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移除书签第四十一章 风险预测
当火光映射在洞穴对面墙上之时，他们只能看到自己或者彼此的影子。[1]
——柏拉图
科学哲学家卡尔·波普尔创造了“风险预测”一词来描述科学家验证未经测试的理论的过程。波普尔指出，优秀的理论会产生风险预测，它们冒着不存在或被证伪的风险来预测意料之外的事实或事件。如果意料之外的事实被证实或事件的确发生，那么该理论就赢得了信度与稳健性。当牛顿准确预言了1758年哈雷彗星的返回时，他对于万有引力的诠释也得到了最彻底的验证。1919年，人们观测到来自遥远星体的光线在太阳重力的作用下发生了“弯曲”，而这种现象已经在爱因斯坦相对论的方程里得到了准确预测。
到了20世纪70年代末期，瓦默斯与毕晓普提出的癌变理论至少也衍生出一种风险预测。他们不仅已经证实癌基因前体（原癌基因）存在于所有正常细胞中，并且还在劳斯肉瘤病毒里找到了src原癌基因的激活版本。即便瓦默斯与毕晓普指出这种内部基因突变就是致癌元凶，他们也依然缺乏一个至关重要的证据作为支撑。如果瓦默斯与毕晓普的理论确实符合客观事实，那么这种突变型原癌基因必定存在于癌细胞中。然而到目前为止，虽然其他科学家已经从逆转录病毒里分离出各式各样的癌基因，但是没有人能从癌细胞中分离出癌基因的激活型突变体。
正如癌症生物学家罗伯特·温伯格所言：“分离这样一种基因就像是要走出一个暗无天日的洞穴……科学家曾经只能间接地观察到癌基因的存在，如今他们却可以目睹癌细胞中这些鲜活的基因。”[2]
其实罗伯特·温伯格非常渴望扭转这种被动的局面。作为一名科班出身的病毒学家，他恰逢病毒致癌理论盛行的年代。20世纪60年代，温伯格曾经在索尔克研究所杜尔贝科的实验室从猴病毒中分离DNA来研究其基因。1970年，特明与巴尔的摩发现逆转录酶时，温伯格正在实验室中忙着从猴病毒中纯化基因。6年以后，当瓦默斯与毕晓普宣布发现细胞src基因时，温伯格依然在辛勤地从病毒中纯化DNA。在名人辈出的情况下，他感觉到自己永无出头之日，似乎逆转录病毒革命带着所有的神秘和荣耀与其失之交臂。
1972年，温伯格来到了麻省理工学院的一间小型实验室，而不远处就是巴尔的摩研究致癌病毒的地方。他说道：“系主任认为我就是个傻瓜，一个大傻瓜。虽然工作勤奋，但我仍然是傻瓜。”[3]温伯格的实验室位于麻省理工学院一个偏僻落寞的角落里。在这座20世纪60年代野兽派风格的建筑里，只有一部嘎吱作响的电梯尚在运行。尽管窗外远去的查尔斯河已经消失不见，但是它在冬季带来的寒风却足以穿透院落。此外，大楼地下纵横交错的通道还连接着许多密不透风的房间，这里是为其他实验室配钥匙或修机器的地方。
当然实验室也可以被视为某种机器。其实这种表述在科学界中与其说是恭维，倒不如说是贬低。对于高效运转且技术完备的实验室来说，虽然它就像一支能演奏出完美音阶的机器人管弦乐队，但这终究不是真正的音乐。到了20世纪70年代中期，温伯格已经在同事中留下了这样一种口碑：他是一位严谨求实、技术精湛的科学家，可是在实际操作中缺乏正确的研究方向。温伯格感到自己的工作完全陷入了停滞。他需要从某个简单明了的问题入手走出迷茫。
波士顿一场史无前例的暴风雪让温伯格茅塞顿开。[4]1978年2月的某个清晨，温伯格在上班途中被极端罕见的风雪所困。尽管当时公共交通系统已经瘫痪，但是头戴橡胶帽、脚蹬雨靴的温伯格毅然决定在泥泞中跨过狂风呼啸的朗费罗桥前往实验室。不过这场风雪在横扫一切的同时也屏蔽了所有的喧嚣，并且为人们的内心营造出某种静谧朦胧的惬意。当温伯格穿过冰封的查尔斯河时，他的脑海中突然浮现出了逆转录病毒、癌症与人类癌基因的影子。
※※※
温伯格十分清楚，之所以分离与鉴定癌基因src的工作如此顺利，是因为劳斯肉瘤病毒仅由4个基因组成，癌基因在逆转录病毒的基因组里几乎是触手可及。与之相反的是，癌细胞的基因组中大约包含20000多个基因，而在如此众多的基因中寻觅癌基因简直就是大海捞针。
