癌是人类的一个大敌，从统计上看癌引起的死因位于第一二位，由此可见癌症对人类危害之大。那么什么是癌呢？癌是肿瘤中恶性病变的总称。机体在各种致癌因素的影响下，局部组织的细胞失去了控制，异常地增生形成局部的肿块，这就是肿瘤，肿瘤可以分为良性、恶性两大类。生长缓慢、对人危害性较小的为良性肿瘤，生长速度较快，对人的危害性严重的为恶性肿瘤。
恶性肿瘤根据组织来源的不同可分为三类。来自上皮组织的称为癌（Cancer），如皮肤癌、乳癌、胃癌等；来源于间叶组织的称为肉瘤（Sarcoma），间叶组织包括结缔组织、脂肪、肌肉、脉管、骨及软骨等，如肌肉瘤、骨肉瘤、淋巴肉瘤等；来源于造血组织的称为白血病（leukemia）。来自上皮组织的癌的种类比肉瘤要多，因此常把恶性肿瘤统称为癌。
或许有人认为癌是近几十年来由于科学的发展，如放射性物质、化学物质的大量使用才出现的。其实不然，癌在很早以前的医书上就有记载。例如我国隋代《巢氏病源论》中，将乳腺癌称为“乳石痈”，形容为结核如石，不痛不痒，硬若石状。至宋朝，将乳腺癌称为乳岩或乳癌。在西方，公元前250年，希腊名医希波克拉底将肿瘤分为良性和恶性两种。可见癌不是近代的产物。但是由于有致癌作用的新化合物的出现，放射性物质的应用，大规模的工业废弃物的堆积，以及环境的污染等，使癌症的发病率有上升的趋势。现代科学的发展为治疗癌症提供了较为有效的方法和药物，使癌症的死亡率有明显的降低，也使人类对癌发生的原因有了较多的了解，对预防癌症提出了有效的措施。
一、癌是怎样产生的
这个问题，中外古今的科学家已经研究了几千年，至今仍没有得到确切的答案；但可以肯定，癌的产生是正常细胞的脱氧核糖核酸（DNA）发生突变，引起其结构和功能的变化，其中有些细胞则成为生长失去控制的癌细胞。
（一）漫话DNA
图4-1DNA的双螺旋结构
DNA是与遗传有关的物质，它是嘌呤和嘧啶与脱氧核糖和磷酸形成的核苷酸连接起来的一个多聚核苷酸的长链，两条互补的长链由于互补碱基间氢键的作用，形成双螺旋状的生物高分子化合物（见图4-1）。在DNA中嘌呤和嘧啶只有四种，即腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G），胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）。互补就是碱基配对的意思。经过对DNA的研究发现，在其双螺旋的结构中正常的碱基对（互补）为A—T与G—C。这种碱基对间形成的氢键使双螺旋的结构有一定立体形状。虽然任何两个碱基间都可以形成氢键，但这种碱基对的形成都会使双螺结构发生扭曲，形成不正常的DNA。
虽然DNA中只有四种碱基，但可以有不同的排列顺序和不同数目的碱基对。因此DNA的种类是非常多的，各种细胞中的DNA都有各自的碱基排列顺序和碱基对数目。DNA中的碱基排列顺序构成密码，起到遗传密码的作用。DNA本身可以复制，由母链的双螺旋经互补原则产生子螺旋，如图4-2所示：
图4-2DNA复制示意图
这样，一条DNA的双螺旋便可以变成两条完全一致的DNA双螺旋。这是在细胞分裂繁殖中一个很关键的步骤，这种复制能够保证遗传密码准确无误地传下去。
