第二讲-肿瘤生化与分子生物学基础.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二讲 肿瘤生化与分子生物学基础,我国,：城市恶性肿瘤的死亡率位居第一，,其次是心脑血管。,恶性肿瘤中死亡率最高的是：,男性,：肺癌；,女性,：乳腺癌,恶性肿瘤是危害人类健康最严重的疾病之一,最近有报道：,上海肿瘤发病中,，肺癌占据第一，,其次为肠癌。,美国,：恶性肿瘤死亡率仅次于心血管疾病,(DeSantis,C.,R.Siegel,et al.Breast cancer statistics,2011.CA Cancer J Clin,2011;61(6):409-418.),癌细胞的十大特征,1.自给自足生长信号,（Self-Sufficiency in Growth Signals）；,2.抗生长信号的不敏感,（Insensitivity to Antigrowth Signals）；,3.抵抗细胞死亡,(Resisting Cell Death)；,4.潜力无限的复制能力,(Limitless Replicative Potential)；,5.持续的血管生成,(Sustained Angiogenesis)；,6.组织浸润和转移,(Tissue Invasion and Metastasis)；,7.避免免疫摧毁,(Avoiding Immune Destruction)；,8.促进肿瘤的炎症,（Tumor Promotion Inflammation）；,9.细胞能量异常,（Deregulating Cellular Energetics）；,10.基因组不稳定和突变,（Genome Instability and Mutation）。,Robert A.Weinberg,Robert A.Weinberg,很早以前注意到：肿瘤是一种基因病。,究竟是何原因导致肿瘤,？,当这些基因受到体内外,理化因素、或生物因素,（主要指肿瘤病毒）等影响时，,基因结构或其表达发生改变,，失去对细胞生长的控制作用，导致组织异常增生、癌变。,这些基因起何作用,？,调控细胞生长、增殖！,一、理化因素或生物因素的致癌作用,环境因素,DNA损伤而未能及时修复,可致基因突变,引发肿瘤。,发生率不同，有个体差异！,表明不同的个体，易感性不一样。,肿瘤的发生与环境因素和遗传基因的易感性有关！,受化学致癌物异常激活的癌基因：,有：,ras、myc、erb等原癌基因，,乳腺癌中常为H-ras，,皮肤癌多为H-ras、myc、fos等，,肝癌为H-ras。,（2）癌基因被异常激活和抑癌基因失活,化学致癌物的作用：,癌基因发生点突变,基因被异常激活,如烷化剂引起GA，苯并芘引起GT，,结肠癌K-ras癌基因的GA。,化学致癌物引起抑癌基因突变,而使之失活：,常见的有p53和Rb基因，进而引发多种癌瘤的产生。,抑癌基因p53基因突变引起的癌瘤有：,肺癌、乳腺癌、食管癌、胃癌、卵巢癌、胰腺癌、骨肉瘤、淋巴瘤、甲状腺瘤等；,抑癌基因Rb基因失活引起的癌瘤有：,小细胞肺癌、膀胱癌、乳腺癌、胰腺癌、骨肉瘤、软组织肉瘤等。,（3）促癌剂的作用,化学致癌物存在条件下，可加速促癌类化合物的致癌性，促进肿瘤细胞的生长、癌变。,如给小鼠背上涂布微量二甲基苯并蒽,再继续涂布,佛波醇酯（TPA）,可使几乎所有小鼠都发生肿瘤。,（二）物理因素的致癌作用,物理因素有电磁波辐射，以及电子、质子、中子等,二战中广岛，原子弹,建筑材料中的铀-238,氡-222,DNA氧化交联、损伤,c-Jun、k-ras被异常激活、过表达,1909年，Rous实验发现，含有鸡肉瘤病毒的无细胞滤液能诱发小鸡长肉瘤，这种病毒被称为,Rous肉瘤病毒,。