1982年，基因點突變的發現，對分子生物學家有著極大的吸引力。他們的一貫目標是將複雜的腫瘤生物學機制變成簡單的基本機制。對癌症的發育，正常細胞基因組的一次突變足矣。他們喜歡這樣的觀點。但是，在同一年，隨著夥伴癌基因的發現，形成腫瘤所必須的突變數目攀升至兩個。但即使是這個數字，對分子生物學家仍有魅力。兩個突變基因代表的複雜度還是容易處理的。然而這個數字仍然遭到非難。到20世紀80年代中期，大多數腫瘤在其發育過程中必須累積的突變數目遠不止兩個，這一點愈來愈明顯。來自流行病學的資料提示癌症形成至少需要六個步驟；很多科學家猜測，其中每一個步驟，代表細胞在走向癌變深淵途中，造就了一個新的突變基因。
這種認識促使人們搜尋預計存在於人類癌細胞基因組中多個突變癌基因。進行搜捕行動的研究人員得到的是意外和深深的失望。他們找不到共存於一個腫瘤細胞基因組中的突變癌基因群體。有些腫瘤擁有CC癌基因，另一些是my c或NyC或erb，B2但同時具備即使是兩個癌基因的，也極為罕見。癌症的發育是連續激活一組癌基因的想法不攻自破。一定有什麼地方大錯特錯了。
擺脫窘境有兩條路可走。要麼和大量間接證據相反，也許腫瘤的確並不擁有多個突變基因。要不然就是癌細胞真的擁有六個甚至更多的突變基因，但大部分和癌基因沒有瓜葛。假定存在的這些基因在人類腫瘤的形成中也許發揮著同樣舉足輕重的作用。誠如是，基因研究者就是在緣木求魚了。他們一葉障目，不見泰山，把癌基因當做了致癌基因的全部，犯了方向性錯誤。
到20世紀80年代中期，終於在人類腫瘤DNA中找到了和癌基因迥異的突變基因。新來者被稱作「腫瘤抑制基因」。這項發現填補了人類腫瘤形成之謎中的一大漏洞。這種新基因類型的發現，所進行的實驗與病毒研究、基因克隆、基因移植（1975年以後的10年中，這類實驗使人們對癌基因的興趣陡增）相去甚遠。
研究者們採用的是一種叫做「細胞雜交」的奇特的實驗程序。牛津大學的亨利·哈里斯（Henry Harris）是運用這種技術的高手，他們讓細胞群生活在培養皿底部，並且使它們互相融合。哈里斯及其後來者通過這種融合——實即細胞間的交配——發現了有關癌細胞內部基因行為的真相，其中包括腫瘤抑制基因的發現。
在20世紀70年代中期開始細胞融合實驗前很久，遺傳學家已經在生物體之間進行了交配實驗。如前所述，19世紀60年代奧地利修土格雷戈爾·孟德爾第一次進行了系統的遺傳交配研究，他對不同品系的豌豆屬植物做了雜交實驗。他的工作在整整一代人中湮沒無聞，直到1900年才重見天日。他發現的遺傳定律奠定了現代遺傳學的基礎，引出生物信息是由不同的信息包傳遞的觀點，這種信息包後來被稱作基因。
遺傳學在20世紀的突破性進展揭示，所有生物體，包括最簡單的單細胞生物體如細菌和酵母菌都以基因作為傳宗接代的模板。而且事實上，從細菌到人類，所有的生物體都演化成具有精細複雜的交配機制。各物種的根本動機是相同的，而且顯而易見：交配使得物種成員的基因能夠交換和融合。因為所有物種都是由遺傳上多姿多彩的個體組成的種群，交配提供了檢驗新的基因組合的機會。新的基因組合有可能繁衍出比父母更適於生存的子代。反過來，這種不斷增強的適應性又為進化開闢道路。
