[醫學筆記] hallmark of cancer(癌症共同特徵)

雖然我把這篇歸類在醫學筆記下面, 但是這篇的內容其實非常基礎,有許多分子生物學的東西, 不過這個主題實在太有名, 因此還是要來寫個筆記

Hallmark of cancer 最早由兩個學者Douglas Hanahan 和 Robert A. Weinberg 在2000年的時候在cell雜誌上發表, 之後又於2011年更新, 其引用次數我在google scholar上面看, 已經有三萬多次(2019年1月的時候), hallmark of cancer 共有十項,以下就由我來一一道來

1. enabling replicative immortality(能夠無限複製):

大家都知道正常細胞可以複製, 不過每次複製的時候, DNA的長度就會縮短, 縮短的地方有一個專有名詞被稱為端粒(telemere, 2009諾貝爾醫學獎) 當短到一個程度的時候, 細胞就會進入休眠(senescence), 就不會再複製惹

不過癌症細胞和正常細胞不一樣, 癌症細胞可以透過端粒酶(telomerase)來維持端粒的長度, 因此來達到無限複製的效果

2.  genome instability and mutation(基因不穩定和突變):

正常細胞在DNA合成的時候(也就是細胞週期的S phase), 如果發現DNA有突變的話, 細胞週期會停止,直到修復後才會繼續進行, 這個步驟受到抑癌基因(tumor suppressor gene)的調控

當今天抑癌基因突變的時候, 許多突變的細胞, 也就是癌細胞, 就可以複製下去

3. evasion of growth suppressors(侵犯成長抑制機轉)

tumor suppressor gene 除了會參與基因修復外,也會抑制細胞繁殖, 因此如果抑癌基因突變的話, 癌症細胞就能夠迅速的繁殖

4. resisting cell death(抵抗細胞死亡)

正常細胞有所謂的細胞凋亡(apoptosis)機制, 其中會受到所謂 Bcl-2 family調控, 今天當Bcl-2 family的基因突變時, 癌細胞就能抵抗細胞凋亡機制

5. sustaining proliferative signaling(維持生長訊號):

正常細胞要生長, 必須要有生長因子(growth factor)接到細胞表面的受器

癌症細胞有一些方法可以維持生長訊號, 例如癌症細胞可以自己產生生長因子(growth factor), 或者是癌症細胞可以引導附近細胞產生生長因子來幫助生長,有或者是癌症細胞可以在表面產生許多受器,即使生長因子只有一點點,也能被接收 => 因此癌症細胞可以持續生長

6. deregulating cellular energetics:

這個也是蠻有名的, 癌症細胞跟正常細胞的能量使用方式不同,有所謂的Warburg effect, 正常細胞在有氧情況下會行有氧磷酸化(Oxidative phosphorylation), 產生36 mol ATP/mol glucose, 正常細胞在無氧情況下會行糖解, 產生2 mol ATP/mol glucose; 而癌細胞在無氧情況下進行糖解, 在有氧情況下大部分還是進行糖解, 有氧情況下約會產生4 mol ATP/mol glucose; 癌症細胞的這種能量代謝特性, 感覺有些反直覺,因為有氧情況下反而能量效率較低,因此癌症細胞會吃更多葡萄糖,而臨床上常用的PET就是利用癌細胞的這個特性來成像

7. avoiding immune destruction(避免免疫摧毀):

這個就是最近最潮最紅的免疫療法原理(2018諾貝爾醫學獎), 癌症細胞可以藉由調控T cell 的 immune checkpoint(也就是身體用來確認是不是該清除的對象)來逃避身體的免疫反應,避免被清除

8. tumor promoting inflammation(腫瘤提升發炎反應):

tumor會導致周邊環境的發炎反應加劇, 而發炎反應變多的免疫細胞也會分泌物質幫助癌症細胞

9. inducing angiogenesis(引發血管新生):

腫瘤細胞和一般細胞一樣,需要氧氣和養分來幫助生長, 腫瘤細胞會促進血管新生,來幫助自己生長

10. activating invasion and metastasis(引發入侵和轉移):

這裡有個專有名詞被稱為invasion-metastasis cascade(入侵轉移串接),簡單來說就是癌細胞會先跑到血管內,再藉由血液或是淋巴循環,跑到身體其他地方,最後再跑出血管,成功完成轉移


reference:
1.  Hanahan, D., & Weinberg, R. A. (2011). Hallmarks of cancer: the next generation. cell, 144(5), 646-674.
2. Introduction to the Biology of Cancer from  Coursera
3. radiobiology for the radiologist, 8th edition
4. Vander Heiden, Matthew G., Lewis C. Cantley, and Craig B. Thompson. "Understanding the Warburg effect: the metabolic requirements of cell proliferation." science 324.5930 (2009): 1029-1033.