发现这些被称为“激酶”的蛋白质在细胞内起到了分子主控开关的作用。蛋白质经过磷酸化修饰后就像启动了开关（激活了蛋白质的功能）。通常来说，激酶会以级联形式顺序激活其他激酶。信号在链式反应的每个步骤中被逐级放大，直到许多此类分子开关被置于“启动”状态。这些激活的开关可以汇聚成为一股能够改变细胞“状态”的强大内部信号，例如，从未分裂状态进入分裂状态。

虽然src蛋白只是一种原型激酶，但是它的功能非常活跃[6]。研究显示，由病毒的src基因编码的蛋白质所向披靡，它能够迅速磷酸化周围的任何物质，其中就包括细胞内许多具有关键作用的蛋白质。src蛋白通过狂风暴雨般的磷酸化“启动”了大量分子开关。对于src来说，这些活化蛋白随后会影响控制细胞分裂的蛋白质。因此src就这样强行使细胞从未分裂状态进入分裂状态，并且最终诱导细胞有丝分裂过程加速（癌症的特征）。

到了20世纪70年代末期，在生物化学家与肿瘤病毒学家的共同努力下，他们对src转化细胞的能力已经形成了初步共识。劳斯肉瘤病毒之所以能够导致鸡发生癌症，是因为进入细胞的src基因可以编码一种功能过度活跃的激酶。而这种激酶将“启动”一系列引发细胞疯狂分裂的开关。尽管所有这些精心设计的实验蕴含着人们的聪明才智，但是上述研究并未涉及人类癌症逆转录病毒，似乎它们与人类癌症没有任何直接联系。

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不过执着的特明依然认为通过src基因可以破解人类癌症的奥秘。他还有一个疑惑没有找到答案，那就是src基因的进化起源。病毒是如何“获得”此类具有强大破坏属性的基因呢？src蛋白是一种失控的病毒激酶吗？或者是病毒根据少量其他基因东拼西凑合成的激酶？特明知道，进化可以从旧基因中构建出新基因。但劳斯肉瘤病毒是从哪里找到的导致鸡细胞癌变的必要基因成分呢？

在加州大学旧金山分校位于市区小山上的建筑里，病毒学家J.迈克尔·毕晓普正全神贯注于研究病毒src基因的进化起源。毕晓普出生于宾夕法尼亚州的乡村，其父是一位路德派牧师。毕晓普曾经在葛底斯堡学院潜心学习历史，后来却半路出家进入哈佛大学医学院。他在麻省总医院完成了住院医师培训，接着继续深造成为一名病毒学家。20世纪60年代，毕晓普来到加州大学旧金山分校建立了病毒学实验室。

加州大学旧金山分校彼时还只是一所鲜为人知且偏僻闭塞的医学院。毕晓普与其他同事合用的办公室就位于大楼某个不起眼的角落。由于房间非常狭小拥挤，因此毕晓普的同事需要起身才能让他走到办公桌前。哈罗德·瓦默斯（Harold Varmus）是一位身材瘦高且踌躇满志的NIH研究员。1969年夏季，正在加利福尼亚州徒步旅行的瓦默斯敲响了毕晓普办公室的门，他询问自己能否加入其实验室从事逆转录病毒的研究，而当时那间办公室几乎没有可以落脚的地方。

其实瓦默斯本次旅行选择加利福尼亚是为了探险。作为一名痴迷于医学的文科毕业生，他在纽约哥伦比亚大学获得医学博士学位后又来到NIH进行病毒学研究。与毕晓普相同，瓦默斯也是一位学术界的奇葩（从中世纪文学、医学再到病毒学领域）。众所周知，刘易斯·卡罗尔的《猎鲨记》（Hunting of the Snark）讲述了由一群乌合之众组成的狩猎队历经磨难去诱捕疯狂的隐形怪物蛇鲨的故事。然而这场狩猎根本就是个错误。20世纪70年代早期，当瓦默斯与毕晓普打算开始研究src基因的起源之时，其他科学家冷嘲热讽地将此项计划称为“猎杀sarc”。[7]

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瓦默斯与毕晓普采用了一种简便易行的方法（部分源自20世纪60年代索尔·斯皮格尔曼的发明创造）开始了他们的寻觅，其目标就是找到与病毒src基因略相似的细胞基因，然后希望能够顺藤摸瓜发现src基因的进化前体。DNA分子通常是以阴阳互补的双链形式存在，它们会被强大的分子间作用力“黏合”在一起。如果DNA上有任何一条链发生解离，那么它就可以和与其他结构互补的链相黏合。如果对某个DNA分子进行放射性标记，那么它会与混合物中的互补分子黏合，并且将放射性传递给第二个分子。因此通过检测放射性就可以了解它们之间的黏合力。