但是癌基因天生就具备一种特殊的属性：它可以使正常细胞肆无忌惮地进行增殖。众所周知，特明已经根据这种属性在培养皿中诱导细胞形成了“集落”，因此当温伯格联想到癌基因时也不会忘记这种基本属性。
温伯格推测，在癌细胞的20000多个基因中，绝大多应该处于正常状态，其中只有极少数是突变的原癌基因。现在假设可以把癌细胞中所有20000多个基因转移到20000多个正常细胞中，最终让每个正常细胞都获得一个癌细胞的基因。虽然正常（未突变）基因不会对细胞产生影响，但是偶然获得癌基因的细胞会在信号的刺激下开始疯狂增殖。细胞分裂10次之后，它们就会在培养皿上形成小簇；细胞分裂12次之后，这些小簇将形成肉眼可见的“集落”，而这就是癌症发生原始阶段的基本形态。
这场暴风雪对温伯格来说就像是某种洗礼，他终于挣脱了逆转录病毒的束缚。如果癌细胞内存在激活型癌基因，那么将这些基因转移到正常细胞内就应该诱导它们分裂增殖。过去数十年来，癌症生物学家一直依赖劳斯肉瘤病毒将激活型src基因引入细胞导致其分裂，然而温伯格却巧妙地绕过了劳斯肉瘤病毒，他想要明确癌基因能否直接从癌细胞转移至正常细胞。当温伯格走到朗费罗桥的尽头时，漫天的雪花依然在其左右飞舞，他发现自己站在空旷的十字路口，头顶只有红绿灯在不停地闪烁。于是温伯格迈步穿过路口，径直奔向癌症中心。
※※※
现在温伯格面临的首要问题是技术：如何将癌细胞的DNA转染至一群正常细胞呢？幸运的是，10年裹足不前的实验室生涯令他在技术上达到了炉火纯青的地步。温伯格选择的DNA转移方法需要从癌细胞的DNA纯化入手，而DNA就存在于凝乳样细胞提取物混悬液的絮状沉淀里。然后这些DNA会被剪切成数以千计的片段，并且每个片段上只携带1~2个基因。为了将DNA转染至细胞内，他还需要一种可以携带DNA进入细胞深处的分子（载体）。此时温伯格灵机一动。研究显示，DNA能够与磷酸钙这种化学物质结合形成白色的微粒。由于这些微粒可以被细胞摄取，因此当细胞摄取它们的时候，结合在碳酸钙上的DNA片段也会被一并吸收。这些微粒像漫天飞雪一样被撒在培养皿中生长的正常细胞表层，仿佛完美诠释了温伯格在波士顿那场暴风雪中勾勒出的基因蓝图。
如果撒在细胞上的DNA雪片能够被它们内化，那么温伯格理想中的实验就近在眼前了。转染了癌基因的细胞将会肆无忌惮地生长并形成增殖集落。温伯格将对这些细胞集落进行分离，然后纯化诱导增殖的DNA片段，最终捕获真正的人类癌基因。
1979年夏季，温伯格实验室的研究生施嘉和（Chiaho Shih）开始尝试在15种不同的小鼠癌细胞中寻觅诱导正常细胞产生集落的DNA片段。[5]精明干练的施嘉和为人桀骜不驯，他经常沉浸在自己的实验里。此外，他非常固执己见：同事们记得，当施嘉和与温伯格的意见不一致时，就会故意加重口音假装听不懂英语，其实他平时在语言方面毫无障碍。尽管施嘉和的性格里多少有些怪癖，但他也是一位天生的完美主义者。施嘉和已经从实验室里的前辈那里学会了DNA转染技术，但是更为重要的是，他对于自己所培养的细胞具有一种本能的直觉，就像园丁可以辨别出正常与异常生长的差异。
施嘉和在培养皿中培养了数量众多的正常细胞，然后每周给它们喷洒一次癌细胞的基因。如今实验室里堆满了含有转染细胞的培养板。就像温伯格在穿越查尔斯河时获得灵感一样，施嘉和也很快便有了至关重要的初步结果。他发现只要转染小鼠癌细胞DNA就会在正常细胞中形成集落，从而证明了采用这种方法可以找到癌基因[6]。
温伯格与施嘉和对此感到既兴奋又困惑，于是他们进行了另一项更为大胆的改良实验。迄今为止，他们一直从小鼠癌细胞系中提取DNA。通过调整实验策略与物种，他们现在开始向人类癌细胞进发。温伯格回忆道：“如果我们历经千辛万苦才能捕捉到一个真正的癌基因，那么我们认为还不如在真正的人类癌症中寻找它的踪迹。”[7]为此，施嘉和从丹娜–法伯癌症研究所带回了一株属于去世的老烟枪厄尔·詹森（Earl Jensen）的膀胱癌细胞系。然后他将这些细胞的DNA剪切成片段后转染至正常人类细胞系。接下来，施嘉和开始在显微镜下逐个检查细胞培养板上是否有集落形成。
