第六致癌基因和癌癥

1、致癌基因和癌癥Oncogenes and cancer,第 六 章,1911年，Peyton Rous發(fā)現(xiàn)雞肉瘤病毒可以致癌。 產(chǎn)生“腫瘤源于體細胞基因改變”的概念。 1947年，Charlotte Auerbach和J. M. Robson證明化學物質(zhì)可以引起DNA損傷，破壞基因組穩(wěn)定性，誘發(fā)腫瘤。 1970年代，基因克隆、基因轉(zhuǎn)移等各種基因操作技術(shù)迅速發(fā)展，并與腫瘤學（oncology)研究相結(jié)合。 1979年發(fā)現(xiàn)了第一個細

2、胞癌基因。 癌基因、抑癌基因相繼發(fā)現(xiàn)，確認“腫瘤是一種基因?。╣enetic disease）”。,癌癥分子研究發(fā)展歷史:,致 癌 因 素,第 一 節(jié),環(huán)境因素可引起DNA損傷，如果機體DNA損傷修復(fù)缺陷，或基因組不穩(wěn)定性（genome instability）增加，則易感腫瘤。個人的遺傳特性也決定了腫瘤的易感性。因此，腫瘤發(fā)生與環(huán)境因素、內(nèi)在因素有關(guān)。,致癌物（carcinogen）：能引起細胞或生物體發(fā)生腫瘤的物質(zhì)。,一、一些

3、化學物質(zhì)可導致癌癥,（一）環(huán)境中很多化學物質(zhì)是致癌劑,,,,,,,,,,,,,,,黃曲霉毒素,霉變食品,（二）某些致癌物需代謝活化方有致癌作用,直接致癌物(carcinogen)：指直接暴露于細胞和機體便可致癌的因素或分子。,前致癌物(precarcinogen)：指需經(jīng)代謝轉(zhuǎn)化方具有致癌活性因素或分子。,代謝活化：前致癌物經(jīng)過一個或多個酶促反應(yīng)才能轉(zhuǎn)變成有致癌活性的過程。,代謝酶系：細胞色素P450酶系存在部位：主要于肝，其次是腎、

4、肺、腦等組織的微粒體中。影響因素：生物種屬、遺傳因素、年齡和性別等。,近似致癌劑（proximatecarcinogen）：代謝活化過程的中間代謝產(chǎn)物。終致癌劑（ultimatecarcinogen）：最終通過與DNA反應(yīng)，帶正電荷的親電子致癌物。,,致癌物可與細胞DNA結(jié)合， 尤其是與DNA分子中鳥嘌呤堿基上的N2、N3、N7、O6和O8原子結(jié)合，形成DNA加合物→引起DNA損傷。,（三）DNA加合物的形成是致癌過程的關(guān)鍵,,(1

5、)從癌細胞可衍生出癌細胞，是由DNA決定的(2)放射線或化學物致癌的機理均有DNA損傷突變(3)許多癌細胞表現(xiàn)為染色體異常(4)癌細胞DNA(癌基因)經(jīng)轉(zhuǎn)染可轉(zhuǎn)化正常細胞為 癌細胞。(5)已經(jīng)分離出對腫瘤易感性高的基因,DNA是致癌過程中決定性大分子的主要證據(jù)：,化學致癌物可與線粒體DNA相互作用，形成被致癌物修飾的線粒體DNA。其作用可能會對細胞能量代謝產(chǎn)生影響。,化學致癌物誘發(fā)癌基因、抑癌基因發(fā)生點突變，使后者激活或失

6、活。,（四）化學致癌物可誘發(fā)癌基因的激活和抑癌基因的失活,如: 烷化劑引起G→A的堿基改變 苯并芘引起G→T改變,促癌劑（promoter）:單獨作用并不能致癌，但在化學致癌物同時使用時可使腫瘤加速生長，促進癌變。,（五）促癌劑可促進致癌過程,佛波酯(TPA)直接激活蛋白激酶C(PKC)進一步發(fā)揮作用。,例如,,二、電離輻射等物理因素可以致癌,機制：主要是產(chǎn)生電離，形成自由基，造成 DNA損傷。

7、,對人、動物有感染性。DNA病毒的DNA可以整合到宿主靶細胞的DNA分子上。某些病毒基因中含有病毒癌基因（V-oncogene）的序列，編碼的轉(zhuǎn)化蛋白可使細胞癌變。,三、腫瘤病毒可以致癌,生物性致癌主要指腫瘤病毒，包括DNA腫瘤病毒及RNA腫瘤病毒。,（一）致癌的病毒有DNA病毒和RNA病毒,腫瘤病毒的特點：,,,（二）轉(zhuǎn)化病毒攜帶致癌基因,轉(zhuǎn)化可自然發(fā)生，也可由一些化學因素誘導產(chǎn)生,更多的是由于腫瘤病毒的感染引起。腫瘤病毒的轉(zhuǎn)化

8、活性來自于特定的基因或病毒基因組中的基因（癌基因）。致癌基因由它們的致癌性而被命名。致癌基因能起始一系列有細胞蛋白質(zhì)執(zhí)行的事件.最終，病毒通過有規(guī)律的“開關(guān)”來改變靶細胞的生長特性。,病毒可以在培養(yǎng)基中的細胞內(nèi)生長，細胞被感染的結(jié)果取決于細胞的種類和基因型.(1)許可細胞高效被傳染。病毒完成早期和晚期階段的裂解周期。周期以子病毒的釋放結(jié)束并且導致(最終)細胞死亡。(2)非許可細胞不能高效地被感染，并且病毒的表現(xiàn)受阻。一些感染的細

9、胞被轉(zhuǎn)化。在這種情況下，單個細胞表型變化并且培養(yǎng)物以一種無限制的方式永久存在。,DNA病毒攜帶的致癌基因用于腫瘤抑制蛋白的失活，它們的行為使腫瘤抑制因子功能的喪失。逆轉(zhuǎn)錄病毒攜帶的致癌基因源于細胞的基因，它們可能原癌基因中功能獲得突變的行為。多瘤和腺病毒攜帶的癌基因的表達產(chǎn)物的作用相似于癌抑制物功能的喪失。,用于轉(zhuǎn)化的病毒中含有癌基因,在DNA腫瘤病毒的轉(zhuǎn)化過程中，當變形發(fā)生時，有關(guān)聯(lián)的基因整合到變形細胞的基因組中，進行組成性表達，

