บทความหลัก: การเกิดมะเร็ง

โรคมะเร็งเกิดจากการกลายพันธุ์อย่างต่อเนื่อง การกลายพันธุ์แต่ละครั้งจะเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมบางอย่างของเซลล์ ตามรูป การกลายพันธ์ทำให้ยีนต้านเนื้องอกไม่ทำงาน เซลล์เพิ่มจำนวนตามปกติ การกลายพันธ์ทำให้ยีนซ่อมดีเอ็นเอไม่ทำงาน การกลายพันธ์ของยีนมะเร็งขั้นต้นสร้างยีนมะเร็งเต็มต้วหนึ่งต้ว การกลายพันธ์ทำให้ยีนต้านเนื้องอกจำนวนมากยิ่งขึ้นไม่ทำงานจนกระทั่งมะเร็งกระจายตัวออกไป

พันธุศาสตร์

โรคมะเร็งโดยพื้นฐานเป็นโรคของการล้มเหลวในการควบคุมการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อ ในการที่จะให้เซลล์ปกติเปลี่ยนให้เป็นเซลล์มะเร็ง ยีนที่ควบคุมการเจริญเติบโตของเซลล์และแยกความแตกต่างจะต้องมีการเปลี่ยนแปลง[62]

ยีนที่ได้รับผลกระทบสามาถแบ่งออกเป็นสองประเภทกว้าง ๆ คือ 1. ยีนก่อมะเร็ง (อังกฤษ: oncogenes) เป็นยีนที่ส่งเสริมการเจริญเติบโตและการเพิ่มจำนวนของเซลล์ 2. ยีนต้านเนื้องอก (อังกฤษ: Tumor suppressor gene) เป็นยีนที่ยับยั้งการแบ่งตัวและความอยู่รอดของเซลล์ การแปลงร่างของเนื้อร้ายสามารถเกิดขึ้นได้ผ่านการก่อตัวของ oncogenes แบบนวนิยาย (เป็นการออกฤทธิ์ที่มากเกินไปอย่างไม่เหมาะสมของยีนก่อมะเร็งปกติ) หรือเกิดขึ้นโดยการออกฤทธิ์หรือการปิดใช้งานที่น้อยเกินไปของยีนต้านมะเร็ง โดยปกติแล้วการเปลี่ยนแปลงในยีน"จำนวนมาก"จะต้องเป๋นการเปลี่ยนจากเซลล์ปกติให้เป็นเซลล์มะเร็ง[63]

การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมสามารถเกิดขึ้นได้ในระดับที่แตกต่างกันและโดยกลไกที่แตกต่างกัน การได้รับหรือการสูญเสียของโครโมโซมทั้งมวลสามารถเกิดขึ้นได้ผ่านความผิดพลาดในกระบวนการแบ่งเซลล์ (อังกฤษ: mitosis) ที่พบกันมากกว่าเป็นกระบวนการกลายพันธุ์ที่มีการเปลี่ยนแปลงในลำดับนิวคลีโอไทด์[64]ของจีโนมิกส์ดีเอ็นเอ

การกลายพันธุ์ขนาดใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับการลบออกหรือการได้รับส่วนหนึ่งของโครโมโซม การขยายจีโนมจะเกิดขึ้นเมื่อเซลล์ได้รับหลาย ๆ สำเนา (มักจะ 20 สำเนาหรือมากกว่า) ของตำแหน่งโครโมโซม (อังกฤษ: chromosomal locus) ขนาดเล็กที่มักจะมียีนมะเร็งหนึ่งตัวหรือมากกว่าหนึ่งและสารพันธุกรรมที่อยู่ติดกัน การโยกย้าย (อังกฤษ: transloacation) จะเกิดขึ้นเมื่อสองภูมิภาคของโครโมโซมที่แยกจากกันมีการหลอมเข้าด้วยกันอย่างผิดปกติ โดยมักจะเกิดขึ้นที่ตำแหน่งที่เป็นลักษณะสมบัติ ตัวอย่างที่รู้จักกันดีเป็น'ฟิลาเดลเฟียโครโมโซม' หรือการโยกย้ายของโครโมโซม 9 และ 22 ซึ่งเกิดขึ้นในโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวเรื้อรังแบบ myelogenous และส่งผลในการผลิตโปรตีนฟิวชั่นแบบ BCR-ABL, ซึ่งเป็น tyrosine kinase (เอนไซม์ขนิดหนึ่งที่สามารถเปลี่ยนฟอสเฟสแบบ ATP ให้เป็นโปรตีนในเซลล์ มันทำงานเหมือนสวิทช์ปิด-เปิดในหลายหน้าที่ของเซลล์ มันเป็นชั้นย่อยหนึ่งของโปรตีนไคเนส)ที่เป็นยีนมะเร็งชนิดหนึ่ง

