細(xì)胞分化和腫瘤

1、1,細(xì)胞分化與腫瘤 四川大學(xué)華西醫(yī)院 腫瘤分子診斷研究室王艷萍,2,增殖（proliferation）和分化(differentiation)是細(xì)胞的兩種基本生命屬性。 增殖: 使細(xì)胞數(shù)量增多 分化: 機(jī)體結(jié)構(gòu)和功能多樣化，形成不同類型的細(xì)胞。,3,正常細(xì)胞 : 增殖與分化在時(shí)間和空間上嚴(yán)密協(xié)調(diào)運(yùn)行，分化基因按一定時(shí)空順序有選擇地被激活或抑制，產(chǎn)生具有特殊功能的細(xì)胞。分化基因有效調(diào)

2、控著細(xì)胞的分裂和增殖。,4,腫瘤細(xì)胞: 細(xì)胞發(fā)生突變或失去控制，其分化程序發(fā)生異常。失控的增殖和分化障礙。缺乏成熟的形態(tài)和完整的功能，喪失某些終未分化細(xì)胞性狀，對(duì)正常的分化調(diào)節(jié)機(jī)制缺乏反應(yīng)，增殖迅速,5,與細(xì)胞惡性增殖或凋亡受阻一樣，細(xì)胞分化異常在惡性腫瘤發(fā)病學(xué)上占有重要地位。深入研究細(xì)胞分化及其異常的發(fā)生機(jī)制可能為惡性腫瘤的治療提供新的手段。,6,第一節(jié) 細(xì)胞分化概述,7,細(xì)胞分化 (cell differentiati

3、on),是指同一來(lái)源的細(xì)胞經(jīng)過(guò)分裂逐漸產(chǎn)生形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理功能和蛋白合成等方面都有穩(wěn)定差異的過(guò)程。,8,細(xì)胞分化的時(shí)空變化 時(shí)：個(gè)體在不同的發(fā)育時(shí)期細(xì)胞之間有分化 空：分布在不同位置的同一種細(xì)胞的后代之間 向不同方向分化,9,細(xì)胞分化的標(biāo)志(1)合成特異性蛋白質(zhì) 如：紅細(xì)胞→血紅蛋白;上皮細(xì)胞→角蛋白 (2)出現(xiàn)新組裝的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu) 如：肌細(xì)胞→肌節(jié)和肌漿網(wǎng);上皮細(xì)胞→細(xì)胞骨架； 神經(jīng)細(xì)胞→離子通道

4、(3)形態(tài)結(jié)構(gòu)變化 如：神經(jīng)細(xì)胞→突觸; 紅細(xì)胞→核丟失(4)功能的變化 如：神經(jīng)細(xì)胞→傳導(dǎo)；肌細(xì)胞→收縮；紅細(xì)胞→攜氧,10,細(xì)胞決定（cell determination）,細(xì)胞在發(fā)生可識(shí)別的形態(tài)學(xué)變化之前，就已經(jīng)受到約束而向著特定方向分化，這時(shí)細(xì)胞內(nèi)部已發(fā)生變化，確定了未來(lái)的發(fā)育命運(yùn),11,細(xì)胞決定發(fā)生的時(shí)期 胚胎發(fā)育： 受精卵→卵裂期→囊胚期(桑椹胚)→原腸胚(三胚層形成)→器官形成→成體,

5、12,細(xì)胞分化的特點(diǎn),細(xì)胞分化的穩(wěn)定性 自然條件下細(xì)胞一旦分化為某一穩(wěn)定類型后，就不能逆轉(zhuǎn)到未分化狀態(tài)細(xì)胞分化的可逆性和細(xì)胞全能性 細(xì)胞分化是一種相對(duì)穩(wěn)定和持久的過(guò)程，但在一定條件下又是可逆的,13,細(xì)胞全能性(totipotency),細(xì)胞的全能性是指在一定條件下，細(xì)胞表達(dá)其全部遺傳信息，并進(jìn)而發(fā)育成完整的充分分化的機(jī)體的能力。 全能性細(xì)胞:可表達(dá)基因組中任何基因，分化為個(gè)體的任一種細(xì)胞

6、。 如受精卵,早期胚胎細(xì)胞,14,高度分化的植物細(xì)胞仍然有發(fā)育成完整植物株的能力(1958年，Steward,胡蘿卜) 已分化的細(xì)胞→ 去分化（dedifferentiation）→重新分裂，回復(fù)到胚胎細(xì)胞狀態(tài)→再分化（redifferentiation）→形成根、莖→發(fā)育成完整新植株,15,動(dòng)物細(xì)胞的全能性隨著細(xì)胞分化程度提高而逐漸受到限制，分化潛能變窄。但對(duì)于細(xì)胞核而言，卻始終保持其分化的全能

