课件：分子肿瘤学.pptx

1,分子肿瘤学 (Molecular Oncology),2,2008: 新癌症病例 1270万例 56% 在发展中国家 癌症死亡病例 760万 60%在发展中国家 2030: 新癌症病例 2100万例 69%在发展中国家 癌症死亡病例 1320万例 72%在发展中国家,3,2002年预测，实际观察到的 癌症发病和死亡人数已经超过了预测水平。,每 1 分钟发生 5 例悪性肿瘤！ 死亡 3 例悪性肿瘤！,我国癌症发病与死亡趋势,4,中国癌症发病和死亡率上升的主要原因之一 人口老龄化,35岁起，癌症发病和死亡率开始上升， 50岁开始加速，75-80岁达到高峰,5,发病率增加原因,人口增加及老龄化 男性：10.5%；女性：13.9% 危险因素变化 男性：8.6%； 女性：3.8% 主要可能因素: 吸烟, 肥胖, 体力活动 估计遗传性大肠癌（HNPCC及FAP）约510%,6,癌症：全球的健康问题,2008年7月29日，WHO数据 2007年，癌症死亡790万，占总死亡人数的13% 肺癌(140万人)；胃癌(86.6万人)；肝癌(65.3万人)；结肠癌(67.7万人)和乳腺癌(54.8万人) 大约80%的癌症导致的死亡发生在低收入和中等收入国家 预计2030年全世界癌症死亡人数将达1200万,7,分子肿瘤学,第一节 肿瘤是什么？ 第二节 致癌因素及其致癌机制 第三节 肿瘤相关基因及其调控机制 第四节 端粒、端粒酶与癌 第五节 肿瘤的防治,8,第一节 肿瘤是什么？,1.1 肿瘤的概念 肿瘤：是一类疾病的总称，基本特征是细胞增殖与凋亡失控，扩张性增生形成新生物。 （1）良性肿瘤：生长缓慢，保留了正常细胞的某些特性，多数是无害的。 （2）恶性肿瘤：也称癌症，具有侵袭和转移的能力。 分子肿瘤学：是用分子生物学的理论和技术来研究肿瘤的一门科学，是医学和生物学的交叉学科。,9,良性,恶性,肿瘤(tumor),Carcinoma 癌,Sarcoma 肉瘤,Leukemia 白血病,癌症 (cancer),10,癌症的种类,（1）实体肿瘤 癌：起源于上皮细胞 淋巴瘤：起源于淋巴细胞 肉瘤：起源于间叶组织 （2）液体肿瘤 白血病：起源于骨髓造血细胞 （3）常见肿瘤： 乳腺癌、肺癌、肝癌、胃癌、白血病,11,正常人与白血病人的血液,12,1.2 癌的生物学特征,1、癌症是体细胞遗传病 遗传性肿瘤（胚或性细胞，12）和散发性肿瘤（体细胞，95） 2、癌细胞具有恶性生物学特征 无限增殖，不会分化，永生化，侵袭和转移能力，自主血管生成能力。 3、癌为单克隆起源，即癌是原始的、单个癌细胞增殖的后代。,13,正常和转化的成纤维细胞比较,14,分化中的癌细胞,15,1.4 人类对癌本质的认识,（1）早期对癌的认识 1775年，P. Pott发现童年曾做过清扫烟囱工作的男人中阴囊癌的发生率特别高。 19世纪，德国东部的沥青工人易患肺癌死亡 20世纪初，常受X射线照射的人容易患白血病和皮肤癌，为夜光表涂抹镭的女工因常舔刷毛而易患舌癌。 外因致癌论：癌是由身体之外的某种因素所引发的，如生活方式、饮食习惯和环境等。,16,（2）寻找致癌因子 20世纪初，日本的山际克三郎在实验中首次重现了兔耳皮肤癌。 20世纪30年代，发现煤焦油中3-甲基胆蒽和二甲苯丙蒽是致癌物质。 