菸草致癌研究風雲：科學家與菸草商的鬥智—《p53：破解癌症密碼的基因》

2016/09/21 |

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在 p53 基因中找到菸草致癌的指紋

1990 年代初期，加州杜爾特希望城市醫療中心一間實驗室的主持人格爾德．普法伊費爾（Gerd Pfeifer），正在探索 DNA 損傷與癌症的關係，看看致癌因子是否有留下特別的損傷類型或是「指紋」，足以指認它們就是罪魁禍首。他們的實驗室製造出一種探測器，讓科學家可以在 DNA 鏈上的幾千個基因中定位出個別基因——這就像要在草堆中找出一根針一樣——探測器不斷在 p53 基因周遭發出訊號，這讓普法伊費爾與研究人員米哈伊爾．德尼西科（Mikhail Denissenko）相信，這個基因會是他們研究中必須關注的重點。他們接著觀察菸草對 p53 基因的影響。

「早期的菸草研究清楚顯示，焦油具有高致癌活性。抽菸時在濾嘴處收集到的黑色物質就是焦油，開刀時在老菸槍的肺部也會看到黑色的焦油。它看起來非常噁心。」普法伊費爾從實驗室打電話給我時這樣說。他與德尼西科明白焦油中最具傷害性的成分就是多環芳香烴碳氫化合物（polycyclic aromatic hydrocarbons; PAHs），其中又以 BaP 毒性最高。他們認為這是可用於實驗中讓 DNA 受損的理想物質。

科學家們利用焦油中最具毒性的物質 BaP 來找尋菸草的致癌證據。圖／Denis Defreyne @ Flickr

也有其他學者已經在探討多環芳香烴碳氫化合物進入細胞後的作用。他們的研究顯示，多環芳香烴碳氫化合物不是水溶性物質，因此細胞難以將它清除。為了將這種化合物轉化成某種可以排出的物質，細胞中的機制就啟動生成會黏附到 DNA 上的危險反應物。以 BaP 為例，它那分子式長到令人討厭的轉化物（可簡寫為 BPDE），是目前所發現最強大的致癌基因之一。

編按：BPDE 英文全名為 Benzo(a)pyrene diol epoxide，化學式 C₂₀H₁₄O₃；其中的 Benzo(a)pyrene 就是前文所提到的 B(a)P，中譯為「苯并[a]芘」，化學式 C₂₀H₁₂。

普法伊費爾與德尼西科取出 BPDE，注入不同類型的細胞之中，其中亦包括人類的肺細胞，然後讓細胞自生自滅。過了一至兩個小時後，他們回到實驗室的工作台分離出肺細胞 DNA，並使用特殊技術準確定位出 p53 基因受損的位置。他們發現，位置並非隨機出現。BPDE 總是附著在鳥糞嘌呤鹼基（guanine base）旁的 DNA；鳥糞嘌呤是 DNA 四種基本結構中之一，其 DNA 代碼為 G。基因上有三個被 BPDE 附著的特別「熱點」，分別位於密碼子 157、248 與 273。概括來說，密碼子為三個鹼基所構成的基因片段，其帶有蛋白質基本結構胺基酸的密碼，密碼子的數字決定胺基酸該到哪裡去。

他們最後終於找到證據，證明香菸會產生危害 DNA 的產物。當普法伊費爾與德尼西科將自己的實驗結果比對 p53 基因突變資料庫時，終於發現對抗菸草產業研究案的關鍵。

1996 年時，資料庫已經收錄來自全球文獻五百個以上的肺癌案例。資料庫顯示，大多數的突變都發生在抽菸者身上，極少在非抽菸者身上發生，這與他們的研究結果極為符合：突變發生的位置與 BPDE 所附著的熱點是一樣的，並且亦顯示基因的鹼基產生混亂，鳥糞嘌呤（G）被胸腺嘧啶（T）所取代。

最重要的是，儘管密碼子 248 與 273 是多種癌症的突變熱點，但資料庫顯示密碼子 157 就只在肺腫瘤中發現到。換句話說，整個 p53 資料庫都遍布著 BPDE 的指紋。普法伊費爾與德尼西科於 1996 年 10 月在《科學》期刊中發表了這篇論文，其結論是：