10、產(chǎn)生轉(zhuǎn)化蛋白質(zhì)(致癌蛋白質(zhì))。1.多瘤病毒很小，在鼠類中很常見。所有的多瘤病毒注射到新生的嚙類動物體內(nèi)，都能導致癌變。2.乳頭瘤病毒是引起上皮癌的小DNA病毒；有75種人類乳頭瘤病毒，許多與良性生長關(guān)聯(lián)，但一些與癌基因關(guān)聯(lián)，如特殊的子宮頸癌。兩個關(guān)聯(lián)病毒的產(chǎn)物在子宮頸癌基因中表達，能使目標細胞無限增殖。,3.腺病毒最初是從人類的腺體分離出來的，它們包含80多種不同但有關(guān)聯(lián)的病毒。人類的腺病毒和呼吸疾病相關(guān)聯(lián)。它們能感染來自不同種類的

11、細胞。(1)人細胞是許可細胞并且能高效地被腺病毒感染，病毒在感染細胞內(nèi)復(fù)制。(2)一些嚙齒類動物的細胞是非許可細胞。所有的腺病毒都能轉(zhuǎn)化培養(yǎng)的非許可細胞，但不同病毒的致癌力不同，當它們被注射進初生嚙齒類動物時就能引起腫瘤。,4.逆轉(zhuǎn)錄病毒是RNA病毒。感染過程：RNA→單鏈DNA→雙鏈DNA，最后整合到基因組中，也可能在那里被重新轉(zhuǎn)錄為只有感染的RNA。按腫瘤發(fā)生的起源，逆轉(zhuǎn)錄病毒可分為：◆無缺陷病毒與一般逆轉(zhuǎn)錄病毒生活史相同，

12、它們產(chǎn)生有很長潛伏期的傳染性介質(zhì)，致癌性依賴病毒啟動原致癌基因的能力?！艏毙赞D(zhuǎn)化病毒以致癌基因形式獲得了新的遺傳信息。這基因源于通過轉(zhuǎn)導捕獲的細胞基因。這些病毒能很快在體外誘導腫瘤形成，并且它們能在體外轉(zhuǎn)化培養(yǎng)細胞。這些病毒根據(jù)在動物體內(nèi)誘導腫瘤的類型:白血病、肉瘤，癌等劃分幾類。,當逆轉(zhuǎn)錄病毒感染新宿主時，它的遺傳信息是水平傳遞的。 而當病毒基因組整合到宿主生殖細胞中遺傳給后代時，信息是垂直傳遞的。,一個轉(zhuǎn)化逆錄病毒

13、在其自身基因的位置攜帶有宿主細胞的DNA序列。,一個逆轉(zhuǎn)錄病毒通過與細胞交換部分序列捕獲細胞基因。產(chǎn)生的轉(zhuǎn)導病毒有兩個重要性質(zhì)：(1)不能自身復(fù)制，因為復(fù)制所需的病毒基因在與細胞交換序列時遺失掉了。(2)在感染過程中，轉(zhuǎn)導病毒攜帶在重組產(chǎn)物中獲得的細胞基因，且它們的表達可改變感染細胞的基因型。,病毒癌基因的產(chǎn)物為蛋白激酶、G-蛋白、酪氨酸蛋白激酶或受體等，從而通過激活信號轉(zhuǎn)導途徑促進細胞增殖及惡性轉(zhuǎn)化。,1．腫瘤病毒模擬信號分子起

14、作用,（三）腫瘤病毒通過多種方式促進惡性轉(zhuǎn)化,,如：小鼠乳腺腫瘤病毒（mouse mammary tumor virus, MMTV）,2．病毒通過插入激活而致癌,病毒癌基因插入宿主基因后，可通過長末端重復(fù)序列上調(diào)生長因子的基因表達，促進細胞增殖。,Int生長因子,MMTV病毒LTR序列上調(diào)宿主生長因子基因的表達,逆轉(zhuǎn)錄病毒存在一個與細胞基因組序列緊密相關(guān)的序列。正常細胞序列本身是無致癌性的，但它含有原癌基因，當它被逆轉(zhuǎn)錄病毒捕獲和

15、修飾后產(chǎn)生致癌基因。用前綴v和c分別表示病毒的致癌基因和細胞中的對基因。如Rous肉瘤。病毒攜帶的致癌基因表示為v-src，在細胞基因組中相關(guān)原癌基因表示為c-src。通過比較v-onc和c-onc基因可判斷促使腫瘤形成的特性。,3．許多病毒癌基因與細胞癌基因序列同源,病毒癌基因(V-onc)與細胞癌基因差別只是V-onc無內(nèi)含子，而C-onc常有內(nèi)含子。有時一些V-onc序列與V-onc比較，常有堿基替代，缺失。正因為序列有同源性

16、，一旦V-onc整合至細胞基因后，不需激活便可產(chǎn)生細胞轉(zhuǎn)化作用。,如Rous肉瘤病毒的癌基因v-src編碼p60src，具有TPK活性。,四、個體遺傳特性決定腫瘤的易感性,細胞外因素指各種外界物理、化學及生物學致癌因素------起動因素,癌變過程受細胞內(nèi)、外因素的影響。,細胞內(nèi)因素指獲得性或遺傳性DNA修復(fù)或細胞周期調(diào)控缺陷------決定腫瘤的易感性,通過遺傳獲得突變的、且能致癌的關(guān)鍵基因；遺傳獲得的突變基因提高個體對環(huán)境因素作用