7、性。,16,細(xì)胞核的全能性: 已分化成熟的體細(xì)胞的細(xì)胞核保留形成正常個(gè)體的全套基因，即體細(xì)胞核具有全能性,17,細(xì)胞的多能性(pluripotency)：在發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞分化潛能出現(xiàn)局限，失去了發(fā)育成完整個(gè)體的能力，只具有分化成多種細(xì)胞類型及構(gòu)建組織的潛能，稱細(xì)胞的多能性。如中胚層細(xì)胞分化為本胚層的多種組織。,18,細(xì)胞的單能性(monopotency) ：有的細(xì)胞只能分化為一種特定的細(xì)胞，如單能造血干細(xì)胞，紅系干細(xì)胞

8、只能分化為紅細(xì)胞，這種分化潛能稱之。,19,干細(xì)胞：自我更新和分化潛能按分化潛能將干細(xì)胞分：全能干細(xì)胞（totipotential cell） ↓多能干細(xì)胞（pluripotential cell） 僅具有分化成有限細(xì)胞類型及某一胚層的組織器官的潛能 ↓ 單能干細(xì)胞或定向干細(xì)胞

9、 ↓ 終末分化細(xì)胞,20,干細(xì)胞有兩方面區(qū)別于其它細(xì)胞的特征： 1. 可分化為與自身完全相同的細(xì)胞， 2. 可生 產(chǎn)多種類型的特異性分化的細(xì)胞。,21,胚胎干細(xì)胞 （embryonic stem cells，ESC） 從胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)或原始生殖細(xì)胞篩選分離出的具有全能性的細(xì)胞成體干細(xì)胞 成體組織中保留的一部分未分化的細(xì)胞 橫向分化 （Trans－Differ

10、entiation),按來(lái)源將干細(xì)胞分為 :,22,1.細(xì)胞內(nèi)因素 細(xì)胞核是生物體所有遺傳信息的儲(chǔ)存場(chǎng)所，對(duì)細(xì)胞的各種活動(dòng)及細(xì)胞分化過(guò)程有指導(dǎo)作用。核的全能性 細(xì)胞質(zhì)對(duì)細(xì)胞核有控制作用,細(xì)胞質(zhì)對(duì)控制細(xì)胞分化的核內(nèi)基因的表達(dá)起著決定作用(細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)和核移植實(shí)驗(yàn)) 不對(duì)稱分裂使細(xì)胞內(nèi)部得到不同的基因調(diào)控成分，表現(xiàn)出一種不同于其它細(xì)胞的核質(zhì)關(guān)系和應(yīng)答信號(hào)的能力,影響細(xì)胞分化的因素,23,2. 細(xì)胞外因素

11、影響細(xì)胞分化的細(xì)胞外因素，包括環(huán)境因素，胞外物質(zhì)（細(xì)胞的基質(zhì)，黏附分子，細(xì)胞因子，激素等），以及細(xì)胞之間的相互作用.,24,環(huán)境因素 環(huán)境因素影響胚胎細(xì)胞的決定和分化，如溫度、光線、細(xì)胞在胚胎中的位置等 。 異常環(huán)境可干擾細(xì)胞增殖與分化，使正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為癌細(xì)胞，而在適當(dāng)環(huán)境條件下，又可使癌細(xì)胞逆轉(zhuǎn)成正常細(xì)胞。,25,細(xì)胞間的相互作用 誘導(dǎo)（induction） 一部分細(xì)胞對(duì)鄰近細(xì)胞產(chǎn)生影響，并決定鄰近細(xì)胞分化方向

12、及形態(tài)發(fā)生的過(guò)程。 抑制（inhibition） 指在胚胎發(fā)育中，已分化的細(xì)胞抑制鄰近細(xì)胞進(jìn)行相同分化而產(chǎn)生的負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用 細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix.ECM）的影響: 膠原、層粘蛋白 細(xì)胞粘附分子（cell adhere molecule, CAM）:細(xì)胞間識(shí)別并黏合 激素和生長(zhǎng)因子:HGF,EPO,GM-CSF,IL-3,26,第二節(jié) 細(xì)胞分化的調(diào)控,27,各種分化細(xì)胞含有相同數(shù)量的遺

13、傳信息，各種細(xì)胞表型不同，這是特定基因的選擇性表達(dá)的結(jié)果。 細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)就是基因表達(dá)調(diào)控。 基因的差異表達(dá)（differential expression）或順序表達(dá)（sequential expression）： 在胚胎發(fā)育過(guò)程中，基因組的基因嚴(yán)格按照時(shí)空順序，有選擇地相繼活化表達(dá)的現(xiàn)象。,28,管家基因（house-keeping gene）：維持細(xì)胞基本生命活動(dòng)所必須的結(jié)構(gòu)蛋白和功能蛋白編碼的基因，是各類細(xì)胞普遍共有

14、的。 奢侈基因(luxury gene) （組織特異性基因， tissue-specific gene）： 編碼細(xì)胞特異性蛋白，與各種分化細(xì)胞的特定性狀直接相關(guān)，這類基因?qū)?xì)胞自身生存無(wú)直接影響。,29,一、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控,細(xì)胞分化過(guò)程中，基因表達(dá)的調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平，即細(xì)胞是否出現(xiàn)某種性狀取決于它是否存在相關(guān)的mRNA。 基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控： 基因的活化、 順式作用元件（c

