腫瘤生化與分子生物學基礎

1、腫瘤生化與分子生物學基礎,我國：城市惡性腫瘤的死亡率位居第一， 其次是心腦血管。 惡性腫瘤中死亡率最高的是：男性：肺癌； 女性：乳腺癌,惡性腫瘤是危害人類健康最嚴重的疾病之一,最近有報道： 上海腫瘤發(fā)病中，肺癌占據(jù)第一，

2、 其次為腸癌。,美國：惡性腫瘤死亡率僅次于心血管疾病,很早以前注意到：腫瘤是一種基因病。,究竟是何原因?qū)е履[瘤？,,,當這些基因受到體內(nèi)外理化因素、或生物因素（主要指腫瘤病毒）等影響時，基因結(jié)構(gòu)或其表達發(fā)生改變，失去對細胞生長的控制作用，導致組織異常增生、癌變。,這些基因起何作用？,調(diào)控細胞生長、增殖！,一、理化因素或生物因素的致癌作用,環(huán)境因素?DNA損傷而未

3、能及時修復?可致基因突變?引發(fā)腫瘤。 發(fā)生率不同，有個體差異！ 表明不同的個體，易感性不一樣。 ※腫瘤的發(fā)生與環(huán)境因素和遺傳基因的易感性有關！,（一）常見化學致癌物及其致癌機制1．常見的化學致癌物,香煙、煤煙、汽車尾氣： 3,4-苯并芘化療藥、殺蟲劑： 烷化劑 染料、橡膠： 苯胺、氨基

4、聯(lián)苯胺食品添加劑、染料： 氨基偶氮苯 亞硝酸鹽： 亞硝胺類 霉變食品（如霉變花生）： 黃曲霉素熏烤、燒焦后的高蛋白食品： 亞硝胺類裝潢材料： 甲醛、苯、等---,2. 致癌機制（1）DNA分子中的鳥嘌呤堿基突變,DNA分子中的鳥嘌呤

5、是最易遭受致癌劑攻擊的部位 ：,在N1、N3、O6、N7、C8位上發(fā)生加合反應，使DNA分子發(fā)生損傷突變。,受化學致癌物異常激活的癌基因： 有：ras、myc、erb等原癌基因， 乳腺癌中常為H-ras， 皮膚癌多為H-ras、myc、fos等， 肝癌為H-ras。,（2）癌基因被異常激活和抑癌基因失活,化學致癌物的作用： 癌基因發(fā)生點突變→基因被異常激活 如烷化劑引起G→A，

6、 苯并芘引起G→T， 結(jié)腸癌K-ras癌基因的G→A。 化學致癌物引起抑癌基因突變而使之失活： 常見的有p53和Rb基因，進而引發(fā)多種癌瘤的產(chǎn)生。,抑癌基因——p53基因突變引起的癌瘤有： 肺癌、乳腺癌、食管癌、胃癌、卵巢癌、胰腺癌、 骨肉瘤、淋巴瘤、甲狀腺瘤等； 抑癌基因——Rb基因失活引起的癌瘤有： 小細胞肺癌、膀胱癌、乳腺癌、胰腺癌、骨肉瘤、軟組織肉瘤等。,（3）促癌劑的作用

7、 化學致癌物存在條件下，可加速促癌類化合物的致癌性，促進腫瘤細胞的生長、癌變。 如給小鼠背上涂布微量二甲基苯并蒽?再繼續(xù)涂布佛波醇酯（TPA）?可使幾乎所有小鼠都發(fā)生腫瘤。,（二）物理因素的致癌作用,物理因素有電磁波輻射，以及電子、質(zhì)子、中子等,二戰(zhàn)中廣島，原子彈 建筑材料中的鈾-238 氡-222,,DNA氧化交聯(lián)、損傷,,c-Jun 、k-ras被異常激活、過表達,1909年， Rous