17、的敏感性；通過遺傳獲得的基因?qū)Π┳兛寺〉纳L有利。,腫瘤易感性的決定因素：,不同個體的同一個基因在序列上存在微小差異，即單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms, SNPs)。這種多態(tài)性可導致個體間一些代謝相關(guān)的酶、DNA修復(fù)酶等活性差異，從而引起不同個體對環(huán)境因素的敏感性不同。,環(huán)境-基因相互作用也是重要因素之一。,五、DNA修復(fù)缺陷和基因組不穩(wěn)定性在癌癥的發(fā)病中至關(guān)重要,遺傳性非息肉結(jié)腸癌（

18、hereditary nonpolyposis colon cancer, HNPCC）,一些癌癥是由于DNA修復(fù)缺陷導致的基因組不穩(wěn)定性、易發(fā)生斷裂、重排等所致。,例如：,大多數(shù)腫瘤是由多種因素綜合作用結(jié)果產(chǎn)生。有些可能包含致癌基因的激活，其它一些則是腫瘤抑制物滅活引起。多種因素綜合激發(fā)腫瘤，反映出正常細胞有多重機制條控它們的生長和分化，并且要擺脫這些控制的束縛需要若干獨立的變化。當然， 存在單個突變即能引發(fā)致癌性的基因，同時，突變也

19、能產(chǎn)生易患腫瘤的脆弱體質(zhì)，至于致癌基因和抑癌基因是否足以全部揭示癌變本質(zhì)仍然是一個公開的問題。,腫瘤的生化與細胞學特點The Biochemical and Cellular　Characteristics of Tumor,第二節(jié),腫瘤組織蛋白質(zhì)、核酸、脂類及核苷酸合成加強，氨基酸、核苷酸的分解代謝降低。糖類分解加強，糖的消耗加強，糖酵解加強，糖類的合成減少。,一、癌組織中糖、氨基酸、核苷酸等代謝均 發(fā)生變化,腫瘤

20、組織是一種異常增生的組織，具有旺盛的生長特性，代謝活躍，因而其物質(zhì)代謝也很特殊，但與正常組織間并無質(zhì)的差異。,（一）與增殖相關(guān)的酶類活性增強,增殖相關(guān)的酶主要指核酸及蛋白質(zhì)合成的酶。,（二）酵解速率增大,惡性腫瘤中則是糖酵解抑制有氧氧化，稱為Crabtree效應(yīng)。腫瘤無論在有氧、無氧的條件下均表現(xiàn)為糖酵解活躍，因此與之相關(guān)的酶活性均增強。,（三）糖異生明顯下降,當肝細胞癌變后，糖異生有關(guān)的酶活性明顯下降，只有正?；钚缘?％。,（四）合成

21、糖原能力下降,肝癌時肝臟利用單糖合成糖原的能力降低，糖原減少，肝癌者可能發(fā)生低血糖。,（五）氨基酸分解代謝減弱,機體為了補充腫瘤組織中蛋白質(zhì)合成的需求，肌肉組織中的蛋白質(zhì)分解加強，這是患者出現(xiàn)消瘦的原因之一。,（六）核苷酸合成相關(guān)的酶活性增強,核苷酸合成相關(guān)的酶可能與腫瘤的惡性程度相關(guān)，惡性程度越大，酶的活性越高。,（七）蛋白激酶及磷酸酶的活性均增強,蛋白激酶與細胞增殖相關(guān)，磷酸酶的活性升高可能是一種代償機制，也許是為了對抗過高的蛋白激

22、酶活性。,（八）出現(xiàn)胎兒型同工酶,肝癌前病變,葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶（O型）,胃腸道腫瘤,谷胱甘肽－S－轉(zhuǎn)移酶（π型）,多種惡性腫瘤,谷胱甘肽－S－轉(zhuǎn)移酶（P型）,肝癌前病變、高分化肝癌,谷胱甘肽－S－轉(zhuǎn)移酶（A型）,多種腫瘤,堿性磷酸酶（非Regan型）,多種腫瘤,堿性磷酸酶（Regan型）,肝癌,DNA聚合酶（r）,肝癌,支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶（I型）,肝癌,糖原磷酸化酶（胎兒型）,肝癌,果糖－1，6－二磷酸酶（肌型）,肝癌、腦瘤,丙酮酸激酶（

23、M2型）,肝癌,醛縮酶（C型）,肝癌,醛縮酶（A型）,腎癌、乳腺癌,己糖激酶（III型）,肝癌,己糖激酶（II型）,在腫瘤中的表達,同工酶,,,,,,細胞膜通透性增強是腫瘤的特征；植物凝集素引起的凝集性增加使腫瘤細胞表現(xiàn) 接觸抑制； 細胞膜粘附性降低有利于癌的侵襲和轉(zhuǎn)移； 膜表面負電荷增加；糖蛋白中的糖鏈改變是腫瘤常見的變化；膜糖脂組成發(fā)生變化；惡性轉(zhuǎn)化細胞膜上存在腫瘤纖溶酶。,二、癌癥時腫瘤細胞膜發(fā)生多種改變,三、細

24、胞分化障礙是腫瘤細胞的基本特點,腫瘤細胞分化的特征：,異形性：細胞核變大，大小不等，核形不整等。,失極性：細胞排列紊亂，細胞核的長軸方向與 細胞生長軸方向不一致。,幼稚性：出現(xiàn)胚胎時期特點。,分化相關(guān)基因按功能分兩類：,管家基因(house keeping gene)：多種細胞共有。,奢侈基因（luxury gene）:編碼特異性蛋白質(zhì)， 即奢侈蛋白（luxury protein），是細胞分化的標記物，也是腫瘤起源的標記物。,致癌因素使

25、細胞基因組中與增殖（proliferation）有關(guān)的基因啟動，同時基因表達產(chǎn)物抑制了細胞分化（differentiation）。,（一）細胞癌基因的激活抑制細胞分化,C-myc高水平的表達就能抑制細胞分化一些分化誘導劑在促進腫瘤分化的同時，常伴有細胞癌基因的下調(diào)。,例如:,（二）部分抑癌基因失活抑制細胞分化,視網(wǎng)膜母細胞瘤基因（Rb基因）編碼蛋白質(zhì)能促進視網(wǎng)膜母細胞分化，當Rb基因缺失或失活可產(chǎn)生視網(wǎng)膜母細胞瘤。,部分抑癌基因是促分化