15、is acting elements） 反式活化因子（anti-activating factor）即轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor）,30,(一) 基因的活化,真核生物DNA與組蛋白和非組蛋白組成具有緊密結(jié)構(gòu)的染色體，使RNA聚合酶不能和DNA鏈接觸而啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄。 基因的活化首先要求待活化基因所處的染色質(zhì)松解。 細(xì)胞分化過(guò)程中，基因活化的高度特異性決定了相應(yīng)部位染色質(zhì)

16、松解的特異性。這一特異的染色體松解過(guò)程涉及一系列相關(guān)事件。,31,1.組蛋白修飾引起的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變,組蛋白的修飾（乙酰化、磷酸化、甲基化和泛素化等）所引起的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化影響基因的開關(guān)。 組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（histone acetylase, HAT）和組蛋白去乙?；福╤istone deacetylase, HDAC）參與決定組蛋白乙酰化狀態(tài) HAT 催化組蛋白乙?；?，導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的松散、激活轉(zhuǎn)錄；而HDAC 使組蛋白去乙酰

17、化，導(dǎo)致染色質(zhì)集縮，并抑制基因的轉(zhuǎn)錄。,32,2.DNA甲基化（DNA methylation）,DNA復(fù)制后，由甲基化酶將腺苷甲硫氨酸的甲基轉(zhuǎn)移到胞嘧啶的5位上的堿基修飾 甲基化位點(diǎn)：二核苷酸序列5’-CG-3’(CpG)中的C上，成5’-mCG-3’,33,正常哺乳動(dòng)物的DNA共有70%的CpG位點(diǎn)被活化 -基因組CpG位點(diǎn)整體的廣泛甲基化CpG島主要位于看家基因和40%組織特異性基因的5’端，正常組織中,除印記

18、基因和失活的X染色體外,包括啟動(dòng)子在內(nèi)的基因5’CpG島大部分是非甲基化的。 CpG島:富含CpG的區(qū)域,34,DNA甲基化的意義(1)甲基化使基因表達(dá)失活，在甲基化位置上可阻止轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，故DNA甲基化與基因轉(zhuǎn)錄的抑制有密切聯(lián)系?；蛟交钴S，甲基化程度越低。(2)在發(fā)育過(guò)程中， DNA的甲基化可使完成一定作用的基因關(guān)閉。在維持細(xì)胞正常分化的機(jī)制中起重要作用。,35,啟動(dòng)子異常甲基化（abrrant methylation)

19、 （啟動(dòng)子過(guò)度甲基化， hypermethylation） —— 發(fā)生于基因啟動(dòng)子CpG島的甲基化 啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化： 內(nèi)源性突變劑 抑制基因正常表達(dá)——與缺失或突變類似 腫瘤： 基因組整體的低甲基化 特定基因（腫瘤抑制基因）啟動(dòng)子區(qū)域 的過(guò)度 甲基化,36,DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄機(jī)制,DNA啟動(dòng)子甲基化以后直接影響轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子或其他

20、調(diào)控序列的結(jié)合活性，不能起始基因轉(zhuǎn)錄。CpG甲基化，通過(guò)改變?nèi)旧|(zhì)的構(gòu)象或者通過(guò)與甲基化CpG結(jié)合的蛋白因子間接影響轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合。甲基化的DNA是突變的熱點(diǎn)（C:G到T:A）,37,（二）順式作用元件,基因組成可分為兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是編碼區(qū)，另一個(gè)是調(diào)控區(qū)。 順式作用元件是指那些與被轉(zhuǎn)錄基因在距離上比較接近，并對(duì)轉(zhuǎn)錄具有調(diào)控作用的特殊DNA序列。通常包括啟動(dòng)子、增強(qiáng)子和沉默子。 在細(xì)胞分化過(guò)程中

21、，順式調(diào)控元件在調(diào)節(jié)組織特異性基因表達(dá)活性方面起重要作用,38,1．啟動(dòng)子（promoter）,在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)5’端上游100～200bp的范圍內(nèi)含3個(gè)保守的DNA序列，分別稱為TATA盒、CAAT盒和GC盒。啟動(dòng)子是轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶的結(jié)合部位，主要作用是調(diào)控轉(zhuǎn)錄的起始點(diǎn)。TATA盒對(duì)轉(zhuǎn)錄調(diào)控最重要，缺乏TATA盒的啟動(dòng)子，其基因轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn)不穩(wěn)定。CAAT盒和GC盒決定啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄效率和特異性。,39,2.增強(qiáng)子（enh

