癌症基因解剖計畫

三軍總醫院婦產部朱堂元教授

長久以來癌症的成因一直是個謎。最近的研究顯示，癌症是由於控制細胞生長、分化及凋亡的基因突變所造成。這些基因包括致癌基因、腫瘤抑制基因、DNA調節基因及DNA修復基因﹝DNA repair genes﹞等。通常，細胞必需累積數個控制基因的突變才足以癌化。對隱性的腫瘤抑制基因、DNA調節及修復基因來說，更需要位在同源染色體的兩個基因﹝alleles﹞都發生突變，細胞才會失去抑癌功能。所以，癌化通常是細胞經由數十代、數百代的體遺傳﹝somatic mutation﹞，逐漸累積各種內外在治癌因子產生的突變而形成的，其過程是漸進[細胞異常→良性瘤→非侵犯性癌→轉移癌] 而且緩慢的﹝約三十年﹞。

但在這漸進的過程中，只要其中任一細胞產生進一步的癌症突變，它就會不斷的分裂，迅速形成一更惡性的腫瘤。這便是癌化的多因性、逐步性與單株擴張性等特性。基於這些特性，要破解癌化的奧秘唯有靠遺傳學的方法解出每一步癌化過程中的基因變異、造成基因變異的原因、以及基因變異導致細胞生長失控的機制。這是一項極為艱鉅的工程，因為與癌化相關的基因有數百個之多，每種不同的癌症甚至同一種癌症的不同病人，其癌化的關鍵基因均各自不同，在逐步癌化過程中各基因變異的次序也不同。

「人類基因計畫」號稱是繼30年代的泰坦計畫﹝發展原子彈〕、60年代的阿波羅計畫﹝登陸月球〕二十世紀末人類科學史上最偉大的計畫。預計在公元2005年﹝最近已修正為2003年〕完成人類基因體的解讀。其中包含了人類基因體3,000,000,000個DNA單位中的60,000個基因訊息。此一生命訊息的解讀可說是自從Waterson 及 Crick發現DNA奧秘，豎立了生物學「單一基因/單一蛋白」的里程碑以來，人類對生命現象的最完整、最徹底的窺探。隨著此一計畫的快速進展，帶動了癌症研究的大變革。那就是隨著「人類基因計畫」的進行所推動的「癌症基因體解剖計畫」，簡稱CGAP，網址為www.ncbi.nim.gov/ncicgap。CGAP計畫的目標是針對癌症演化的各階段病變的基因表達情形做一全盤性的解讀與分析，以解答癌化各過程中基因表達增減的變化情形，從而瞭解癌症分子致病機轉。其做法突破了傳統的由特定蛋白質或染色體定位尋找基因的策略，而是從整個基因體或代表特定位置、功能的「表現基因庫」中直接找出與特定癌病之特定癌化階段相關的基因。「表現基因庫」有傳統的Cdna庫及「人類基因體計畫」中已解讀的「表現基因片段」。cDNA可來自特定組織中的mRNA，EST則以人工合成。為了大量且有效的篩檢分析，「表現基因庫」可以用顯微機械操作方式排列在微晶片上，稱之為「微基因列陣」，在3公分見方的小晶片中可容納數萬個基因序列。在排列時也可以將ESTs按基因的功能、組織表現等特性分區列陣或分別製作成不同的「微基因列陣」。如何從這些「微基因列陣」中挑出癌症相關基因呢？一般是以RT-PCR方式從特定癌細胞的mRNA擴增出c-DNA來作為探針，再用之與「微基因列陣」中已經定義好的ESTs雜交。如此，這些從癌細胞中擴增出具有「癌專一性」的探針，便可以在微晶片中找出自己的“身份”。當從正常細胞到癌化各階段的專屬基因表達圖譜都解出了，控制癌化過程的基因也就可全部找出。

CGAP及其他隨人類基因體計畫衍生的整合研究結合了分子生物、精密機械及資訊等現代科技，勢必對未來的生物醫學產生革命性的影響。以往一個一個地尋找癌症相關基因的研究方式已經顯得十分落伍，在以「微基因列陣」為研究系統中，新的基因乃是一群群地被找出。以子宮頸癌化為例，以傳統的分子遺傳研究可得到以下的基因變異過程，HPV感染---染色體3p14基因缺失---染色體3p22-24基因缺失---HPV DNA嵌入宿主基因體---染色體5p ,11p基因缺失，及染色體套數的變化﹝aneuploidy〕等﹝2〕，在CGAP模式下，子宮頸癌化過程中從正常上皮—輕度上皮內病變—重度上皮內病變—侵犯癌症—轉移癌症的一系列基因結構、基因表達等變化將可全面地一舉得到解答。
CGAP在歐美正如火如荼地展開，目前的重點在乳房，大腸，前列腺，肺、卵巢等癌症及其相對的正常組織。其成敗的關鍵在（1）用來作探針的癌及正常組織之純度﹝不能含有其他細胞〕與精密度﹝確切的臨床病理學診斷〕；（2）「微基因列陣」之製作與定義；（3）資料分析之效率；及（4）新基因的驗證與分析等。台灣的生物醫學界在這方面不應該缺席，應積極的針對本土盛行及特有的癌症如子宮頸癌、肝癌、鼻咽癌、口腔癌等大力投入同步進行研究。其中尤以佔台灣地區盛行率第一的子宮頸癌的癌化各階段的良性、惡性病灶的定義明確且組織易於取得，更是發展的良好目標。在做法上除了技術層面如「微基因列陣」等生物晶片的製作及分析、癌症組織之收取與顯微切割，生物資訊的軟硬體等外，更重要的是內部整合，基礎﹝新基因搜尋、定性、功能與結構分析、癌症基因變異分析、分子流病分析等）與臨床﹝臨床偵測、組織及細胞病理診斷、手術分期、臨床追蹤、預後評估、臨床試驗等﹞的合作，以及與國外的合作聯繫，推動產業界的參與等。

登錄日期：95年7月12日