萬維假巴

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癌細胞最終長成癌症的艱辛曆程(內憂篇)

(2017-12-16 20:48:18) 下一個


癌細胞最終長成癌症的艱辛
曆程(內憂篇)[修改版2.5]

這篇是屬於大眾化、科普性質的文字,如果使用的類比和一些粗略的數據和現在的最新理論有衝突,請有心人提出來,咱們可以討論商榷。

談癌細胞,那是談虎色變。這個家夥不得了,每年致人死地的殺手裏,可是高居榜首的頭幾名。不過,這次站在癌細胞的立場,談談癌細胞最終長成癌症實體的艱曆程,那可以說內憂外患的麻煩一點也不少啊。條件許可的話,爭取寫成一個係列。這篇算是開篇的[內憂篇]主要從細胞自身的的遺傳背景[Genentic Makeup]入手來展開咱的話題。

身體裏的癌細胞不斷的被產生出來,又不斷的被清除,絕大多數的情況下癌細胞是失敗的一方。但是,道高一尺,魔高一丈,癌細胞這個小魔頭也在思量著、學習著,怎麽能夠躲過被清除的厄運。

先從正常的數字說起。正常成人有大約10萬億個體細胞;每一克或一立方厘米的肝組織細胞或腎組織細胞2.5-3億個之眾。每一個細胞內的基因組DNA堿基數目達32億之多。據說用32億個字母寫書的話,足以寫一本戰爭與和平的信息量相當的書。咱這裏就不驚歎生物體的奧妙了。

下麵有必要首先明確些一些基本概念。

癌細胞可以是單個的癌細胞,或者沒有長成勢的為數不多的小群細胞,初生的癌細胞惡性度可以不是非常高;也可以是長在的癌症瘤體裏麵的細胞,惡性生長的能力達超一流的水準

癌症則是癌細胞生長集聚到了一定的數量。身體靠自身機製已經無法控製其惡性生長的一種狀況。這種情況下就是一般所謂的得了癌症。

10萬億個正常成人的體細胞,都是從單一的一個受精卵來的,咱們都不能不驚歎這細胞的精確性了,複製出了10萬億之眾都不怎麽出錯,所以正常人能夠活的好好的。但是,話又要說回來,這十萬億之眾的細胞,能一點都不出一點問題,這好像也完全辦不到,這就是現在咱們要討論的小概率的事件了。就是億分之一的細胞出了問題,雖然比例不可想象的低,那也有應該有10問題細胞

正常的情況下,細胞內有一整套的自保裝置,也可以說成是自毀裝置,或者用把人鎖起來的鐐銬形象化的來表達。一些細胞不正常了或者簡單說就是沒有用了,那就得下地獄伺候。如果不能或是不願意徹底的毀掉、除掉的話那就銬起來放到大牢,讓它們把坐穿一直到到老死。所以啊這10萬個 問題細胞不停的產生,又不停的消亡或正常人的機體暫時也就相安無事。

人體的組織器官永遠都是處於於一個動態的過程,不停的有細胞死亡,又不停的產生新的細胞替代。正常的情況下,細胞不會無緣無故的分裂生長,得要有生長信號的刺激。細胞受生長因子的刺激生長,有點像咱們開車的時候踩油門,一腳油門踩下去,車子開始動起來了。正常情況下,車子開起來了,速度有控製,還得有刹車的配合,該快的時候快,該慢下來避開障礙、要轉彎的時候,就得踩刹車減速,不能橫衝直闖的。咱們的細胞裏麵還真的有這種對應的刹車裝置,叫生長抑製因子。負責細胞生長的時候,適時的調整速度。使細胞生長不快不慢,恰到好處。

細胞的所有活動,都是受遺傳的基因控製的。上麵提道的問題細胞,如果是其中有些遺傳基因發生了變異,發生了突變。突變後產生過量的或超過正常的生長信號,踩油門的力加大。生長抑製因子沒有及時的跟進,刹車的裝置跟不上;或者反過來,生長因子沒有變,生長抑製因子沒有了;那汽車就隻好一直加速行駛,停不下來了。發生這樣改變的細胞,就已經可以稱之為初生的腫瘤或是癌細胞了。這就是這些細胞獲得可以持續生長的首個遺傳改變,隻能不停的長,不能停下來。