22、ancer）,一類特定的DNA序列通過(guò)結(jié)合特定的轉(zhuǎn)錄因子或影響DNA構(gòu)象，能大大地增強(qiáng)與之相連鎖的基因轉(zhuǎn)錄活性，從而明顯地提高RNA的轉(zhuǎn)錄速率。,40,增強(qiáng)子是能通過(guò)啟動(dòng)子來(lái)增強(qiáng)基因轉(zhuǎn)錄的順式作用元件，無(wú)位置及方向性 存在組織特異性，這種組織特異性是細(xì)胞分化過(guò)程中特異基因表達(dá)的重要調(diào)控機(jī)制決定的。 在細(xì)胞的不同分化階段針對(duì)不同基因發(fā)揮作用。,41,3．沉默子（silencer）,無(wú)位置和方向性，但能減弱轉(zhuǎn)錄效應(yīng) 在特定組織和特定發(fā)

23、育階段 ，與相應(yīng)的反式阻抑因子（repressor）結(jié)合直接或間接作用減弱或抑制特異基因的表達(dá),42,（三）轉(zhuǎn)錄因子,,轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor）是一類細(xì)胞核內(nèi)蛋白因子。是調(diào)節(jié)基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄的另一類關(guān)鍵成分，又稱調(diào)節(jié)蛋白。它通過(guò)識(shí)別和結(jié)合順式作用元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)的正負(fù)調(diào)控。 是生物體分化發(fā)育的分子開關(guān),43,按功能可將轉(zhuǎn)錄因子分為兩類：通用轉(zhuǎn)錄因子（general transcription f

24、actors）:與結(jié)合RNA聚合酶的核心啟動(dòng)子結(jié)合,如TATA盒結(jié)合因子TFIID、GC盒結(jié)合因子SP1。特異轉(zhuǎn)錄因子（specific transcription factors）:與特異性的各種調(diào)控位點(diǎn)結(jié)合，決定該基因的時(shí)間、空間特異性表達(dá)，促進(jìn)或抑制其轉(zhuǎn)錄 。,44,45,典型的特異性轉(zhuǎn)錄因子至少包括兩種結(jié)構(gòu)域: DNA結(jié)合域 、轉(zhuǎn)錄激活域 蛋白-蛋白相互作用的結(jié)構(gòu)域,46,根據(jù)DNA結(jié)合域或蛋白-蛋白相互作用的結(jié)構(gòu)域的

25、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，轉(zhuǎn)錄因子可分為結(jié)構(gòu)和功能相似的幾類：鋅指結(jié)構(gòu)（zinc finger）：能與特異的DNA序列結(jié)合的結(jié)構(gòu) 亮氨酸拉練（leucine zipper） 螺旋-環(huán)-螺旋（ helix-loop-helix,HLH ）,47,基因調(diào)節(jié)元件不同，存在于細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子種類、性質(zhì)及濃度不同，所發(fā)生的DNA-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用類型不同，產(chǎn)生協(xié)同、競(jìng)爭(zhēng)或拮抗，調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄激活方式。,48,特異轉(zhuǎn)錄因子種類1、AP-1/F

26、os/Jun2、MyoD和E蛋白:肌細(xì)胞分化相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子3、肝細(xì)胞分化相關(guān)因子: HNF1, ……4、POU結(jié)構(gòu)域蛋白(Pit-1, Oct-1,Unc-86)5、紅細(xì)胞系分化相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(GATA-1),49,二、轉(zhuǎn)錄后加工水平的調(diào)控,mRNA的前體——核內(nèi)不均一RNA (hnRNA)選擇性地移出細(xì)胞核 hnRNA需經(jīng)過(guò)一系列的加工（5′端加帽，3′加多聚腺苷酸polyA尾）、內(nèi)含子和外顯子的剪接、RNA編輯等過(guò)程才能成熟、

27、然后由胞核運(yùn)到胞質(zhì),50,三、翻譯水平的調(diào)節(jié),蛋白質(zhì)的起始及延長(zhǎng) mRNA在細(xì)胞質(zhì)中的定位 mRNA的結(jié)構(gòu) mRNA的穩(wěn)定性,51,第三節(jié) 細(xì)胞分化與癌變,52,正常細(xì)胞在環(huán)境中的各種致癌因素的作用下，導(dǎo)致癌基因的激活或抑癌基因的失活，細(xì)胞的增殖、分化、凋亡等基本生命活動(dòng)發(fā)生改變。其中，最大的差異就在于它們的分化狀態(tài)的不同 ，腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)為低分化。,53,,（一）腫瘤細(xì)胞形態(tài)學(xué)特征 低分化，幼稚化 細(xì)胞器發(fā)

28、育不良，與分化有關(guān)的細(xì)胞器如 連接（緊密連接、間隙通訊連接）、細(xì)胞分泌顆粒減少,一、腫瘤細(xì)胞的基本特征,54,（二）腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)特點(diǎn) 1．永生性(immortality)的獲得 是指在體外培養(yǎng)中，細(xì)胞呈現(xiàn)持久生長(zhǎng)和增殖、可無(wú)限傳代而不發(fā)生細(xì)胞凋亡的能力 正常培養(yǎng)細(xì)胞的體外生命期 ：,55,2.接觸抑制(contact inhibition) 或 運(yùn)動(dòng)的接觸抑制(contact inhibition