,1958年阐明：Rous病毒是一种RNA逆转录病毒，其中含有一个特殊基因“,src,”,其表达产物可使细胞转化长肉瘤。,癌基因,（oncogene，onc）,是指能引起细胞转化、并长出癌瘤的一类基因。,1966年：Rous荣获诺贝尔奖,（三）病毒的致癌作用,病毒癌基因,（viral oncogene,V-onc,）,病毒中含有的癌基因，可以引发癌症。,1976年（Bishop,J.M，Varmus,H.E：,正常细胞中也有与v-onc同源的基因，被称为,细胞癌基因,（cellular oncogene,C-onc,）。,C-onc广泛存在于各种动物细胞中，是正常基因组的一部分。,1989年：Bishop,J.M，Varmus,H.E荣获诺贝尔奖.,原癌基因,（Proto-oncogene，,Proto-onc,）,在正常细胞中以非激活状态存在的细胞癌基因，称为,Proto-onc,，,对细胞无害。,当原癌基因在理化因素刺激下发生基因突变而被过度激活，引起细胞过度增殖、转化为癌细胞，此时称为,癌基因,。,已发现有多种病毒与人类肿瘤有关，例如：,C型KNA病毒：,与白血病有关,人类疤,疹病毒型（HSV-2）：,与子宫颈癌有关,EB病毒：,是一种人群感染率较高的致癌性疱疹病毒,与伯基特氏淋巴瘤、鼻咽癌有关，,人类肝癌的发生：与,乙型肝炎病毒,有关，,艾滋病病毒,的感染：与淋巴瘤、卡波奇肉瘤的发生也有关.,（1）通过癌基因表达产物促进恶性转化,致癌,病毒主要通过病毒癌基因编码产物,蛋白质,对细胞各环节发生作用。,癌基因表达的产物（蛋白质）:,大多是,生长因子及其受体类、蛋白激酶类、小G蛋白、核转录因子及核受体等,，参与细胞信号转导各个环节，促进细胞过度增殖，引起癌瘤的生长。,2.致癌机制,（2）通过插入激活而致癌,小鼠乳腺肿瘤病毒（MMTV）原本不含癌基因。,MMTV的癌基因（V-src）序列的两端含有重复调控序列（LTR）,具有增强子样功能,。,当其插入宿主细胞DNA分子中后，可促进宿主细胞基因表达。,MMTV的插入,生长因子int基因过表达,促进细胞增殖。,（3）,病毒癌基因与细胞癌基因的同源性,在进化过程中，病毒感染宿主细胞后，可从宿主细胞获得一部分细胞癌基因序列，即称为,病毒癌基因（V-onc）。,然后病毒癌基因再去感染宿主细胞，容易促进细胞增殖、转化、致癌。,（四）遗传特性决定肿瘤的易感性,癌瘤的发生受体内外因素的影响：,体内因素,（遗传性/先天性）,：,是指,遗传性,缺陷,DNA修复机制,或,细胞周期,调控缺陷,。,体外因素（,后天性,）：,是指外界的一些,理化因素,和,生物致癌,因素。,在上述因素综合作用下，有可能引起正常细胞的癌变。,在肿瘤发生过程中，,环境因素是启动因素，而个人的遗传特性决定肿瘤的易感性,。,肿瘤易感个体：,1）可能通过遗传，获得了突变的、易致癌的关键基因,2）这种突变基因对环境变化很敏感,3）这种突变基因易发生癌变生长,由于上述原因，使这类个体发生癌变的概率增高。,因而同样暴露于相同的致癌物环境下，有的易生癌、有的不生癌。,表明环境与遗传基因相互作用在致癌过程中非常重要。,（五）DNA修复缺陷导致基因组的不稳定性,DNA修复缺陷,导致基因组不稳定,基因断裂、基因重排,肿瘤发生风险,2007年来自华中科大同济医学院一篇论文，报道了 7个遗传性非息肉结肠癌（HNPCC）家系的病例资料：,缺陷DNA错配修复系统,基因组不稳定性,肿瘤发生风险,家属聚集性：,7个HNPCC家系：共有癌症患者23例，肿瘤灶27处,其中1个家系连续三代人生癌，4个家系连续两代人生癌。,二、肿瘤生化与细胞学特点,（一）癌组织中多种酶活性与物质代谢发生改变,1）糖酵解抑制有氧氧化,2）糖异生作用减弱，出现低血糖,3）核苷酸乃至核酸合成能力大大增强,4）肿瘤组织蛋白质,合成,，肌肉组织蛋白,分解,5）表达胎型同工酶,原因：,与多种相关酶活性异常有关！