疾病的分子基础.pptx

疾病的分子基疾病的分子基础Simple overview of central dogmadegradation多种因素纠缠在一起，形成复杂疾病基因结构改变引起疾病的原理基因结构改变引起疾病的原理1.结构基因突变直接产生遗传效应2.结构基因突变引起hnRNA剪接改变如错义突变、无义突变、同义突变和移码突变等，影响蛋白质的性质。突变发生在hnRNA剪接位点，有两种情形，一是原有剪接位点消失；二是产生新的剪接位点。但均产生异常蛋白质。基因结构基因结构改变导致改变导致蛋白质结构蛋白质结构、蛋白质产量蛋白质产量发生改变，从而导致疾病。从本质上来说，均属于发生改变，从而导致疾病。从本质上来说，均属于分子病分子病。根据影响分子的类型可分为运输蛋白病、。根据影响分子的类型可分为运输蛋白病、免疫蛋白病、胶原蛋白病等。分子病的内容将在免疫蛋白病、胶原蛋白病等。分子病的内容将在医学遗传学医学遗传学讲述。讲述。如果基因结构改变影响的是一类特殊蛋白质如果基因结构改变影响的是一类特殊蛋白质酶，则称为酶，则称为酶蛋白病，酶蛋白病，这里详细阐述。这里详细阐述。由于基因突变导致酶蛋白缺失或活性异常而引起的机体由于基因突变导致酶蛋白缺失或活性异常而引起的机体代谢紊乱所引起的疾病称为酶蛋白病（代谢紊乱所引起的疾病称为酶蛋白病（enzyme protein enzyme protein diseasedisease）或先天性代谢缺陷。）或先天性代谢缺陷。需要强调的是：目前需要强调的是：目前绝大多数酶蛋白病均始于酶蛋白结构绝大多数酶蛋白病均始于酶蛋白结构的突变的突变，因此以其为范例在，因此以其为范例在“基因结构改变导致的疾病基因结构改变导致的疾病”讲述。酶蛋白病是从影响讲述。酶蛋白病是从影响基因类型的角度命名基因类型的角度命名；“基因结基因结构改变导致的疾病构改变导致的疾病”从从分子改变的角度划分分子改变的角度划分；同一种疾病同一种疾病可能由不同的基因结构改变导致，如点突变或缺失等可能由不同的基因结构改变导致，如点突变或缺失等。8一、酶蛋白病研究简史一、酶蛋白病研究简史(1)1908年：英国内科医生Garrod A首次提出先天性代谢病概念：他研究了尿黑酸尿症、白化病、戊糖尿症、胱氨酸尿症，认为这些疾病由代谢障碍产生，提出“先天性代谢缺陷”这一概念。(2)1941年：Beadle GW和Tatum EL，提出“一个基因一种酶”。(3)1949年：Pauling L，提出镰状细胞贫血症是“分子病”。(4)1952 年：Cori C F和Cori G T,研究了I型糖原贮积症的发病原因。(3)1953年：Jervis G A,发现苯丙酮尿症由苯丙氨酸羟化酶缺陷引起。(4)1956年：Ingram VM，发现镰状细胞贫血的发病机理6 Glu 6 Val，等等。人类的酶有人类的酶有10 00010 000种左右，但目前已明确的酶仅种左右，但目前已明确的酶仅200200多种。多种。二、根据酶活性的变化对酶蛋白进行分类二、根据酶活性的变化对酶蛋白进行分类1.1.酶活性降低：占绝大多数。酶活性降低：占绝大多数。2.2.酶活性升高酶活性升高影响翻译后修饰和加工影响翻译后修饰和加工酶酶+底物亲和力底物亲和力酶酶+抑制物亲和力抑制物亲和力 酶的稳定性降低（酶降解速率酶的稳定性降低（酶降解速率）酶活性降低的原因酶活性降低的原因 结构基因突变结构基因突变调节基因突变：酶合成速率调节基因突变：酶合成速率酶活性酶活性增高的原因增高的原因 结构基因突变结构基因突变酶酶+底物亲和力底物亲和力酶酶+抑制物亲和力抑制物亲和力 酶合成速率酶合成速率酶合成正常酶合成正常,但酶活性但酶活性调节基因突变调节基因突变三、三、酶蛋白病发病机制酶蛋白病发病机制酶缺乏致代谢终产物缺乏引起的疾病：如白化病酶缺乏致代谢终产物缺乏引起的疾病：如白化病 酶缺乏致代谢底物堆积引起的疾病酶缺乏致代谢底物堆积引起的疾病:如糖原储积症如糖原储积症S1S4S2E1-2S3E2-3S4E3-4PE3-PS5E4-5S1S1 S1 酶缺乏致代谢中间产物堆积和排出引起的疾病：如半乳糖血症酶缺乏致代谢中间产物堆积和排出引起的疾病：如半乳糖血症 S1S4S2E1-2S3E2-3S4E3-4PE3-PS5E4-5S2S2 酶缺乏致旁路产物增多引起的疾病酶缺乏致旁路产物增多引起的疾病:如苯丙酮尿症如苯丙酮尿症 S1S4S2E1-2S3E2-3S4E3-4PE3-PS5E4-5S2S2S4S5氨基酸代谢异常(一一)苯丙酮尿症苯丙酮尿症（Phenylketonuria,PKU）致病基因：由苯丙氨酸羟化酶（phenylalaninehydroxylase,PAH）遗传性缺乏引起。