26、基因，它們的缺失或失活可導致腫瘤發(fā)生。,例如:,在致癌因素作用下，發(fā)育的部分組織中保留少量未分化的干細胞，這些干細胞大量增殖可變?yōu)槟[瘤細胞。腫瘤細胞實際上就是增殖過剩的干細胞，這就是所謂的腫瘤干細胞學說。,（三）腫瘤細胞分化障礙與干細胞發(fā)育受阻有關(guān),腫瘤干細胞學說是誘導分化治療腫瘤的理論基礎(chǔ)。,上次課,致癌因素：理化因素、生物學因素癌組織生化與細胞學特點：1.癌組織代謝變化2.癌細胞膜變化3.細胞分化障礙,細胞分裂周期：　　

27、 G1→S→G2→M→G01.G1期：RNA大量合成，蛋白質(zhì)明顯增加。2.S 期：DNA復(fù)制3.G2期：為細胞分裂準備期，細胞中合成 一些與M期相關(guān)的蛋白質(zhì)4.M 期：細胞有絲分裂期。,四、細胞周期調(diào)控失衡導致腫瘤細胞失控性增殖,細胞周期中的調(diào)控因子很多是腫瘤抑制子，如：RB、D細胞周期蛋白和一些小的阻遏蛋白(p16，p21) ，這些蛋白在細胞增殖周期中發(fā)揮重要作用，但它們更可能與間期(G0期)中腫瘤的形成有

28、關(guān)。,（一）細胞周期調(diào)控因子失活,視網(wǎng)膜細胞瘤（RB)是一種視網(wǎng)膜中長腫瘤的人類兒童病。這種病由遺傳產(chǎn)生也可由基因突變產(chǎn)生,通常與人類第13染色體上帶q14的缺失有關(guān)。 RB是影響細胞周期的核蛋白。有兩種形式：磷酸化和去磷酸化。在間期(G0/G1期)細胞中，RB為去磷酸化。在G1末期中RB被cyclin-cdk復(fù)合體磷酸化；有絲分裂過程中又被去磷酸化。去磷酸化的RB蛋白可與某些蛋白（如E2F因子)特異性結(jié)合，磷酸化后這些蛋白又被釋放出

29、來。,例：,E2F屬轉(zhuǎn)錄因子，能激活S期所必需靶基因。當E2F與RB結(jié)合后，可阻止E2F轉(zhuǎn)錄活性（RB可以阻止依賴E2F因子的基因的表達）。這樣RB間接阻止細胞進入S期（即：阻止細胞增殖）。(1)某些病毒腫瘤抗原能與RB非磷酸化形式特異結(jié)合。使RB活性被抑制（RB對細胞周期的抑制被解除），RB-腫瘤抗原復(fù)合體不與E2F結(jié)合，E2F以自由狀態(tài)存在，細胞可進入S期（細胞增殖）。,(2)RB的過度表達阻礙細胞生長在缺少RB的骨肉瘤細胞中，

30、當RB被導入此細胞系后，骨肉瘤細胞增殖受到阻遏。然而這種阻礙可以由于D細胞周期蛋白的表達使RB磷酸化而消除。 因此，在間期細胞中，RB處于非磷酸化狀態(tài)，D細胞周期蛋白含量很低或沒有，p16，p21，p27的存在使cdk-周期蛋白復(fù)合體促于失活狀態(tài)，無限制增殖的細胞中這個循環(huán)被阻斷。此環(huán)路的喪失將導致細胞無限制生長。,細胞周期調(diào)控機制的核心，是一組蛋白激酶，它們各自在細胞周期內(nèi)特定的時間激活，通過對相應(yīng)的底物磷酸化，驅(qū)使細胞完成細胞周期

31、。這些蛋白激酶的細胞周期特異性或時相性激活，依賴于一類細胞周期特異性或時相性表達、累及與分解的蛋白質(zhì)，稱為細胞周期素（cyclin），而前者被稱為細胞周期依賴性蛋白激酶（CDk）。,（二）腫瘤細胞表現(xiàn)為細胞周期蛋白過表達+,細胞周期素與CDK結(jié)合后，CDK才具有活性，它們兩者的結(jié)合使細胞周期有序進行。所有cyclin蛋白分子結(jié)構(gòu)上，都有一個相對保守的區(qū)域（細胞周期盒）。Cyclin box的主要功能是與cyclin結(jié)合并激活之，如果該

32、區(qū)域突變，cyclin與CDK的結(jié)合能力和激活功能同時喪失。,在誘導細胞分化時，Cdk4常表達下調(diào)；若高表達則可明顯抑制細胞分化。,（三）Cdk表達過量抑制細胞分化,在人的一些腫瘤中，已發(fā)現(xiàn)有Cdk4、Cdk6的高表達。,Cdk（周期蛋白依賴性蛋白激酶）：含有一端類似的氨基酸序列（細胞周期盒），可與周期蛋白結(jié)合，并將周期蛋白作為其調(diào)節(jié)亞單位，進而表現(xiàn)出蛋白激酶活性。,基因擴增、染色體移位、基因重排是過表達的主要機制。細胞周期蛋白(cy

33、clins) D1在B淋巴細胞瘤、乳腺癌、胃癌中表現(xiàn)為過表達。、,細胞周期依賴性蛋白激酶抑制物（CKI）CKI與Cyclin競爭性結(jié)合Cdk，拮抗Cyclin的作用，阻止細胞經(jīng)過“檢測點” ，調(diào)節(jié)細胞周期。如：當DNA損傷和細胞衰老時，具有轉(zhuǎn)錄因子作用的p53增高，抑制其CDK活性，阻滯細胞周期的進行。DNA 損傷可以激活原癌基因表達，而p53 可以抑制組織中原癌基因表達。如果這種抑制可以奏效，檢驗點促使細胞修復(fù)DNA 損傷；但若無