8、實驗發(fā)現(xiàn)，含有雞肉瘤病毒的無細胞濾液能誘發(fā)小雞長肉瘤，這種病毒被稱為Rous肉瘤病毒。 1958年闡明：Rous病毒是一種RNA逆轉(zhuǎn)錄病毒，其中含有一個特殊基因“src”, 其表達產(chǎn)物可使細胞轉(zhuǎn)化長肉瘤。 癌基因（oncogene，onc） 是指能引起細胞轉(zhuǎn)化、并長出癌瘤的一類基因。 1966年： Rous榮獲諾貝爾獎,（三）病毒的致癌作用,病毒癌基因（viral on

9、cogene, V-onc） 病毒中含有的癌基因，可以引發(fā)癌癥。,1976年（Bishop,J.M， Varmus,H.E ： 正常細胞中也有與v-onc同源的基因，被稱為細胞癌基因（cellular oncogene, C-onc）。 C-onc廣泛存在于各種動物細胞中，是正常基因組的一部分。 1989年： Bishop,J.M， Varmus,H.E榮獲諾貝爾獎.,,

10、原癌基因（Proto-oncogene，Proto-onc ） 在正常細胞中以非激活狀態(tài)存在的細胞癌基因，稱為Proto-onc，對細胞無害。,當原癌基因在理化因素刺激下發(fā)生基因突變而被過度激活，引起細胞過度增殖、轉(zhuǎn)化為癌細胞，此時稱為癌基因。,,已發(fā)現(xiàn)有多種病毒與人類腫瘤有關，例如：,C型KNA病毒：與白血病有關 人類疤疹病毒Ⅱ型（HSV-2）：與子宮頸癌有關 EB病毒：是一種人群感染率較高的致癌性皰疹病毒

11、, 與伯基特氏淋巴瘤、鼻咽癌有關， 人類肝癌的發(fā)生：與乙型肝炎病毒有關， 艾滋病病毒的感染：與淋巴瘤、卡波奇肉瘤的發(fā)生也有關.,（1）通過癌基因表達產(chǎn)物促進惡性轉(zhuǎn)化 致癌病毒主要通過病毒癌基因編碼產(chǎn)物－蛋白質(zhì)對細胞各環(huán)節(jié)發(fā)生作用。 癌基因表達的產(chǎn)物（蛋白質(zhì)）: 大多是生長因子及其受體類、蛋白激酶類、小G蛋白、核轉(zhuǎn)錄因子及核受體等，參與細胞信號轉(zhuǎn)導各個環(huán)節(jié)，促進細胞過度增殖，引起癌瘤的生長。,2.

12、 致癌機制,（2） 通過插入激活而致癌 小鼠乳腺腫瘤病毒（MMTV）原本不含癌基因。 MMTV的癌基因（V-src）序列的兩端含有重復調(diào)控序列（LTR）,具有增強子樣功能。 當其插入宿主細胞DNA分子中后，可促進宿主細胞基因表達。 MMTV的插入→生長因子int基因過表達 →促進細胞增殖。,（3） 病毒癌基因與細胞癌基因的同源性

13、 在進化過程中，病毒感染宿主細胞后，可從宿主細胞獲得一部分細胞癌基因序列，即稱為病毒癌基因（V-onc）。 然后病毒癌基因再去感染宿主細胞，容易促進細胞增殖、轉(zhuǎn)化、致癌。,（四）遺傳特性決定腫瘤的易感性,癌瘤的發(fā)生受體內(nèi)外因素的影響： 體內(nèi)因素（遺傳性/先天性）： 是指遺傳性缺陷DNA修復機制或細胞周期調(diào)控缺陷。 體外因素（后天性）： 是指外界的一些理化因素和生物致癌

14、因素。 在上述因素綜合作用下，有可能引起正常細胞的癌變。 ※在腫瘤發(fā)生過程中，環(huán)境因素是啟動因素，而個人的遺傳特性決定腫瘤的易感性。,腫瘤易感個體：1）可能通過遺傳，獲得了突變的、易致癌的關鍵基因2）這種突變基因?qū)Νh(huán)境變化很敏感3）這種突變基因易發(fā)生癌變生長 由于上述原因，使這類個體發(fā)生癌變的概率增高。 因而同樣暴露于相同的致癌物環(huán)境下，有的易生癌、有的不生癌。表明環(huán)境與遺傳基因相