29、of location）喪失,56,3.生長(zhǎng)的密度依賴性抑制（density-dependent inhibition of growth）降低,表現(xiàn)在一定容積內(nèi)細(xì)胞生長(zhǎng)的飽和密度增加,57,4.血清依賴性降低 正常細(xì)胞:不加血清(15%)不能增殖 癌細(xì)胞: 低血清中(1%-5%)仍能生長(zhǎng)。腫瘤細(xì) 胞(Autocrine)或內(nèi)泌性 (Endocrine)

30、 產(chǎn)生促增殖生長(zhǎng)因子。,58,4.集落(克隆)形成力增強(qiáng) 集落(克隆)形成力: 細(xì)胞以低密度被接種到培養(yǎng)瓶 中，貼壁并能存活生長(zhǎng)成細(xì)胞小群(集落或克隆) 的能力。 集落形成率反映細(xì)胞的群體依賴性(獨(dú)立生存力)及細(xì)胞生活力 正常細(xì)胞：?jiǎn)蝹€(gè)的正常細(xì)胞很難長(zhǎng)期生存 腫瘤細(xì)胞：克隆形成力強(qiáng),59,5.細(xì)胞周期變化 G０或G1延

31、長(zhǎng) G０/G1期細(xì)胞減少 S/M期細(xì)胞增加 活躍增殖細(xì)胞所占比例大 細(xì)胞群體倍增時(shí)間縮短 細(xì)胞增生與丟失失衡，細(xì)胞凋亡受阻,60,（三）腫瘤細(xì)胞的惡性特征1.錨著依賴性（Anchorage-dependent）的喪失錨著非依賴性(Anchorage-independent):

32、 不依賴于支持物, 能在半固體瓊脂中生長(zhǎng)形成集落的特性。僅腫瘤細(xì)胞及造血干細(xì)胞具有此特性。 反映癌細(xì)胞的增殖力，也是判斷受試細(xì)胞良惡性的重要指標(biāo)，與動(dòng)物體內(nèi)成瘤性之間有良好的相關(guān)性。,61,2.動(dòng)物接種成瘤性（tumorigenecity) 體外培養(yǎng)的癌細(xì)胞或轉(zhuǎn)化細(xì)胞在接種到同種或異種動(dòng)物體內(nèi)能形成腫瘤的特性。判斷體外培養(yǎng)細(xì)胞惡性特征最重要的指標(biāo)。 3.侵襲性和轉(zhuǎn)移性 侵

33、襲性生長(zhǎng)(lnvasion)和轉(zhuǎn)移性(Metastasis)是惡性腫瘤的兩個(gè)主要標(biāo)志。,62,（四）腫瘤細(xì)胞的遺傳學(xué)特征 核型：多倍體、異倍體； 染色體畸變:斷裂、缺失、倒位、易位,63,（五）其他特性1.細(xì)胞間相互作用改變：膜受體 、細(xì)胞粘附、 細(xì)胞識(shí)別 2.蛋白表達(dá)譜改變： 癌細(xì)胞常常表達(dá)某些胚胎時(shí)期的蛋白 3.細(xì)胞骨架改變 4.細(xì)胞間隙通訊連接減少或消失,64,二、腫瘤

34、細(xì)胞的分化異常,腫瘤細(xì)胞的去分化 ： 腫瘤細(xì)胞通常缺乏成熟的形態(tài)和完整的功能，喪失某些終未分化細(xì)胞性狀，其形態(tài)和功能均類似于未分化的胚胎細(xì)胞 ，幼稚化，對(duì)正常的分化調(diào)節(jié)機(jī)制缺乏反應(yīng),65,低分化癌細(xì)胞的起源,“去分化（dedifferentiation）”學(xué)說(shuō) “異分化（disdifferentiation）學(xué)說(shuō) dysdifferentiation,66,“去分化（dedif

35、ferentiation）”學(xué)說(shuō)逆分化(retro-differentiation),腫瘤起源于已分化甚至完全分化成熟了的細(xì)胞，由于逆行發(fā)育，去分化而不同程度地喪失其正常分化的特點(diǎn)，回復(fù)到未分化的狀態(tài)，且不會(huì)重新獲得再分化的潛能。 爭(zhēng)議 ：,67,“異分化（disdifferentiation）學(xué)說(shuō) （干細(xì)胞起源學(xué)說(shuō)）,腫瘤起源于一些未分化或微分化，但具有分化潛力的干細(xì)胞，腫瘤細(xì)胞是在分化過(guò)程中停止下來(lái)的未分化的細(xì)

36、胞，并不是已出現(xiàn)特征的細(xì)胞再度去分化。 腫瘤細(xì)胞是由干細(xì)胞直接轉(zhuǎn)化而來(lái)的話，不需要去分化的過(guò)程,68,Stewart S. Critical Reviews in Oncology/Hematology,2004,51:1,腫瘤起源于不同分化階段的干細(xì)胞：如果致癌因子作用于未分化的干細(xì)胞，干細(xì)胞就成為腫瘤性干細(xì)胞而形成惡性腫瘤；如果致癌因子作用于近于終末期分化而仍能合成DNA的細(xì)胞則形成良性腫瘤；如果致癌因子擊中的是中間狀態(tài)的