34、法實現(xiàn)，細胞就必須消亡。,（四）CKI缺失和突變可導致細胞周期失調(diào),腫瘤抑制子p53抑制細胞生長或引發(fā)細胞凋亡。p53和RB都可認為是腫瘤抑制因子，通常在某種程度上控制細胞增殖。如果缺少它們該控制將不復(fù)存在，有利于腫瘤形成。,CKI家族分類：,具有廣泛抑制作用，包括p21、p27和p57。,具有特異性抑制作用，包括p15、p16、p18和p19。,CIP/KIP家族,INK4家族,在正常細胞中，p21與與Cyclin-Cdk結(jié)合，抑制

35、Cyclin-Cdk磷酸化Rb蛋白，阻止細胞進入S期。,p21相同過表達可使細胞阻滯在G1期。,當細胞在S期發(fā)生DNA損傷時，p21可通過其C末端結(jié)構(gòu)域與PCNA直接結(jié)合，阻止損傷DNA長鏈的復(fù)制，但損傷DNA的修復(fù)不會被p21抑制。,當DNA損傷后，p53被激活，繼而激活p21基因轉(zhuǎn)錄。,p16可與Cyclin D競爭性地結(jié)合Cdk4/6，抑制Cdk4或Cdk6的活性，阻止Rb磷酸化。未磷酸化的Rb與E2F結(jié)合，從而使依賴于E2F轉(zhuǎn)錄

36、的基因不能轉(zhuǎn)錄，阻止細胞由G1期進入S期。p16基因缺失、突變等可能與腫瘤發(fā)生有關(guān)。,端粒是位于染色體3′末端的一段富含G的DNA重復(fù)序列，端粒和端粒結(jié)合蛋白組成核蛋白復(fù)合物，廣泛存在于真核生物細胞中，具有特殊的功能。 端粒酶是由端粒酶RNA和蛋白質(zhì)組成的核糖核蛋白酶，通過識別并結(jié)合于富含G的端粒末端，以自身為模板，逆轉(zhuǎn)錄合成端粒 在某些分裂旺盛的正常組織細胞也有表達，但端粒酶活性極低。,五、癌細胞中的端粒酶處于活性狀態(tài),正常細胞

37、的分裂次數(shù)是有限的。端粒酶的激活是細胞走向永生化的必要途徑，而永生化又被認為是腫瘤惡化的必要步驟。腫瘤細胞的端粒長度很短，其繼續(xù)縮短將導致染色體融合、細胞死亡，而端粒酶的激活可以維持端粒的長度，從而維持腫瘤的繼續(xù)分裂、增殖和生存。端粒酶的表達，可能是腫瘤形成和發(fā)展的共同途徑。,在某些腫瘤組織，如腸癌中端粒酶活性很高。端粒酶與維持腫瘤細胞的永生性及無限增殖關(guān)系密切。,它們的存在或量變能提示腫瘤的性質(zhì)，并有助于了解腫瘤的起源、分化，從而有

38、助于腫瘤的診斷、分類、預(yù)后判斷及轉(zhuǎn)導治療。,六、腫瘤細胞具有比較特異的標記物,腫瘤標記物（tumor marker）是指由腫瘤細胞產(chǎn)生、與腫瘤性質(zhì)相關(guān)的一類分子，這類分子不存在于正常成人組織，而是在胚胎或腫瘤組織。,意義：,腫瘤標記物應(yīng)具有以下特點：① 標記物的變化與腫瘤生長、轉(zhuǎn)移等有直接的定性、定量的關(guān)系。② 具有特異性，即能與正常細胞、良性腫瘤區(qū)別。③ 檢測標記物的方法應(yīng)簡便。,腫瘤標記物分類,治療：把細胞毒性劑導向至含標志物

39、的細胞,定位：注射放射性的抗體做核篩查,分期：確定病變范圍,分類：選擇治療以及預(yù)測腫瘤的形狀（過程）,監(jiān)測：對治療效果的預(yù)測及是否治愈的檢定,診斷：鑒別良性和惡性腫瘤,檢出病人：對無癥狀人群的篩查,,,腫瘤標記物的應(yīng)用,臨床上有用的腫瘤標記物,癌基因、抑癌基因及生長因子Oncogene, Tumor Suppressor Gene and Growth Factors,第三節(jié),一、認識腫瘤,所有高等真核生

40、物一個主要的特征是機體生命期的有限性。然而，癌細胞卻是一個特例，它們是失去正常生長控制的一類變種細胞。癌細胞可以在不適宜的位點生長或無限繁殖。這對于它們的宿主機體可能是致命的。即： ①不同組織有限制細胞生長的性質(zhì)。 ②變形的細胞可形成固體腫瘤。 ③在新的位置上形成腫瘤。,（一）癌細胞有別于正常細胞,①無限增殖 ②轉(zhuǎn)化變形 ③轉(zhuǎn)移：癌細胞具有侵染正常組織的能力，它可以

41、 離開起源處而在身體內(nèi)建立一個新的基 地。,當細胞被從脊椎動物的體內(nèi)取出轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)基上培養(yǎng)時，它們會分裂幾個循環(huán)，但此后會進入衰老階段，細胞生長終止。隨后細胞進入危機期而死亡。能生存下來的細胞具有了無限分裂的能力，但在這一過程中它們的特性已經(jīng)發(fā)生了改變。一般來說，鼠細胞在～12代度過危機期。盡管人細胞很少能體外生長，而僅有某些特殊種類的人細胞能夠生長，事實上人細胞在～40 代進入

42、危機期。由于危機期存在，大多細胞有有限的生命期。,（二）培養(yǎng)細胞的連續(xù)改變與致瘤性有關(guān),度過危機期的細胞形成非致癌細胞系。它們能無限繁殖，但經(jīng)過危機期時其特性發(fā)生了改變，可能在適應(yīng)培養(yǎng)基時會持續(xù)改變。這些變化可能部分類似于腫瘤形成中發(fā)生的變化。已建立的無限繁殖細胞通常是非致癌的。表現(xiàn)為： 貼壁依賴性 血清(或生長因子)依賴性 密度依賴性抑制 細胞骨架結(jié)構(gòu)---細胞是扁平