控制遺傳特徵不同的個體之間的交配，成為研究基因行為的強大工具——尤其可以搞清交配中一方的基因是如何和另一方的基因融合的。細菌和酵母菌能夠互相交配，而哺乳動物的組織細胞則缺乏這種能力。哺乳動物細胞之間惟一自然的交配是精子和卵子的融合。這一事實妨礙了研究者觀察不同類型細胞——比如一個人的骨細胞和另一個人的骨細胞或者同一個人的骨細胞與肌細胞——的交配結果。
哈里斯試圖規避自然強加的束縛。首先，他迫使培養皿中的動物細胞彼此融合。這些細胞的融合儘管存在高度的人為性，但它們提供了使不同來源的細胞彼此交配的途徑。在培養皿中，某些病毒顆粒能夠使一個細胞與相鄰的另一個細胞的外膜相互融合，哈里斯採用的融合技術正是倚重了這些病毒的本領。結果是兩個母細胞的細胞核共享一個細胞外膜。不久，兩個細胞核也會融合，它們的基因融會在單一的細胞核之中。
在一定條件下，可能有幾十個細胞同時捲入融合的漩渦，形成太過笨拙以至於不利生長和分裂的細胞巨無霜。但是在兩個細胞之間進行的融合要有趣得多。細胞對的雜交後代可以生長、分裂，將來源於母細胞雙方的基因子子孫孫地傳遞下去。
和絕大多數婚姻一樣，只有當配偶雙方存在很大差異時，兩個細胞的交配才會有趣。人們對遺傳學感興趣，是因為人們總想預測後代的特徵。究竟哪一方的基因更有影響力？
人類遺傳學引來類似的問題：小約翰的眼睛會像父親還是母親？他會有父親那樣的紅頭髮還是母親的棕髮？
結果常常難以逆料，說明雙親各自提供的基因正在展開爭鬥。就整個生物體而言，不論酵母菌還是人類，交配後代擁有兩份作為特定形狀模板的基因副本。這兩份基因副本的信號也許有矛盾之處。約翰從父母身上也許繼承了一個棕眼珠基因和一個藍眼珠基因。問題是哪一個基因將最終決定他眼珠的顏色。
贏家常被稱作顯性基因，輸家則是隱性基因。顯性基因在影響細胞的新陳代謝方面常常更具權威。例如，眼珠顏色的顯性基因可能有合成眼睛色素的能力，而隱性基因則無能為力。
基於上述考慮，哈里斯把人類和齧齒類動物的細胞以不同的組合進行融合實驗，試圖搞清它們的基因是如何融為一體的。最讓人興奮的是對正常細胞和癌細胞的包辦婚姻。他將要把這些細胞混養在一個培養皿中，將它們按對融合，然後研究正常細胞和癌細胞的雜交後代有何表現。
細胞雜交的結果似乎一清二楚。癌症在生物體內屬於顯性因素，腫瘤細胞的生長無疑也要比正常細胞勢頭更猛。因此，如果將癌細胞和正常細胞融合，癌細胞生猛的基因必定會呈現壓倒性優勢。照此推理，雜交細胞雖然擁有兩套基因，但它的表現一定會類似親代癌細胞。將這個雜交細胞注入小鼠或大鼠，應該能播下腫瘤的種子。
但是哈里斯的發現截然相反。正常細胞和癌細胞的雜種從無導致腫瘤的能力。盛極一時的預測犯了一個180」的大錯誤。正常細胞的生長基因居顯性地位；致癌基因則是隱性的。
對哈里斯得出的怪誕結論只有一個合理解釋，正常細胞似乎擁有調控正常細胞生長的基因。相反，腫瘤細胞在其癌變途中必定拋棄了這些基因，因而也就不受這些基因的正常化生長特性的影響。哈里斯安排在培養皿中的兩個細胞洞房花燭之後，由正常細胞方提供的正常化基因，重新取得了對癌細胞的控制權，迫使細胞生長浪子回頭，步入正途。
這種魔高一尺，道高一丈的思路還可以深入下去。正常細胞的基因似乎在使細胞放慢生長的腳步。事實上，它們就好比剎車，使細胞能夠抵禦瘋長的傾向。由於癌細胞喪失了這些基因，它們也就沒有了剎車機制。一旦細胞雜交給癌細胞重新安裝了剎車機制，它的瘋長勢頭就被阻遏了。現在，終於可以給狂奔的烈馬——癌細胞的無限生長趨勢——套上籠頭了。