20世纪30年代，美国的H. Muller发现X射线使果蝇发生基因突变。 20世纪50年代，致癌因子使基因突变从而致癌。,17,（3）病毒致癌论 19世纪末，癌症是一种由细菌或病毒等微生物引发的传染性疾病。 1910年，P. Rous发现Rous肉瘤病毒（RSV），确立了病毒致癌的观点。 1970年，Martin 从RSV中分离出病毒癌基因src。,18,H. Varmus和J. M. Bishop的实验,含src的RSV,无src的RSV,鸡感染肉瘤,病毒带有src,去除src,感染鸡,检查RSV,鸡的细胞里面含有src,19,（4）癌基因激活致癌论 1976年，H. Varmus和J. M. Bishop发现原癌基因，也称细胞癌基因。 原癌基因的活化在癌变过程中起中心作用。,1979年罗伯特.温伯格的实验,20,（5）抑癌基因理论 1969年，H. Harris发现抑癌现象。 1986年，美国Dryla发现第一个抑癌基因Rb基因 抑癌基因的失活也是致癌的重要原因,21,癌是原癌基因激活和抑癌基因失活综合作用的结果。 人类癌症的主要风险因素是环境因素，而与此相关的代谢酶等修饰基因的遗传多态，决定了个体对这些因素的肿瘤易感性。,癌的本质,22,癌症会传染？,从5大洲收集的40只患传染性性病肿瘤的狗的肿瘤细胞。 这些肿瘤细胞并非出自狗自身的细胞，而是源自共同的亲本细胞。可能来自于几百甚至上千年前亚洲的驯养犬。,Clonal Origin and Evolution of a Transmissible Cancer, Cell, 2006, 126, 477-487.,23,对癌症治疗现状的反思,“中国健康调查报告”，T. Colin Campbell & Thomas M. Campbell II著，张宇辉译，吉林文史出版社，2006 膳食和生活方式可能是导致肿瘤的主要原因。 动物性食物的营养素促进肿瘤的发展，而植物性食物的营养素能抑制肿瘤的发展。 最健康的食品是纯天然的素食，如纯天然的水果、蔬菜和整谷粒等。,24,第二节 致癌因素及其致癌机制,2.1 致癌因素 化学因素：烷化剂、多环芳烃、芳香胺类、氨基偶氮染料、亚硝胺类物质、黄曲霉毒素、植物毒素、金属致癌物等 物理因素：电离辐射、紫外线、纤维状异物、热辐射、慢性刺激与炎症等 生物因素：致瘤性DNA病毒（人类乳头状瘤病毒、Epstein-Barr病毒和乙型肝炎病毒）和致瘤性RNA病毒（人类T细胞白血病病毒）,2008诺贝尔医学奖,25,德国哈拉尔德楚尔豪森（人乳头瘤病毒引发子宫颈癌）、法国弗朗索瓦丝巴尔-西诺斯和吕克蒙塔尼耶（HIV病毒）,26,2.2 化学致癌的分子机制,（1）点突变 （2）染色体畸变和易位 （3）DNA重排和插入诱变 （4）基因扩增或缺失 （5）DNA甲基化的改变 （6）细胞遗传或基因组不稳定性,27,肿瘤中DNA甲基化的作用,肿瘤局部相关基因的高甲基化： 肿瘤抑制基因沉默 肿瘤中整体的低甲基化 ：,28,肿瘤中整体的低甲基化,肿瘤组织相对于正常组织整体呈现低甲基化状态 目前有3种机制解释基因组整体的低甲基化在肿瘤中所扮演的作用： 1.低甲基化导致原癌基因的去甲基化失活，导致癌基因的大量 表达 （Myc 基因） 2.整体的低甲基化是细胞染色体不稳定的易感因素 3.