缺氧是致癌關鍵!

2012年11月07日

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資料來源:時報出版

作者:張安之 ,李石勇 ,方鴻明

為什麼基因突變會導致癌症?這是因為某些突變後的細胞,會不受整體控制,不斷增殖。

◆ 過度增殖是細胞癌化的第一步

正常的細胞會依據身體的需求來增殖,因此我們不用擔心腦子會長個不停而在腦殼內壓死自己,或傷口新生的皮膚細胞在癒合後繼續長成肉瘤。但突變後的細胞不同,它自顧自的長個不停,形成息肉、腫瘤,甚至到處移轉生長,侵害其他正常的器官。我們可以說,癌細胞之所以會有致病性,其根源就是「過度增殖」,就像一兩隻病毒並不會讓我們生病,要等到病毒在體內大量繁殖時,我們才會感冒。所以,癌症的種類雖然很多,彼此差異也很大,致癌的原因也有所不同,但是不論是哪種癌症、不論是零期還是末期,都有「過度增殖」的共通點。

可是為什麼基因突變,就會導致原本正常的細胞開始不斷的增殖呢?比方說,我們要列印文件時,會在電腦上輸入列印的份數,之後電腦就會將文件連同「列印指令」,傳輸給印表機,然後印表機就會依據電腦傳來的指令將文件印出來。一般情況下,大部分的電腦與印表機都能維持正常運作,但在少數的系統卻發生錯誤,讓印表機印個不停。癌細胞像這系統出錯的印表機一樣,不斷的印出我們根本就不需要的文件,還不肯停下來。

是哪兒出錯呢?問題就出在我們身上的「生長因子」,它的作用就像是電腦發出來的「列印指令」,指示細胞進行增殖複製。一個正常細胞之所以會「癌變」成一個癌細胞,原因之一,就是它碰巧在某些「與生長因子有關的基因」上發生突變。這些突變有的會讓癌細胞製造出超量的生長因子,刺激自己及旁邊的細胞不斷的生長,就像電腦發生錯誤,不斷的送出列印的指令一樣。有些突變讓癌細胞即使沒有收到生長因子的指令,也會持續的瘋長。也有些突變,讓細胞弄錯增殖的數量,原只需要印一份,它卻印成十份甚至一百份。

這些經過某種突變,會過度增殖的細胞,就是「癌細胞」最早的雛型。

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圖片來源/Pixabay

◆ 缺氧加速細胞增殖

除了基因突變會使生長因子過量,缺氧也會使生長因子過量。

癌細胞是處於長期缺氧的。所有細胞獲得營養及氧氣的方式,最主要是藉由密密麻麻的微血管,先將氧氣及營養送到細胞附近,再藉由擴散作用傳給細胞;至於細胞的代謝廢物,也是利用擴散的方法從微血管送走。癌細胞也一樣,但因為過度的增殖,新生的癌細胞會越長離微血管越遠,越遠擴散的效率就越差,使細胞供氧不足而造成組織性缺氧。

當細胞與血管的距離增加到○‧一公釐時,營養擴散還不成問題,但細胞能得到的氧氣卻只剩下原有的五分之一;距離達○‧二公釐時就幾乎完全斷絕氧氣的供給了。○‧一公釐是很短的距離,當一個癌細胞增殖到約一百個子細胞時,中心距離它們的邊緣就大約有○‧一公釐了。因此缺氧對於不斷增殖的癌細胞而言,是很常見的事,甚至可以說:所有的癌細胞都長期缺氧,只是程度有別而已。

但研究顯示缺氧會讓細胞的增殖速度加快。二○一○ 年佛瑞斯通(Catherine E. Forristal) 教授在實驗中發現,在常氧下,胚胎細胞所分泌的各種主要生長因子,竟只有缺氧環境下的二十%~四十%而已。另外,相較於常氧狀態,缺氧會讓更多的細胞進入增殖的狀態(圖九),因此在實驗室培養細胞時,都會利用缺氧來加速細胞的生長。不只是正常細胞,缺氧對癌細胞也有相同的效果,換言之,癌細胞原本生長因子就太多,缺氧還會加劇這個問題,使它再分泌更多的生長因子,也更容易進入增殖狀態,加速腫瘤的擴大。

◆ 缺氧催生癌變速度驚人

早在一九四七年,溫帝斯克(F. Windisch) 便成功的利用缺氧來使正常細胞表現出癌細胞的特徵;一九三一年華堡博士,透過減少三十五%氧氣供給量,短短數天內便讓胚胎細胞癌化;相較起一九一五年日本人山極持續三個月用焦油塗抹在兔子的耳朵上,一年後才發現侵襲性的癌腫瘤而言,「缺氧」催生癌變的速度可謂驚人!

缺氧之所以能較致癌物質更快的催化細胞癌變,是因為自由基或致癌物質引起的基因突變是隨機的。人類擁有約二十九億對遺傳資訊,致癌物質需要剛剛好作用在這幾十億對遺傳訊號上的某些特定位置時,才會使細胞基因發生足以致癌的突變,不是隨便哪兒都行。但缺氧不同,它會增加細胞的生存壓力,當細胞感受到生存危機,做出的反應就是讓自己擁有更強的增殖能力,加速傳宗接代以增加「人口」基數。因此,缺氧能誘發細胞計畫性的調整,而非隨機的突變,具有極強的催化力。

因此癌細胞的快速增殖,並非只是出於基因的突變,而是突變與缺氧共同使力的結果。細胞的增殖牽涉到數十組基因的共同運作,如果單只有一、兩組生長因子的基因發生突變,所造成的改變其實有限,只有再配合上缺氧,才會加速起來。這就好像工廠的生產線一樣,只有其中一、兩個人工作速度特別快,並不會使整條生產線的產能增加太多,但如果老闆一聲令下,不但全線加人,還頒發績效獎金,整體的效率當然就會更為提升。缺氧造成的效用就是如此。

缺氧不只是輔助,華堡博士的研究更證明,「缺氧」本身就是一種「致癌因素」,能使細胞「癌變」。因此,有學者推測,若能減少血液堵塞或血塊所造成的局部缺氧問題,便可能有效的抑制癌症,此一推論亦得到統計上的佐證。邁克斯(L. Michaels) 博士研究了大量心臟病人和中風病人的醫療史,這些病人長期服用抗凝血藥物,維持血液循環,改善細胞缺氧,之後發現接受調查的一千五百六十九名病人,他們的癌症死亡率只有平均值的八分之一。因此,缺氧會造成一種「容易致癌的體質」,若再加上致癌物質的作用(例如抽菸),兩相結合,就會加速特定部位細胞的癌變,這就好像人過度疲勞會體質虛弱,若再受病毒感染就更容易感冒一樣。

info_img《氧生:21世紀最有效的防癌新革命》


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