15、互作用在致癌過程中非常重要。,（五）DNA修復缺陷導致基因組的不穩(wěn)定性,DNA修復缺陷→導致基因組不穩(wěn)定→基因斷裂、基因重排→腫瘤發(fā)生風險??2007年來自華中科大同濟醫(yī)學院一篇論文，報道了 7個遺傳性非息肉結(jié)腸癌（HNPCC）家系的病例資料：缺陷DNA錯配修復系統(tǒng)→基因組不穩(wěn)定性??→腫瘤發(fā)生風險??→家屬聚集性：7個HNPCC家系：共有癌癥患者23例，腫瘤灶27處 其中1個家系連續(xù)三代人生癌， 4個家系連續(xù)兩代人生癌。,二

16、、腫瘤生化與細胞學特點（一）癌組織中多種酶活性與物質(zhì)代謝發(fā)生改變,1）糖酵解抑制有氧氧化 2）糖異生作用減弱，出現(xiàn)低血糖 3）核苷酸乃至核酸合成能力大大增強 4）腫瘤組織蛋白質(zhì)合成?，肌肉組織蛋白分解? 5）表達胎型同工酶,原因：與多種相關酶活性異常有關！,物質(zhì)代 謝變化,?,?,?,?,?,1. 糖酵解速率增大,正常時：糖的有氧氧化抑制糖酵解,稱Pasteur效應 惡性腫瘤組織： 糖酵解抑制糖的有氧

17、氧化——Crabtree效應 腫瘤組織糖酵解很活躍，依賴糖酵解產(chǎn)能提供合成代謝的能量所需。 肝癌細胞糖酵解速率是正常組織的2?5倍。 肝癌組織中糖酵解供能可達50%。,?,2. 糖異生及糖原合成能力均下降,肝細胞癌變過程中： 糖異生的4個關鍵酶?? ??難以維持正常血糖濃度 糖原合酶活性? ? 肝內(nèi)糖原含量低下 ???更難以維持正常血糖

18、濃度 這可能是晚期肝癌患者出現(xiàn)低血糖的重要原因。,?,3．氨基酸分解下降而蛋白質(zhì)合成增強,腫瘤組織： 1）谷氨酸脫氫酶、ALT、AST等酶活性??、聯(lián)合脫氨基作用???氨基酸分解? 2）氨基酸活化酶?、蛋白質(zhì)合成酶系??使氨基酸參與蛋白質(zhì)合成???腫瘤組織瘋長 3）腫瘤組織進一步從血液中獲取氨基酸用于合成蛋白質(zhì)?引起肌肉組織蛋白質(zhì)分解，以補充血液氨基

19、酸?機體消瘦 這可能是腫瘤患者消瘦的原因之一,?,1）核苷酸合成過程中的酶活性變化 核酸從頭合成酶?，dTMP合酶?，NDP還原酶?,2） DNA復制過程中的酶活性變化 DNA 聚合酶活性?，拓撲異構(gòu)酶活性??促進細胞增值,3） 端粒酶的活性變化 惡性腫瘤細胞中端粒酶活性??，陽性率80%?90%,能否通過抑制端粒酶活性，抗腫瘤細胞增殖？？？,4. 核苷酸乃至核酸代謝異常旺盛,

20、?,5．表達胎型同工酶 惡性腫瘤組織往往表達胎兒期存在的同工酶，稱為胎兒型同工酶(異常高表達HKⅡ、PyrK、醛縮酶A)； 或表達胎盤中存在的同工酶，稱胎盤型同工酶； 還可以表達其他成年組織中存在的同工酶，稱異位型表達。,肝細胞癌變后表達胎型同工酶?? 高表達異位型肌型同工酶（CK）,（二）腫瘤細胞生物學特點,1）腫瘤細胞膜性質(zhì)改變2）腫