上述研究結果和癌基因是顯性的流行看法無一相合。而後者是研究人員對癌基因10年研究的結晶。將被突變激活的癌基因注入攜帶正常原癌基因的細胞時，無疑癌基因應占統治地位。它們奴役正常基因，迫使細胞失控生長。這就是說，原癌基因作為隱性基因副本，具有促進細胞按部就班、正常繁衍的功能；而突變癌基因是亢進的顯性表達形式，是癌細胞不懈增殖的推動力。
因此，由於哈里斯的生長正常化基因有著與原癌基因及癌基因極為不同的功能，有必要賦予它一個新的名稱。根據它在細胞融
·48·合中的表現，它被稱作腫瘤抑制基因。原癌基因亢進的顯性形式和惰性、隱匿表達的腫瘤抑制基因似乎在癌症的形成中都有不俗表現。
儘管要通過基因克隆技術分離出腫瘤抑制基因還須花上好幾年時間，但是鐵證如山，一切試圖弄清癌症遺傳基礎的研究人員，都不能無視腫瘤抑制基因的存在。
至此，癌症舞台上已經有兩組基因演員登場亮相，每一組在控制細胞生長的機制中發揮著不同的作用。原癌基因宛如汽車的油門踏板，它的突變癌基因形式好比將油門一踩到底。相反，腫瘤抑制基因的功能就像到車，當正常細胞發育成癌細胞時，它們可能拋棄或者失活腫瘤抑制基因，導致剎車機制的缺陷。上述任一種機制似乎都可闡明細胞瘋長的原理。
癌症的形成存在兩種大相逕庭的解釋，應該有所取捨。會不會有些腫瘤細胞通過一種機制實現癌變生長，而其他細胞則採用另一種機制呢？抑或癌細胞內部同時運作著兩種機制？也許，踩足油門和剎車故障協力促成了癌症的發育。
山重水復疑無路，答案不會那麼快產生。但是，腫瘤抑制基因的發現確實開啟了癌症研究的另一扇大門——癌症的遺傳性。癌症常常有家族史，腫瘤抑制基因為許多家族性癌症的起源提供了一個理由。眼睛裡的癌
哈里斯的研究顯示，腫瘤抑制基因的喪失在某些癌症的發生發展中起著關鍵作用。一旦細胞摒棄了該基因的抑製作用，細胞的生長程序也就猛然啟動了。剎車失靈了，汽車就如脫韁野馬，難免失控。
細胞可以有很多方法失活或拋棄基因。幾乎所有方法都是經由構成基因的DNA序列發生突變完成的。基因中間常有大段DNA鹼基鏈缺失。偶爾，染色體中包含很多基因的某個區域會個被拋棄。
但是，細胞去除一個基因的最簡便、因而也是最常用的方法要微妙得多。在基因的鹼基序列中只有一個鹼基的變化——即點突變——最為常見。儘管微乎其微，但是如果這個改變發生在基因的某個關鍵序列上，會引發致命的後果。點突變可能在基因中插入某些不當的標點符號；由於這些標點通常標識著基因的結束，它們可能導致提前中斷基因閱讀，引起該基因指引的蛋白質縮量合成。此外，基因的蛋白質產物在其氨基酸鏈中可能發生某種改變，導致該蛋白質功能失調。不管突變範圍大小如何，結果是一樣的：細胞將無法得到突變基因的服務。
事實上，喪失腫瘤抑制基因的過程要比上面所講的更為複雜。幾乎所有的人體細胞都擁有兩份基因副本，它們分別來自父母雙方的基因。就腫瘤抑制基因而言，兩份基因副本給細胞提供了雙保險。萬一細胞意外失去了一個腫瘤抑制基因，另一份副本中的腫瘤抑制基因可以是絕好的替補隊員。在減緩細胞生長方面，半個剎車墊幾乎總是和一整個難分高下。