当然实验也再次获得了成功。就像小鼠癌细胞系的结果一样，培养皿中出现了许多明显异常的细胞集落。于是温伯格催促施嘉和找出诱导正常细胞发生恶性转化的确切基因。现在温伯格的实验室开始全力以赴对第一个原生人类癌基因展开分离与鉴定工作。
不过他很快就发现这场比赛还有其他竞争者。在城市另一侧的法伯研究所，特明的学生杰夫·库珀（Geoff Cooper）也证实了癌细胞DNA可以诱导细胞发生恶性转化。而有相同发现的还有来自纽约冷泉港实验室的迈克尔·维格勒（Michael Wigler）。除了温伯格、库珀与维格勒之外，名不见经传的西班牙籍NCI研究员马里亚诺·巴巴西德（Mariano BaRbacid）也发现了来自另一种癌细胞系的DNA片段能转化正常细胞。1981年冬末，四家实验室都开足马力向终点发起冲刺。到了次年初春，每家实验室都找到了自己盼望已久的基因。
1982年，温伯格、巴巴西德与维格勒分别报道了其发现并比较了他们的结果。[8]其实这简直就是一场殊途同归的重逢：三家实验室均从各自的细胞中分离出了名为ras基因的相同DNA片段[9]。虽然ras基因与src基因同样存在于全部细胞中，但是正常细胞中的ras基因与癌细胞中的ras基因在功能上大相径庭。ras基因在正常细胞中可以编码一种受到严格调控的蛋白质，它就像一种具有“启动”与“关闭”功能的精致分子开关。正如瓦默斯与毕晓普所预测的那样，ras基因在癌细胞中发生了突变。由于突变型ras基因编码了一种持续过度激活的蛋白质，使开关长期锁定于“启动”位置，因此这种蛋白质突变体会身不由己地发出诱导细胞分裂的信号。如今他们终于从活体癌细胞中捕获了万众瞩目的“原生”人类癌基因。温伯格指出：“一旦我们克隆出癌基因，那么我们就拥有了世界。”[10]似乎癌症发生的新理念与癌症治疗的新方法即将接踵而至。不过就像温伯格后来所述：“这简直就是场美妙的白日梦。”
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1983年，就在温伯格从癌细胞中纯化出突变型ras基因数月之后，雷·埃里克森因在src基因活性与功能领域取得的成果来到华盛顿接受著名的通用汽车奖，而当晚另外一位获奖者是在白血病治疗领域做出巨大贡献的弗雷。[11]
那是一个群星璀璨的夜晚。颁奖仪式以烛光晚宴（位于华盛顿的某家宴会厅）作为开始，然后是祝词与敬酒环节。包括科学家、医学家、政治家以及许多拉斯克派[12]在内的社会精英均齐聚在铺着亚麻布的桌旁。当时人们谈论的话题不时转向癌基因的发现与根治性化疗的发明。但是这两个话题似乎发生在相互封闭隔绝的宇宙中，就像10多年前特明在休斯敦会议上遭遇的情况一样。弗雷因在白血病治疗领域的贡献获奖，而埃里克森因鉴别出癌基因的功能获奖，仿佛上述奖项被授予了两个毫不相干的研究领域。埃里克森回忆道：“我不认为临床医生会有什么热情与癌症科学家携手共进。”[13]虽然病因与治疗彼此密不可分，但是由于这两大阵营各自为战，因此他们只能在黑夜里分道扬镳。
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ras基因的发现帮助癌症遗传学家完成了一桩心愿：他们已经从癌细胞中纯化出突变型癌基因。但是它的问世又开启了另外一场挑战。其实克努森的“二次突变假说”也衍生出一种风险预测：视网膜母细胞瘤的细胞内包含有两份失活的Rb基因拷贝。由于温伯格、维格勒与巴巴西德已经证实了瓦默斯和毕晓普的预测，因此现在需要有人分离出传说中的“抑癌基因”，然后证实视网膜母细胞瘤中两份Rb基因拷贝均已失活，以验证克努森的预测。
不过这场挑战也带来了某种奇怪的概念转折。抑癌基因从本质上来看是缺席的产物。当癌基因发生突变后会释放细胞生长的“启动”信号，而抑癌基因在发生突变后会移除细胞生长的“关闭”信号。之所以温伯格与施嘉和的转染实验能够取得成功，是因为癌基因可以导致正常细胞分裂失控，从而在培养皿中形成细胞集落。然而人们却不要指望转染抑癌基因的细胞会形成什么“抗集落”。温伯格写道：“我们该如何捕获这些如幽灵般躲在黑幕背后影响细胞的基因呢？”[14]