21、瘤細胞增殖能力強3）腫瘤細胞分化障礙4）腫瘤細胞周期失控,1. 腫瘤細胞膜性質(zhì)改變 腫瘤細胞膜的通透性明顯比正常細胞大?營養(yǎng)物通透? 組織癌變時: 細胞基質(zhì)（ECM） , 細胞黏附分子（CAM）異常?細胞之間的黏附異常?細胞間失去接觸抑制?易從原發(fā)部位脫落?遷移、侵襲其他組織。 腫瘤細胞膜: 糖鏈改變，酸性粘多糖?， 轉(zhuǎn)移癌的細胞表面唾液酸???負

22、電性? 膜上含腫瘤纖溶酶?使血液纖溶酶原轉(zhuǎn)變?yōu)槔w溶酶?使纖維蛋白分解，降解細胞間基質(zhì)??促進腫瘤向周圍侵襲、轉(zhuǎn)移。,腫瘤細胞增殖能力強1）與細胞增殖相關的酶活性增高： 核苷酸合成酶、DNA聚合酶、拓撲異構(gòu)酶、氨基酸活化酶、蛋白質(zhì)合成酶系均增高??細胞增殖2）細胞信號轉(zhuǎn)導通路中的蛋白激酶活性改變： PKA活性? ? 細胞分化，良性生長 PKC、TPK???使信號轉(zhuǎn)導蛋白發(fā)生磷

23、酸化修飾 ?細胞增殖?? ※TPK屬于生長因子受體型酪氨酸激酶，接受生長因子信號 ??細胞增殖??,3. 腫瘤細胞分化障礙 腫瘤細胞增殖程度高、分化程度低，或發(fā)生趨異性分化，出現(xiàn)多向分化： 如髓母細胞瘤可見有神經(jīng)元分化成分、各種膠質(zhì)細胞分化成分、甚至出現(xiàn)肌細胞成分，稱此為趨異性分化 。這種在一種類型腫瘤組織中出現(xiàn)另一種腫瘤成分的現(xiàn)象，被稱為腫瘤的化生。,腫瘤細胞

24、的趨異性分化，使胞核核型不規(guī)則、大小不均,腫瘤的趨異性可能又是腫瘤細胞具有侵襲性、轉(zhuǎn)移性的原因。,,最近有人提出了“腫瘤干細胞”概念： 腫瘤干細胞是指具有惡性增殖能力的、能促進腫瘤生長的細胞群。 腫瘤干細胞在腫瘤組織中只占一小部分，這類細胞具有形成并維持腫瘤生長和異質(zhì)性的能力，與腫瘤轉(zhuǎn)移與腫瘤復發(fā)有關，若要徹底治愈腫瘤，必須清除這類細胞。 提出“腫瘤干細胞”的策略！,2024/3/19,34

25、,4. 細胞周期失控是腫瘤形成的重要原因,受Cyclin/cdk調(diào)控,細胞周期的不同階段受 Cyclin/Cdk的調(diào)控。Cyclin作為調(diào)節(jié)亞基，Cdk作為催化亞基，通過兩者形成Cyclin-Cdk復合物而激活Cdk活性，調(diào)節(jié)細胞周期進程。 與Cyclin相反，Cdk抑制蛋白（CKI）抑制Cdk活性。,(P21、p16),Rb不被磷酸化,Rb-P,cyclin/CDK,CKI分兩大家族：包括p21家族和p16家族。,2)

26、p21抑制Cyclin-Cdk活性 ? Rb不被磷酸化修飾而活化 ? 活性Rb蛋白與E2F結(jié)合 ?細胞周期停在G1 ??細胞增殖,3) P16蛋白?抑制Cdk4、Cdk6活性?Rb蛋白不被磷酸 化而活化 ?Rb蛋白與E2F結(jié)合?使細胞周期停留在G1期 ??細胞增殖,1) Cyclin促進CDK活性?Rb-P而失活?E2F活化??細胞進程,4) P21又受P53

