115 年 國立臺灣大學病理學研究所《病理學》

Hallmarks of cancer 是指癌症細胞展現出來的六項基本能力，這些能力使它們能夠增殖、逃避免疫系統的偵測、以及侵襲遠處的組織。這些能力並非同時出現，而是癌細胞在演化的過程中，透過基因突變累積而獲得的。

以下是癌症的六大標誌 (Hallmarks of cancer) 的原理與機制：

1. 持續增殖訊號 (Sustaining proliferative signaling)

   • 原理： 正常細胞的生長受到嚴格調控，需要外部生長因子或訊號才能啟動增殖。癌症細胞則能繞過這些限制，自主產生生長訊號，或對生長訊號過度敏感，導致不受控制的增殖。
   • 機制：
     • 生長因子自主產生： 癌細胞可能產生過量的生長因子（如 EGF、PDGF），或其受體（如 EGFR、HER2）。
     • 訊號傳遞途徑活化： 關鍵的細胞內訊號傳遞路徑（如 Ras-MAPK、PI3K-Akt）可能因突變而持續活化，即使沒有外部刺激。
     • 細胞週期調控基因突變： 抑癌基因（如 p53、Rb）失活或致癌基因（如 Myc、Cyclin D）過度表現，使得細胞週期檢查點失效。

2. 逃離生長抑制 (Evading growth suppressors)

   • 原理： 正常細胞受到抑癌基因的調控，在適當的時候停止生長或進入凋亡。癌症細胞則能抑制或逃避這些生長抑制訊號。
   • 機制：
     • 抑癌基因失活： 最常見的是 p53 基因（Guardian of the genome）的突變或失活，它負責偵測 DNA 損傷並啟動細胞週期停滯或凋亡。Rb 基因（視網膜母細胞瘤基因）的失活也會解除對 E2F 轉錄因子的抑制，促進細胞週期進入 S 期。
     • TGF-β 訊號通路失調： TGF-β 通常是強效的生長抑制因子，但癌細胞可能透過突變使其失去抑制作用，甚至轉變為促進生長。

3. 抵抗細胞死亡 (Resisting cell death)

   • 原理： 正常細胞在受損或不需要時會啟動細胞凋亡（程序性細胞死亡）。癌症細胞則能逃避凋亡，即使細胞 DNA 嚴重受損或處於不利環境。
   • 機制：
     • 凋亡路徑抑制： 癌細胞可能下調促凋亡蛋白（如 Bax）的表現，或上調抗凋亡蛋白（如 Bcl-2、Bcl-XL）的表現。
     • p53 功能喪失： 如前所述，p53 對啟動凋亡至關重要，其失活會嚴重阻礙細胞凋亡。
     • 自噬逃避： 癌細胞可能利用自噬來維持存活，尤其是在營養不良或缺氧的腫瘤微環境中。

4. 無限複製能力 (Enabling replicative immortality)

   • 原理： 正常體細胞在分裂一定次數後會進入衰老（senescence），其染色體末端的端粒（telomere）會逐漸縮短。癌症細胞則能克服這個限制，無限次分裂。
   • 機制：
     • 端粒酶活化： 大約 85-90% 的癌症細胞會重新活化端粒酶（telomerase），這是一種能延長端粒的酵素，維持端粒長度，從而允許細胞無限增殖。

此題考驗遺傳學中如何判讀族譜來推斷遺傳模式。族譜中提供了家族成員的性別、患病狀態以及親子關係，這些資訊是推斷基因遺傳方式的關鍵。

推論步驟：

1. 觀察患病個體與性別分佈：

   • 在族譜中，有男性和女性個體患病。
   • 第一代（父母）中，母親患病（affected），父親正常（asymptomatic）。
   • 第二代（子女）中，有三個子女：左邊的子女（性別未標示，但通常用橫線表示）正常，中間的子女為男性，患病（affected），右邊的子女為女性，為攜帶者（carrier，但表現正常，nearly asymptomatic）。
   • 從父母到子女的傳遞來看，患病母親生下了患病兒子和正常女兒/攜帶者女兒。