37、細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)中等程度分化而介于這兩種極端之間的腫瘤。,69,腫瘤干細(xì)胞,目前還沒有一個(gè)合適的公認(rèn)的定義。是存在于腫瘤組織中、極小一部分具有干細(xì)胞性質(zhì)的細(xì)胞群體，具有自我更新的能力，是形成不同分化程度腫瘤細(xì)胞和腫瘤不斷擴(kuò)大的源泉。,70,等級(jí)學(xué)說(shuō)(Hierarchy)腫瘤細(xì)胞在功能上是異質(zhì)的；只有少量腫瘤干細(xì)胞具有無(wú)限增殖的可能,隨機(jī)學(xué)說(shuō)(Stochastic)突變理論所有腫瘤細(xì)胞均存在無(wú)限增殖的可能；但以很小的幾率,隨機(jī)地進(jìn)

38、入細(xì)胞周期增生分裂,71,腫瘤干細(xì)胞與干細(xì)胞的相似特征,自我更新能力和不定分化潛能相似的細(xì)胞表面標(biāo)志一些相同的細(xì)胞信號(hào)調(diào)節(jié)通路 (如Notch, Wnt, BMⅡ信號(hào)通路等),72,腫瘤干細(xì)胞與干細(xì)胞的區(qū)別,自我更新信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的負(fù)反饋機(jī)制已被破壞；缺乏分化成熟能力；傾向于累積復(fù)制的錯(cuò)誤，而干細(xì)胞能夠防止復(fù)制錯(cuò)誤的發(fā)展等,73,腫瘤干細(xì)胞的特點(diǎn),極強(qiáng)的自我復(fù)制更新能力，能夠產(chǎn)生與上一代完全相同的子代細(xì)胞。 不斷的分化能力，能夠

39、產(chǎn)生不同表型的腫瘤細(xì)胞，并在體內(nèi)形成新的腫瘤。 具有與非致瘤細(xì)胞不同的表面標(biāo)志。在腫瘤中的所占的比例較少。,74,研究腫瘤干細(xì)胞的意義,有望代替腫瘤細(xì)胞系，成為更加理想的腫瘤研究工具。用于研究腫瘤的發(fā)生機(jī)制，有助于研究觀念的轉(zhuǎn)變及對(duì)腫瘤本質(zhì)的理解。為臨床有效地診斷出惡性生長(zhǎng)細(xì)胞的存在部位并進(jìn)行有效治療，提供了新的思路。,75,腫瘤干細(xì)胞研究的問(wèn)題和展望,是否所有的腫瘤中都存在腫瘤干細(xì)胞如何分辨眾多腫瘤細(xì)胞中的腫瘤干細(xì)胞如何區(qū)

40、分正常干細(xì)胞與腫瘤干細(xì)胞尋找和鑒定特異性的腫瘤干細(xì)胞分子表面標(biāo)志尋找機(jī)體微環(huán)境內(nèi)誘導(dǎo)腫瘤干細(xì)胞分化的物質(zhì)是亟待解決的問(wèn)題誘導(dǎo)干細(xì)胞分化的化學(xué)藥物的毒副作用、藥物耐受等亦有待于研究……,76,三、癌基因、抑癌基因與細(xì)胞分化,分化與增殖是相互制約和協(xié)調(diào)進(jìn)行的過(guò)程。在正常細(xì)胞分化的過(guò)程中，必然涉及與增殖和分化有關(guān)原癌基因或抑癌基因的改變。癌基因的激活或抑癌基因的失活導(dǎo)致的分化和增殖失衡，其機(jī)制之一是這些癌基因和抑癌基因的改變涉及到

41、多種轉(zhuǎn)錄因子的激活。,77,c-fos/c-jun c-myc:腫瘤細(xì)胞經(jīng)分化誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)其分化時(shí)，c-myc表達(dá)下降是共同的特征 ras家族 src 、sis、ros、erb-B,癌基因,抑癌基因,RbP53：對(duì)轉(zhuǎn)錄的負(fù)調(diào)控發(fā)生在分化的后期，可能是抑制細(xì)胞周期進(jìn)程及誘導(dǎo)終末分化的先決條件。,78,細(xì)胞周期調(diào)節(jié)相關(guān)基因與腫瘤分化異常,基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控與腫瘤分化,細(xì)胞周期蛋白（cyclins)細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（CDKs)細(xì)胞周

42、期蛋白依賴性激酶抑制劑（CKIs)細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)（ chk),DNA甲基化異常組蛋白乙?；惓?79,白血病基因異常,染色體移位： Burkitt淋巴瘤 t(8;14) 慢粒的bcr-abl融合基因, t(9;22)APL RAR:維甲酸受體 PML :早幼粒細(xì)胞白血病基因 PML-RARα PLZF:早幼粒白血病鋅指基因 PLZF-RAR,80,第四節(jié) 腫瘤的誘導(dǎo)分