27、的促進,正常時：p53蛋白 ?? 促進p21蛋白表達? 抑制Cyclin/CDK活性,P16蛋白,,? Rb非磷酸化

28、 （有抑制E2F的活性）,正常時：非磷酸化-Rb?與E2F結(jié)合（形成Rb-E2F）使E2F失活?細胞停留在G1,細胞癌變時： Rb-p ?E2F活性??細胞周期越過G1/S期關卡?細胞增殖??,由上所知，腫瘤的發(fā)生是多因素事件，往往累及到腫瘤細胞內(nèi)有多種物質(zhì)代謝發(fā)生改變，細胞多種性質(zhì)發(fā)生變化。 能否尋找一些特異性的腫瘤標志物，用于腫瘤的診斷、分類、

29、預后判斷及治療？,如： AFP、 CEA、 PAP、NSE、?-GT等,腫瘤組織瘋長： 是與癌基因與抑癌基因的調(diào)控作用發(fā)生異常有關！,癌基因與抑癌基因如何實現(xiàn)對細胞生長的調(diào)控？？？,通過其表達產(chǎn)物來實現(xiàn)?。?！,三、癌基因表達產(chǎn)物及其作用,癌基因表達產(chǎn)物： 生長因子類，生長因子受體，G蛋白類，蛋白激酶類，轉(zhuǎn)錄因子類等， 上述產(chǎn)物與細胞生長、增殖關系密切,生長因子類 sis

30、 PDGFβ鏈 int-2 FGF成員 hst FGF成員,癌基因表達產(chǎn)物及其作用（1）,類別 癌基因 表達產(chǎn)物 生物學功能,通過自/旁分泌作用與相應受體結(jié)合，參與調(diào)控細胞生長、增殖等,生長因子 erb-B EGFR胞內(nèi)區(qū)受

31、體類 fms CSF-1R trk NGFR kit PDGFR,大多為橫跨質(zhì)膜的RTPK, 當被相應生長因子識別并活化后，可進一步參與調(diào)控細胞生長、增殖等,蛋白激酶類 src Tyr蛋白激酶 mos Se

32、r/Thr蛋白激酶 raf Ser/Thr蛋白激酶,癌基因表達產(chǎn)物分類（2）,類別 癌基因 表達產(chǎn)物 生物學功能,在胞質(zhì)內(nèi)可以分別催化下游效應蛋白Tyr/Ser/Thr殘基發(fā)生磷酸化修飾,小G蛋白 H/K/N-ras Ras蛋白,位于胞內(nèi)側(cè)，在Ras－MAPK途徑中，介導多種生長因子的信息傳遞,核內(nèi)轉(zhuǎn)錄 myc

33、 Myc蛋白因子類 myb Myb蛋白 fos Fos蛋白 jun Jun蛋白,癌基因表達產(chǎn)物及其作用（3）,類別 癌基因 表達產(chǎn)物 生物學功能,其他 erb-A 甲狀腺激素受體

34、 crk 磷脂酶C,在核內(nèi)發(fā)生磷酸化修飾后，參與調(diào)控基因表達,在核內(nèi)形成Fos-Jun二聚體，作為轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄活性,在核內(nèi)接受甲狀腺激素信號，促進細胞生長、增殖,被RTPK結(jié)合到質(zhì)膜中，催化PIP2水解，生成IP3和DAG,從上表看出，癌基因表達產(chǎn)物位于信號通路中的不同環(huán)節(jié)，參與了許多重要的細胞活動 ，包括細胞生長、分化、基因表達調(diào)控、細胞周期調(diào)控等，并在細胞凋亡、衰老過程中也起著重要作

35、用。 如果沒有癌基因及其表達產(chǎn)物，細胞的生長、增殖就會受到影響，受精卵就不能分裂，胚胎不能發(fā)育，組織受損后不能再生和修復，細胞不能正常生長，生物也就不能生存。 生物生存依賴于癌基因的適度表達。,四、細胞信號轉(zhuǎn)導通路與腫瘤細胞的異常增殖,許多癌基因表達產(chǎn)物作為細胞信號轉(zhuǎn)導蛋白，參與細胞生長、增殖、分化的調(diào)控。 因此，近年來從細胞信號轉(zhuǎn)導角度，研究腫瘤發(fā)生與發(fā)展的機制，以及藥物的作用及其靶點成為