這種雙保險體現了人體為防止癌症形成的一般做法。細胞不大會丟失一個腫瘤抑制基因，至於同時失去兩個，更是非常不可能。特別是通過突變失活而喪失基因，在每代細胞中通常只有百萬分之一的可能性。因此，每代細胞同時丟失兩份基因副本的概率是百萬分之一的平方。可是，由於複雜的遺傳機制，實際風險要高一點——高於十億分之一，下文將討論這樣一些機制。即便如此，細胞粗心大意地丟失兩份重要的生長控制基因的概率還是很小很小的，這就為阻止細胞瘋長壘起了一道高高的屏障。
連續兩記猛擊剔除腫瘤抑制基因的原動力，是多種腫瘤形成的關鍵。在研究一種罕見的眼睛腫瘤——視網膜神經膠質瘤時，我們第一次認識到這種動力。這種腫瘤只發生在六七歲以下的兒童中，而且發病率只有兩萬分之一。美國每年死於癌症的人超過50萬，但是每年新發的視網膜神經膠質瘤病例只有200出頭。這種罕見的腫瘤似乎源自胚胎視網膜細胞，這些細胞通常必定會長成光感受器——視桿細胞和視錐細胞，感知光線並將電信號通過視神經傳遞到大腦，以此對光作出反應。
該病可分成兩類。散發性視網膜神經膠質瘤患兒並無曾患此病的近親。而在家族性病例中，家族幾代成員中常有不止一個人患有這種本來很罕見的惡疾。
1971年，德克薩斯的兒科醫生艾爾弗雷德·克努森（AlfredKnudson）提出一個理論，將兩類視網膜神經膠質瘤統一在一把遺傳之傘下。他認為一個視網膜細胞必須經過兩次基因突變才能發展為視網膜神經膠質瘤。散髮型中，要麼是在胚胎發育過程中，要麼是在出生後不久，某個視網膜細胞相繼發生兩次突變，而後才開始失控生長。
克努森認為該病的家族型發生兩次突變的情況大有講究。在最終發育成嬰兒的受精卵中已經出現了一次突變。這次突變也許是從患有同樣疾病的父母一方繼承而來，也許是在精子或卵子的形成過程中發生的，而後突變傳遞給發育著的胚胎的所有細胞。相應地，新生兒的所有細胞——最重要的是包括了視網膜細胞——獲得了一份突變基因副本。此後，任何一個視網膜細胞只須再來一次突變就能滿足誘發眼癌必須的雙重突變條件。
回想一下襲擊除性腺以外所有細胞基因組的體細胞突變。由於突變的發生純屬偶然，因而同一個視網膜細胞發生兩次體細胞突變的可能性是極小的。實際上，在400O名兒童中只有1名患有散發性視網膜神經膠質瘤；而且患兒視網膜腫瘤的數目總是只有1個。
相反，家族性視網膜神經膠質瘤發病時，一次偶然的體細胞突變就足以引發腫瘤暴長。由於視網膜中靶細胞的數目龐大（超過1000萬），而且單細胞突變的概率為百萬分之一，因此繼承了突變基因和相關的視網膜神經膠質瘤易患體質的兒童，雙眼常常有多個腫瘤發生。這種情況下，每一個視網膜細胞事實上已經危如累卵，一次體細胞突變就可令它踏上不歸路。
到20世紀即年代中期，有關突變和受窮變影響的基因情況已趨明朗。兩個靶基因是坐落在人體第13對染色體上的一個基因的兩份副本，它們因為與視網膜神經膠質瘤的相關性而被稱作Rb基因。克努森預計每次突變敲掉其中的一份Rb基因副本。當只有一份基因副本失活時，該視網膜細胞仍可憑借倖免於難的另一份基因繼續完全正常地生長。然而如果喪失了兩份Rb基因，控制細胞繁殖的機制就會被破壞殆盡——細胞失去了它的剎車。
哈里斯細胞融合實驗預言的腫瘤抑制基因的所有特徵，在Rb基因身上均有體現。正常細胞基因組中有Rb基因存在，腫瘤細胞基因組中的Rb基因則或缺失或功能性失活。但是現在，在哈里斯早期研究成果的基礎上產生了新的見解。首先，腫瘤抑制基因功能的喪失分成兩步，即兩份基因副本次第消失。其次，通過精子或卵子，腫瘤抑制基因的缺陷形式能夠由父或母傳遞給子女，導致對腫瘤的先天易患性。