「我們的研究說明了香菸致癌物與人類癌症突變有直接關聯。」

圖／Aaron Van Dike @ Flickr

菸草產業質疑科學

對菸草業者來說，這是個壞消息。這意味著抽菸不只在廣義上危害公眾健康，也跟個別肺癌患者有所關聯。現在顧客更容易為了自己被毀掉的人生，向菸草公司提告求償。跟過往一樣，菸草公司開始嘗試反駁證據。在《科學》期刊上的論文發表後，菸草公司針對投資者、分析師與記者進行了一場演說，英美菸草公司（British American Tobacco Industries）的執行長馬丁．布勞頓（Martin Broughton）說：「抽菸的致病機制目前尚未明朗……《科學》期刊這篇研究的重點應該在於我們要有所體認，目前在了解致病原因上還有重要的未知環節……可能還需要進一步的研究……特別是針對細胞癌變的複雜過程——這是我們與其他人多年來花費數百萬美元試著想了解的過程。」

雷諾菸草公司（R J Reynolds Tobacco）更是公然蔑視研究結果。此公司公開聲明：「大家早就知道 BaP 會造成突變……這些研究學者所說的發現只是巧合。本篇聲明的結論就是，若要說這些研究發現就是肺癌的關鍵，實在過於誇大了。」

有趣的是，《科學》期刊在發表普法伊費爾與德尼西科的研究前一晚，雷諾菸草公司就已經發出聲明——顯而易見地，該公司在事前就已經聽到風聲。

隔年，皮耶．埃諾與在國際癌症研究署的同事蒂娜．赫南德茲—布薩爾德（Tina Hernandez-Boussard），針對自己資料庫中的抽菸患者紀錄，進行 p53 突變位置的詳細分析。他們發表在《環境與健康展望》（Environmental Health Perspectives）期刊的論文，與普法伊費爾以及德尼西科的論文具有同樣的結論：這些突變之中都有 BPDE 的指紋。埃諾說：「我們那時想，就是它了。」當時我們與埃諾一同坐在他里昂家中的客廳，看著為白雪覆蓋的阿爾卑斯山遠景，談論著資料庫在揭開癌症成因上所扮演的角色。

「我們有實驗數據，知道造成突變的物質是什麼；我們可以完美地在實驗室中驗證它的影響，並證明在現實生活中暴露在同樣物質中的人士，也會在完全一樣的位置上產生突變。」

正常的 DNA（左）與因為 BaP 導致基因突變的DNA （右）。圖／Zephyris @ wiki

埃諾與普法伊費爾相信他們的論文讓人無法反駁，但他們在兩年後吃驚地看到兩篇挑戰他們研究結果的論文，認為他們的結果是「過度解釋」。「有人對我們的資料庫進行了一些分析，想證明我們是錯的，說什麼關聯性不在那裡，菸草也許會協助突變發生，但絕對不是主因。」埃諾解釋，「我很吃驚，但我還是要說，我們向來信任科學界裡的人，也認為這些人是誠實的。所以當我看到像這樣攻擊我研究的論文時，會覺得：我的天啊！我是不是遺漏了什麼重要的東西？我是不是犯了什麼嚴重的錯誤？事實上，第一篇論文發表時，署長把我叫到他辦公室說：『這是什麼？給你三天時間，把你所有的數據拿來給我看，如果你在這上面弄錯了什麼，或是扭曲了什麼，可是嚴重的問題。』我那時簡直如坐針氈啊！」

埃諾挺過了再次審核的考驗，讓他鬆了一口氣，而他也開始懷疑起第二篇論文的作者是什麼來頭。那篇論文發表於《突變學》期刊（Mutagenesis），作者名為帝洛．帕施卡（Thilo Paschke），他任職於德國慕尼黑一家研究機構的生物分析研究室。我們談到這裡時，埃諾起身到書房去，回來時手上拿著一個透明資料夾，裡頭有一疊泛黃的文件，這是他被捲入黑幕的證據。「我從來沒聽說過這個傢伙，也沒看過他發表過論文，對他工作的機構也一無所知。」他繼續說，「所以我試著在網路上查詢這間機構，卻找不到任何相關網頁。我只知道一個慕尼黑的地址，所以我打電話到德國電信公司，他們告訴我：『這是德國菸草製造商協會（German Association of Tobacco Manufacturers）的地址。』」