在各种致瘤因子的作用下,机体的某一细胞或一群细胞脱离机体对细胞生长的控制而异常增生所形成的新生物。正常细胞一旦转变成肿瘤细胞,其结构、代谢、生长、分化等都处于异常状态,且代代相传,最后发展成肿瘤病。对畜禽肿瘤的研究,是与动物病理解剖学的研究同时开始的。肿瘤病因学的研究,则是以1908年鸡白血病病毒的发现为契机
在各种致瘤因子的作用下,机体的某一细胞或一群细胞脱离机体对细胞生长的控制而异常增生所形成的新生物。正常细胞一旦转变成肿瘤细胞,其结构、代谢、生长、分化等都处于异常状态,且代代相传,最后发展成肿瘤病。
对畜禽肿瘤的研究,是与动物病理解剖学的研究同时开始的。肿瘤病因学的研究,则是以1908年鸡白血病病毒的发现为契机,并取得了突破性的进展。美国的费尔德曼(W.H.Feldman)于1932年出版的《家畜的肿瘤》一书是世界上最早的动物肿瘤学著作。中国从20世纪50年代便开始了对畜禽肿瘤的研究并积累了资料。1979年起不少省、市、区开展了畜禽肿瘤普查。1985年中国兽医病理学研究会召开了首届畜禽肿瘤病理学讨论会。中国现已积累了一些畜禽肿瘤病的有价值的资料,包括牛白血病、绵羊肺腺瘤样病、牛膀胱肿瘤、鸡马立克氏病、兔肾母细胞瘤,特别是对鸡的食管癌、鸭和猪的肝癌、猪的副鼻窦腺癌和鳞状细胞癌已取得比较系统的病因学与病理学资料。兽医工作者在鸡群中通过大面积预防接种火鸡疱疹病毒疫苗,使马立克氏病已基本得到控制,是首次应用特异性免疫学方法预防肿瘤病获得成功的范例。
正常细胞组织的生长与分化都处在一种合理的控制之下,这种控制不仅调节着细胞的分裂,还保证细胞只有当需要时才产生新的细胞。除生长激素、促性腺激素和雌激素等对细胞的分裂发生影响外,还有两种局部调节方式:一是生长中细胞的直接接触对分裂的抑制作用,即有丝分裂的接触抑制(con-tact inhibition);二是产生生长调节物质,如生长抑素(chalone)。这两种现象在肿瘤细胞都已不复存在,所以会失去控制而无限制生长。肿瘤细胞和组织的分化程度(成熟程度)较低,有些恶性肿瘤可能完全不分化,退回到胚胎时期的形态。
肿瘤的组织结构和细胞形态,都与其起源的正常组织有不同程度的差异,即肿瘤的异型性。异型性的大小是肿瘤组织分化程度高低的重要标志。恶性肿瘤的异型性大,主要表现为:细胞大小不一,一般比正常细胞大,形状多样,不规则。细胞核较正常大,大小不均,有的为巨核、双核或多核,形状不规则,染色增深。核膜厚而明显,染色质粗大,分布不均,核仁大而数量增多。常可见到非典型核分裂相。电子显微镜下,核明显肿大,核膜凹凸不平,呈波浪状或具有皱褶,线粒体、内质网及高尔基器等均不发达,细胞间的连接松弛,桥粒减少或消失。
肿瘤细胞的染色体的数量和形态异常,常为非二倍体。如正常牛有60个染色体,而白血病病牛的染色体数经常为57、58或是63~65。染色体的形态往往发生断裂、裂隙、重组以及形成环状等变化。
肿瘤细胞的代谢异常,表现在细胞呼吸、酶的特性和水平以及细胞产物等方面。正常细胞的呼吸作用会表现巴斯德效应(Pasteur Effect),即氧浓度升高时,糖的酵解(糖的无氧降解,即一分子葡萄糖转化为二分子乳酸)会受到抑制,乳酸堆积减少。恶性肿瘤细胞则不同,即使供氧量充分,糖酵解仍以高速率进行,出现乳酸堆积,因此恶性肿瘤组织容易发生酸中毒。
肿瘤细胞的酶系统的改变主要表现在:①起源组织的特异性酶的活性降低或消失。如正常肠粘膜组织有较丰富的碱性磷酸酶和酯酶,但肠癌组织中这两种酶的活性均减弱。②起源于不同组织的恶性肿瘤。其酶的改变极为相似,而正常组织则具有各自本身的特异性酶。③恶性肿瘤细胞的氧化酶(如细胞色素氧化酶和琥珀酸脱氢酶)减少。④许多肿瘤细胞的溶酶体酶活性升高。特别是胶原蛋白酶和透明质酸酶,这些酶的增高有助于肿瘤细胞向周围组织侵袭。