基因定位：12q23.2,全长约90kb，含13个外显子，在中国人中已发现10余种点突变。AR病，发病率1/1100019苯丙氨酸抑制酪氨酸脱羧酶活性，影响肾上腺素和去甲肾上腺素合成及黑色素合成。90以上患者毛发发黄，肤白，甚至虹膜呈黄色（白种人呈蓝色）。苯丙氨酸抑制色氨酸羟化，旁路途径抑制5-羟色胺脱羧酶活性，影响色氨酸代谢，影响脑发育。旁路产物抑制了脑组织内L-谷氨酸羧酶，使谷氨酸脱羧基生成-氨基丁酸减少，而后者对脑细胞的发育及功能起重要作用。病理生理20典型PKU患儿出生时，外貌正常，约至34个月时，渐出现智能发育不全，患儿步伐小，姿似猿猴，肌张力增高，易激动，甚至惊厥（影响中枢发育）。小便或汗液有特殊臭味。（苯丙酮酸、苯乙酸、苯乳酸的气味）临床症状和体征21特殊类型：恶性苯丙酮尿症（BH4BH4缺乏症，多种酶辅基缺乏症，多种酶辅基）临床症状类临床症状类似似PKU，但，但更严重，预更严重，预后更差后更差22诊断诊断经典型：症状经典型：症状+FeCl3实验（尿液呈绿色）实验（尿液呈绿色）恶性型：恶性型：HPLC（生物蝶岭明显降低）（生物蝶岭明显降低）治疗治疗经典型：低苯丙氨酸饮食经典型：低苯丙氨酸饮食恶性型：补充恶性型：补充BH4+L-DOPA+Carbidopa+5-HTP预防：筛查预防：筛查PKUPKU的诊断、治疗和预防的诊断、治疗和预防23附：从附：从OMIM 查找疾病致病基因突变：查找疾病致病基因突变：以以PKU为例为例OMIM 为“0nline Mendelian Inheritance in Man”的简称，意即“在线人类孟德尔遗传”或“网上人类孟德尔遗传”。持续更新的关于人类基因和遗传紊乱的数据库。主要着眼于可遗传的或遗传性的基因疾病，包括文本信息和相关参考信息、序列纪录、图谱和相关其他数据库。(二二)尿黑酸血症尿黑酸血症(alcaptonuria)致病基因：尿黑酸氧化酶(homogentisicacidoxidase)先天性缺乏引起，尿黑酸不能氧化成乙酰乙酸和延胡索酸。基因定位3q21-23AR病：发病率1/250000，症状和体征：新生儿和儿童，尿黑酸尿；成人，尿黑酸尿、褐黄病和褐黄关节炎。30(三三)白化病白化病 (albinism)分为I型和II型，前者酪氨酸酶阴性，后者阳性；I型多见，遗传系酪氨酸酶(tyrosinase)缺乏；II型原因不明。I型致病基因定位：11q14-q22AR病，发病率1/35000-1/15000全身性白化，患者皮肤呈白色,毛发银白或淡黄色,虹膜及瞳孔呈淡红色,视网膜无色素,羞明,眼球震颤等,。31白化病患者白化病患者 糖代谢病糖代谢病(一一)半乳糖血症半乳糖血症I型，经典型：半乳糖-1-磷酸鸟肝转移酶缺陷基因定位：9p13.3II型：半乳糖激酶缺陷基因定位：17q25.1III型：尿苷二磷酸半乳糖-4表型异构酶缺陷基因定位：1p36.113435I I型：呕吐、倦怠、腹泻、肝脏损害、白内障型：呕吐、倦怠、腹泻、肝脏损害、白内障严重者死于肝衰竭严重者死于肝衰竭36II II型：半乳糖尿、白内障、脑假瘤型：半乳糖尿、白内障、脑假瘤IIIIII型：表型多样型：表型多样预防：筛查，严格限制饮食中的乳糖成分。预防：筛查，严格限制饮食中的乳糖成分。37(二二)糖原贮积症糖原贮积症(glycogen storage disease)由糖原合成和降解酶缺陷引起的疾病，目前发现13种类型。I型最为常见，症状较重I型：葡萄糖-6-磷酸酶缺乏；基因定位：17q21.31。AR遗传：发病率1/200000肝内葡萄糖肝内葡萄糖6-磷酸酶（磷酸酶（gG6Pase）缺乏，）缺乏，G6P不能转不能转变为葡萄糖供组织利用，通过可逆反应而合成过多变为葡萄糖供组织利用，通过可逆反应而合成过多的肝糖原，引起患儿肝肿大。当不进食时极易发生的肝糖原，引起患儿肝肿大。当不进食时极易发生低血糖。由于动用脂肪可以出现酮血症；低血糖。由于动用脂肪可以出现酮血症；G6P通过通过无氧酵解，生成大量乳酸，导致酸中毒。所以患者无氧酵解，生成大量乳酸，导致酸中毒。所以患者的的肝大伴低血糖肝大伴低血糖，发育不良，消瘦，身体矮小，常，发育不良，消瘦，身体矮小，常有出血倾向。肝活检见糖原含量增加。有出血倾向。