20世纪80年代中期，癌症遗传学家已经开始瞥见视网膜母细胞瘤“黑幕”背后的模糊轮廓。通过分析视网膜母细胞瘤细胞的染色体[15]，他们证实Rb基因“位于”第13号染色体上。但是由于一条染色体往往会携带成千上万个基因，因此从如此庞大的集合中分离出单个基因简直是大海捞针[16]。当时许多设备完善的大型专业实验室都在疯狂地寻觅能够分离Rb基因的方法，包括韦伯斯特·卡夫尼（Webster Cavenee）在辛辛那提的实验室、布伦达·加利（Brenda Gallie）在多伦多的实验室以及温伯格在波士顿的实验室。不过所有这些努力都陷入了停滞。温伯格回忆道：“尽管我们已经知道Rb基因的位置，但是我们不知道Rb基因到底是什么。”[17]
在查尔斯河（温伯格实验室一侧）的对岸，眼科医生出身的遗传学家萨德·德里亚（Thad Dryja）也加入了对Rb基因的围猎。德里亚的实验室位于麻省眼耳医院的六层，住院医师们通常将这里称作“眼球”。这家医院以眼科疾病的临床诊疗著称，但是它在基础研究上却乏善可陈。众所周知，温伯格的怀特黑德研究所拥有最先进的技术力量，包括可以为成千上万DNA样本进行测序的仪器，以及能够深入细胞核心的高倍荧光显微镜。相比之下，循规蹈矩的麻省眼耳医院明显落后于时代的发展，它还在以木制橱窗中展示19世纪的眼镜与镜片为荣。
其实德里亚也是一位半路出家的癌症遗传学家。20世纪80年代中期，当他在波士顿的医院完成了眼科临床培训后，德里亚来到了儿童医院（位于城市的另一侧）的实验室从事眼科疾病的遗传学研究。作为一名对癌症颇感兴趣的眼科医生，德里亚的研究目标非常明确，那就是视网膜母细胞瘤。但即便是德里亚这位坚定的乐观主义者也曾在着手寻觅Rb基因之际犹豫不决。“布伦达·加利与韦伯斯特·卡夫尼都放弃了他们（克隆Rb基因）的尝试。这段沉闷的日子简直令人备感煎熬。”
现在德里亚开始以某些关键假设为前提围猎Rb基因。[18]他知道正常人类细胞中含有46条（23对）染色体，而这些源自父母的染色体都有两份拷贝（除了性染色体）。因此每个正常细胞都应该有两份分别位于第13号染色体上的Rb基因拷贝。
假设克努森的“二次突变假说”正确无误，那么每个视网膜母细胞瘤中的Rb基因均应该发生两次独立的失活突变（每条染色体分别发生一次）。德里亚深知基因突变的类型千变万化，它们可能是激活基因的DNA发生了微小变化，或者是染色体大段缺失导致基因结构严重受损。由于Rb基因失活是导致视网膜母细胞瘤的必要条件，因此德里亚推断这种突变很可能与基因缺失有关。毕竟，造成基因大段缺失或许是导致基因瘫痪与失活的最迅速且最原始的方式。
德里亚认为，在大部分视网膜母细胞瘤中，两份Rb基因拷贝发生两次突变的部位并不相同。由于突变总是随机发生，因此两次突变恰好位于基因同一区域的概率微乎其微，而这就像掷百面骰子获得双六一样困难。通常来说，其中某种突变会“打击”基因的前端，另一种突变则会“打击”基因的后端（无论何种情况，它们产生的功能性结果都是令Rb基因失活）。因此这两次“打击”在大部分肿瘤中并不对称，它们分别影响了两条染色体上Rb基因的两个不同部位。
不过即便是百面骰子，被掷了多次之后也可能会出现双六。德里亚知道很难遇到两次突变都恰好导致姐妹染色体上基因同一区域缺失的肿瘤。如果确实发生这种情况，那么上述染色体片段会在细胞中完全缺失。如果德里亚能够找到某种鉴别缺失片段（视网膜母细胞瘤细胞中第13号染色体）的方法，那么他就可以迅速锁定Rb基因的位置。当然这也是最简单的办法：只要德里亚找到功能缺失的基因，那么他就可以发现结构缺失的部位。