36、近年來腫瘤防治研究的熱點。 （1）Ras-MAPK(ERK)途徑；（2）TGFβ-Smad途徑；（3）JAK-STAT途徑等。,（1）Ras-MAPK(ERK)途徑,GF?RTPK?Ras?MAPK系統(tǒng)?轉(zhuǎn)錄因子?基因表達細胞生長、增殖,TGFβ-Smad信號轉(zhuǎn)導途徑 β-轉(zhuǎn)化生長因子（TGFβ） TGFβ受體（Ⅰ型、Ⅱ型） Smad家族（8個成員/三類）

37、 受體調(diào)節(jié)Smad——R-Smad 共配體Smad——Co-Smad 抑制性Smad——I-Smad,,R-Smad: (Smad1、2、3、5、8)Co-Smad: （Smad4）I-Smad: (Smad6、7),TGFβ-Smad傳遞途徑,TGFβ 是一種多功能細胞因子，參與免疫調(diào)節(jié)、腫瘤發(fā)生、造血調(diào)控、炎癥反應、組織纖維化等多個方面

38、調(diào)節(jié)作用。,癌癥早期： TGFβ抑制腫瘤細胞增殖、誘導其凋亡 腫瘤進展期： TGFβ對腫瘤細胞抑制作用逐漸消失，反而促進腫瘤發(fā)展晚期：抑制免疫、促進血管新生、細胞外基質(zhì)分泌 →利于腫瘤細胞生長、轉(zhuǎn)移、浸潤。調(diào)節(jié)組織纖維化： Smad3/Smad7異常表達→膠原蛋白基因異常表達→纖維化,TGFβ信號途徑調(diào)節(jié)腫瘤的發(fā)生 ：,最近幾年還發(fā)現(xiàn)細胞凋亡與增殖的不平衡，新生血管的生成等都可能引起細胞過

39、度增殖，導致腫瘤的形成。 最近提出“多基因協(xié)同假說”，認為細胞癌變是由多個基因的異常激活或失活引起，而非單一基因。 對此，國內(nèi)多個單位聯(lián)合起來開展腫瘤基因組學研究，期待探明腫瘤的發(fā)生究竟與那些基因突變或異常表達有關，為臨床的基因靶向治療提供線索。,五、腫瘤的預防,我國每年癌癥發(fā)病人數(shù)約260萬，死亡180萬，死亡率69%，目前還處于快速上升期。 國際抗癌聯(lián)盟發(fā)布數(shù)據(jù)表明，2008年全球有1270萬人

40、患癌，死亡人數(shù)760萬，死亡率60%。 其中約4成癌癥是由不良生活方式、感染、飲食問題、職業(yè)或環(huán)境因素等引起。 全球肺癌死亡人數(shù)中，80%-90%由吸煙導致； 過度肥胖也是導致腫瘤的原因之一。這些因素是可控、可防的。,預防癌癥可分三個層次：（1）病因?qū)W預防：主要是針對各種理化因素、生物因素、以及來自體內(nèi)外的各種致病因素，采取預防措施，加強環(huán)境保護、降低腫瘤的發(fā)生率。 WHO建議：避免動物脂肪

41、、增加粗纖維飲食、減少肉食，增加水果和蔬菜、避免肥胖。 對于每一個人來說，每天養(yǎng)成良好的飲食習慣、均衡營養(yǎng)，遠離煙草，加強鍛煉，合理控制體重，增進身心健康，腫瘤的發(fā)生幾率會大大減少。,（2）早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療： 將腫瘤扼殺在搖籃之中。 大量動物實驗和臨床事實證明，惡性腫瘤的發(fā)生與發(fā)展均具有一定規(guī)律和過程，從剛接觸致癌因子到病死，期間有一段相當長的反復演變過程，如果能夠早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療，大約