,物质代,谢变化,糖酵解,速率,糖异生,糖原合成,氨基酸分解,蛋白质合成,核苷酸乃至,核酸代谢的,酶活性,胎型同工酶,表达,1.糖酵解速率增大,正常时：,糖的有氧氧化抑制糖酵解,称,Pasteur效应,恶性肿瘤组织：,糖酵解抑制糖的有氧氧化,Crabtree效应,肿瘤组织糖酵解很活跃，依赖糖酵解产能提供合成代谢的能量所需。,肝癌细胞糖酵解速率是正常组织的2,5倍。肝癌组织中糖酵解供能可达50%。,2.糖异生及糖原合成能力均下降,肝细胞癌变过程中：,糖异生的4个关键酶,难以维持正常血糖浓度,糖原合酶活性,肝内糖原含量,低下,更,难以维持正常血糖浓度,这可能是晚期肝癌患者出现低血糖的重要原因。,3氨基酸分解下降而蛋白质合成增强,肿瘤组织：,1）谷氨酸脱氢酶、ALT、AST等酶活性,、,联合脱氨基作用,氨基酸分解,2）氨基酸活化酶,、蛋白质合成酶系,使,氨基酸,参与,蛋白质合成,肿瘤组织疯长,3）肿瘤组织进一步从血液中获取氨基酸用于合成蛋白质,引起,肌肉组织蛋白质分解,，以补充血液氨基酸,机体消瘦,这可能是肿瘤患者消瘦的原因之一,1）核苷酸合成过程中的酶活性变化,核酸从头合成酶,，dTMP合酶,，NDP还原酶,2）DNA复制过程中的酶活性变化,DNA 聚合酶,活性,，拓扑异构酶活性,促进细胞增值,3）端粒酶的活性变化,恶性肿瘤细胞中端粒酶活性,，阳性率80%90%,能否通过抑制端粒酶活性，抗肿瘤细胞增殖,？,4.核苷酸乃至核酸代谢异常旺盛,5表达胎型同工酶,恶性肿瘤组织往往表达胎儿期存在的同工酶，称为,胎儿型同工酶,(异常高表达HK,、PyrK、醛缩酶A,),；,或表达胎盘中存在的同工酶，称,胎盘型同工酶,；,还可以表达其他成年组织中存在的同工酶，称,异位型表达。,肝细胞癌变后表达胎型同工酶,高表达异位型肌型同工酶（CK）,（二）肿瘤细胞生物学特点,1）肿瘤细胞膜性质改变,2）肿瘤细胞增殖能力强,3）肿瘤细胞分化障碍,4）肿瘤细胞周期失控,1.肿瘤细胞膜性质改变,肿瘤细胞膜的通透性明显比正常细胞大,营养物通透,组织癌变时:,细胞基质（ECM）,细胞黏附分子（CAM）,异常,细胞之间的黏附异常,细胞间失去接触抑制,易从原发部位脱落,迁移、侵袭其他组织。,肿瘤细胞膜,:糖链改变，酸性粘多糖,，,转移癌的细胞表面唾液酸,负电性,膜上含肿瘤纤溶酶,使,血液纤溶酶原转变为纤溶酶,使,纤维蛋白分解,，,降解细胞间基质,促进肿瘤向周围侵袭、转移。,肿瘤细胞增殖能力强,1,）与细胞增殖相关的酶活性增高：,核苷酸合成酶、,DNA,聚合酶、拓扑异构酶、氨基酸活化酶、蛋白质合成酶系均增高,细胞增殖,2,）细胞信号转导通路中的蛋白激酶活性改变：,PKA,活性,细胞分化，良性生长,PKC,、,TPK,使信号转导,蛋白发生磷酸化修饰,细胞增殖,TPK,属于生长因子受体型酪氨酸激酶，接受生长因子信号,细胞增殖,3.肿瘤细胞分化障碍,肿瘤细胞增殖程度高、分化程度低，或发生趋异性分化，出现多向分化：,如髓母细胞瘤可见有神经元分化成分、各种胶质细胞分化成分、甚至出现肌细胞成分，称此为,趋异性分化。,这种在一种类型肿瘤组织中出现另一种肿瘤成分的现象，被称为,肿瘤的化生,。,肿瘤细胞的趋异性分化，使胞核核型不规则、大小不均,肿瘤的趋异性可能又是肿瘤细胞具有侵袭性、转移性的原因。,最近有人提出了“,肿瘤干细胞,”概念：,肿瘤干细胞是指具有恶性增殖能力的、能促进肿瘤生长的细胞群。,肿瘤干细胞在肿瘤组织中只占一小部分，这类细胞具有形成并维持肿瘤生长和异质性的能力，与肿瘤转移与肿瘤复发有关，若要彻底治愈肿瘤，必须清除这类细胞。,提出“肿瘤干细胞”的策略！,8/31/2025,38,G1/S调控点,4.