การกลายพันธุ์ขนาดเล็กจะรวมถึงการกลายพันธุ์, การลบออกและแทรกเป็นจุดจุด ซึ่งอาจเกิดขึ้นในภูมิภาคส่งเสริมของยีนและมีผลต่อการออกฤทธิ์ของมัน หรืออาจเกิดขึ้นในลำดับการเข้ารหัสของยีนและปรับเปลี่ยนฟังก์ชันหรือความมั่นคงของผลิตภัณฑ์โปรตีนของมัน การหยุดชะงักของยีนตัวเดียวยังอาจเกิดจากการรวมตัวกันของวัสดุจีโนมจากดีเอ็นเอไวรัสหนึ่ง(หรือ retrovirus) ที่นำไปสู่​​การออกฤทธิ์ของยีนมะเร็งของไวรัสในเซลล์ที่ได้รับผลกระทบและลูกหลานของมัน

การจำลองแบบของข้อมูลจำนวนมหาศาลที่มีอยู่ภายในดีเอ็นเอของเซลล์ที่มีชีวิตจะส่งผลที่เป็นไปได้ทางสถิติให้เกิดข้อผิดพลาดบางอย่าง (นั่นคือการกลายพันธุ์) การแก้ไขและการป้องกันข้อผิดพลาดที่ซับซ้อนจะถูกสร้างขึ้นให้เป็นกระบวนการ และป้องกันเซลล์ให้ปลอดภัยจากโรคมะเร็ง ถ้าข้อผิดพลาดที่มีนัยสำคัญเกิดขึ้น เซลล์ที่เสียหายสามารถ "ทำลายตัวเอง" ผ่านการตายของเซลล์ที่ได้โปรแกรมไว้แล้วที่เรียกว่าการตายของเซลล์ (อังกฤษ: apoptosis) หากกระบวนการควบคุมความผิดพลาดเกิดการล้มเหลว, การกลายพันธุ์ก็จะอยู่รอดและถูกส่งผ่านไปยังเซลล์ลูก

สภาพแวดล้อมบางอย่างมีแนวโน้มที่ทำความผิดพลาดให้เกิดขึ้นและเผยแพร่ออกไป สภาพแวดล้อมดังกล่าวอาจรวมถึงการปรากฏตัวของสารก่อกวนที่เรียกว่ายีนมะเร็ง (อังกฤษ: carcinogens), การบาดเจ็บทางกายภาพซ้ำ ๆ, ความร้อน, รังสีหรือการขาดออกซิเจน[65]

ตัวอย่างของข้อผิดพลาดที่เป็นสาเหตุของโรคมะเร็ง เช่น "การขยายตัวเอง" และ "การประสม" ได้แก่:

• การกลายพันธุ์ในเครื่องแก้ไขข้อผิดพลาดของเซลล์อาจเป็นสาเหตุให้เซลล์และลูก ๆ ของมันทำการสะสมข้อผิดพลาดได้รวดเร็วมากขึ้น
• การกลายพันธุ์ที่ขยายตัวในยีนมะเร็งตัวหนึ่งอาจทำให้เซลล์แบ่งตัวเพิ่มจำนวนมากขึ้นอย่างรวดเร็วและบ่อยครั้งมากขึ้นกว่าเซลล์ปกติอื่น ๆ
• การกลายพันธุ์ที่ขยายตัวอาจทำให้เกิดการสูญเสียยีนต้านมะเร็ง ชะงักเส้นทางการส่งสัญญาณการตายและส่งผลให้เซลล์กลายเป็นอมตะ
• การกลายพันธุ์ที่ขยายตัวในเครื่องส่งสัญญาณของเซลล์อาจส่งสัญญาณที่ผิดพลาดไปยังเซลล์ที่อยู่ใกล้เคียง