43、的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)果：細胞在底物呈單層細胞生長。,從腫瘤培養(yǎng)（不是來自正常組織培養(yǎng)）的細胞表現(xiàn)出部分或者全部性質(zhì)的改變被稱作變形。變形細胞生長受約束很少，不需要粘附在固體的表面，減少了血清依賴性，堆積為一大團厚細胞而不是在表面單層生長，改變形狀，變圓，長成灶。并且當將其注入合適的動物可以誘導產(chǎn)生腫瘤。,正常成纖維細胞與變形細胞在培養(yǎng)基中生長情況,（三）正常細胞與癌細胞的生長特征,當細胞從脊椎動物組織中取出放入培養(yǎng)基中，它們生長成幾代后，進

44、入衰老期，這時同時生長停止。緊接著又是一個危險期，這時多數(shù)細胞死亡。而存活者顯露出無限分裂的能力，但從危險期表現(xiàn)的行為來看，它們的性質(zhì)已發(fā)生變化。,通過比較動物正常細胞與變形細胞，我們可以了解腫瘤形成的基因基礎(chǔ)規(guī)律：某種因素使普通細胞轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃渭毎?，通常大量的基因改變是致癌必須的。人類隨年齡發(fā)生的癌癥證明，6-7種因素形成一種癌癥要20-40年，其中，一個單獨的基因改變是一個重要或者必需的成分。許多藥物提高了細胞轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃螚l件的頻率

45、；它們被稱為致癌物。有時這些致癌物被分成“啟動”和“促進”的腫瘤形成，包括癌細胞發(fā)展過程中的不同狀態(tài)。致癌物可能引起胚胎改變或直接或間接改變細胞的基因型。,二、腫瘤形成的基因基礎(chǔ),（一）癌基因,原癌基因（proto-oncogene，pro-onc）是細胞內(nèi)與細胞增殖相關(guān)的基因，是維持機體正常生命活動所必須的，在進化上高等保守。當原癌基因的結(jié)構(gòu)或調(diào)控區(qū)發(fā)生變異，基因產(chǎn)物增多或活性增強時，使細胞過度增殖，從而形成腫瘤。腫瘤細胞中存在著

46、顯形作用的癌基因，在正常細胞中有與之同源的正?；?，被稱為原癌基因,早在1911年Rous發(fā)現(xiàn)雞肉瘤無細胞濾液能引起雞產(chǎn)生新的肉瘤，幾十年后，他證實了病原體為羅氏病毒（Rous’s sarcoma virus, RSV。1970年Temin 證實RSV是一種反轉(zhuǎn)錄病毒 1970s H. Varmus等研究發(fā)現(xiàn)RSV中的致瘤基因是src基因，用src的cDNA和其他基因組DNA雜交，發(fā)現(xiàn)src的同源物普遍存在于動物細胞（如雞、鴨、果蠅）

47、。原來src編碼一種胞質(zhì)酪氨酸激酶，參與細胞增殖相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導，是細胞的正常組分。,當病毒感染的細胞時，RSV等反轉(zhuǎn)錄病毒的基因組整合在宿主基因組上復(fù)制，同時，會將宿主的某些基因復(fù)制到了自身的基因組中，使src基因拷貝增多，引起細胞過度增殖。為了區(qū)別起見將存在于正常細胞中的癌基因序列稱為c-onc，而把存在于病毒中的序列稱為v-onc.從結(jié)構(gòu)上看c-onc是間斷的，存在內(nèi)含子，這是真核基因的特點。而v-onc是連續(xù)的，基因跨度較小.

48、,癌基因分類：病毒癌基因（v-onc）指反轉(zhuǎn)錄病毒的基因組里帶有可使受病毒感染的宿主細胞發(fā)生癌變的基因。細胞癌基因（c-onc，又稱原癌基因(pro-onc)指存在正常細胞基因組中，一旦發(fā)生突變或被異常激活后可使細胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化的基因。換言之，在每一個正常細胞基因組里都帶有原癌基因，但它不出現(xiàn)致癌活性，只是在發(fā)生突變或被異常激活后才變成具有致癌能力的癌基因。,原癌基因是細胞的正?；颍浔磉_產(chǎn)物對細胞的生理功能極其重要，只有當原癌基

49、因發(fā)生結(jié)構(gòu)改變或過度表達時，才有可能導致細胞癌變。,1.原癌基因表達的特點,(1)正常細胞中原癌基因的表達水平較低，而且 受生長調(diào)節(jié)，表達的主要個特點： ①具有分化階段特異性 ②細胞類型特異性 ③細胞周期特異性(2)腫瘤細胞中原癌基因的表達特點： ①一些原癌基因過度表達? ②原癌基因的表達程度和次序發(fā)生紊亂，不再具有細胞 周期特異性。(3)細胞分化與原癌基因表達： 在分

50、化過程中，與分化有關(guān)的原癌基因表達增加，而與 細胞增殖有關(guān)的原癌基因表達受抑制。,2.原癌基因產(chǎn)物的功能,大多數(shù)原癌基因編碼的蛋白質(zhì)都是細胞信號轉(zhuǎn)導網(wǎng)絡(luò)中信號分子，在信號轉(zhuǎn)導途徑中有著重要的作用．原癌基因產(chǎn)物可作為： (1)生長因子 (2)生長因子受體：具酪氨酸蛋白激酶活性 (3)非受體酪氨酸蛋白激酶 (4)絲/蘇氨酸蛋白激酶 (5)G蛋白: 具GTP結(jié)合作用和GTP酶活性 (6)核內(nèi)DNA結(jié)合蛋白,細胞癌基