2. 排除不可能的遺傳模式：

   • X-linked dominant： 如果是 X-linked dominant，患病母親（X^AX^a 或 X^AX^A）會將致病基因傳給所有子女。患病母親（X^AX^a）與正常父親（X^aY）生下的兒子會有一半機率遺傳到 X^A 而患病，女兒會遺傳到 X^A 而患病，或遺傳到 X^a 而正常（若母親為 X^AX^a）。在此族譜中，患病母親生下了正常子女，這與 X-linked dominant 不符（除非是高度外顯不全，但通常不會這樣設計題目）。
   • X-linked recessive： 如果是 X-linked recessive，患病母親（X^aX^a）與正常父親（X^AY）生下的兒子（X^aY）必定患病，女兒（X^AX^a）必定為攜帶者。此族譜中，患病母親生下了正常兒子（即使攜帶者也算正常，若題目未明確標示），這與 X-linked recessive 不符。
   • Y-linked： 只有男性患病，且由父親傳給兒子。此族譜有女性患病，故排除。
   • Mitochondrial inheritance： 由母親傳給所有子女，但患病母親的子女也未必全患病，且正常母親的子女也不會患病。此族譜中的正常父親生下了患病子女，這與母親遺傳不符。
   • Autosomal dominant： 如果是 Autosomal dominant，患病個體通常在每一代都有出現，且男性和女性患病機率相等。患病者通常至少有一位患病親屬。從患病母親傳給患病兒子是可能的。但此族譜中，患病母親生下的女兒是"carrier"，但表現"nearly asymptomatic"，這暗示了這個基因可能具有外顯不全 (incomplete penetrance) 或表現度變異 (variable expressivity)。若母親是雜合子 (Aa)，父親是 aa，則子女有一半機率是 Aa（患病）或 aa（正常）。其中 Aa 的個體可能表現疾病，也可能表現輕微或無症狀。
   • Autosomal recessive： 如果是 Autosomal recessive，患病個體通常出現在同一代，且父母往往是攜帶者（正常）。患病者通常有正常父母。此族譜中，患病母親生下了正常兒子，這與 Autosomal recessive 不符（患病者應為隱性純合子，父母至少要有一方是攜帶者）。

3. 重新檢視 Autosomal Dominant 模式並考慮外顯不全/表現度變異：

   • 該疾病表現為 "Affected" (患病)、"Severely symptomatic" (嚴重症狀)、"Mildly symptomatic" (輕微症狀)、"Asymptomatic" (無症狀)、"Nearly asymptomatic" (幾乎無症狀)，以及 "Carrier" (攜帶者，表現正常)。
   • 從圖示來看，"Carrier" 和 "Nearly asymptomatic" 這兩個標示在同一個個體身上，且該個體看起來是女性。這表示該基因是顯性，但其外顯率不完全，或者表現度差異很大。
   • 假設該疾病由顯性基因 A 所引起，正常基因是 a。
   • 患病母親 (I-2) 可能是 Aa (若其母親 I-1 患病，但族譜未顯示)。
   • 正常父親 (I-1) 則為 aa。
   • 他們生下了左邊的子女 (II-1)，正常，基因型應為 aa。
   • 他們生下了中間的兒子 (II-2)，患病，基因型應為 Aa。
   • 他們生下了右邊的女兒 (II-3)，標示為 "Carrier" 且 "nearly asymptomatic"，基因型應為 Aa。

此題考驗對染色體易位 (translocation) 結合基因融合 (gene fusion) 在腫瘤發生中的作用，以及如何根據融合基因的組成推測腫瘤的特性。

核心概念：
染色體易位 (Reciprocal translocation) 造成基因融合 (gene fusion) 是許多癌症的特徵，特別是某些肉瘤 (sarcomas) 和血癌 (leukemias)。融合基因通常會產生一種異常的蛋白質，該蛋白質可能具備新的功能或失去原有的調控，從而驅動腫瘤的發生。