细胞周期失控是肿瘤形成的重要原因,受Cyclin/cdk调控,cyclin、CDI(P21、P16,),E2F、,Rb、P53,细胞周期的不同阶段受 Cyclin/Cdk的调控。Cyclin作为调节亚基，Cdk作为催化亚基，通过两者形成,Cyclin-Cdk复合物而激活Cdk活性,，调节细胞周期进程。,与Cyclin相反，Cdk抑制蛋白（CKI）抑制Cdk活性。,(P21、p16),Rb,不被磷酸化,细胞周期,停止在G,1,期,Rb-E,2,F（,E,2,F失活,）,cyclin,(+),Rb-P,Rb-P不与E,2,F结合,CDI,(-),cyclin/CDK,E,2,F发挥转录,因子作用,促进细胞增殖,P,53,(+),CKI分两大家族：包括p21家族和p16家族。,2),p21,抑制Cyclin-Cdk活性,Rb不被磷酸化修饰而活化,活性,Rb蛋白与E,2,F结合,细胞周期停在G,1,细胞增殖,3),P16蛋白,抑制Cdk,4,、Cdk,6,活性,Rb蛋白不被磷酸,化而活化,Rb蛋白,与E,2,F结合,使细胞周期停留在G,1,期,细胞增殖,1)Cyclin促进CDK活性,Rb,-P,而失活E,2,F活化,细胞进程,4)P21又受P53的促进,正常时,：,p53蛋白,促进p21蛋白表达,抑制,Cyclin/CDK活性,P16蛋白,Rb非磷酸化,（,有抑制E,2,F的活性,）,正常时：,非磷酸化-Rb,与E,2,F结合（形成,Rb-E,2,F,）使E,2,F失活,细胞停留在G,1,细胞癌变时：,Rb-p,E,2,F活性,细胞周期越过G1/S期关卡,细胞,增殖,由上所知，肿瘤的发生是多因素事件，往往累及到肿瘤细胞内有多种物质代谢发生改变，细胞多种性质发生变化。,能否寻找一些特异性的肿瘤标志物，用于肿瘤的诊断、分类、预后判断及治疗？,如：AFP、CEA、PAP、NSE、,-GT等,肿瘤组织疯长：,是与癌基因与抑癌基因的调控作用发生异常有关,！,癌基因与抑癌基因如何实现对细胞生长的调控？,通过其表达产物来实现！,三、癌基因表达产物及其作用,癌基因表达产物：,生长因子类，生长因子受体，G蛋白类，蛋白激酶类，转录因子类等，,上述产物与细胞生长、增殖关系密切,生长因子类,sis,PDGF链,int-,2 FGF成员,hst,FGF成员,癌基因表达产物及其作用（1）,类别 癌基因 表达产物 生物学功能,通过自/旁分泌作用与相应受体结合，参与调控细胞生长、增殖等,生长因子,erb,-B EGFR胞内区,受体类,fms,CSF-1R,trk,NGFR,kit,PDGFR,大多为横跨质膜的RTPK,当被相应生长因子识别并活化后，可进一步参与调控细胞生长、增殖等,蛋白激酶类,src,Tyr蛋白激酶,mos,Ser/Thr蛋白激酶,raf,Ser/Thr蛋白激酶,癌基因表达产物分类（2）,类别 癌基因 表达产物 生物学功能,在胞质内可以分别催化下游效应蛋白Tyr/Ser/Thr残基发生磷酸化修饰,小G蛋白,H/K/N,-ras,Ras,蛋白,位于胞内侧，在,RasMAPK,途径中，介导多种生长因子的信息传递,核内转录,myc,Myc蛋白,因子类,myb,Myb蛋白,fos,Fos蛋白,jun,Jun蛋白,癌基因表达产物及其作用（3）,类别 癌基因 表达产物 生物学功能,其他,erb,-A 甲状腺激素受体,crk,磷脂酶C,在核内发生磷酸化修饰后，参与调控基因表达,在核内形成Fos-Jun二聚体，作为转录因子调节基因转录活性,在核内接受甲状腺激素信号，促进细胞生长、增殖,被RTPK结合到质膜中，催化PIP,2,水解，生成IP,3,和DAG,从上表看出，,癌基因表达产物位于信号通路中的不同环节,，参与了许多重要的细胞活动，包括细胞生长、分化、基因表达调控、细胞周期调控等，并在细胞凋亡、衰老过程中也起着重要作用。