43、化治療,81,一、腫瘤誘導(dǎo)分化的概念,腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)分化 (induced differentiation of tumor cells) 在體內(nèi)外分化誘導(dǎo)劑存在下，腫瘤細(xì)胞被誘導(dǎo)重新向正常細(xì)胞方向逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。 reversion、reversion transformation、 redifferentiation、phenotypic reversion、 demalignancy、

44、normalization、decarcinogenesis,82,腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)分化： 細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)方式、生長(zhǎng)速度、基因表達(dá)等諸多細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、生理、生化功能標(biāo)志均向正常細(xì)胞接近。惡性表型受抑，惡性行為全部或部分消失，甚至完全變成正常細(xì)胞。 對(duì)腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)分化的研究不僅是了解癌變機(jī)理的重要手段，而且可能作為惡性腫瘤的一種新型治療方法。,83,受孕綿羊乳腺細(xì)胞核 + 假孕

45、母羊卵細(xì)胞質(zhì) （供體） （分化完全的體細(xì)胞） （受體） ↘ ↙（核質(zhì)融合） 核質(zhì)融合細(xì)胞 ↓體外培

46、養(yǎng)（dedifferentiation) 獲得全能性（胚胎性細(xì)胞狀態(tài)） ↓再分化（redifferentiation) 各專能細(xì)胞

47、 ↓胚胎置入假孕母羊子宮 個(gè)體（克隆羊）（反映供體遺傳特征） dedifferentiation redifferentiation 正常細(xì)胞 癌細(xì)胞

48、 誘導(dǎo)分化 （蛙腎癌細(xì)胞核+正常去核卵母細(xì)胞→正常表型蝌蚪）,84,（1）體外研究模型 白血病細(xì)胞株誘導(dǎo)分化模型： NB4、 HL60、Friend紅白血病 原始血細(xì)胞分化成熟過(guò)程所具有的階段性易觀察 形態(tài)標(biāo)志：早、中、晚幼粒細(xì)胞，帶核細(xì)胞 。 功能分化標(biāo)志：趨化性、吞噬活性、氧化代謝活性 (NBT還原實(shí)驗(yàn))、血紅蛋白合成功能。 細(xì)

49、胞表面分化抗原：準(zhǔn)確判斷細(xì)胞所處的分化階段如：粒系成熟過(guò)程，CD33表達(dá)減少，CD13表達(dá)增加,二、誘導(dǎo)分化研究模型,85,實(shí)體瘤細(xì)胞誘導(dǎo)分化模型：沒有白血病誘導(dǎo)分化時(shí)的明顯階段性 實(shí)體瘤組織來(lái)源多樣，分化的具體指標(biāo)各不相同 一般包括形態(tài)和功能的分化，增殖能力和致瘤性的降低或喪失。 細(xì)胞周期動(dòng)力學(xué)、細(xì)胞酶學(xué)、基因型等改變常用的實(shí)體瘤模型：有畸胎瘤、神經(jīng)母細(xì)胞瘤、黑色素瘤；上皮性腫瘤有乳腺癌、結(jié)腸癌、肝癌、胃癌等,86,腫

50、瘤干細(xì)胞研究模型：,87,（2）體內(nèi)研究模型 在重度聯(lián)合免疫缺陷病（SCID）小鼠中，已成功地建立了人類急性淋巴細(xì)胞性白血病、急性非淋巴細(xì)胞性白血病、急性早幼粒白血病的體內(nèi)動(dòng)物誘導(dǎo)分化模型。,88,（3）細(xì)胞雜交研究模型 癌變的基因外調(diào)控研究的經(jīng)典方法，也是腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)分化研究的重要方法 正常細(xì)胞+腫瘤細(xì)胞→成瘤性喪失 →成瘤性恢復(fù) （HF） （Hela）

51、 ↑ 特定染色體丟失(抑癌基因的發(fā)現(xiàn))肝癌細(xì)胞+正常肝細(xì)胞→癌細(xì)胞誘導(dǎo)分化。 （正常細(xì)胞基因或產(chǎn)物：控制惡性表達(dá)；修復(fù)遺傳缺陷；激活分化基因）轉(zhuǎn)化細(xì)胞無(wú)核胞質(zhì)體+正常細(xì)胞→惡性正常細(xì)胞無(wú)核胞質(zhì)體+轉(zhuǎn)化細(xì)胞→良性,89,（4）誘導(dǎo)全能性分化模型 蛙腎癌細(xì)胞核+正常去核卵母細(xì)胞→正常表型蝌蚪 小鼠畸

52、胎瘤細(xì)胞+ 胚泡→植入假孕的雌鼠子宮→ 完全正常小鼠個(gè)體,90,①  內(nèi)源性分化誘導(dǎo)劑：是由腫瘤細(xì)胞或宿主細(xì)胞 產(chǎn)生的。如G-CSF、GM-CSF、TNF、IFN-α、TGF-β、糖皮質(zhì)激素、RB基因。 ② 外源外性分化誘導(dǎo)劑，其中包括： A. 維甲酸類 : 其中全反式維甲酸(ATRA)，已用于臨床白血病治療。,三、分化誘導(dǎo)劑,91,維甲類（retinoid）(維A類化合