肝活检见糖原含量增加。病理生理病理生理Type I GSD(三三)黏多糖累积症黏多糖累积症1.黏多糖累积症黏多糖累积症I-H型型(Hurler syndrome)：常见类型，溶酶体：常见类型，溶酶体内缺乏内缺乏-L-艾杜糖苷酸酶，硫酸乙酰肝素和硫酸皮肤素沉艾杜糖苷酸酶，硫酸乙酰肝素和硫酸皮肤素沉着。着。AR病，患者多病，患者多10岁之前死亡。岁之前死亡。412.黏多糖累积症黏多糖累积症I-S型型(Scheie syndrome)：也缺乏：也缺乏-L-艾杜糖艾杜糖苷酸酶，但突变类型不同，硫酸乙酰肝素和硫酸皮肤素苷酸酶，但突变类型不同，硫酸乙酰肝素和硫酸皮肤素沉着。沉着。AR病，但症状轻。病，但症状轻。3.黏多糖累积症黏多糖累积症I-H/I-S型型(Hurler/Scheie复合综合征复合综合征)：症状：症状介于上述两者之间。介于上述两者之间。4.基因定位基因定位4p16.3.42黏多糖累积症黏多糖累积症II型型(Hunter syndrome)：与：与I-H类似，但无角膜类似，但无角膜混浊或轻微，两者可区别。混浊或轻微，两者可区别。XR，基因定位于，基因定位于Xq27.3-28，硫酸，硫酸艾杜糖醛酸硫酸酯酶缺陷所致。艾杜糖醛酸硫酸酯酶缺陷所致。43脂类代谢病脂类代谢病(一一)Gaucher 病病分为急性型和慢性型，为分为急性型和慢性型，为葡萄糖脑苷脂酶葡萄糖脑苷脂酶缺乏，导致葡萄糖酰基鞘氨醇缺乏，导致葡萄糖酰基鞘氨醇沉积于网状内皮系统。可在脾、肝、淋巴结、骨髓见到沉积于网状内皮系统。可在脾、肝、淋巴结、骨髓见到Gaucher细胞细胞AR病病:基因定位于基因定位于1q21.45(二二)Tay-Sachs病病也称为也称为GM2神经节苷脂累积症或家族性黑蒙性痴呆。神经节苷脂累积症或家族性黑蒙性痴呆。氨基己氨基己糖苷酶糖苷酶A缺乏缺乏，GM2神经节苷脂沉积所致。早期听觉过敏，神经节苷脂沉积所致。早期听觉过敏，可见视网膜黄斑变性（樱桃样），进行性失明可见视网膜黄斑变性（樱桃样），进行性失明AR病病:基因定位于基因定位于15q23-q24.46(三三)Niemann-Pick病病鞘髓磷脂酶缺乏。肝脾肿大，全身或局部性淡褐色黄斑。患鞘髓磷脂酶缺乏。肝脾肿大，全身或局部性淡褐色黄斑。患者口腔黏膜有蓝色色斑，斑点中樱桃红小点，神经系统受损，者口腔黏膜有蓝色色斑，斑点中樱桃红小点，神经系统受损，最后白痴。最后白痴。AR病病:基因定位于基因定位于11p15.4-p15.1.47Lesch-Nyhan综合征综合征自残综合征，患者次黄嘌呤鸟嘌呤核糖基转移酶（HPGRT）活力缺乏，嘌呤合成增加，尿酸增多，代谢紊乱。患者高尿酸血症和尿酸尿，可有痛风。XR病:基因定位于Xq26-q27.2嘌呤代谢病4849卟啉卟啉代谢病50急性间歇性卟啉症急性间歇性卟啉症尿卟啉原合成酶活性下，尿卟啉原合成酶活性下，Heme合成减少，合成减少，ALA活性增加，卟胆活性增加，卟胆原增多，从尿中排出。原增多，从尿中排出。胆绞痛、精神和神经症状间歇发作，胆绞痛、精神和神经症状间歇发作，2/3患者肌肉麻痹。患者肌肉麻痹。AD病，纯合子致死，基因定位病，纯合子致死，基因定位11q23.3，药物可诱发。，药物可诱发。51精氨酸血症精氨酸酶活性低下，血中和脑脊液中精氨酸浓度升高精氨酸酶活性低下，血中和脑脊液中精氨酸浓度升高血氨升高，智力发育迟缓、惊厥、嗜睡、呕吐等。尿中精氨酸、血氨升高，智力发育迟缓、惊厥、嗜睡、呕吐等。尿中精氨酸、胱氨酸、赖氨酸、瓜氨酸排出。胱氨酸、赖氨酸、瓜氨酸排出。AR病，基因定位病，基因定位6q23.尿酸循环代谢病52基因表达异常引起的疾病原理基因表达异常引起的疾病原理基因结构改变引起的疾病是由于基因突变导致产基因结构改变引起的疾病是由于基因突变导致产生的蛋白质发生了质变，基因表达异常引起的疾生的蛋白质发生了质变，基因表达异常引起的疾病属于影响了基因表达的过程，如转录、病属于影响了基因表达的过程，如转录、RNARNA降降解、蛋白质合成、蛋白质降解，任何一个过程异解、蛋白质合成、蛋白质降解，任何一个过程异常均可导致最终产物的量，从而引起疾病。常均可导致最终产物的量，从而引起疾病。基因表达异常引起的疾病分类基因表达异常引起的疾病分类1.1.调控序列变异导致基因表达水平异常引起疾病调控序列变异导致基因表达水平异常引起疾病2.DNA2.DNA甲基化异常导致基因表达水平异常引起疾病甲基化异常导致基因表达水平异常引起疾病3.3.