肿瘤组织的蛋白质代谢无论是合成或分解都增强,但合成比分解占优势。肿瘤组织不仅能利用吸收的食物营养,而且还能夺取正常组织的蛋白质分解产物合成本身的蛋白质,因此到了肿瘤后期,机体常处于恶病质状态。恶性肿瘤细胞还能合成一些仅见于正常胚胎组织、出生后即行消失的蛋白质,例如结肠癌的癌胚抗原、原发性肝癌的甲种胎儿蛋白等,这是由于基因脱抑制造成肿瘤细胞重新表达的结果。此外,有些肿瘤细胞能合成某种激素,但其起源的正常组织是不产生的,如肺癌细胞能产生促肾上腺皮质激素,称为异位性激素分泌,也是肿瘤细胞分化异常的一种标志。
肿瘤的生长有其自然规律。发展(progression)是一种动力过程,在某种意义上讲,是恶变的同义词。瘤细胞的特征包括:特异分化过程消失、出现更强的侵袭力、细胞群发生遗传上的不稳定性,即原来的细胞克隆中产生进一步突变的后代。发展往往是从瘤前状态开始的,例如马和微型猪的黑色素瘤在发生前会有毛色消褪现象;犬的皮肤和口粘膜的黑色素瘤,则是继黑色素沉着而发生的。缺乏色素的动物,其皮肤一旦曝晒日光,就会产生上皮增生(斑块或乳头状瘤),然后演变为鳞状细胞癌。牛、绵羊和家兔的病毒性乳头状瘤是鳞状细胞癌的前驱损害,日光照射则是其恶化的因子。牛眼的鳞状细胞癌(简称眼癌)是经由斑块、棘皮症、乳头状瘤等变化而成的。
肿瘤发生部分消失或全部消失称为退化(regres-sion),见于犬的组织细胞瘤和传染性生殖器瘤以及牛的眼癌。这种自发消失现象极为罕见,可能是机体免疫功能起作用的结果。
当前各国通用的肿瘤分类法是按肿瘤的组织来源为基础而制订的。世界卫生组织(WHO)比较肿瘤学小组(Comparative Oncology Group)出版的《家畜肿瘤国际组织学分类》是该机构为先期出版的《人体肿瘤国际组织学分类》配套的一本重要文献。肿瘤不论良性与恶性,均以“瘤”(oma)为其字尾,再冠以组织名称,如纤维瘤、腺瘤等。在恶性瘤,如组织来源为间叶组织,则在组织名称和瘤字之间加一“肉”(sarc-)字,如纤维肉瘤、平滑肌肉瘤等。但来自间叶组织的间皮细胞和内皮细胞,则取名同良性瘤,在细胞名称前加“恶性”二字,如恶性间皮细胞瘤。来自上皮组织的恶性肿瘤,则在组织名称和瘤之间加一癌(carcin-)字,如腺癌瘤、鳞状细胞癌瘤等,通常简称为“癌”。黑色素细胞的恶性瘤,则在良性瘤名称之前加“恶性”二字。有些来源于幼稚组织的恶性肿瘤称为母细胞瘤,如肾母细胞瘤、神经母细胞瘤等。
国际抗癌联合会(International Union Against Gancer)根据预后和治疗结果制订了临床分类法(Cli-nical Classification)。世界卫生组织兽医肿瘤学家小组于1986年会同兽医癌症学会(Veterinary Cancer Society)参考上述分类法原则,为动物肿瘤的临床分期提出了目的和要求。
区别肿瘤性质的主要指标见表1。其中最重要的是肿瘤细胞的侵袭力(invasiveness)和转移性(metastasis)。
表1 区别良性与恶性瘤的主要指标
亦称浸润力(infiltration),是指肿瘤细胞侵入和破坏周围正常组织的能力。这除了因为肿瘤细胞生长迅速和丧失接触抑制之外,与肿瘤细胞间的粘着力降低、细胞运动接触性抑制丧失以及肿瘤细胞分泌的蛋白分解酶(如胶原蛋白酶、血纤维蛋白溶解酶、透明质酸酶等)增多等因素有关,都有利于肿瘤细胞的浸润扩散。能转移的肿瘤都具有侵袭力,但有侵袭力的肿瘤不一定都会转移。例如马的皮肤肉瘤和脑胶质细胞瘤以及犬的血管外皮细胞瘤部有侵袭力,但很少转移。
瘤细胞从原发性瘤分离,穿过邻近结构(基底膜、结缔组织),侵入淋巴管、血管或体腔,就地或由此继续扩散到远处器官,发育生长成新的肿瘤。