การแปลงร่างของเซลล์ปกติจนกลายเป็นเซลล์มะเร็งจะคล้ายกับการเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เกิดจากความผิดพลาดครั้งแรก ซึ่งประสมกันขึ้นเป็นข้อผิดพลาดที่รุนแรงมากขึ้น แต่ละข้อผืดพลาดช่วยอย่างก้าวหน้าให้เซลล์สามารถที่จะหลบหนีการควบคุมที่จำกัดการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อปกติ สถานการณ์ที่เหมือนการก่อจลาจลนี้จะกลายเป็นที่ไม่พึงประสงค์ของการอยู่รอดของผู้เหมาะสมที่สุด (อังกฤษ: survival of the fittest) ที่แรงผลักดันของวิวัฒนาการทำงานต่อต้านกับการออกแบบและการบังคับให้ทำตามคำสั่งของร่างกาย เมื่อมะเร็งได้เริ่มที่จะพัฒนา กระบวนการอย่างต่อเนื่องแบบนี้ ที่เรียกว่าการวิวัฒนาการที่เกิดมาจากเซลล์เดียวกัน (อังกฤษ: somatic evolution (clonal evolution)) จะผลักดันให้เกิดความก้าวหน้าไปสู่​​ระยะของโรคที่มีการบุกรุกมากขึ้น[66] clonal evolution จะนำไปสู่เนื้องอกแบบภายในไม่ได้เป็นเนื้อเดียวกัน (อังกฤษ: ​​intra-tumour heterogeneity) ที่ทำให้กลยุทธ์การให้การรักษาที่มีประสิทธิภาพอย่างที่ได้ออกแบบไว้เกิดความสลับซับซ้อน

ความสามารถด้านลักษณะสมบัติที่มีการพัฒนาโดยโรคมะเร็งสามารถแบ่งออกเป็นหลายประเภท มีการนำเสนอแต่เดิมอยู่หกประเภทในบทความปี 2000 ที่เรียกว่า "เครื่องหมายแสดงว่ามีคุณภาพสูงของมะเร็ง" โดยดักลาส Hanahan และโรเบิร์ต Weinberg เกี่ยวกับ: การหลีกเลี่ยงการตาย, การพึ่งตัวเองในสัญญาณการเจริญเติบโต, การไม่รู้สึกถึงสัญญาณป้องกันการเจริญเติบโต, การสร้างหลอดเลือดอย่างยั่งยืน, ศักยภาพการทำซ้ำอย่างไร้ขีดจำกัด, และ การแพร่กระจาย. ในงานที่เขียนเพิ่มเติม ผู้เขียนเดียวกันเพิ่มอีกสองประเภทมากขึ้นในปี 2011 ได้แก่ โปรแกรมใหม่ของการเผาผลาญพลังงานและการหลีกเลี่ยงการทำลายภูมิคุ้มกัน [24][25]

การแพร่กระจาย

การแพร่กระจาย (อังกฤษ: metastasis) หมายถึงการแพร่กระจายของมะเร็งไปยังตำแหน่งอื่น ๆ ในร่างกาย เนื้องอกที่เกิดใหม่จะเรียกว่าเนื้องอกที่แพร่กระจาย ในขณะที่เดิมเรียกว่าเนื้องอกขั้นต้น โรคมะเร็งเกือบทั้งหมดสามารถแพร่กระจายได้[67] การเสียชีวิตจากมะเร็งส่วนใหญ่เกิดจากโรคมะเร็งที่มีการแพร่กระจายจากตำแหน่งแรกของมันไปยังอวัยวะอื่น ๆ (ที่แพร่กระจายเข้ามา)[68]

การแพร่กระจายเป็นเรื่องธรรมดามากในช่วงปลายของการเกิดโรคมะเร็งและมันสามารถกระจายได้ผ่านทางเลือดหรือระบบน้ำเหลืองหรือทั้งสองอย่าง ขั้นตอนทั่วไปในการแพร่กระจายก็คือ การบุกรุกเฉพาะที่, การแทรกซึมเข้าสู่กระแสเลือดหรือน้ำเหลือง การไหลเวียนผ่านร่างกาย การซึมออกจากกระแสไหลเวียนเข้าไปในเนื้อเยื่อใหม่ การเพิ่มจำนวน และการสร้างหลอดเลือดใหม่ ขนิดของโรคมะเร็งที่แตกต่างกันมีแนวโน้มที่จะแพร่กระจายไปยังอวัยวะที่แตกต่างกันโดยเฉพาะของมัน แต่โดยรวมแล้วบริเวณที่พบมากที่สุดสำหรับการแพร่กระจายจะเกิดขึ้นที่ปอด ตับ สมอง และกระดูก[67]