題目分析：

• 驅動變異： COL1A1 與 CSF1 的 coding regions 形成 reciprocal translocation 及 in-frame fusions。
• COL1A1： 編碼第一型膠原蛋白 (Type I Collagen)。第一型膠原蛋白是細胞外基質 (extracellular matrix, ECM) 的主要成分，廣泛存在於骨骼、皮膚、肌腱等結締組織中。它提供結構支撐，並在細胞黏附、遷移和分化中發揮作用。
• CSF1： 編碼 CSF1 (Colony Stimulating Factor 1)，也稱為 M-CSF (Macrophage Colony-Stimulating Factor)。CSF1 是一個重要的細胞因子，在單核球/巨噬細胞 (monocytes/macrophages) 的生成、分化、增殖和存活中起關鍵作用。巨噬細胞在腫瘤微環境中扮演複雜角色，可促進腫瘤生長、血管生成、免疫逃逸，有時也參與抗腫瘤免疫。
• Reciprocal translocation & In-frame fusion： 意味著 COL1A1 和 CSF1 的基因片段發生了相互交換，並且斷裂點位於編碼區 (coding region)，使得兩個基因的讀碼框 (reading frame) 保持一致，從而產生一個融合基因。

推測腫瘤特性：

1. 組織類型：

   • COL1A1 是結締組織（特別是纖維母細胞 Fibroblast）的重要基因。與膠原蛋白相關的腫瘤，最常見的是肉瘤 (sarcoma)，特別是纖維肉瘤 (fibrosarcoma) 或骨肉瘤 (osteosarcoma)（儘管骨肉瘤更常涉及骨骼組織）。
   • CSF1 作用於巨噬細胞。巨噬細胞廣泛存在於各種組織中，但在腫瘤微環境中尤其重要。
   • 因此，最有可能的組織類型是結締組織，特別是起源於纖維母細胞的惡性腫瘤。

2. 組織學型態特徵：

   • 肉瘤的典型特徵： 惡性增生的纖維母細胞，細胞核大、深染、形狀不規則；可見核分裂象。腫瘤細胞排列成束狀、席紋狀或漩渦狀。
   • 與 CSF1 融合的可能影響： 融合基因可能產生一個異常的 CSF1 蛋白，或者一個與 COL1A1 融合的蛋白質。
     • 如果融合蛋白保留了 CSF1 的活性，它可能會過度刺激腫瘤微環境中的巨噬細胞。這可能導致腫瘤內浸潤大量巨噬細胞（腫瘤相關巨噬細胞, TAMs），這些 TAMs 往往促進腫瘤生長、血管生成和免疫抑制。
     • 如果融合蛋白是 COL1A1 的變異型，它可能影響細胞外基質的生成和結構，進而影響腫瘤細胞的黏附、遷移和生長。
   • 推測的組織學特徵：
     • 腫瘤由惡性的紡錘狀細胞組成，排列成束或漩渦狀。
     • 可能觀察到顯著的腫瘤內炎症反應，特別是巨噬細胞的浸潤。
     • 細胞外基質的異常生成或結構也可能存在。
     • 可能出現骨樣組織（osteoid）或軟骨樣組織（chondroid）的形成，如果腫瘤細胞具有分化潛力。

此題考驗對染色體易位 (translocation) 如何影響原癌基因 (protooncogene) 活化，進而導致腫瘤發生的理解，特別是涉及免疫球蛋白基因座 (IGH) 的情況。

核心概念：
免疫球蛋白重鏈基因座 (IGH locus) 位於染色體 14 號的長臂 (14q)。在 B 細胞的發育過程中，IGH 基因座會發生 V(D)J 重組，以產生高度多樣化的抗體。這個重排過程涉及基因的斷裂和連接，使得 IGH 基因座容易與其他染色體區域發生易位。當 IGH 基因座與一個原癌基因 (protooncogene) 的啟動子 (promoter) 或增強子 (enhancer) 區域發生易位，特別是將原癌基因置於 IGH 的強大調控之下時，會導致原癌基因的過度表達，進而驅動腫瘤的發生。