转移的方式有三:①淋巴性转移。瘤细胞侵入淋巴管,随淋巴流到达局部淋巴结,形成转移瘤,以后可继续转移到其他淋巴结,也可经胸导管进入血流再继发血源性转移。②血源性转移。瘤细胞侵入血管随血流到达其他器官,生长形成转移瘤。肺和肝是原发性肿瘤的第一个滤器,进入肺的瘤细胞来自前腔静脉,来自门静脉的瘤细胞则首先在肝脏形成转移瘤,以后再沿血液循环向远处扩散。③种植性转移。内脏器官的肿瘤侵入浆膜,瘤细胞可以脱落和种植在浆膜上形成转移瘤。
肿瘤的病因极其复杂。它的发生与发展同宿主所接受到的外源性致癌剂(car-cinogen)与辅致癌剂(co-carcinogen)和宿主本身的素质以及三者之间的相互作用都有密切关系,有关环境或宿主方面的资料是从临床病理学观察或流行病学调查得到的。病因学的其他证据,则主要来自实验研究。用动物实验诱发肿瘤或通过细胞培养观察细胞转化,由于都具有再现性和可预见性,能细致地研究致瘤因素及其作用机制。这对动物肿瘤学,同时也对人体肿瘤学的进步都是很有价值的。
肿瘤的病因可分外源性病因和内源性病因两类。
包括生物的、化学的和物理的三个方面。生物因子就其重要性依次为病毒、霉菌、植物和寄生虫。
19世纪末人的乳头状瘤病毒被发现后,20世纪初,鸡的成红细胞性白血病和鸡的肉瘤相继被证明也是由病毒所致。在畜禽,明确的病毒—肿瘤宿主系统已增加到15个(表2)。
表2 家畜家禽中的病毒—肿瘤宿主系统
病毒致瘤的机制:正常细胞经由病毒转变为瘤细胞的过程,称为转化(transformation)。凡具有急性转化力的病毒,有些已查明含有特定的转化基因(trans-forming gene),亦称致瘤基因(oncogene)(表2)。它们能使被感染的细胞发生遗传上的突变,并成为有癌表型(cancer phenotype)的细胞,表现生长加快、存活期延长、粘着力降低、接触抑制性消失、侵袭力与致死率升高,并能逃避机体免疫对它的破坏作用。致瘤病毒作用的共同基础是其基因组能以某种方式同宿主DNA相互结合,或者共同协作,此时细胞的遗传结构即基因型(genotype)发生了根本的可遗传变化,这就是上述癌表型发生的基础。DNA病毒可以直接整合入宿主细胞的基因组中,引起细胞基因组的改变;RNA病毒则先要通过其反转录酶的作用,以其RNA为模板,复制出带有病毒遗传基因的DNA,再整合到细胞的DNA中,引起细胞基因组的改变。以劳斯氏鸡肉瘤病毒为例,它的基因组是RNA,这就需要先由其RNA指导反转录酶把它自己作为模板,以色氨酸tRNA为引物(一种转移RNA,含有70~80个核苷酸,能在与一种氨基酸结合后将其送到核蛋白体,在转移中并入多肽链)。通过催化作用,合成一条与其互补的DNA,称为互补DNA(cDNA)。继而又由DNA聚合酶合成一条同cDNA互补的DNA链。这种新合成的双股DNA称为前病毒(provirus)。此时病毒所感染的成纤维细胞的基因组里就有病毒的基因物质,即src这个致瘤基因。也就是说,原来正常的成纤维细胞,将被怀有src这个致瘤基因的基因组转化为具有癌表型的纤维肉瘤细胞。所以src亦称转化基因。随着瘤细胞的繁殖,就形成纤维肉瘤。由此可见,反转病毒的遗传信息是从RNA流向DNA而代代相传的。所以把这种作用称为反转录作用(reverse transcription),把RNA所指导的DNA聚合酶称为反转录酶(reverse transcriptase)。在分子生物学中,反转录作用是分子遗传中心法则的一个补充。
有些霉菌产生的毒素能引起畜禽的肿瘤,重要的有黄曲霉、杂色曲霉、冰岛青霉、镰刀菌、白地霉等。其中以黄曲霉最为重要,分泌的黄曲霉毒素B1具有强烈的致癌作用。B1毒素属于亲电子反应物,是遗传毒性致癌剂,作用位点为鸟嘌呤的7位N。
对家畜有致瘤作用的首推欧洲蕨(Pteri-dium acquillinum)和毛叶蕨(P.revolutum),在中国贵州、四川等地都有生长。能在牛和绵羊的膀胱引起多种组织源肿瘤,包括乳头状瘤、腺瘤、移行细胞癌、腺癌、平滑肌瘤、血管瘤及纤维瘤等。在实验动物如大鼠的膀胱和肠道能引起肿瘤性生长。病牛的主要临床征象为血尿,血尿的酸性馏分含有致癌性代谢物,能在实验动物膀胱引起肿瘤,但致瘤物质尚未明确。