這個時候還不需要真正的擔心害怕,因為這些細胞身上的剩下的自毀機製的魔咒鐐銬還沒有完全解除。當它們的行為怪異得超過了一定的限度,輕則麵臨被”[Growth rest],重則麵臨自毀機製倒計時啟動[Apoptosis, 細胞凋亡]。結果是絕大部分的這類問題細胞,或或初生的癌細胞遭被斬被關的命運。

但是啊,癌細胞們是一個個的各自為政的小魔頭。它們不在乎一城一地的得失,它們和機體慢慢地比時間、比數量。革命的先烈英勇就義了,隻要留下有它們的火種或是又有新來的火種,它們就在那裏思量著,怎麽樣想辦法,去掙脫掉加在它們身上剩下的魔咒鐐銬

[Apoptosis, 細胞凋亡],細胞凋亡是所有正常細胞具備的一種正常的、又是崇高和偉大的機製。這種機製由一整套基因,有序的控製著。當細胞受損,細胞發現自己已經無力完成自己的正常功能,活在世界上對機體已經是多餘的或者是有害的情況下,細胞就會崇高和偉大得開啟這種機製,令自己進入自毀的程序,對自己行自殺處置。而且,在自殺的過程中,還會把自己的殘餘放進包裝袋裏,不對環境造成汙染。

有些比較狡猾的癌細胞小魔頭,就在打是不是能夠關掉這個偉大的機製壞主意了。管細胞凋亡的是一組有序的基因,恐怕有十幾、幾十、不知道有沒有上百的不同成分。把其中某個某些關鍵的基因給突變掉,讓這個、這些基因的功能喪失掉。這個癌細胞小魔頭就又勝利了一個新的輪回,起碼這個癌細胞小魔頭聰明了一把,知道自己對機體沒有用的情況下,可以不需要悲慘的去自殺,把自己送進墳墓了。能夠活下來那就可以繼續的分裂繁殖。

接下來還得再對另一魔咒,細胞老化[Senescence, or Aging]的正常程序使出殺手鐧。正常的細胞按其正常的機製可以分裂大約50次左右。細胞每分裂一次,為了記住細胞分裂了多少次,老天爺的安排要給細胞記點,要把染色體的末端剪掉一小片段。染色體的末端雖然沒有實實在在的基因成分,沒有能參加編碼產生蛋白質的序列,但是其長短卻是決定細胞年輕還是年老非常重要的指標。細胞分裂的越多,末端就變得越短。當染色體的末端短到最低限度的長度,細胞就無法再分裂了,也就是細胞老化了。這個魔咒對癌細胞來說那是太要命了,就算是細胞可以不死,細胞也不能無止境的分裂。

別說啊,咱細胞裏麵還什麽都有,藏著掖著一種非常罕用的複位機製,一般隻在產生生殖細胞的時候才拿出來用用。這樣咱們人類和動物的下一代,才可以和親代活差不多長的年限。這種機製可以把細胞的末端因為分裂切掉的片段重新加上或複位到上帝規定的、原來的長度。這樣的機製一旦被喚醒,起作用了,那細胞就可以永遠保持年輕了,再怎麽分裂也沒有有老化的問題了。那個失去自殺基因的癌細胞魔頭,弄得整個細胞的基因組亂了套,細胞裏麵亂成了一團。這個管末端複位的基因,混亂的時候受某種調變機製的錯誤命令的啟動,也出來活動了。這樣癌細胞魔頭就獲得的超過三次以上重要的遺傳調變,這個時候所謂的癌細胞,也就可以說是一個成熟的[full bloom]癌細胞了。英文稱這種細胞獲得了[replicative immortality]的特性,可以無限分裂,再也不受分裂次數的限製,成了不朽永生的超級細胞了

接下來還有兩項和營養的供應有關的機製,如果細胞同時或分別獲得的話,癌細胞達到頂級的惡性度。

癌細胞從一小群,長成有一定大小的實體瘤。僅僅靠周圍血管彌散過來的營養和氧氣,已經不足以支撐瘤體中央部位給養的供應和消耗了。就像建一座新城一樣,新城的裏麵和外界得要鋪設道路和外界溝通,這樣給養和供應才可以源源不斷的送過來。增強的血管生成因子[angiogenesis]遺傳調變得跟上細胞生長的速度。這樣血管源源不斷的伸入實體瘤,有如敷設了道路通向了實體瘤的每一個角落,這樣實體瘤就不會因為缺水、缺電、缺食物、缺基本物品而停止生長了。這個時候的癌細胞魔頭,就在那裏微笑了,它們真的勝利了,搭建起了它們堅實、牢固的殖民地了!