在细胞分裂繁殖过程中还需要合成蛋白质，而蛋白质的合成过程是由DNA的遗传密码把遗传信息传递给核糖核酸（RNA），再通过三种RNA的密切合作，完成蛋白质的合成任务。RNA的结构与DNA不同，其差别在于以核糖代替DNA中的去氧核糖，同时以尿嘧啶（U）代替DNA中的胸腺嘧啶（T）。绝大多数RNA是单股链的，但单股链也可以因碱基间的氢键作用而拧成螺旋状，它与DNA由双股链拧成的螺旋是不同的。三种RNA分别为信息RNA（mRNA）、转移RNA（tRNA）和核糖体RNA（rRNA）。mRNA的作用是将DNA一股链上的遗传密码转录到自己身上，也就是其碱基的排列顺序与DNA一致（除了以U代替T之外）。这种碱基的排列顺序称为密码子。tRNA是负责运送特定的氨基酸。tRNA分子有两端，一端将RNA的密码子以配对原则转为反密码子，另一端就根据反密码子携带特定的氨基酸。经研究认为是三个连续的碱基序列决定一个氨基酸的种类。rRNA是蛋白质的合成场所。
（二）DNA的损伤导致突变
DNA的复制和DNA通过RNA来控制蛋白质的合成是一种非常精确而有序的过程，正常细胞的分裂繁殖是严格按照这个过程进行的。因此可以保证机体各部分的细胞不走样地进行生长的新陈代谢，从而保证了各组织功能的正常运行。然而，这个复杂的过程的某一个环节，可能也会发生一些差错。正常健康的人体内，每天都可能产生因复制或转录差错产生的不正常细胞，但是它们不会继续生长繁殖下去，它们会被体内的防御系统（也称免疫系统）如白细胞所消灭；但是由于致癌因素引起的DNA结构和功能的改变（即突变）所产生的细胞，生长速度快，有一些癌变的细胞逃脱了防御系统的歼灭而生存了下来，开始繁殖，从而形成肿瘤。
目前人们对正常细胞癌变的确切过程了解得还不清楚，但因DNA的损伤引起突变是癌变的一个原因，已为科学家们所接受。许多实验证明，一些物理因素和化学因素可以引起正常DNA的损伤。其中对紫外线照射引起的DNA损伤研究得较为透彻。紫外线可以引起DNA分子中一条链上相邻的两个嘧啶碱基以共价键相连接形成二聚体，例如T—T，C—C，T—C二聚体，而以T—T二聚体最容易形成。DNA链中形成T—T二聚体后，胸腺嘧啶不能再与互补链上的腺嘌呤以氢键配对，由此破坏了DNA的结构，影响了其复制的功能。胞嘧啶的二聚体C—C容易脱氨基而变为尿嘧啶二聚体U—U，这个二聚体若经过光复活酶在原位切开后，则形成两个尿嘧啶核苷酸。而尿嘧啶（U）不能与鸟嘌呤碱基（G）配对，而是与腺嘌呤碱基（A）配对，这样就产生了突变。
射线辐射对细胞造成的损伤主要是影响DNA。DNA受辐射的影响是多方面的。首先是碱基的损伤，相对来说，嘧啶碱基比嘌呤碱基对辐射更为敏感。像紫外线影响那样使嘧啶碱基形成共价键的情况虽然也有发生，但不是主要的，其影响是使嘧啶碱基与周围的水分子反应生成各种含羟基的嘧啶化合物，使DNA失去原有的功能。辐射的另一个严重的影响是使DNA链断裂，可造成单链的断裂或双链的断裂。这样也会导致细胞的癌变。
日光浴对人体的健康有利，但在过强的日光下长时间的日光浴有产生皮肤癌的危险，因此要适度掌握日晒的强度和时间，涂防晒霜对预防皮肤癌有一定的作用。
需要说明的是有些因素造成的损伤是可以被修复的，修复后即可返回到正常的功能。例如紫外线造成的DNA损伤是可逆的。波长较短的紫外光（240nm）可以使二聚体解聚，而波长较长的紫外光（280nm）有利于二聚体的形成。