低甲基化使肿瘤转移增加, DNA甲基化水平愈低 肿瘤的浸润 能力就越高，临床分期也愈晚,29,肿瘤局部相关基因的高甲基化,近几年研究发现, 在癌细胞中,肿瘤抑制基因甲基化的发生率与肿瘤抑制基因突变或缺失发生的概率大致相等, 均可导致肿瘤抑制基因功能的丧失，如结肠癌、胃癌中hMLH1基因高甲基化导致DNA错配修复的缺失；脑肿瘤、结肠癌中MGMT基因的高甲基化导致化疗敏感性降低。 一些DNA甲基化抑制剂, 例如5-氮杂胞苷和5-氮杂脱氧胞苷可以使失活的肿瘤抑制基因恢复其正常功能,为白血病和其他相关疾病的治疗提供了新的手段。,30,肿瘤中DNA甲基化的应用,肿瘤筛查和风险评估：甲基化检测能够有效预测不同肿瘤中个体的风险率 肿瘤病理分型和治疗 ：甲基化指标的鉴定有助于肿瘤的临床病理分型，体外应用DNA甲基化抑制剂活化沉默的高甲基化基因 肿瘤治疗监测：一个或者多个基因的甲基化状态与肿瘤的复发或者生存率相关 DNA甲基化研究是肿瘤分子生物学研究的一个重要领域,31,化学致癌的多阶段模式,（1）启动：基因受致癌因素作用发生突变，经过细胞分裂增殖被固定下来，并能传代。快速、不可逆的过程 （2）促进：促进启动形成的肿瘤细胞分裂生长的阶段。较易受干预 （3）演进：细胞产生不可逆基因组，在形态上或功能代谢和行为方面逐渐表现出肿瘤的特征。,32,第三节 肿瘤相关基因及其调控机制,3.1 癌基因 （1）癌基因的发现 1910年，Rous发现RSV。 1963年，Dulbeco发现正常细胞感染病毒可恶变为癌细胞。 1969年，Huebner和Todaro提出癌基因假说 1970年，Baltimore和Temin发现逆转录酶 1976年，Varmus和Bishop发现原癌基因,33,（2）癌基因的概念,原癌基因：是在控制细胞生长分化中起重要作用的正常基因，当它的结构发生变化，即被激活时，其正常生物学功能受到影响，从而使细胞发生癌变。 病毒癌基因：逆转录病毒所携带的致转化因子。例如： RSV中的癌基因src 。,34,原 癌 基 因,35,原癌基因的特点,（1）广泛存在于生物界中，从酵母到人的细胞普遍存在。 （2）在进化进程中，基因序列呈高度保守 （3）其作用通过其表达产物来体现 （4）在某些因素作用下被激活，形成癌性的细胞转化基因。,36,（3）原癌基因类型及其产物,37,生长因子可能变为癌基因,38,生长因子受体改变导致癌变,39,原癌基因家族,40,Ras基因,1980年从膀胱癌细胞株T24中克隆了第一个人癌基因 H-ras, 后来又发现了K-ras 和N-ras 都编码鸟苷酸结合蛋白, 分子量21000 肿瘤中以K-Ras 为主, H-Ras, N-Ras较少见 Ras蛋白在细胞增殖分化信号从激活的跨膜受体 传递到下游蛋白激酶过程中起重要作用,41,Ras基因在肿瘤中的改变以点突变为主 K-ras 基因的点突变主要集中在第12位氨基酸残基, 少数也有第13及61位点突变 已在膀胱癌乳腺癌结肠癌肾癌肝癌肺癌胰腺癌胃癌及造血系统肿瘤中均检测到了Ras基因的异常 不同类型的肿瘤 Ras 基因的突变率明显不同 胰腺癌（90%）结肠癌(53%） 肺癌(30%）,Ras基因的突变与肿瘤,42,Ras基因的作用机理,Ras蛋白位于细胞膜内侧 Ras蛋白对GTP 和GDP有高度亲和力 Ras 