20世纪70年代中期，毕晓普与瓦默斯开始利用这种“黏合”反应来寻找病毒src基因的同源基因。由于src是一种病毒基因，因此他们只想在正常细胞里发现src片段或碎片（相当于致癌src基因的祖先或远亲）。但是这次努力很快就发生了意料之外的转变。当瓦默斯与毕晓普仔细检查正常细胞时，他们并没有找到src基因的第三代或第五代表亲，但是他们发现与src几乎完全相同的序列就牢牢地嵌在正常细胞基因组中。

此后，瓦默斯/毕晓普与黛博拉·斯佩克特（Deborah Spector）/多米尼克·施特赫林（Dominique Stehelin）联手在许多细胞中发现了病毒src基因，包括鸭细胞、鹌鹑细胞与鹅细胞。似乎鸟类王国中到处分布着与src基因密切相关的同源基因，并且每次瓦默斯的团队上下打量其进化分支时都会遇到某些src基因变体。不久之后，加州大学旧金山分校的研究小组开始在多个物种中竞相寻找src同源基因。结果他们在牛、羊、雉鸡、火鸡、小鼠、兔与鱼的细胞里都找到了src同源基因。此外，研究人员还在萨克拉门托公园一只新生的鸸鹋的细胞内发现了src。不过最为重要的是，人类细胞中也同样存在src同源基因。1976年，瓦默斯在一封信里写道：“src……无处不在。”[8]

然而正常细胞中的src基因与病毒src基因并不相同。纽约洛克菲勒大学的日本病毒学家花房秀三郎（Hidesaburo Hanafusa）将病毒src基因与正常细胞src基因进行对比后发现，这两种形式的src基因在遗传密码方面存在天壤之别。研究显示，病毒src基因携带有严重影响其功能的突变，而病毒src蛋白（正如埃里克森在科罗拉多大学所发现的那样）是一种功能紊乱且异常活跃的激酶，它无休止地通过磷酸基标记蛋白质，为细胞分裂提供了某种连续不断的“启动”信号。虽然细胞src蛋白具有相同的激酶活性，但是它根本没有病毒src蛋白那么活跃。与病毒src蛋白相比，细胞src蛋白在细胞分裂过程中会严格遵守“启动”与“关闭”机制。与之相反，始终处于激活状态的病毒src蛋白则把细胞变成了分裂机（埃里克森将其描述为自动机）。从某种意义上来说，病毒src基因（癌基因）就是超速运转的细胞src基因。

现在这些结果开始形成一种颇具说服力的理论，它即将对数十年来的各种判断做出统一解释：或许src这种癌基因前体就存在于细胞内部，或许病毒src基因就是由细胞src基因演化而来的。长期以来，逆转录病毒学家们一直认为是病毒引入的活化src基因导致正常细胞发生恶性转化。但src基因并非只源自病毒，所有细胞内部均存在这种前体基因。打个比方来说，癌症生物学经过数十年的寻觅，最终从终点又回到了起点（所有人类细胞中都存在的祖先基因）。

其实劳斯肉瘤病毒就是这场不可思议进化的意外产物。特明已经证实，逆转录病毒能够经常在细胞基因组中往来穿梭：RNA→DNA→RNA。在这种循环过程中，病毒可以在捕获细胞碎片后携带它们（就像藤壶一样）在细胞间进行转移。由于劳斯肉瘤病毒很可能从癌细胞中捕获到激活型src基因，因此只要它们附着于病毒基因组，就会产生更多的癌细胞。实际上，这种病毒对于源自癌细胞的基因（隐藏于癌症内部的寄生虫）来说不过是个偶遇的信使。劳斯的理论不仅毫无依据，而且可以说是大错特错。虽然病毒确实可以致癌，但是它们一般是通过篡改细胞内部的基因来实现。

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众所周知，科学通常会被描述成一种迭代与累积的过程，仿佛它就是一幅由众多模糊像素碎片组成的拼图。但是迭代远远不能形容真正意义上的科学理论创新。它并非以单一的像素化步骤来诠释结果或现象，而是让所有观察对象在瞬间凝练成完美的整体。似乎这一切就是某种目睹拼图自行组装的过程。