组蛋白异常修饰导致基因表达水平异常引起疾病组蛋白异常修饰导致基因表达水平异常引起疾病4.4.非编码非编码RNARNA异常导致基因表达水平异常引起疾病异常导致基因表达水平异常引起疾病5.5.翻译后加工运输障碍引起疾病翻译后加工运输障碍引起疾病6.6.蛋白质降解异常引起疾病蛋白质降解异常引起疾病7.7.细胞信号转导异常引起疾病细胞信号转导异常引起疾病8.8.病原生物基因引起疾病病原生物基因引起疾病1.1.调控序列变异导致基因表达水平异常引起疾病调控序列变异导致基因表达水平异常引起疾病调控序列改变影响基因表达的强度，引起蛋白质合成量的调控序列改变影响基因表达的强度，引起蛋白质合成量的变化，这种变化超过一定范围，即可引起疾病变化，这种变化超过一定范围，即可引起疾病如：如：-珠蛋白基因转录起始点上游珠蛋白基因转录起始点上游30(-30)处有处有TATA盒；盒；-90处及处及-105处有处有CACACCC调控序列。这些调控序列发生突调控序列。这些调控序列发生突变，会使变，会使-珠蛋白基因转录效率降低，珠蛋白基因转录效率降低，-珠蛋白合成减珠蛋白合成减少，引起少，引起+地中海贫血。常见突变地中海贫血。常见突变1.TATA盒：盒：-32(C A)、-30(T C)、-29(A G)、-28(A G)2.CACACCC序列也可发生突变序列也可发生突变需注意：需注意：地中海贫血也存在基因结构突变导致疾病的情况地中海贫血也存在基因结构突变导致疾病的情况 地中海贫血的基地中海贫血的基因突变，可发现因突变，可发现在多种结构，如在多种结构，如调控序列的启动调控序列的启动子区，结构基因子区，结构基因区均可发生突变区均可发生突变2.DNA2.DNA甲基化异常导致基因表达水平异常引起疾病甲基化异常导致基因表达水平异常引起疾病基因区，尤其是启动子区的基因区，尤其是启动子区的CpGCpG岛异常甲基化，岛异常甲基化，往往导致该基因异常表达，如癌基因的往往导致该基因异常表达，如癌基因的CpGCpG岛岛（尤其启动子区）的低甲基化（尤其启动子区）的低甲基化 (癌基因表达升高癌基因表达升高)或抑癌基因的或抑癌基因的CpGCpG岛（尤其启动子区）高甲基化岛（尤其启动子区）高甲基化（抑癌基因表达下调）均可导致肿瘤发生。以抑（抑癌基因表达下调）均可导致肿瘤发生。以抑癌基因为例：癌基因为例：Manel Esteller,nature,20073.3.组蛋白异常修饰导致基因表达水平异常引起疾病组蛋白异常修饰导致基因表达水平异常引起疾病组蛋白存在多种修饰类型，多种修饰组蛋白存在多种修饰类型，多种修饰组成组蛋白密码，共同影响所在基因组成组蛋白密码，共同影响所在基因表达，当组蛋白修饰异常，导致基因表达，当组蛋白修饰异常，导致基因异常表达时，可导致疾病的发生。如异常表达时，可导致疾病的发生。如果影响癌基因或抑癌基因异常表达，果影响癌基因或抑癌基因异常表达，则导致肿瘤发生。如组蛋白去乙酰化则导致肿瘤发生。如组蛋白去乙酰化酶异常募集可导致急性粒细胞白血病酶异常募集可导致急性粒细胞白血病及淋巴瘤。及淋巴瘤。表观遗传修饰异常与肿瘤发生4.4.非编码非编码RNARNA异常导致基因表达水平异常引起疾病异常导致基因表达水平异常引起疾病非编码RNA包括长链非编码RNA和短链非编码RNA，前者从基因组水平调控基因转录；后者通过转录后方式调控mRNA稳定性及其翻译效率。如miRNA，如果其表达异常，则其靶基因的表达水平也异常，影响蛋白质表达水平。如果发生在癌基因或抑癌基因则可导致肿瘤的发生。miRNAmiRNA与肿瘤与肿瘤发生示意图发生示意图5.5.翻译后加工运输障碍引起疾病翻译后加工运输障碍引起疾病蛋白质需要翻译后加工修饰才有作用，如去掉信号肽、基团修饰如糖基化、蛋白质折叠、运输到靶向部位等，任何一个环节异常均可导致疾病。例：酪氨酸酶合成后需要先在内质网折叠，然后运输到高尔基体糖基化加工，再由运转囊泡转运到黑色素体发挥作用。该过程异常会导致酪氨酸酶无法正确修饰和转运，导致功能缺陷，黑色素合成障碍，这是部分白化病发病的另一重要机制。6.6.蛋白质降解异常引起疾病蛋白质降解异常引起疾病目前认为，蛋白质降解主要通过两种途径进行，泛素蛋白酶体途径和自噬途径。共同维持细胞内蛋白质、细胞器水平的相对稳态，维持细胞生存，这些过程异常均可导致疾病。在神经退行性疾病、肿瘤等发病过程中，泛素蛋白酶体通路、自噬通路均发挥了重要作用。如在阿尔茨海默病中，淀粉样蛋白A选择性抑制20S蛋白酶体活性，影响神经元内蛋白质降解，影响疾病进程。