最後一個獲取的機製是途遷功能獲得。本來癌細胞在一個地方生長,已經熟悉的當地的情況。一般的情況下,它們不容易搬遷到另外的不熟悉地方去生活。一旦它們獲得了新的遺傳改變,讓他們容易在新的地方定居下來,在當地要錢要糧,發展壯大。這個過程稱之為,浸潤和轉移贅生,英文稱之為[invasion and metastasis]癌細胞這個魔頭要是發展到了這一步可以說基本上對它們沒有什麽好辦法了。在它們還沒有致人死地的情況下,它們要是不發生良性的遺傳調變的話,絕大多數的情況是機體的死亡為最可能的結局。

當然要是癌細胞成功了,也是曇花一現短時間的成功,把自己賴以生存的環境消滅了,自己最後還是隻得能英勇就義。可是,癌細胞們死之前是不會考慮這個問題的,它們很任性要享受完成自己生命過程的樂趣,按下不表了!

癌細胞的內憂篇到此結束。其實癌細胞長成癌症,看來也不是一件容易的事啊。

附件一:

細胞理論上如果分裂35-45次的可以產生的細胞的數量和重量一覽表。


謝謝瀏覽,請提批評意見!
 

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閱讀 ()評論 (36)
評論
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 'HBW' 的評論 : [這癌細胞是天生就有的......]
》你的這個說法,不能在咱的小文中找到根據。咱在小文中強調的論點是,“癌細胞不斷的新產生,又不斷地被清除掉”。即使是能被清除掉的癌細胞,其難易程度也不一樣。等變成了超級“癌細胞”,機體就無法或是無能為力清除掉它們了。
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 'HBW' 的評論 : [謝謝好文。按您所述,這癌細胞是天生就有的隻不過免疫細胞沒能抑製住他們而一天天的發展壯大了。那好,核心出在免疫細胞上。是什麽造成免疫細胞效率低或失效的呢?]

》免疫係統對付癌細胞,是另外的層次的問題了。不是這篇小文討論的範圍。

癌細胞長成了氣候,就得依靠外力來清除了。免疫係統的免疫監視,手術化療,藥物作用,都是從外部來處理癌細胞,或殺滅或抑製其生長。癌細胞也有辦法逃避,比如耐藥的癌細胞獲得的耐藥基因再表達,等等。慢慢有時間了,看看能不能發展這個係列。
HBW 回複 悄悄話 謝謝好文。按您所述,這癌細胞是天生就有的隻不過免疫細胞沒能抑製住他們而一天天的發展壯大了。那好,核心出在免疫細胞上。是什麽造成免疫細胞效率低或失效的呢?
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 '白水之魚' 的評論 :
》謝謝來訪。你還可以去挑英文帖子的刺。
白水之魚 回複 悄悄話 手裏拿個磚,卻沒地方下手,曆程好艱辛。
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 'cng' 的評論 :[竊以為您疏漏了很重要的一點。......]
》咱不知道“竊”是不是表示你是一個MM?如果這個不重要的話,咱們就來討論正題的問題。
這隻是咱的最初的一部分,說明發生了什麽事,癌細胞的惡性度可以慢慢的升高。哪些重要的部分發生了變化,積累起來了,就變成一個不可戰勝的超級癌細胞了。這篇科普文可是有成百上千的科學實驗作依據的。說道如何控製DNA的惡性突變的問題,不是這裏要討論的問題。你如果有條件,是不是可以說一點點你的高見?
cng 回複 悄悄話 竊以為您疏漏了很重要的一點。癌發展期間,會伴隨遺傳物質修複機製的失靈。也就是說他們會積累大量突變,不得糾正。這些突變,沒要緊的就隨細胞正常死亡而湮滅,但總會有個別突變,讓細胞長生不老並到處亂竄,最終奪人性命。