蛋白有活化和非活化两种形式，通常非活化状态的Ras蛋白分子能与GDP结合，在受到信号传递通道上游某因子的刺激时，GDP变成GTP，随后蛋白发生构象改变，成为活化状态，活化的Ras 蛋白与效应分子相互作用，实现生长信号的传递,43,最初是从鸡白血病病毒中发现(主要有C-Myc,N-Myc L-Myc,但以C-Myc为主) 在人类中它的活化方式首次在Burkitt淋巴瘤中发现,可通过染色体易位而活化 在某些肿瘤中,Myc基因还受DNA扩增影响,在肺癌中Myc家族癌基因的激活以扩增为主,Myc基因,44,Myc基因参与细胞的增殖、分化与凋亡 与多种肿瘤的发生发展有关, 在胃癌、肺癌、乳腺癌及白血病等肿瘤中均有显著表达 体外实验证实c-myc基因可与其他癌基因协同转化多种细胞,Myc基因功能,45,（4）原癌基因的鉴定 DNA转染法,46,（5）原癌基因恶性激活的机制,47,点突变与癌基因,原癌基因,癌基因激活的主要方式 在基因的编码顺序上一个碱基对被另一碱基对所置换 乳腺癌 肺癌 肝癌 结肠癌等癌细胞中均发现了H-ras原癌基因的点突变,48,点突变的检测方法,限制性内切酶长度多态性（restriction endonuclease fragement longth polymophism, REFLP) 单链构向多态性（single strand conformation polymorphism, SSCP) 寡核苷酸探针杂交 变性高压液相色谱（DHPLC） PCR直接测序,49,原癌基因,癌基因活化的另一种主要方式 细胞内一些基因通过不明原因 复制成多拷贝 原癌基因拷贝数的增加会导致 基因产物的增加, 从而引起细 胞正常功能的紊乱 原癌基因myc, erbB 和Ras的扩 增在人 类肿瘤中最为常见,DNA扩增与癌基因,50,原癌基因,原癌基因中染色体某一部分从一个位置移动到另一位置, 使原癌基因的结构改变, 使原癌基因激活, 这种改变称为基因重排 通过对肿瘤组织和细胞系的染色体分析，发现在各种肿瘤中都有染色体结构的异常。 染色体易位在血液系统的肿瘤中最为常见,染色体重排与癌基因,51,肿瘤细胞中常发现有原癌基因DNA片段缺失，原癌基因内小的缺失，可使在正常情况下抑制蛋白活性的那部分蛋白缺失或诱导产生类似于正常的刺激信号，导致细胞的过度增殖,基因缺失与癌基因,52,（6）原癌基因在细胞转化中的作用,原癌基因没有转化能力 单个活化的原癌基因不能转化原代细胞 无限增殖化基因和转化基因两类原癌基因的共同参与导致了细胞转化 癌基因可能是多种致癌因素作用的共同点 约斯塔.加尔顿：癌的很可能原因来自我们自身，外界因素所起的作用只是按对了电钮。,53,3.2 抑癌基因,（1）抑癌基因的发现 1986年，发现第一个抑癌基因Rb；1987年，李文华证实Rb的抑癌作用,54,（2）抑癌基因的概念,抑癌基因：也称肿瘤抑制基因，细胞中一大类对细胞增殖起负调节作用的隐性基因，其功能丧失将促成癌细胞表型。 按照失活机制的不同可分为两类： （1）I类肿瘤抑制基因：DNA点突变或缺失 （2）II类肿瘤抑制基因：表达调节受阻,55,（3）抑癌基因及其表达产物,56,Rb基因,Rb基因编码P105蛋白，定位于核内，非磷酸化形式称活性型，能促进细胞分化，抑制细胞增殖。,57,A. Knydson的二次打击理论,58,P53基因,几乎在所有种类的肿瘤中，在80%以上的肿瘤组织中发现了P53基因的突变。