51、因的分類及功能,正常膀胱上皮的H-ras與人膀胱癌細胞株的H-ras序列差別只是第一外顯子的第12位密碼子內(nèi)一個堿基不同：正常情況下為GGC，膀胱癌的為GTC。,(1)點突變可激活原癌基因,例如:,3.癌基因過度表達或異常激活可引起腫瘤,基因領(lǐng)域效應(yīng)（gene territorial effects）:在成簇排列的基因之間都有一定長度的旁側(cè)序列，當兩個相鄰基因之間的間隔序列小于一定長度時，其中一個基因的轉(zhuǎn)錄會被抑制?；蝾I(lǐng)域效應(yīng)可抑制

52、C-onc的表達，使其處于非激活狀態(tài)。腫瘤染色體因基因易位（gene translocation）發(fā)生基因重排（gene rearrangement），則失去基因領(lǐng)域效應(yīng)。,(2)基因易位使原癌基因激活,基因擴增：細胞經(jīng)過一個細胞周期，DNA復(fù)制數(shù)多于一次。一些腫瘤中發(fā)現(xiàn)了癌基因的擴增，如在人的急性粒性白血病細胞株HL-60細胞中有C-myc大量擴增，在乳腺癌、結(jié)腸癌、胃癌等有C-myb擴增。,(3)基因擴增激活癌基因,,前病毒基因

53、組中長末端重復(fù)序列（long terminal repeats, LTRs）內(nèi)啟動子和增強子整合在C-myc，活化了C-myc。,(4)啟動子插入使癌基因激活,轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)的CpG島甲基化可抑制基因轉(zhuǎn)錄?，F(xiàn)認為某些癌基因的低甲基化（H-Ras，C-myc）是細胞癌變的重要特征，低甲基化可導致癌基因大量表達。,(5)低甲基化可使原癌基因激活,抑癌基因（tumor suppressor genes）：是一類存在與正常細胞中的、與原癌基因共同

54、調(diào)控細胞生長和分化的基因，也稱抗癌基因和隱性癌基因。與原癌基因編碼的蛋白質(zhì)促進細胞生長相反，抑癌基因的產(chǎn)物能抑制細胞的生長、增殖，若其功能喪失則可能促進細胞的腫瘤性轉(zhuǎn)化。由此看來，腫瘤的發(fā)生可能是癌基因的激活與抑癌基因的失活共同作用的結(jié)果。,(二)抑癌基因,目前了解最多的兩種抑癌基因是Rb基因和P53基因。它們的產(chǎn)物都是以轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的方式控制細胞生長的核蛋白。其它腫瘤抑制基因還有神經(jīng)纖維瘤?。?基因、結(jié)腸腺瘤性息肉基因、結(jié)腸癌丟失

55、基因等。,抑癌基因失活可能使細胞向惡性轉(zhuǎn)化,Rb基因是在視網(wǎng)膜母細胞瘤的研究中發(fā)現(xiàn)一種抑癌基因。Rb基因丟失見于所有的視網(wǎng)膜母細胞瘤及部分骨肉瘤、乳腺癌和小細胞肺癌等。Rb基因編碼一種核蛋白。它在細胞核中以活化的脫磷酸化和失活的磷酸化的形式存在?；罨腞b蛋白對細胞從G0/G1期進入S期有抑制作用。當細胞開始分裂時，Rb蛋白被磷酸化失活，使細胞進入S期。細胞分裂成兩個子細胞后，失活的Rb蛋白通過脫磷酸化再生使子細胞處于靜止狀態(tài)。如果由

56、于點突變或基因丟失而使Rb基因失活，Rb蛋白表達異常，細胞就可能持續(xù)地處于增殖期，并可能由此惡變。,Rb基因,p53基因定位于17號染色體。正常的p53蛋白（野生型）存在于核內(nèi)，在脫磷酸化時活化，有阻礙細胞進入細胞周期的作用。p53的功能是作為一種轉(zhuǎn)錄因子，激活一系列的基因，包括p21（抑制細胞周期），GADD45（一種修復(fù)蛋白）；這兩個基因都涉及到細胞周期的制止。 P53通過激活靶基因，使細胞生長停止。在部分結(jié)腸癌、肺癌、乳腺癌和

57、胰腺癌等均發(fā)現(xiàn)有p53基因的點突變或丟失，從而引起異常的p53蛋白表達，而喪失其生長抑制功能，從而導致細胞增生和惡變。,p53蛋白,p53也是一種核內(nèi)磷蛋白。是最主要的腫瘤抑制物，人類一半以上的癌都與p53基因突變有關(guān)。在正常細胞中p53水平較低。但當DNA通過照射或其它處理而發(fā)生損傷時p53被激活，p53大量增加，p53的活化可以引發(fā)兩類效應(yīng)。細胞停止生長或萎縮直至死亡。細胞在G1的早期p53觸發(fā)細胞周期的限制點，阻斷了細胞周期的進

58、程，使損傷的DNA在細胞進入S期前得到修復(fù)的機會。但若細胞已進入分裂期，那么p53就觸動細胞死亡的程序。這種萎縮的典型結(jié)果是細胞坍縮成一個異固縮的小團以及核DNA斷裂。,生長因子（growth factor, GF）是一類能促進細胞增殖的肽類，通過與質(zhì)膜上的特異受體發(fā)揮作用。,生長因子發(fā)揮作用的方式有幾種：,① 內(nèi)分泌（endocrine）② 旁分泌（paracrine）③自分泌（autocrine）,（三）生長因子是一類能促進細胞

59、增 殖的肽類,生長因子是一類通過與特異受體結(jié)合，調(diào)節(jié)細胞生長與其他細胞功能等多肽類物質(zhì)。存在于血小板和各種組織細胞及大多數(shù)培養(yǎng)細胞中，對不同種類細胞具有一定的專一性。各類生長因子都有相應(yīng)受體，是普遍存在于細胞膜上的跨膜蛋白，不少受體具有激酶活性，特別是酪氨酸激酶活性（如PDGF受體、 EGF受體等）。,細胞生長、分化的調(diào)控是一個多信號整合的復(fù)雜系統(tǒng)。參與這一系統(tǒng)的包括生長因子、細胞因子和生長抑制因子等。上述因