一點淺見,說錯勿怪。
bobLimnor 回複 悄悄話 Good work! Expecting your next article.
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 'bobLimnor' 的評論 :
》你的問題提的很好,讓咱也學到的東西。咱也列了一個表,看看咱們計算的結果大致一樣啊!參見咱的附件。
bobLimnor 回複 悄悄話 交家庭作業:一立方厘米的肝組織有3億細胞,一個細胞體積就是3333立方微米,也就是15微米大小。與你查到的動植物細胞大小差不多。分裂50次後,體積是3.75 立方米。這麽大的肝就嚇人了 :-)
萬維假巴 回複 悄悄話 》如果細胞分裂了都不死的話,分裂45次可以累積這麽多的數量和重量,見正文!
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 'bobLimnor' 的評論 :
》這是維基查到的,真核細胞的大小尺寸。供你參考! um,微米
(10 - 30 um) Most Eukaryotic animal cells
(10 - 100 um) Most Eukaryotic plant cells
120 um Human Egg
https://en.wikibooks.org/wiki/Cell_Biology/Introduction/Cell_size
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 'bobLimnor' 的評論 : [應該是10萬億取2的對數,不是10萬億開方。10萬億取2的對數是43,和你文中說的50很接近。 ]
》你的這個補充非常好!把咱這個數學不是很敏感的缺陷給說的比較清楚了。沒有過細想這個問題就回複了你,違反了咱博文裏麵細胞分裂近五十次的原則。非常的感謝你的問題和跟進,要不然咱是想當然的瞎說了。因為咱是以你的前提是對的,發展咱的想法的!
你可以幫咱算一算,一立方厘米的肝組織有近2.5到3億之眾的細胞,由此來換算一個體細胞的體積,如果分裂50次,最後可以發展多大的體積?咱也去算,估計你比咱這方麵要強,所以請你幫個忙!
一個受精卵的體積,可以從維基上麵查到。發完了這個帖子,看看一下能不能找到。
bobLimnor 回複 悄悄話 對不起, 我搞錯了。應該是10萬億取2的對數,不是10萬億開方。10萬億取2的對數是43,和你文中說的50很接近。
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 'bobLimnor' 的評論 :
[如果成人有10萬億個細胞,10萬億開方大概是3,162,277. 就是說,成人的細胞大概分裂了3百萬次。這樣理解對嗎? ]
》數學咱不是很在行。應該是要比3百萬次要多很多。因為你要考慮已經死掉的細胞。比如說,你受到的微生物的感染,你的白細胞會增加很多,對抗微生物。微生物被殺掉了,你的多餘的白細胞就沒有用了。回到正常的狀態,這些細胞就要被淘汰掉。再說,新陳代謝,還有很多的細胞要替換掉。這就是為什麽細胞分裂的次數要超過,或是大大的超過10萬億開方。具體是多少,咱沒有數據,上麵的說法是咱的推測!
bobLimnor 回複 悄悄話 謝謝好文!請教一下:如果成人有10萬億個細胞,10萬億開方大概是3,162,277. 就是說,成人的細胞大概分裂了3百萬次。這樣理解對嗎?
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 '爪四哥' 的評論 :
》爪四啊,你是咱的稀客啊!咱希望你能像咱一樣,從裏麵挑出刺來,使出雞蛋裏麵挑出“骨頭”的本事。咱認為這樣才是幫咱進步啊。光說好話會讓咱沾沾自喜,故步自封的啊。
你看看寡人在那邊大肆的詆毀咱,沒有任何拿得出手的證據啊!要是咱還在,共軍一個月內接管萬維,可笑不可笑啊!?
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 'MoatCity' 的評論 :
[我想知道的是,這些癌細胞,是十多年以前就紮根到這些地方,等待時機呢?還是後來癌細胞從原發處複活,又轉移到別處的?是什麽原因又是這些癌細胞決定反擊了呢? ]
》你想知道的這些,也是所有的科學家想知道的事啊。有很多的東西現在還沒有一個真正的定論!
咱隻能用用比較簡單化的辦法來解釋。逃過了治療,轉移的癌細胞,在一個在陌生的環境裏,從一個長到千萬級的水平。一個不是一件容易的事,也需要時間。就是到了千萬級的水平,也不就是一兩毫米左右的大小。不容易被發現。到了超過一厘米的直徑,或是三厘米的直徑啦,才能夠被發現。這個時候一變二,二變四的發展,身體很快就受不了啦!
爪四哥 回複 悄悄話 回複 '萬維假巴' 的評論 : 好文大頂,再接再厲,在文學城發揮一技之長,為老中謀福利。
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 'llarry' 的評論 : [早死是戰勝癌細胞的最有效手段。]
》你說的道理太直白不過啦。你可以警告癌細胞,你長吧,你長吧,你再長,咱就死給你看。癌細胞也許可以不死,最後活在實驗室的試管裏麵,永生啦!
MoatCity 回複 悄悄話 好多癌症(比如乳腺癌)在化療及放療後,好多年都沒事了,年年常規檢查都沒有問題。但等到十年以後,會突然出現轉移(腦部,或脊椎骨等等)。這些轉移能確定是原發癌的轉移。