为了鉴别出此类缺失片段，德里亚需要对第13号染色体进行结构标记，而这些名为探针的小段DNA将沿着染色体的长轴进行分布。他可以使用这些探针对瓦默斯与毕晓普在20世纪70年代进行的“黏附”反应稍加改进：如果DNA片段存在于肿瘤细胞中，那么它就会与探针黏附；如果DNA片段不存在，那么探针就不会黏附，从而识别出缺失的片段。尽管德里亚已经制备了一系列此类探针，但是他更需要一种无可替代的资源：一座大型冷冻肿瘤组织标本库。由于在两条染色体的Rb基因中找到某种共有缺失的机会非常渺茫，因此他必须对于大量肿瘤标本进行检测才可能发现目标。
其实这正是德里亚从与多伦多、休斯敦的大型专业实验室的竞争中胜出的关键优势所在。众所周知，实验室科学家很少会冒险外出寻找人体标本，于是临床医生出身的德里亚凭借标本库占尽了先机。他带着收藏家般的童稚兴奋地说道：“除了痴迷于收集视网膜母细胞瘤的标本，我还在医生与患者中发布正在寻觅相关病例的消息。每当有人发现一个病例，他们就会说，‘去把德里亚那个家伙叫来’。然后我就会开车、乘机或者步行将挑选好的标本带回这里。我甚至还记住了患者的名字。由于视网膜母细胞瘤经常会波及家庭成员，因此我将通过电话来了解他们是否有兄弟姐妹或表亲患病。我有时候甚至比医生的消息还灵通（指肿瘤的情况）。”[19]
德里亚日复一日地从肿瘤标本中提取染色体并使用探针对其进行分析。如果探针与之结合（黏附），那么它们通常会在凝胶上发出信号；如果探针完全消失，那么信号就显示为空白。某天清晨，德里亚来到实验室找出了十几个已经完成检测的标本结果，然后对着窗户从左到右逐列观察着探针的印迹，仿佛一位正在读谱的钢琴家。突然之间，他在一个肿瘤标本的检测结果中看到了一片空白区域。被他称为H3–8的探针在那个肿瘤的两条染色体上均已缺失。他瞬间感到一阵狂喜，但是随即又陷入了焦虑。“我在那一刻已经感觉到Rb基因就在眼前。我终于发现了视网膜母细胞瘤的秘密。”[20]
※※※
尽管德里亚已经在肿瘤细胞中找到了一段缺失的DNA，但是他目前需要在正常细胞中找到相应的片段才能分离出Rb基因。不过越接近尾声越是危机四伏，德里亚就像一位身处险境的特技演员，这种紧张的气氛在他那间狭小的实验室里也达到了极限。如今德里亚受制于基因分离技术不足与实验资源有限的短板。为了分离出Rb基因，他迫切需要帮助，于是他又做了一次尝试。德里亚曾经听说过温伯格实验室的研究人员也在寻觅视网膜母细胞瘤基因。因此他面临的选择一目了然：他可以与温伯格合作分离这个基因，也可以单枪匹马尝试并最终输掉这场比赛。
温伯格实验室中那位正在尝试分离Rb基因的科学家名叫史蒂夫·弗兰德（Steve Friend）。弗兰德天性乐观、机智敏捷且平易近人，他是一位接受过医学培训的分子遗传学家。在一次会议上，弗兰德曾经向德里亚偶然提起自己对Rb基因的兴趣。与拥有大量肿瘤标本的德里亚不同，弗兰德收集了一批Rb基因完整无缺的正常细胞。弗兰德的方法是先找到位于正常视网膜细胞中的基因，然后再尝试鉴别出视网膜母细胞瘤中的异常基因，而这恰好与德里亚的研究方向相反。
对于德里亚来说，这两种方法的互补性显而易见。虽然他已经鉴别出了肿瘤中的DNA缺失片段，但是弗兰德与温伯格能从正常细胞中提取出完整的全长基因吗？于是他们共同起草了两家实验室合作的初步方案。1985年的某个清晨，德里亚攥着他的H3–8探针几乎是一路小跑穿过了朗费罗桥（此刻它已经成为通向胜利彼岸的阳关大道），然后直奔弗兰德位于怀特黑德研究所的实验室。
弗兰德先是通过快速实验检测了德里亚的探针，然后他也采用DNA“黏附”反应捕获并分离出了与H3–8探针结合的正常细胞基因。正如预测的那样，分离出的基因“位于”第13号染色体上。德里亚对肿瘤标本库中的候选基因进行深入检测后，他发现结果完全符合克努森10余年前做出的假设：全部视网膜母细胞瘤细胞均携带有两个失活的基因拷贝（二次突变），同时正常细胞携带有两个正常的基因拷贝。因此弗兰德分离出的候选基因毫无疑问就是Rb基因。
1986年10月，弗兰德、温伯格与德里亚在《自然》杂志上发表了他们的成果。这篇文章是对温伯格ras基因研究报道的完美补充，而分离出的ras（激活型原癌基因）与鉴别出的Rb（抑癌基因）就像是一对互补的组合。温伯格写道：“15年前，克努森为视网膜母细胞瘤发生提供了理论基础，他认为至少需要两个遗传事件才能触发肿瘤形成。我们分离出的肿瘤抑制因子（人类抑癌基因）显然就是此类基因家族的一员。”[21]