化学因素，例如致癌化学物质可以与DNA作用，使其造成损伤。亚硝胺是一种致癌物，它可以使腺嘌呤碱基（A）变为6-羟基嘌呤（HX），这样就使原来的密码发生了变化。
TAC的反密码为ATG，是形成甲硫氨酸的密码。而THXC的反密码则为ACG，是形成苏氨酸的密码，这样就产生了突变。如图4-3所示：
图4-3
（三）致癌物
致癌物的发现往往是通过对癌症的流行病学研究开始的。所谓流行病学，简单地说就是对某种疾病产生的病因用调查和统计方法进行研究。对癌症的流行病学研究，可以提供一些预防癌症发生的方法和注意事项。
1761年，希尔（J.Hill）指出，过度的使用鼻烟可以导致呼吸道癌的发生。1755年，英国医生波特（Percival Pott）发现清扫烟筒的工人发生阴囊癌的较多，而这种癌在普通人身上很少发生。他认为一定是他们接触烟筒内的煤烟或烟灰造成的。那么避免皮肤与烟筒内的煤烟或烟灰接触可以预防阴囊癌。又如新中国成立后，对我国某地区高发食管癌的流行病学研究，认为可能是土壤中钼的含量过低引起的。土壤中施加钼肥，可以减少食管癌的发生。世界范围对肺癌的流行病学研究，认为吸烟（包括被动吸烟）是引起肺癌的主要原因。所以在世界范围内均开展宣传吸烟的危害和发动禁烟的活动。
1.多环芳烃。自从波特提出煤烟或烟灰可能是引起阴囊癌的原因以后，英格兰、苏格兰和法国的一些医生也先后报道说，煤烟、煤焦油甚至机械用的润滑油可以引起皮肤癌。为了证实这些说法，1889年有人用大鼠做实验，在大鼠皮肤上涂煤焦油，但没有引起皮肤癌。5年后又有人用狗做实验仍旧没有成功。这样人们对煤烟、煤焦油等是引起皮肤癌原因的说法，产生了怀疑。到1915年，日本人山极和市川用煤焦油涂兔子的耳朵，坚持涂了相当长的时期后，终于使兔子的耳朵产生了皮肤癌。这样在波特之后经过了140年，人们才真正肯定煤焦油是产生皮肤癌的一个原因。
煤焦油中含有很多的成分，是否所有成分都能引起皮肤癌，需要进行细致的研究。有人对煤焦油进行蒸馏，分取不同温度蒸出的馏分，结果发现在400℃～600℃或更高温度下蒸出的馏分才有致癌作用。通过进一步的分析，发现这些高温馏分中含有多种多环芳烃，其中3，4-苯并芘，二苯并蒽，3-甲基胆蒽等是强烈的致癌剂。
人们经过对多环芳烃的结构与致癌作用关系的研究，于20世纪40年代提出了“K区理论”，认为K区的电子密度与致癌作用有密切关系。到20世纪70年代，人们在K区理论基础上又进一步认为，湾区角环在代谢过程中的活性是致癌作用的关键。这就是“湾区理论”。
多环芳烃在化学反应上是相当惰性的。它们的致癌作用要归咎于在体内被P-450氧化酶催化氧化。催化氧化是体内的一种主要代谢途径。外来物到体内被氧化（代谢）后可以增加化合物的水溶性，有利于排泄。但有些化合物在体内被代谢后反而产生对人体有毒的化合物。一些多环芳烃类化合物就是后种情况。苯并芘的4，5-位即K区电子密度较高。K区理论认为这部分可以和生物体中的各种亲电性中心如DNA的某些碱基加成，使DNA变异引发癌症；但实际上由于K区的电子密度高，正好容易被P-450酶氧化为环氧化物，环氧化物又能很快被环氧水解酶水解为二羟基化合物，成为没有毒性的物质。这说明K区理论是不正确的。