参考文献：Theubiquitin-proteasomesysteminneurodegenerativediseases:precipitatingfactor,yetpartofthesolution.FrontMolNeurosci.2014;7:70.7.7.细胞信号转导异常引起疾病细胞信号转导异常引起疾病细胞内外信号转导异常均可导致疾病。例1：受siO2粉尘刺激，肺支气管上皮，尤其是肺泡巨噬细胞能够大量分泌转化生长因子TGF-1，后者作用于成纤维细胞，促进细胞分裂和细胞外基质（ECM）蛋白基因表达，使细胞外基质蛋白成分合成和分泌增加，如I、III、V型胶原蛋白等；TGF-1还刺激ECM相关受体表达；同时成纤维细胞还分泌大量的其他细胞因子，如白细胞介素1（IL-1）、肿瘤坏死因子等；这些因子反过来又刺激成纤维细胞分泌大量ECM，最终形成矽肺。例2：持续高血糖能够刺激心肌细胞、血管平滑肌细胞、内皮细胞的的二脂酰甘油DAG合成增加，进而刺激蛋白激酶C(PKC)的激活。活化的PKC促进血管紧张素转换酶ACE的表达，进而导致血管紧张素AngII水平升高；AngII能够刺激蛋白质合成增加，可导致心肌重塑和心肌肥大。最终引起糖尿病性心肌病。8.8.病原生物基因引起疾病病原生物基因引起疾病1.病原生物基因直接在机体组织器官表达，引起机械或生物学损伤。2.病原生物基因在机体内的表达于人体争夺营养影响机体。3.病原生物基因表达产生的生物毒素作用于机体引起机体代谢异常，导致疾病。4.病原生物基因可直接整合进入机体基因组，引起疾病。基因结构异常和基因表达异常直接相互联系，相互影响。如蛋白质翻译后修饰需要多种酶类参与，这些酶类的基因结构改变、表达水平改变均可导致蛋白质修饰障碍导致疾病。在复杂疾病系统中，各种因素往往交织在一起，甚至互为因果，导致或促进疾病发生，下面以肿瘤的发生为例展示癌基因、抑癌基因基因结构、表达异常如何导致肿瘤。肿瘤：泛指一群生长失去正常调控的细胞形成的新生物（neoplasm）。肿瘤85%为癌(carcinoma)，源于上皮细胞；2%为肉瘤(sarcoma)，源于结缔组织、骨或肌肉组织；5%为淋巴瘤(lymphoma)，源于免疫系统特别是脾及淋巴结的白细胞；3%为白血病(leukemia)，源于骨髓造血细胞。69-Hanahan D,Weinberg RA.Hallmarks of cancer:the next generation.Cell.2011，144(5):646-74.70Sustaining Proliferative SignalingSomatic Mutations Activate Additional Downstream Pathways.40%of human melanoma:B-raf mutationMutation of PI-3K kinaseDisruptions of Negative-Feedback Mechanisms that Attenuate Proliferative SignalingRas mutation:compromised GTPase activityPTEN phosphataseMTOR kinaseExcessive Proliferative Signaling Can Trigger Cell Senescence71Evading Growth SuppressorsTwo canonical suppressors of proliferation:TP53 and RbMechanisms of Contact Inhibition and Its Evasion:invoving NF2 and LKB1Corruption of the TGF-Pathway Promotes Malignancy.72Resisting Cell DeathApoptosisAutophagy Mediates Both Tumor Cell Survival and Death Necrosis Has Proinflammatory and Tumor-Promoting Potential:may be through angiogenesis.73Enabling Replicative ImmortalityTelomeres and Telomerase74Inducing