但是Rb基因在正常细胞中的功能依然是个未解之谜。其实Rb这个名称完全是个误读。研究显示，Rb（视网膜母细胞瘤的英文缩写）基因并非只在罕见的儿童眼肿瘤里发生突变。20世纪90年代早期，当科学家们在其他癌症中检测德里亚、弗兰德与温伯格分离出的基因时，他们发现Rb基因在成年人的肺癌、骨癌、食道癌、乳腺癌以及膀胱癌中均广泛存在突变。[22]与ras基因一样，Rb基因几乎会出现在每个正在分裂的细胞里，并且许多恶性肿瘤内都存在Rb基因失活。因此将其称为Rb实际上极大地低估了该基因的作用、影响与威力。
Rb基因编码了一种同名的Rb蛋白（具有很深的分子“口袋”），其主要作用是将某些与之结合的蛋白紧紧密封在口袋里，从而防止它们激活细胞分裂。[23]当细胞决定分裂时，它会给Rb蛋白添加磷酸基标记，这种分子信号可以使基因失活，并且迫使蛋白释放其同伴。Rb蛋白相当于细胞分裂的守门人，它会在细胞分裂激活时打开一系列重要的分子闸门，并且在细胞分裂完成后迅速关闭它们。但是Rb基因突变将导致上述功能失活，因此癌细胞会认为闸门永久开放，最终导致细胞无法停止分裂。
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成功克隆ras（癌基因）与Rb（抑癌基因）是癌症遗传学史上具有里程碑意义的时刻。1983年至1993年的10年间，研究人员迅速在各种人类癌症中鉴别出了大量其他癌基因与抑癌基因（肿瘤抑制基因）：myc、neu、fos、ret、akt（都是癌基因），以及p53、VHL、APC（都是抑癌基因）。[24]如今逆转录病毒这种癌基因的意外载体已经消失得无影无踪。瓦默斯与毕晓普的理论（癌基因源自被激活的细胞基因）被公认为适用于多种癌症。除此之外，二次突变假说（抑癌基因是两条染色体上均需要被灭活的基因）也被证实普遍适用于各种癌症。与此同时，癌症发生的通用理论框架已经逐步清晰起来。癌细胞就像一台破损失控的机器，癌基因与失活的抑癌基因分别是卡滞的油门与失灵的刹车[25]。
20世纪80年代末期，人们从另一批起死回生的研究中又发现了许多癌症相关基因。自从1872年德·戈维亚报道了巴西的家族性眼肿瘤之后，遗传学家还发现了其他几个疑似携带癌基因的家族。当然这些家族的故事也承载着相似的悲剧：此类疾病世世代代纠缠着家族成员，令父母、子女与孙辈不得安宁。研究显示，这些患者的家族史具有两个明显的特征。首先，遗传学家发现每个家族的癌症谱相对有限且往往固定不变：例如，某个家族可能是结肠癌与卵巢癌高发，另一个家族常见乳腺癌与卵巢癌，而第三个家族则是肉瘤、白血病与神经胶质瘤流行。其次，由于不同的家族经常会出现类似的模式，因此也说明他们患有相同的遗传综合征。在林奇综合征［目光敏锐的肿瘤学家亨利·林奇（Henry Lynch）率先在一个来自内布拉斯加州的家族中描述了这种综合征］中，结肠癌、卵巢癌、胃癌与胆管癌会在家族成员中世代相传。在李–佛美尼综合征中，家族成员则容易反复出现骨肉瘤、内脏肉瘤、白血病以及脑肿瘤。
20世纪80年代至90年代，癌症遗传学家通过强大的分子遗传学技术克隆并鉴别出某些癌症相关基因。研究显示，许多家族性癌症基因（例如Rb基因）本身就是抑癌基因（尽管偶尔也有癌基因）。虽然大多数此类综合征在临床上非常罕见，但是有时遗传学家也发现癌症易感基因改变在人群中非常普遍。其中最具代表性的当数遗传学家玛丽·克莱尔–金（Mary Claire-King）首先提出，最后由马克·什科尔尼克（Mark Skolnick）团队在麦利亚德基因公司克隆出的BRCA1，携带这种基因的女性对乳腺癌与卵巢癌具有强烈的易感性。由于BRCA1（我们将在后续章节中提及）在特定人群中的比例可以高达1%，因此它已经成为人类中最常见的癌症相关基因之一。