題目分析：

• 驅動變異： IGH (Immunoglobulin Heavy Locus) 與某個 protooncogene 的 5'UTR 形成 translocation。
• IGH： 位於 14q，是 B 細胞發育和抗體產生的關鍵基因座。其特點是具有豐富的 V (variable), D (diversity), J (joining) 基因片段，以及位於 5' 端（相對於 V 基因片段）的強大增強子 (enhancer) 區域。
• protooncogene： 是細胞正常生長和分化所需的基因，但突變或過度表達後會變成致癌基因 (oncogene)。
• Translocation & 5'UTR： 染色體易位將 IGH 的調控元件（特別是增強子）帶到原癌基因的 5' 非轉譯區 (5' untranslated region, 5' UTR) 附近。5' UTR 位於編碼區之前，對 mRNA 的轉譯效率有重要影響。通常，原癌基因的啟動子 (promoter) 位於其 5' 端，而 IGH 的增強子則位於其 V 基因片段的 3' 端或 5' 端。若易位將 IGH 增強子置於原癌基因的 5' UTR 附近，則可能導致原癌基因 mRNA 的過度產生或轉譯效率的增強。

推測腫瘤特性：

1. 細胞起源：

   • IGH 基因座的重排主要發生在 B 細胞中。因此，這種易位最常與B 細胞淋巴瘤 (B-cell lymphomas) 有關。
   • 常見的例子包括：
     • 伯基特淋巴瘤 (Burkitt lymphoma)： 典型的易位是 t(8;14)，將 MYC (一個重要的轉錄因子，原癌基因) 的編碼區與 IGH 的增強子連接，導致 MYC 的過度表達。
     • 濾泡性淋巴瘤 (Follicular lymphoma)： 典型的易位是 t(14;18)，將 BCL2 (一個抗凋亡基因，在易位後變成致癌基因) 的編碼區與 IGH 的增強子連接，導致 BCL2 的過度表達。
     • 瀰漫性大 B 細胞淋巴瘤 (Diffuse large B-cell lymphoma, DLBCL)： 也常伴有 IGH 相關的易位，例如與 MYC、BCL2、BCL6 等基因。

2. 組織學型態特徵：

   • 取決於哪個原癌基因被活化。
   • 若 MYC 被活化 (如 t(8;14))： 腫瘤細胞通常是中等大小的 B 細胞，細胞核圓形或橢圓形，染色質細緻，核仁不明顯，細胞質較少。常可見凋亡小體 (apoptotic bodies) 和吞噬細胞（"starry sky" appearance）。
   • 若 BCL2 被活化 (如 t(14;18))： 腫瘤細胞通常是濾泡中心母細胞 (centrocytes) 和中心母細胞 (centroblasts) 的混合，形態不規則，細胞核多樣。BCL2 的過度表達抑制細胞凋亡，使得腫瘤細胞在濾泡結構中積累。
   • 若其他原癌基因被活化： 形態學特徵各異，但總體上是 B 細胞淋巴瘤的特徵。

3. 致癌機轉：

   • 過度表達 (Overexpression)： 這是最常見的機轉。IGH 基因座具有非常強大的增強子，這些增強子在 B 細胞發育的特定階段被活化，以確保免疫球蛋白的有效表達。當這些增強子被易位到原癌基因的 5' 端（例如，與 IGH 的 V 區基因片段一起被帶到原癌基因的 5' UTR 附近，或者 IGH 增強子直接靠近原癌基因的啟動子），原癌基因就會在 B 細胞中被異常、持續地高水平表達。
   • 例如：
     • MYC 活化： MYC 是一個轉錄因子，調控細胞生長、增殖和分化。過度表達的 MYC 會驅動細胞週期進展，抑制分化，並促進細胞增殖。
     • BCL2 活化： BCL2 是一個抗凋亡蛋白。其過度表達會阻止細胞凋亡，使原本應當凋亡的受損細胞得以存活和積累，為進一步的基因突變創造機會。