苯并芘的7，8-位和9，10-位都是P-450氧化酶的氧化部位。7，8-位环氧化物可以很快地被环氧水解酶所水解，成为7，8-二羟基化合物。而9，10-位的环氧因处于湾区角环上，不易被水解，这个化合物可以形成碳正离子进攻DNA碱基，使DNA变性导致癌变。这就是“湾区理论”。
我国学者戴乾圜教授对多环芳烃各位置离域能的研究，提出了致癌机理的“双区理论”，即认为多环芳烃类的致癌作用在结构上必须有两个活性区域。活性区域包括角环、次角环和K区。
多环芳烃的致癌作用已经实验肯定，是一类危险物质。它们存在于煤焦油、阴沟的污泥、汽车排出的废气中，在吸烟的烟雾中也发现它们的存在。因此预防大气污染对于减少癌症的发生是非常重要的。我国已禁止使用由萘制成的卫生球用作衣服的防虫蛀物质，因为萘是来自煤焦油的产物，做卫生球的萘并未经过很好的精制，其中可能带有致癌性的多环芳烃类化合物。
2.亚硝胺类。1937年的一次化学实验室的意外事故后，人们发现亚硝胺类化合物有毒，二甲基亚硝胺可以对人的肝脏造成损伤。1956年，马基（Mageel）发现N-亚硝基二乙胺、N-亚硝基吗啉可以引起大鼠的肝癌。这个实验报告引起了人们对亚硝胺化合物的注意，对亚硝胺类的致癌作用进行了广泛而深入的研究。研究发现，不同结构亚硝胺的毒性是不同的。例如N-亚硝基二乙胺对小鼠的致癌剂量是60mg／kg体重，而亚硝基二乙醇胺对小鼠的致癌剂量是134g／kg体重，N-亚硝基二环己胺则没有毒性。
研究发现，亚硝胺类化合物可以使DNA发生变异，使正常的DNA减少，产生一些突变的DNA。其致突变的一种机制是亚硝胺在体内经P-450酶氧化，在亚硝氨基旁边的碳原子上引入羟基，然后转变为重氮离子或正碳离子。正碳离子对DNA进行烷基化，造成DNA单股链断裂。也可以使鸟嘌呤的羟基烷基化，它可以像腺嘌呤一样与胸腺嘧啶配对，造成突变，影响DNA的复制。
N-亚硝基-N-甲基苯胺在体内代谢并不形成碳正离子，而是形成苯基重氮离子，使DNA的碱基芳基化，有强烈的致癌作用。
亚硝胺不仅是化学工业的产物或副产物，而且广泛存在于我们日常的食品中，如熏鱼、咸肉，不少罐头食品中也有存在。亚硝酸钠作为食品防腐剂添加在一些食品中会产生亚硝胺。因此，在食品中防腐剂的加入量应有规定，不能超过限度。现在有一些食品明确注明不含任何防腐剂，是为了人食用的安全。
1967年，有人总结了70多种亚硝胺在1000多只大鼠身上诱发的实验肿瘤，致癌率最高的是肝癌，其次为食管和咽部癌症。
亚硝胺的化学性质不稳定，遇光、热可以分解，这样使我们食入亚硝胺的可能性大为减少；但是在人体的胃肠道内能够合成亚硝胺，而提供合成亚硝胺的原料——仲胺和亚硝酸盐却广泛存在于自然界。不新鲜的鱼、肉中仲胺的含量较高，这要引起我们足够的注意，不要购买不新鲜的动物类食品。香烟和隔夜茶中也有仲胺存在。亚硝酸盐在各种腌菜和酱菜的汁液中含量也高。硝酸盐在胃肠道中可被细菌还原为亚硝酸盐。土壤及肥料对生长植物中硝酸盐的含量有较大的影响。土壤中若缺乏钼或使用硝酸盐肥料，所种的蔬菜和粮食中含硝酸盐的量就高。盐碱地中生长的植物，硝酸盐的含量也高。动物实验证明，缺锌可明显增加亚硝胺引发癌变的可能性。