,如果没有癌基因及其表达产物，细胞的生长、增殖就会受到影响，受精卵就不能分裂，胚胎不能发育，组织受损后不能再生和修复，细胞不能正常生长，生物也就不能生存。,生物生存依赖于癌基因的适度表达。,四、细胞信号转导通路与肿瘤细胞的异常增殖,许多癌基因表达产物作为细胞信号转导蛋白，参与细胞生长、增殖、分化的调控。,因此，近年来从细胞信号转导角度，研究肿瘤发生与发展的机制，以及药物的作用及其靶点成为近年来肿瘤防治研究的热点。,（1）Ras-MAPK(ERK)途径；,（2）TGF,-Smad途径；,（3）JAK-STAT途径等。,（1）Ras-MAPK(ERK)途径,GF,RTPKRasMAPK系统转录因子基因表达细胞生长、增殖,TGF,-Smad信号转导途径,-转化生长因子（,TGF,）,TGF,受体（,型、型,）,Smad家族（8个成员/三类）,受体调节Smad,R-Smad,共配体Smad,Co-Smad,抑制性Smad,I-Smad,R-Smad:,(Smad,1、2、3、5、8,),Co-Smad:,（Smad,4,）,I-Smad:,(Smad,6、7,),TGF,-Smad传递途径,TGF,是一种多功能细胞因子，参与免疫调节、肿瘤发生、造血调控、炎症反应、组织纤维化等多个方面调节作用。,癌症早期：,TGF,抑制肿瘤细胞增殖、诱导其凋亡,肿瘤进展期：,TGF,对肿瘤细胞抑制作用逐渐消失，反而促进,肿瘤发展晚期：,抑制免疫、促进血管新生、细胞外基质分泌,利于肿瘤细胞生长、转移、浸润。,调节组织纤维化：,Smad3/Smad7异常表达胶原蛋白基因异常表达纤维化,TGF,信号途径调节肿瘤的发生：,最近几年还发现,细胞凋亡与增殖,的不平衡，,新生血管的生成,等都可能引起细胞过度增殖，导致肿瘤的形成。,最近提出,“多基因协同假说”,，认为细胞癌变是由多个基因的异常激活或失活引起，而非单一基因。,对此，国内多个单位联合起来开展肿瘤基因组学研究，期待探明肿瘤的发生究竟与那些基因突变或异常表达有关，为临床的基因靶向治疗提供线索。,五、肿瘤的预防,我国每年癌症发病人数约260万，死亡180万，死亡率69%，目前还处于快速上升期。,国际抗癌联盟发布数据表明，2008年全球有1270万人患癌，死亡人数760万，死亡率60%。,其中约4成癌症是由不良生活方式、感染、饮食问题、职业或环境因素等引起。,全球肺癌死亡人数中，80%-90%由吸烟导致；过度肥胖也是导致肿瘤的原因之一。这些因素是可控、可防的。,预防癌症可分三个层次：,（1）病因学预防：,主要是针对各种理化因素、生物因素、以及来自体内外的各种致病因素，采取预防措施，加强环境保护、降低肿瘤的发生率。,WHO建议：避免动物脂肪、增加粗纤维饮食、减少肉食，增加水果和蔬菜、避免肥胖。,对于每一个人来说，每天养成良好的饮食习惯、均衡营养，远离烟草，加强锻炼，合理控制体重，增进身心健康，肿瘤的发生几率会大大减少。,（2）早发现、早诊断、早治疗：,将肿瘤扼杀在摇篮之中。,大量动物实验和临床事实证明，恶性肿瘤的发生与发展均具有一定规律和过程，从刚接触致癌因子到病死，期间有一段相当长的反复演变过程，如果能够,早发现、早诊断、早治疗,，大约有80%-90%的患者是可以治愈的。,(DeSantis,C.,R.Siegel,et al.Breast cancer statistics,2011.CA Cancer J Clin,2011;61(6):409-418.),目前美国乳腺癌现状是：由于,早预防、早诊断和早治疗,，预后良好的乳腺原位癌发生率在增加，而预后不良的浸润性乳腺癌发生率在减少，更为重要的是,乳腺癌的死亡率明显降低,。,（3）康复性预防：,对已经确诊为肿瘤的患者，医生应选择合理的或最佳的诊疗方案，尽早给予治疗，防治病情继续恶化，防止致残，提高患者的生活质量，延长患者生命。,