Angiogenesis75Activating Invasion and MetastasisThe EMT Program Broadly Regulates Invasion and MetastasisDistinct Forms of Invasion May Underlie Different Cancer Types:“collective invasion”and“amoeboid form of invasion”76肿瘤的遗传倾向肿瘤的遗传倾向u单基因遗传的肿瘤单基因遗传的肿瘤视网膜母细胞瘤视网膜母细胞瘤、肾母细胞瘤、皮肤鳞癌、嗜铬、肾母细胞瘤、皮肤鳞癌、嗜铬细胞瘤、多发性神经纤维瘤等细胞瘤、多发性神经纤维瘤等视网膜母细胞瘤：眼部肿瘤，婴儿中发病率视网膜母细胞瘤：眼部肿瘤，婴儿中发病率1/200001/20000常染色体显性遗传常染色体显性遗传发病年龄早，多累及双眼发病年龄早，多累及双眼家族性（家族性（40%40%）和散发性（）和散发性（60%60%）77u多基因遗传的肿瘤多基因遗传的肿瘤多为常见恶性肿瘤，遗传与环境因素共同作用多为常见恶性肿瘤，遗传与环境因素共同作用肺癌与芳羟化酶（肺癌与芳羟化酶（AHHAHH）诱导活性的遗传多态性）诱导活性的遗传多态性78癌基因与抑癌基因癌基因与抑癌基因79肿瘤的发生在于平衡被打破肿瘤的发生在于平衡被打破80转化：转化：培养的正常细胞获得肿瘤特性称为培养的正常细胞获得肿瘤特性称为转化。转化。癌基因：癌基因：能够使细胞癌变，即体外引起细能够使细胞癌变，即体外引起细胞转化、体内诱导肿瘤的基因统称为癌基胞转化、体内诱导肿瘤的基因统称为癌基因因。癌基因的发现与识别癌基因的发现与识别历经数十年，产生数位诺贝尔奖历经数十年，产生数位诺贝尔奖1966 Rous1966 Rous、1975 Temin 1975 Temin、1989 Bishop1989 Bishop811910年Rous 发现鸡肉瘤病毒(RSV-RNA反转录病毒）。1970年，Martin等通过分析野生型RSV和缺失转化能力的变异株病毒基因的差别，发现细胞的恶性转化与RSV基因组中的一个特定基因Src相关，命名为V-Src。1976年Bishop证明正常细胞中存在与v-oncogene同源序列细胞癌基因c-oncogene或原癌基因。80年代初 Weinberg 等几个实验室通过转染实验证明人体细胞中的癌基因H-ras。现已发现100多种的oncogene。82病毒癌基因病毒癌基因RNARNA病毒癌基因：如病毒癌基因：如srcsrc，在宿主有副本，转导而来，在宿主有副本，转导而来，全全部是逆转录病毒部是逆转录病毒。DNADNA病毒癌基因：病毒自身的基因。病毒癌基因：病毒自身的基因。细胞癌基因：相对于病毒癌基因，细胞中细胞癌基因：相对于病毒癌基因，细胞中正常的原癌基因正常的原癌基因83病毒癌基因是存在于肿瘤病毒基因组中、使靶细胞发生恶性病毒癌基因是存在于肿瘤病毒基因组中、使靶细胞发生恶性转化的基因转化的基因正常细胞内存在与病毒癌基因同源的基因正常细胞内存在与病毒癌基因同源的基因,称为细胞癌基因称为细胞癌基因84通过转染实验证明人体细胞中的癌基因通过转染实验证明人体细胞中的癌基因H-ras。85 理解：理解：细胞癌基因细胞癌基因是细胞正常生长、分化所必需的细胞正常生长、分化所必需的，是生长发育过程中所不可缺少的。在发育过程中的一定时间、一定组织中定量的表达，产生生命活动中所必需的蛋白质，促进某些生命过程的进行，使生长发育得以实现。在机体生长发育过程完成后多处于关闭状态关闭状态，即不表达或低表达不表达或低表达。一旦在错误的时间，不恰当地点，不适量表达即可能导致细胞无限制的增长而趋于恶性转化。86原癌基因(proto-oncogene):正常细胞内存在的、参与细胞生长分化并具有使细胞癌变潜能的基因在肿瘤细胞中原癌基因往往被激活，处于活跃表达的状态87癌基因分类：根据其蛋白产物及生化特征分为五类生长因子：如sis基因编码PDGF链。生长因子受体：如erbB2。信号转导分子：如src、ras。转录因子：如c-myc、c-fos、c-jun。细胞凋亡调控因子：如bcl-2。