在我和撒迪厄斯·德裡雅（ThaddeusDryia）各自實驗室的共同努力下，通過基因克隆分離了構成Rb基因的DNA序列。克隆使我們能充分估計Rb基因在人類癌症的起源中扮演的角色。乍看之下，Rb基因的作用僅限於引起這種罕見的兒童視網膜腫瘤。可是實際上，所有這類腫瘤中的Rb基因似乎都發生了突變。此外，已知幼年曾患家族性視網膜神經膠質瘤的兒童在青春期罹患骨癌（骨肉瘤）的風險會有上升；此類腫瘤亦可見Rb基因功能喪失。
20世紀80年代末，利用最新克隆的Rb基因揭示，三分之一以上的膀胱癌和一小部分（約10％）的乳腺癌中亦有Rb基因喪失，兩種都是經由靶器官中的體細胞突變造成的。小細胞肺癌（small－cell lung carcinomas）是煙民最常見的死因之一，對它進行遺傳分析的結果令人大吃一驚。所有此類腫瘤，在其形成過程中，幾乎都相繼拋棄了兩份Rb基因副本。
我們開始認識到，相對我們最初的設想，即Rb基因僅與一種罕見的兒童腫瘤有關，Rb 基因事實上在癌症的起源中扮演著遠為廣泛的角色。長長一串與Rb相關的癌症類別導致了一個主要疑問：是什麼共同的性狀把全身上下這許多不同患病器官的細胞聯繫在一起？身體內所有細胞的Rb基因都起著抑制生長的作用，為什麼這些特定組織在喪失Rb基因後特別容易癌變呢？謎底也許要再過很多年才能揭曉。喪失多樣性現在我們已經知道了一打以上的腫瘤抑制基因，Rb基因只不過是名單上排名靠前的一個。找出這些基因並非易事。只有當它們缺失時，才能凸顯出它們的存在。怎樣才能找到這些行蹤詭秘在幕後影響細胞的基因呢？其中，有部分基因與視網膜神經膠質瘤這樣的家族性癌症相關；同Rb基因一樣，它們突變後的缺陷形式能夠通過生殖細胞路徑傳遞。其他腫瘤抑制基因則與先天癌症易患性並無關聯。體細胞突變就地襲擊這個或那個靶器官，然後次第消滅基因的兩份副本，使腫瘤抑制基因銷聲匿跡。巧施一計，我們可以追蹤到其中的許多基因。計謀得逞，端賴於腫瘤發育過程中腫瘤抑制基因兩份副本喪失的具體遺傳機制。最直接的途徑是，每代細胞中喪失一份基因副本的頻率都是百萬分之一。然後，同一細胞或者它的一個直系後代又發生一次百萬分之一機會的突變，擊垮了另一份倖存的基因副本。失去兩份基因之後，細胞啟動失控生長。如前所述，同一細胞（或一小群細胞）經歷兩次突變的概率是由每次突變發生的概率決定的，每代細胞概率約為萬億分之一（百萬分之一的平方）。概率這般微小，說明在人類正常的壽命週期中，發生這種事件是極為罕見的。在消除第二份腫瘤抑制基因時，腫瘤細胞通常走了一條捷徑。由於人類染色體對中的兩個夥伴（例如第13對染色體中，每一個都有一份Rb基因副本）總是肩並肩站在平行隊列之中，彼此打量、比較各自的DNA序列，然後交換遺傳信息。一個常見後果是，一個染色體中的某個基因序列替代了對方的對應序列。在信息移之前，一對染色體各自的基因可能有著兩種不同形式；信息轉移後，一種形式喪失了，代之以原本存在於另一個染色體中的基因的第二份副本。結果導致細胞內有兩份一模一樣的基因副本，而它們原來應該是各具特色的。
細胞內部遺傳多樣性的喪失常被稱作「喪失雜合性」。基因的兩份副本以同一面目示人——它們同化了。1000次細胞分裂中就有1次會發生這個或那個基因同化的情況。因此，通過這種方法，腫瘤抑制基因完好無損的另一份副本仍有可能輕易丟失。亦即完好的基因副本被拋棄，代之以已經突變的、有缺陷的基因的備用副本。基因同化的概率是百萬分之一（基因第一份副本失活的概率）乘以千分之一（複製失活基因、丟棄活性基因），得出每代細胞十億分之一的概率。