到了20世纪90年代早期，癌症生物学的发现终于跨越了佩顿·劳斯的鸡肿瘤与真正人类癌症之间的鸿沟。然而纯粹主义者对此依然耿耿于怀。罗伯特·科赫的教条思想仍旧束缚着癌症遗传学理论发展。科赫法则指出，如果要将某种病原体判定为“病因”，那么它必须要符合三项标准：（1）病原体必须位于患病生物体内；（2）它可以从患病生物体内被分离；（3）它从患病生物体转移至第二宿主后能够继续传播疾病。现在癌基因已经满足了前两条标准。它们不仅位于癌细胞内部，而且可以被分离出来。但是尚未有人证实癌基因本身能够在动物体内致癌。
20世纪80年代中期，癌症遗传学家使尽了浑身解数来努力满足科赫法则的终极标准。1984年，研究干细胞的生物学家发明了一种新技术，它可以将外源性基因引入小鼠早期胚胎，然后再通过这些经过修饰的胚胎繁殖出活体小鼠。他们创建的“转基因小鼠”体内有一个或多个基因被人为地永久性改变。于是癌症遗传学家抓住了这个机会。首先转移至小鼠体内的基因就包括一种源自淋巴瘤细胞的癌基因c–myc。
哈佛大学的菲利普·莱德（Philip Leder）团队运用略做调整的转基因技术改变了小鼠的c–myc基因：他们巧妙地确保该基因只会在小鼠的乳腺组织中过度表达。[26]（其实并非所有细胞的myc基因都会被激活。如果myc基因在胚胎中被永久激活，那么胚胎就会变成一个过度增殖的细胞球，然后在机制不明的情况下自生自灭。激活活体小鼠中myc基因的唯一途径就是将该过程限制在某个细胞子集中。由于莱德的实验室正在研究乳腺癌，因此他选择了乳腺细胞。）莱德通俗地将其实验小鼠称为肿瘤鼠。1988年，他成功地为肿瘤鼠申请了一项专利，使其成为历史上首个获得专利的动物。[27]
莱德希望其创建的转基因小鼠会迅速成瘤，不过令他惊奇的是，肿瘤鼠身上长出的病灶与理论相差甚远。尽管这种具有侵袭性的癌基因已经被缝合到小鼠的染色体中，但是它们直到生命走向终结时才会在单侧发生微小乳腺癌。更出人意料的是，莱德的小鼠通常只在怀孕后成瘤，而这也提示乳腺细胞完全转化严重依赖环境因素（例如激素）的改变。莱德写道：“活性myc基因看起来似乎并不足以成瘤。否则我们将发现5只荷瘤小鼠的双侧（乳腺）腺体均会罹患肿瘤。与之相反，我们的研究结果指出成瘤至少还需要两项附加条件。其中之一便是转化事件逐步深入……另一项似乎是与妊娠相关的激素环境（初步研究显示）。”[28]
为了检测其他致癌基因与环境刺激的作用，莱德创建了另一种染色体中携带有两种激活型原癌基因（ras与myc只会在乳腺细胞中表达）的肿瘤鼠。[29]几个月后，这些小鼠的乳腺上就布满了肿瘤。除此之外，肿瘤鼠对于妊娠激素环境的需求也得到了部分改善。然而人们在ras–myc小鼠身上只发现了几个特殊的癌症克隆。尽管每只肿瘤鼠体内有数以百万计的携带有激活型ras与myc基因的乳腺细胞，但是其中仅有几十个被赋予了最强效基因的细胞能够诱发真正的活体肿瘤。
即便如此，这仍然是一个具有里程碑意义实验：人们在动物体内创建了癌症模型。就像遗传学家克里夫·塔宾（Cliff Tabin）所回忆的那样：“癌症遗传学已经跨入了一个新纪元。它不再局限于实验室层面的基因、通路与肿块，而是与动物体内真正生长的肿瘤为伴。”[30]佩顿·劳斯长期以来对癌症发病机制（癌症发生并不只是生物体中某组特定细胞基因改变的结果）的质疑终于可以烟消云散了。
[1] They see only their: Plato, The Republic of Plato, Benjamin Jowett, trans. (Oxford: Clarendon Press, 1908), 220.
[2] “Isolating such a gene”: Robert Weinberg, interview with author, January 2009.
[3] “The chair of the department”: Ibid.
[4] Clarity came to him one morning: Ibid.
[5] In the summer of 1979, Chiaho Shih: Ibid.