同家畜肿瘤有关的只在有食道虫(Spi-rocerca lupi)寄生的犬有过报道。病犬的食道下部常有直径1~2厘米的纤维肉瘤或骨肉瘤,其中心常含有一至数条寄生虫,但对其因果关系还缺乏正确解释。
按作用机制可分为两类:①遗传毒性致癌剂(genotoxic carcinogens)。②渐成性致癌剂(epigenetic carcinogens)(表3)。化学致癌剂在家畜引起的自然病例很少报道,资料主要来自致癌实验,并且极大部分是用大鼠、小鼠、仓鼠进行的。
表3 化学致癌剂
所谓遗传毒性是指对生殖细胞和体细胞的核内和核外遗传物质具有毒性、致死性并引起可遗传的变化。所谓渐成性是指同DNA以外的巨分子相互作用。遗传毒性致癌剂都属于亲电子反应物(electrophilic reac-tant),许多能以共价键(即共用电子对)同细胞里的亲核物(cellular nucleophile),如DNA的4个碱基和磷酸二酯骨架结合,形成共价加合物(covalent adduct,指两种物质通过共用电子在化学加成反应后的产物),其中反应性最大的是嘌呤N。亚硝胺在烷化鸟嘌呤时所选择的位点主要是7位N,其次才是6位O。并芘的作用位点则为2位N。2-乙酰氨基芴则有2个位点,一为2位N,另一为8位C。氮芥会在DNA的双股之间或在一股之内造成交叉联接。
致癌剂的终末亲电子形态也能同蛋白质的亲核位点发生反应,如色氨酸、酪氨酸、组氨酸和谷胱苷肽。与蛋白质结合是致癌剂同巨分子相互作用的一个主要形式。
遗传毒性致癌剂还能同核酸结合。各种RNA如tRNA、mRNA、rRNA,都是亲电子致癌剂在进行共价结合时的对象。
在家畜主要是电离辐射和日光。X射线、γ射线、高能α和β粒子以及中子都有电离辐射效应。当细胞处于它们有效辐射距离之内时,其细胞成分就会失去电子和质子,产生离子化的化合物和自由基,这些都是反应性的,能破坏蛋白质和核酸。带来的永久性变化之一就是DNA发生大量单股或双股破裂,从而失去为它本身的复制或为RNA的合成起模板作用,对细胞具有致突变和致瘤的影响。
辐射致瘤的资料在家畜主要来自实验。最常用作辐射致瘤的模型是犬。离子辐射能引起犬的骨瘤、骨肉瘤、软骨肉瘤和血管肉瘤。几乎所有定位于实验动物骨骼里的放射性元素(同位素)都能诱发骨癌。
日光能引起家畜皮肤癌,见于牛(白脸品种如海福特牛)和马的眼周、牛(爱尔夏品种)的阴门、山羊的会阴和乳腺、绵羊的毛稀部分和耳部、犬的下腹部无色素和无毛部分以及白猫的耳翼和外耳。日光是通过其紫外线发生致癌效应的。紫外线辐射是非电离化辐射,但细胞里许多物质都能吸收紫外线。其最大的损害在核酸,能使嘧啶和嘌呤失去正常功能,导致细胞发生突变和癌变。
包括年龄、遗传倾向性和家族倾向性。
细胞受到的内源和外源性致瘤因素的影响是随年龄增长而加强的。衰老引起的机体变化为肿瘤的发生创造有利条件。家畜肿瘤的发生同年龄的关系有三种形态:①从青年到老年的发病率呈上升趋势;②早期的形态同前。但随年龄的增长而下降;③高峰出现于青年期,再度升高则在老年期。这些关系主要存在于生活期较长的家畜,特别是猫、犬等伴侣和玩赏动物。
主要表现为动物发生肿瘤的风险率存在品种间和种群间的差异。根据大量临诊病理资料,这种差异在犬比较明显。如犬的甲状腺癌多见于拳师犬(boxers)、金猎犬(golden retrievers)和垂耳矮脚犬(beagles)。而睾丸瘤则以德国灰毛猎犬(wcimaraner)和锡特兰(shetland)牧羊犬的风险率为最高。牛白血病和猪淋巴瘤在某些种群的发病都有明显增高的报道。
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