癌前腫瘤細胞在癌變過程中，常用此計消除抑制其生長的腫瘤抑制基因的兩份副本。它們首先經過突變，失活腫瘤抑制基因的一份副本；然後通過喪失雜合性的同化過程，消滅第二份副本。尤為重要的是，導致同化的染色體信息交換並不局限於腫瘤抑制基因的範圍，而是常常涉及染色體上該基因周圍的大片區域。一個染色體上，處在腫瘤抑制基因左右兩側的幾百個基因也發生了同化現象。
當然，相鄰基因副本的同化與發育著的腫瘤細胞的生長無關。它們只不過是無辜受株連的旁觀者。腫瘤細胞使用同化計謀要對付的大敵只是腫瘤抑制基因。
相鄰基因的命運為那些試圖定位、分離新的腫瘤抑制基因的遺傳學家提供了突破口。因為它們喪失了雜合性，所以人們能對散佈在腫瘤細胞染色體中的一大堆隨機選擇的基因進行分析。那些在正常細胞DNA中呈現出兩種不同形式，而在他身上的癌細胞中以相同形式出現的基因，正是遺傳學家們搜尋的目標。不論何種基因，只要喪失多樣性，就意味著它在染色體中靠近某個腫瘤抑制基因，而後者正是腫瘤細胞發育過程中同化的真正目標。
按照這種邏輯，遺傳學家在腫瘤細胞基因組中進行了幾百次搜索，尋找在腫瘤發育中被反覆同化的染色體區域。他們疑心這些區域就是腫瘤抑制基因的藏身之處。這些區域一旦被定位，遺傳學家就可以運用基因克隆技術找到並分離出嫌疑分子。
迄今為止，基因克隆者們發動的大搜捕已經網羅到了一打以上的腫瘤抑制基因。幾乎所有的結腸癌在其發育過程中，A戶〔基因附近的染色體區域都被同化了。神經纖維瘤的誕生過程中，NF－l基因臨近區域喪失了多樣性。某些兒童腎癌中WT－l附近的染色體區域可見同樣命運，而成年人患此病症時則有VHL區域同化。多種腫瘤發育中可見p16基因喪失雜合性。
這份花名冊給人的印象是人類基因組擁有很多的腫瘤抑制基因。預計有三四打之多，但這個數字太不精確了。先前的遺傳發現導致克隆Rb基因，這次發現了這麼多基因也引來一個至今未能揭開的謎團：儘管這些基因中絕大多數可以存在於全身上下很多種細胞中，但是大多數基因在喪失時僅會對某些特定組織的生長產生強烈影響，其他組織毫髮無損。
但是相對以特定組織為目標的模式而言，某些基因仍然特立獨行。p53腫瘤抑制基因在許許多多的癌症中都有不俗表現，多達60％的人類癌症中出現p53的突變形式。p53基因的突變形式還能由父（母）傳給子女，後者因而終身具有對癌症和肉瘤的廣泛易患性。
尋找新的腫瘤抑制基因仍然是費勁的。每一個基因的發現都需要很多人花費很多年的心血。畢竟，發現某類腫瘤細胞的染色體中有喪失雜合性現象的存在，對於分子狩獵隊僅僅意味著一個起點，還要梳理幾百萬個DNA鹼基才能找出一個目標腫瘤抑制基因。
由於人類基因組工程在人類基因的分類和定位方面不斷取得進展，新的腫瘤抑制基因的發現過程得以大大簡化了。原來找出一個基因要花幾年時間，在不久的將來就能壓縮到幾個月，癌症遺傳之謎的許多空白也將得到填補。掌握了這些基因，我們就能圍繞腫瘤在癌變道路上累積的突變癌基因和腫瘤抑制基因，寫出許多腫瘤的詳實的發展史。
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