53、物): 視黃醇（retinol） 視黃醛（retinal） 視黃酸（又稱維甲酸，retinoic acid, RA ） 及其各種合成的衍生物維胺酸、維胺酯等研究最廣泛、最深入的是維甲酸類,92,B.極性化合物類： DMSO、二甲基甲酰胺(DMF)、六亞甲基二乙酰胺(HMBA)、丁酸鈉、亞硫酸鈉、TPA DMSO：較早發(fā)現(xiàn)的一種分化誘導(dǎo)劑，毒性問(wèn)題，尚難用于臨床。

54、 HMBA：誘導(dǎo)分化治療實(shí)體瘤具有較好的臨床應(yīng)用前景。,93,C.環(huán)腺苷酸衍生物：cAMP及其衍生物如8-氯-cAMP(8- Cl-cAMP)、雙丁酰cAMP（dbcAMP）、8-Br-cAMP 、PKA的特異性激動(dòng)劑forskolin, cAMP的降解阻滯劑如ATP D.抗癌藥類：如阿糖胞苷、絲裂霉素、放線菌素D、蒽環(huán)類抗癌抗生素 E.中藥有效成分：丹參F.其它：VitD3、As2O3、茶堿、干擾素、前列腺素、生長(zhǎng)因

55、子受體的抗體。,94,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化的中藥有效成分分類簡(jiǎn)表,95,3.作用機(jī)理 組織專一性 不同的分化誘導(dǎo)劑只對(duì)特定細(xì)胞系產(chǎn)生誘導(dǎo)分化的作用 TPA—HL60, K562細(xì)胞分化; cAMP—CHO細(xì)胞分化 分化方向?qū)Ｒ恍?不同的分化誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)同一細(xì)胞發(fā)生分化的方向不同或同一分化誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)不同的細(xì)胞發(fā)生不同方向分化

56、 HL60細(xì)胞：RA －粒系, TPA－巨噬細(xì)胞, vitD3－單核 RA：F9和PCC4細(xì)胞－壁內(nèi)胚層; PCB細(xì)胞－臟內(nèi)胚層,96,細(xì)胞分化基因重新啟動(dòng)和表達(dá)（c-fos,c-jun，HOX)，癌基因受抑制（myc, src)或抑癌基因(P53、RB)的表達(dá)； 影響腫瘤細(xì)胞周期：阻滯于G1/G0期的細(xì)胞可能是分化或?qū)⒎只募?xì)胞群體。(P21、P19等上調(diào)，cyclinA 、B、D等下調(diào)）影響

57、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制：cAMP（PKA↑)、磷脂信號(hào)途徑(PKC↑or↓)、 酪氨酸殘基脫磷酸化信號(hào)（TPK↓ )、RA-RAR信號(hào)使PML-RARa降解,可能機(jī)制,97,啟動(dòng)細(xì)胞分化機(jī)制的同時(shí)啟動(dòng)了細(xì)胞凋亡程序影響癌細(xì)胞膜表面結(jié)構(gòu)，細(xì)胞膜糖蛋白及糖脂復(fù)合物的改變—惡性表型的逆轉(zhuǎn)其他: 對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)的影響 與某些細(xì)胞酶學(xué)的變化相關(guān) 與端粒酶活性變化有關(guān),98,第四節(jié)誘導(dǎo)分化

58、治療惡性腫瘤的臨床實(shí)踐,ATRA(all trans retinoic acid)AS2O3,99,第五節(jié)       腫瘤誘導(dǎo)分化治療面臨的若干問(wèn)題,100,ATRA治療的缺陷,1.維甲酸綜合征（RAS):白細(xì)胞極度增多 2.維甲酸耐藥性 誘導(dǎo)性血漿藥物濃度下降 CRABP和CP450增高 MDR-1和P-gp表達(dá)增高 RARa在配體結(jié)合區(qū)的密

59、碼子發(fā)生突變 PML-RARa融合蛋白表達(dá)受阻 變異型PML-RARa的產(chǎn)生,101,細(xì)胞分化的確切機(jī)制如何？機(jī)體是如何對(duì)細(xì)胞分化實(shí)行調(diào)控的？哪些基因的表達(dá)對(duì)于細(xì)胞分化是必須的？如何發(fā)現(xiàn)高效低毒的分化誘導(dǎo)劑？如何實(shí)現(xiàn)腫瘤誘導(dǎo)分化治療在實(shí)體瘤的突破？療效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)？維甲酸耐藥,102,新型誘導(dǎo)分化治療藥物 ①維生素?cái)M似物：維甲酸和維生素Ｄ衍生物； ②細(xì)胞因子：粒－巨噬細(xì)胞集落刺激因子（ＧＭ－ＣＳＦ）、Ｇ