[6] 事实上，温伯格使用的“正常”细胞也并非完全正常。由于它们已经出现了生长适应，因此单个激活的癌基因就能使它们进入转化生长。温伯格后来发现，真正的“正常细胞”需要数个基因突变才能发生转化。——作者注
[7] “If we were going to trap a real oncogene”: Ibid. Also, Cliff Tabin, interview with author, December 2009.
[8] In 1982, Weinberg: C. Shih and R. A. Weinberg (1982), “Isolation of a Transforming Sequence from a Human Bladder Carcinoma Cell Line,” Cell 29: 161–169. Also see M. Goldfarb, K. Shimizu, M. Perucho, and M. Wigler, “Isolation and Preliminary Characterization of a Human Transforming Gene from T24 Bladder Carcinoma Cells,” Nature 296 (1982): 404–9. Also see S. Pulciani et al., “Oncogenes in Human Tumor Cell Lines: Molecular Cloning of a Transforming Gene from Human Bladder Carcinoma Cells,” Proceedings of the National Academy of Sciences. USA 79: 2845–49.
[9] 其实ras基因与src基因都是早年致癌病毒研究的发现。当然这也再次强调了此类病毒在揭示内源致癌基因机理方面的惊人能力。——作者注
[10] “Once we had cloned”: Robert Weinberg, Racing to the Beginning of the Road (New York: Bantam, 1997), 165.
[11] Ray Erikson traveled to Washington: Ray Erikson, interview with author, October 2009.
[12] 1971年《国家癌症法案》颁布之后，拉斯克派在很大程度上已经解散。虽然玛丽·拉斯克依然参与科学政策的制定，但是她也不再拥有20世纪60年代的影响力与气魄。——作者注
[13] “I don’t remember any enthusiasm”: Ibid.
[14] “How can one capture genes”: Robert Weinberg, One Renegade Cell (New York: Basic Books, 1999), 74.
[15] 遗传学家采用了珍妮特·罗利开创的染色技术。——作者注
[16] 特别是一个只有在失活时才凸显其功能的基因。——作者注
[17] “We knew where Rb lived”: Weinberg, interview with author.
[18] Dryja began his hunt for Rb: Thaddeus Dryja, interview with author, November 2008.
[19] “I stored the tumors obsessively”: Ibid.
[20] “It was at that moment”: Ibid.
[21] “We have isolated [a human gene]”: Stephen H. Friend et al., “A Human DNA Segment with Properties of the Gene that Predisposes to Retinoblastoma and Osteosarcoma,” Nature 323, no. 6089 (1986): 643–46.
[22] When scientists tested the gene isolated by Dryja: D. W. Yandell et al., “Oncogenic Point Mutations in the Human Retinoblastoma Gene: Their Application to Genetic Counseling,” New England Journal of Medicine 321, no. 25 (1989): 1689–95.
[23] Its chief function is to bind to several other proteins: See for instance James A. DeCaprio, “How the Rb Tumor Suppressor Structure and Function was Revealed by the Study of Adenovirus and SV40,” Virology 384, no. 2 (2009): 274–84.
[24] a horde of other oncogenes and anti-oncogenes: George Klein, “The Approaching Era of the Tumor Suppressor Genes,” Science 238, no. 4833 (1987): 1539–45.
[25] 尽管病毒并非癌症发生的主要原因，但是病毒的确可以引起某些特殊癌症，例如人乳头瘤病毒会导致宫颈癌。宫颈癌的发病机制在20世纪90年代被破解之后，人们才发现HPV可以使Rb基因与p53基因的信号失活，而这也强调了内源性基因在病毒致癌中的重要作用。——作者注
[26] Philip Leder’s team at Harvard engineered: Timothy A. Stewart, Paul K. Pattengale, and Philip Leder, “Spontaneous Mammary Adenocarcinomas in Transgenic Mice That Carry and Express MTV/myc Fusion Genes,” Cell 38 (1984): 627–37.
[27] In 1988, he successfully applied for a patent: Daniel J. Kevles, “Of Mice ＆ Money: The Story of the World’s First Animal Patent,” Daedalus 131, no. 2 (2002): 78.
[28] “The active myc gene does not appear to be sufficient”: Stewart, Pattengale, and Leder, “Spontaneous Mammary Adenocarcinomas,” 627–37.
[29] Leder created a second OncoMouse: E. Sinn et al., “Coexpression of MMTV/v-Ha-ras and MMTV/c-myc Genes in Transgenic Mice: Synergistic Action of Oncogenes in Vivo,” Cell 49, no. 4 (1987): 465–75.
[30] “Cancer genetics,” as the geneticist Cliff Tabin: Tabin, interview with author, November 2009.