我想知道的是,這些癌細胞,是十多年以前就紮根到這些地方,等待時機呢?還是後來癌細胞從原發處複活,又轉移到別處的?是什麽原因又是這些癌細胞決定反擊了呢?
llarry 回複 悄悄話 早死是戰勝癌細胞的最有效手段。
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 'ily' 的評論 :
》謝謝鼓勵!這帖子咱去年就寫出來了,掛在萬維那邊一年也就2K左右的點擊。咱琢磨這種東西沒有什麽人喜歡讀,很灰心呢。這種帖子可要花很多功夫才能寫出來的啊!不過咱在文學城這裏,就貼了一天,就有超過8K的點擊,咱的信心回來了不少。謝謝大家捧場!
ily 回複 悄悄話 科普大好文,感謝作者的辛勤努力!
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 'fuz' 的評論 :
》謝謝鼓勵!
fuz 回複 悄悄話 從多方麵介紹了癌細胞產生的機製。難得好文章,盼續篇
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 'zzh' 的評論 : [請問這個“生長因子”是怎麽啟動的呢?是人本身的既定程序,什麽年齡長什麽還是說受外界環境比如氣溫來調控的?北方人普遍比南方人高大,是不是北方冷的氣候造成的生長不一樣呢? ]
》謝謝鼓勵!你的這個問題,是一個非常大的問題,不是簡簡單單就能說清楚的。
體內的生長因子,也是體內的基因決定的。比如說有一個叫做表皮生長因子可以讓細胞生長。但是重要的是,細胞還要表達了生長因子的受體,細胞才會對生長因子有反應。
一般來說外因是變化的條件,內因才是變化的根據。北方人也有個體比較小的,說明氣候不是決定的因素。
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 'xiaoji' 的評論 : [癌細胞也可能發生良性的遺傳調變? ]
》就是說變回正常的功能細胞,這個一般可能性非常小!
一種可能性就是就是發生了讓自己死掉的遺傳調變,自己把自己消滅掉了。有很多癌症自愈的例子。對身體來說是良性的調變,但對癌細胞來說是惡性的調變!
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 'luck86' 的評論 :
》謝謝鼓勵!
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 '清漪園' 的評論 : 》謝謝來訪評論!歡迎提批評意見!
萬維假巴 回複 悄悄話 回複 'MoatCity' 的評論 :
[ [Chemo or Radiation, or both, will not eradicate all the tumor cells completely inside the body. What is the mechanism or reason, ......]
》不知道你能不能用中文?你問的問題是一個非常大的問題,咱隻能給你舉個例子,為什麽癌症會複發。
有一種機製英文叫multidrug resistance,多藥耐藥性。就像是一個坐在細胞膜上“水泵”,選擇性的把多種化療藥物,排到細胞外。化療藥就進不了細胞核,化療藥物就不起作用了!細胞就可以繼續的生長和分裂。這就是引起複發的原因之一。看看如果有人讀咱的小文的話,咱可以考慮擠時間,發展咱的係列。
zzh 回複 悄悄話 這樣的科普真好,讓非生物專業的人也能懂。請問這個“生長因子”是怎麽啟動的呢?是人本身的既定程序,什麽年齡長什麽還是說受外界環境比如氣溫來調控的?北方人普遍比南方人高大,是不是北方冷的氣候造成的生長不一樣呢?
xiaoji 回複 悄悄話 癌細胞...要是不發生良性的遺傳調變的話,絕大多數的情況是機體的死亡為最可能的結局。
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請教:
癌細胞也可能發生良性的遺傳調變?
luck86 回複 悄悄話 科普好文,認知敵人,是平靜對待敵人的開始。讓人們不會談癌色變,甚至被嚇死。博主是在做善事。
清漪園 回複 悄悄話 謝謝專家的形象生動的科普篇。
MoatCity 回複 悄悄話 Chemo or Radiation, or both, will not eradicate all the tumor cells completely inside the body. What is the mechanism or reason, with reason, the tumor cells decide to stop (so called remission), and what prompted them to start dividing again after many years (some patients remain tumor-free for 10, 15, even 20 years, then metastasis appeared again - often in a remote site, like brain, liver).
What happened, when, after many years sleeping inside the body, the tumor cells got activated, and started replicating again?
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