可以看到，癌基因的分布可组成信号转导通路88癌基因在细胞内的分布癌基因在细胞内的分布89RTK-Ras-MAPK 通路通路原癌基因的激活机制原癌基因的激活机制91细胞中原癌基因可以通过一些机制被激活细胞中原癌基因可以通过一些机制被激活,导致基因表导致基因表达或过表达达或过表达,从而使细胞癌变从而使细胞癌变,一般分为一般分为4 4类类类类:点突变点突变点突变点突变基因扩增基因扩增基因扩增基因扩增染色体易位或重排染色体易位或重排染色体易位或重排染色体易位或重排启动子插入激活启动子插入激活启动子插入激活启动子插入激活92癌基因激活机制癌基因激活机制基因突变：多为点突变，单个单个碱基突变而改变了编码蛋白质的功能使癌基因激活.突变K-ras、N-ras、H-ras，12、13、61codon。结合GTP的蛋白93基因扩增（geneamplification）u细胞学：均质染色区(HSR)染色体某个节段、相对解旋、浅染区,染色体增长。双微体(DM)扩增的DNA脱离染色体,分散为成双的染色质小体u分子水平：基因拷贝倍增。神经母细胞瘤N-myc94均质染色区（均质染色区（HSRHSR）和双微（）和双微（DMDM）95 3.染色体重排染色体断裂与重排导致细胞癌基因在染色体上的位置发生改变,易位到启动子或增强子附近而被激活,或与其他高表达基因形成融合基因.CMLt（9；22）9q+和22q-（Ph）bcr/ablBLt（8；14）8q-和14q+9697人类肿瘤的代表性癌基因及其分类人类肿瘤的代表性癌基因及其分类前癌基因作用癌基因活化机制亚细胞定位人类的肿瘤生长因子：PDGF-链sis过度表达细胞外星形细胞，骨肉瘤，乳腺癌等FGFhst-1过度表达细胞外胃癌，胶质母细胞癌生长因子受体：（具蛋白质激酶活性）EGFR家族erb-B1过度表达透膜肺鳞癌，脑膜瘤，卵巢癌等erb-B2扩增透膜乳腺癌，卵巢癌，肺癌，胃癌等erbB-3过度表达透膜乳腺癌csf-1受体fms点突变透膜白血病参与信息转导蛋白质：结合GTPH-ras点突变胞膜内甲状腺癌，膀胱癌等K-ras点突变胞膜内结肠癌、肺癌、胰腺癌等N-ras点突变胞膜内白血病，甲状腺癌细胞核调节性蛋白质：转录活化物c-myc易位核内Burkitt淋巴瘤N-nyc扩增核内神经母细胞瘤，肺小细胞癌L-myc扩增核内肺小细胞癌98u肿瘤抑制基因肿瘤抑制基因/抑癌基因抑癌基因（Tumor Suppressor Gene Tumor Suppressor Gene，TSGTSG）正常细胞中存在的一类调节细胞生长增殖分正常细胞中存在的一类调节细胞生长增殖分化的基因，具有抑制肿瘤细胞增殖作用。化的基因，具有抑制肿瘤细胞增殖作用。99u克隆第一个克隆第一个TSG RB1：1976年年 对多个对多个RB 患者患者Chr缺失鉴缺失鉴定，最后确定于定，最后确定于13q14.1-13q14.2100u1983年Cavanee用13q12-q14片段为探针经杂交实验确证存在此区域存在一个4.7kb的基因u1986年Friend首先分离一cDNA克隆。uLeeWH又克隆了三个重叠的cDNA克隆，进行RB基因测序。u1988年SuHuangHJ用反转录酶为载体将RB导入RB细胞系，基因表达并抑制肿瘤特征，证实RB1是一个TSG。uRB1：200kb长，27exonsmRNA4.7kb，编码110kd蛋白，924个氨基酸,控制细胞的分裂与增殖调控E2F蛋白RB1基因101Rb-E2F通路102uP53功能形式为四聚体：17p13.1多种类型肿瘤中都存在其突变和缺失而致肿瘤的发生，在约50的肿瘤细胞中，可以检测到P53发生了突变P53的突变或缺失将使细胞受在到辐射损伤或致癌物刺激时无法阻断细胞周期，细胞失去了对G1期的监控功能，使细胞带着受损伤的DNA继续分裂（G1S)，加速了基因组的不稳定性，导致一系列突变的积累，最终转化成逃避监控的恶性细胞。103P53失活机制P53基因自身突变，导致P53蛋白丧失与DNA结合的能力，这是P53基因失活的最重要机制。MDM2癌基因的负调节。MDM2是p53的靶基因，p53蛋白激活MDM2基因的表达，而MDM2蛋白可与p53蛋白结合，抑制p53蛋白的功能，同时MDM2蛋白可催化p53蛋白的降解，从而形成一个反馈调节环，负调节p53蛋白活性。p53蛋白与癌基因产物之间的相互作用可能是其失活的另一个重要原因。DNA肿瘤病毒蛋白，如SV40大T抗原可与p53蛋白结合，抑制其功能活性并促进其降解。104uBRCA1和和BRCA2多种类型肿瘤中都存在其突变和缺失而致肿瘤的多种类型肿瘤中都存在其突变和缺失而致肿瘤的发生，尤其是家族性乳腺癌中。发生，尤其是家族性乳腺癌中。