瓦默斯与毕晓普的实验恰好对癌症遗传学起到了画龙点睛的作用。其实验的重要意义在于，癌基因前体（瓦默斯与毕晓普称之为“原癌基因”）是一种正常的细胞基因。化学物质或X射线诱导突变致癌不是向细胞内“插入”外源基因，而是激活了内源性原癌基因。

劳斯在1966年写道：“自然界有时似乎带有一种讽刺性的幽默感。”[9]然而劳斯肉瘤病毒的终极教训至今仍是最具讽刺意义的代表。劳斯肉瘤病毒已经引诱生物学家（其中最可悲的一位就是斯皮格尔曼）误入歧途将近60年了。不过幸好这条歧途最终又回到了正确的方向：人们先是将注意力从病毒src基因转移到细胞src基因，随后再到正常细胞基因组中普遍存在的内源性原癌基因概念。

在刘易斯·卡罗尔的诗里，当猎人们最终捕获了狡诈的蛇鲨时，却发现它根本不是什么天外来客，而是一位被派来抓捕蛇鲨的同伴。其实这与癌症的情况如出一辙，癌基因就源自人类基因组。事实上，希腊人使用“oncos”这个术语来形容肿瘤的确有先见之明。由于人类基因组中先天就“装载”有等待被激活的癌症，因此我们的基因注定要携带这种致命的负担（也就是与生俱来的“oncos”）。

1989年，瓦默斯与毕晓普因发现逆转录病毒癌基因的细胞起源而荣获诺贝尔奖。在斯德哥尔摩举行的颁奖典礼上，瓦默斯回想起早年作为一名文科生的经历，他引述了英雄史诗《贝奥武甫》（Beowulf）的片段，并且重新演绎了勇士屠龙的故事。“我们并没有杀死我们的敌人（癌细胞），或者象征性地让它伤筋动骨，”瓦默斯说道，“在我们的冒险里，我们只是更加清晰地看到了怪兽，然后以全新的方式描述了其鳞片与牙齿，仿佛癌细胞与格伦德尔[10]（Grendel）一样都是对正常自我的扭曲。”[11]

[1] For the Snark was a Boojum, you see: Lewis Carroll, The Hunting of the Snark: An Agony in Eight Fits (New York: Macmillan, 1914), 53.

[2] By analyzing the genes altered in these mutant viruses: For a review of Duesberg’s and Vogt’s contributions, see G. Steven Martin, “The Hunting of the Src,” Nature Reviews Molecular Cell Biology 2, no. 6 (2001): 467–75.

[3] 1969年，来自NCI的两位科学家罗伯特·许布纳（Robert Huebner）与乔治·托达罗（George Todaro）在缺乏证据的情况下提出了癌基因（oncogene）的概念。——作者注

[4] A chance discovery in Ray Erikson’s laboratory: J. S. Brugge and R. L. Erikson, “Identification of a Transformation-Specific Antigen Induced by an Avian Sarcoma Virus,” Nature 269, no. 5626 (1977): 346–48.

[5] 在加州大学旧金山分校迈克尔·毕晓普实验室工作的亚特·莱文森（Art Levinson）也发现了这种磷酸化活性；我们会在后续章节讨论莱文森的发现。——作者注

[6] 虽然基因编码蛋白质，但是人们有时也会用相同的名称来标注基因（src）与其蛋白质（src激酶）。生物学家可以通过上下文来判断某个名称指的是基因还是其蛋白质。——作者注

[7] other scientists nicknamed the project: See, for instance, Martin, “The Hunting of the Src.”

[8] “Src,” Varmus wrote in a letter: Harold Varmus to Dominique Stehelin, February 3, 1976, Harold Varmus papers, National Library of Medicine archives. Also see Stehelin et al., “DNA Related to the Transforming Genes of Avian Sarcoma Viruses Is Present in Normal DNA,” Nature 260, no. 5547 (March 1976): 170–73.

[9] “Nature,” Rous wrote in 1966: Peyton Rous, “The Challenge to Man of the Neoplastic Cell,” Nobel Lectures, Physiology or Medicine, 1963–1970 (Amsterdam: Elsevier Publishing Company, 1972).

[10] 《贝奥武甫》中半人半妖的怪兽。——译者注

[11] “We have not slain our enemy”: Harold Varmus, “Retroviruses and Oncogenes I,” Nobel Lectures, Physiology or Medicine, 1981–1990, ed. Jan Lindsten (Singapore: World Scientific Publishing Co., 1993).