60、子中，生長因子在影響炎癥和損傷部位的細胞增生中起著重要作用。 生長因子都是分子量不大的可溶性多肽，因而又叫多肽生長因子。生長因子來自不同種類的細胞，通過旁分泌、自分泌和內(nèi)分泌等途徑，對靶細胞的增殖、運動、收縮、分化和組織的改造起調(diào)控作用。,生長因子通過與靶細胞的受體特異性結(jié)合而發(fā)揮作用。大部分生長因子受體位于細胞膜上，生長因子與受體結(jié)合，形成配體受體復(fù)合體，使受體的細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)區(qū)的酪氨酸激酶活化，進一步激活①ras信號通道的連接蛋白；

61、 ②磷酸肌醇激酶； ③磷脂酶C和； ④src家庭成員，通過上述四條途徑，使細胞進入S期。,生長因子的分類和功能,轉(zhuǎn)化生長因子-β (TGF-β)是一多功能蛋白質(zhì)，可以影響多種細胞的生長，分化、細胞凋亡及免疫調(diào)節(jié)等功能。 轉(zhuǎn)化生長因子-β包括：TGF-β1、β2和β3。TGF--β屬于TGF-β超家族蛋白。TGF-β可以結(jié)合到細胞表面的TGF--β受體結(jié)合而激活其受體。轉(zhuǎn)化生長因子-β受體是絲氨酸/蘇氨酸激酶受體。其信號傳遞

62、可以通過SMAD信號通路和/或DAXX信號通路。,TGF-β抑制大多數(shù)細胞生長,腫瘤細胞中常表現(xiàn)為促進增殖的信號增強。,（四）癌基因/生長因子信號轉(zhuǎn)導異常與腫瘤異常增殖相關(guān),癌細胞能分泌更多的生長因子,2. 生長因子受體數(shù)量增多,3. 信號途徑分子異常激活,,細胞凋亡（apoptosis）又稱程序性細胞死亡（programmed cell death），是一種早期以染色體濃縮，晚期以細胞漿、細胞核裂解，或出現(xiàn)凋亡小體為特征性表現(xiàn)的細胞死

63、亡。,（五）腫瘤細胞異常增殖是細胞凋亡減弱的結(jié)果,腫瘤異常生長是增殖亢進而死亡減少的結(jié)果。,（一）Bcl-2是一種抗凋亡基因,,最早發(fā)現(xiàn)多數(shù)非何杰金濾泡狀B細胞淋巴瘤存在染色體易位（t（14;18）），是原位于18號染色體的Bcl-2基因被置于14號染色體珠蛋白重鏈基因調(diào)控序列的控制下，從而引起B(yǎng)cl-2高表達，細胞凋亡明顯被抑制。,p53表達增高或激活時，可增強p21轉(zhuǎn)錄，使p21蛋白水平升高。抑制CKI活性，阻滯G1/S的過渡，提供

64、DNA修復(fù)充足的時間。,（二）p53是一種促凋亡基因,p53還能誘導多種促凋亡蛋白的表達。,p53還可與Bcl-2基因的5’-調(diào)控序列的p53陰性反應(yīng)元件(p53 negative response element, PNRE)相互作用，抑制Bcl-2的表達。,細胞癌變多步驟、多因素多個不同的癌相關(guān)基因的異常激活或失活原癌基因激活和抑癌基因失活同時存在,三、細胞癌變是多基因、多步驟、多因素的復(fù)雜過程,多基因協(xié)同假說：,① 從正常上皮

65、細胞到上皮細胞過度增生可能涉及FAP、MCC基因的突變或缺失；② 從上皮細胞過度增生到早期腺瘤可能與DNA低甲基化相關(guān)；③ 從早期腺瘤到中期腺瘤涉及K-ras突變；④ 從中期腺瘤到晚期腺瘤涉及DCC基因丟失；⑤ 從晚期腺瘤到結(jié)、直腸腺癌涉及p53基因缺失；⑥ 轉(zhuǎn)移癌還涉及nm基因的突變、血管生長因子基因表達增高等。,結(jié)、直腸癌發(fā)生發(fā)展的6個階段相關(guān)的基因或因素,第四節(jié),腫瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移The Invasion and Met

66、astasis of Tumor,腫瘤細胞與細胞外基質(zhì)的粘附、結(jié)合。腫瘤細胞外基質(zhì)的蛋白水解酶的降解。腫瘤細胞轉(zhuǎn)移至被水解的基質(zhì)區(qū)進一步生長、擴散。,腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移的3個過程：,一、腫瘤細胞與細胞外基質(zhì)的粘附是轉(zhuǎn)移的必要條件,一方面，粘附作用對轉(zhuǎn)移起抑制作用；一方面，粘附是轉(zhuǎn)移的先決條件。,細胞粘附分子(cell adhesion molecules，CAMs)是一類介導細胞-細胞、細胞-細胞外基質(zhì)粘附的跨膜蛋白。,粘附對腫瘤細胞

67、的轉(zhuǎn)移具雙重性：,整合素家族（integrin family）： α6β1與腫瘤的侵襲性有關(guān)。免疫球蛋白樣粘附分子超家族（adhesion molecules of the immunoglobulin super family）：介導癌轉(zhuǎn)移。選擇素家族（selectin family）鈣依賴粘附素家族（cadherin family）：抑制腫瘤的侵襲及轉(zhuǎn)移。其它家族,粘附分子家族：,細胞外基質(zhì)是癌細胞轉(zhuǎn)移的組織屏障，蛋白水解

68、酶降解這種屏障。,二、細胞外基質(zhì)降解為腫瘤的轉(zhuǎn)移形成通道,多種蛋白酶協(xié)同作用，并以級聯(lián)反應(yīng)的形式促進基質(zhì)降解和細胞轉(zhuǎn)移。,基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase, MMPs）包括：膠原酶（collagenases）、明膠酶（gelatinases）、間質(zhì)溶解蛋白等。,（一）基質(zhì)金屬蛋白酶類增強癌細胞的侵襲能力,侵襲性惡性腫瘤的MMPs表達呈高水平。當MMPs的抑制物TIMPs表達增加時，癌細胞的侵襲能力弱。,絲