生物学功能与生物学功能与DNA Repair密切相关。密切相关。105106一些重要的一些重要的TSGTSG TSG TSG 染色体定位染色体定位 TSG TSG 染色体定位染色体定位 p53 17p13.1 RB 13q14.1WT1 11p13 p16 9q21P15 9q21 NF1 17q1.2P21 6p21.1 p27 12p13BRCA1 17q12 DCC 8q21.2FAP 5q21 p73 1p36.33NM23 17q21.3107 癌基因癌基因Normal genes Normal genes(regulate cell(regulate cell growth)growth)1st mutation1st mutation(leads to(leads to accelerated cell accelerated cell division)division)1 mutation sufficient for role in cancer development1 mutation sufficient for role in cancer development 抑癌基因抑癌基因Normal genes Normal genes(prevent cancer)(prevent cancer)1st mutation1st mutation(susceptible carrier)(susceptible carrier)2nd mutation or loss 2nd mutation or loss(leads to cancer)(leads to cancer)Epigenetics and cancer110111112肿瘤发生的相关学说肿瘤发生的相关学说u两次打击学说Alfred Knudson 1971两次打击（two hit）学说：连续两次基因突变使正常细胞转化为癌细胞。生殖细胞突变+体细胞突变 遗传性肿瘤正常体细胞两次突变 散发性肿瘤113二次突变学说：20世纪70年代AlfredKnudson提出视网膜细胞瘤是由两个独立并连续的基因突变产生的，即由二次突变事件引起的。遗传性肿瘤病例中，第一次突变发生于生殖细胞，并且传递给胚胎发育的每一个体细胞，而第二次突变随机发生在体细胞中。而非遗传性视网膜母细胞瘤是同一体细胞发生两次独立的突变。因此前者具有发病早，双侧发病，有家族史等特点，而后者则相反。这一学说能最简单的解释肿瘤的显性遗传特征，还可以解释在其他情况下，肿瘤的发生是一种隐性事件，即野生型基因产物可以抑制肿瘤产生，肿瘤中这一对等位基因发生了失活。这一学说除了被用于分析视网膜母细胞瘤外，还被用于解释肾胚胎细胞癌等儿童肿瘤的发病原因及规律，而后被广泛用于分析各种肿瘤的发生。但该学说对于肿瘤发生中的各种遗传因素和环境因素的影响解释粗糙，不能具体分析，是其弱点。114二次突变学二次突变学说解释家族说解释家族性和散发性性和散发性视网膜母细视网膜母细胞瘤胞瘤115 u肿瘤的多步骤发生学说肿瘤是一种多因素、多阶段、累积渐进的过程需要突破基因和细胞水平监视具体过程分为始动阶段：细胞癌基因和抑癌基因平衡被打破，细胞发生恶性转化促进阶段：始动状态的细胞发生新的基因突变，细胞获得更强大生长动力；MHC分子表达降低，逃脱免疫监视。某些细胞系形成干系克隆。是治疗的关键阶段。恶化转移阶段：增速加快，不再需要新的基因改变，对环境依赖减少，某些亚型表达转移基因，此时不可逆。116 结肠癌发生的分子事件结肠癌发生的分子事件117精准医疗背景下的疾病精准医疗背景下的疾病118精准医疗精准医疗（Precision Medicine）是以个体化医疗为基础、随着基因组测序技术基因组测序技术快速进步以及生物信息与大数据科学生物信息与大数据科学的交叉应用而发展起来的新型医学概念与医疗模式。其本质是通过基因组、蛋白质组等组学技术基因组、蛋白质组等组学技术和医学前沿技术，对于大样本人群与特定疾病类型进行生物标记物的分大样本人群与特定疾病类型进行生物标记物的分析与鉴定、验证与应用析与鉴定、验证与应用，从而精确寻找到疾病的原因和治疗的靶点，并对一种疾病不同状态和过程进行精确分类，最终实现对于疾病和特定患者进行个性化精准治疗的目的对于疾病和特定患者进行个性化精准治疗的目的，提高疾病诊治与预防的效益。时代背景：高通量测序技术迅猛发展，测序成本越来越低高通量测序技术迅猛发展，测序成本越来越低122精