此題考驗對「carcinoma in situ (CIS)」以及與「浸潤性癌 (invasive carcinoma)」之間區別的理解。

定義：
Carcinoma in situ (CIS)，中文稱為「原位癌」或「零期癌」，是指一種惡性腫瘤的早期階段。其特點是癌細胞僅侷限於上皮組織的基底膜 (basement membrane) 以內，尚未侵犯到基底膜以下的結締組織。換句話說，癌細胞已經出現了惡性變化的形態學特徵（如細胞異型性、核分裂異常等），但尚未獲得侵襲和轉移的能力。

與浸潤性癌的關鍵組織學差異：

好的，這是一題關於肺癌組織學差異的經典考題。我們來詳細解析。

這題主要考驗考生對肺癌兩大類別——小細胞肺癌 (Small Cell Lung Cancer, SCLC) 和非小細胞肺癌 (Non-Small Cell Lung Cancer, NSCLC) 在組織學上的區分能力。這兩類肺癌在細胞形態、生長模式、預後及治療策略上都有顯著差異，因此準確的組織學分類至關重要。

題目 6：小細胞肺癌與非小細胞肺癌在組織學上的差異為何?

解題過程：

要回答這個問題，我們需要從幾個關鍵的組織學特徵來比較小細胞肺癌和非小細胞肺癌。這些特徵包括細胞大小、細胞核形態、細胞質含量、核分裂象、壞死以及組織結構。

1. 細胞形態 (Cell Morphology):

   • 小細胞肺癌 (SCLC): 其名稱即點出其最顯著的特徵。SCLC 的細胞非常小，比淋巴球稍大，細胞質極度稀少，呈現「小細胞」的外觀。細胞核呈圓形或卵圓形，染色質細緻，呈彌漫性分佈，有時可見核分裂象。由於細胞質少，細胞邊界常不明顯。
   • 非小細胞肺癌 (NSCLC): NSCLC 包含多種類型，如腺癌 (adenocarcinoma)、鱗狀細胞癌 (squamous cell carcinoma) 和大細胞癌 (large cell carcinoma)。
     • 腺癌: 細胞通常比 SCLC 大，細胞質較多，可呈現腺體結構或分泌黏液。細胞核可呈圓形、卵圓形或不規則形，核仁可能較明顯。
     • 鱗狀細胞癌: 細胞較大，細胞質較多，呈現鱗狀分化特徵，如角化 (keratinization)、細胞間橋 (intercellular bridges) 等。細胞核可呈多形性。
     • 大細胞癌: 細胞較大，缺乏明顯的腺體或鱗狀分化特徵，細胞質豐富，核可呈多形性。

2. 細胞核特徵 (Nuclear Features):

   • SCLC: 細胞核小、圓形至卵圓形，染色質細緻，均勻分佈，呈現「鹽與胡椒」樣 (salt-and-pepper appearance) 的外觀。核分裂象常見且通常活躍，有時可見病態核分裂。
   • NSCLC: 細胞核大小和形態變化較大，取決於具體亞型。例如，腺癌的細胞核可能較大，染色質粗糙，核仁明顯；鱗狀細胞癌的細胞核可呈多形性。

3. 細胞質 (Cytoplasm):

   • SCLC: 細胞質極度稀少，幾乎不可見，這使得細胞邊界模糊。
   • NSCLC: 細胞質含量相對較多，腺癌可見分泌黏液的細胞質，鱗狀細胞癌可見角化。

4. 組織結構與生長模式 (Architectural Patterns and Growth Patterns):

   • SCLC: 常呈瀰漫性、小細胞浸潤，細胞排列緊密，常形成「捏擠」或「印戒」樣 (molding) 的外觀，這是因為腫瘤細胞在堅硬的組織中生長時，被擠壓成特定形狀。腫瘤常侵犯肺泡腔，可見細胞團塊。