,59,P53基因功能模型,60,61,61,p16基因9p21，8.5Kb，3 exons， p16蛋白，MW 15.8KD,主要几种Cyclin-CDK细胞周期复合物,功 能： p16蛋白为细胞周期素依赖激酶CDK4及CDK6抑制物，通过结合CDK4或CDK6而抑制Cyclin D-CDK4/CDK6复合物，阻止细胞分裂、增生、突变型p16蛋白无此抑制活性，细胞分裂失控，导致癌变。,细胞周期因子,62,62,BRCA1：,基因全长100kb含23个外显子，22个内含子，1个单一长开放阅读框架，编码1863个氨基酸，220KD核内磷酸化蛋白，有锌指区，提示可调节基因表达。 肿 瘤： 家族性乳腺癌和卵巢癌 功 能： DNA结合区：转录调控 与Rad51相互作用，修复双链DNA断裂,BRCA2：,13q21编码3418个氨基酸,肿 瘤： 男女性乳腺癌，胰腺癌等 功 能： 有DNA结合区：转录调控 与Rad51相互作用，修复双链DNA断裂,Rdad51：,酵母中发现修复双链DNA断袭 人细胞中有类似物,63,癌基因与抑癌基因特性的比较,64,3.3 肿瘤转移相关基因,（1）癌转移：癌细胞从原发瘤上脱落下来，转移到远处，在新的解剖学部位形成继发性的“群体”（继发瘤）的过程。 （2）癌转移是级联反应 基底膜的破裂 癌细胞脱落 侵袭 穿越血管和淋巴系统 癌细胞在循环系统中运动 外渗、转移灶生长和转移灶转移,65,（3）肿瘤转移相关基因,影响肿瘤侵袭和转移过程的相关分子的编码基因。 （1）涉及细胞黏附、蛋白质水解酶类、细胞运动和血管生成等有关分子的编码基因 （2）某些癌基因或抑癌基因在肿瘤发生和进展中也对肿瘤的转移起着各自一定的重要作用。,66,肿瘤转移相关基因,促进基因：EF1A基因（与细胞的增殖和运动有关）；S100A4基因（与癌细胞的侵袭和转移特性有关）；MTA1基因（与乳腺癌的发生和转移的增强相关）。 抑制基因：NM23基因家族；Wdnm2基因；H2-K基因,67,（4）肿瘤转移基因的临床意义,以不同的基因及其产物作为不同类型肿瘤的诊断和预后标志物。 开辟有关肿瘤免疫治疗和基因治疗的新途径。 针对转移过程的不同环节的靶标分子开发治疗的新药物。,68,第四节 端粒、端粒酶与癌,4.1 端粒的结构与功能 （1）端粒的发现 20世纪30年代，B. McClintock和H.J. Muller发现。 端粒是位于真核细胞内染色体末端的具有能稳定染色体结构和功能的特殊成分。,端粒帽 染色体 端粒帽,69,（2）端粒DNA,1978年，美国的Blackburn和Gall发现，四膜虫的端粒DNA是由一种极短的简单重复序列TTGGGG多次重复而成。后来发现，其它动物、植物和微生物端粒的结构也类似。,四膜虫,人,70,（3）端粒结合蛋白,1986年，从尖毛虫属的巨核DNA中首次分离出了分子质量为55kD和26kD的两种端粒结合蛋白,n（CCCCAA） （TTGGGG）n,3,5,端粒帽 染色体DNA 端粒帽,71,（4）端粒的功能 保护染色体结构和功能的完整性,对外: 抵御核酸酶等 对内: 染色体DNA的 外界因素的袭击 末端复制问题,端粒帽 染色体 端粒帽,72,端粒长短与细胞生命历程密切相关,染色体,端粒,端粒,细胞将停止分裂而趋于老化,73,相关实验证据,培养细胞： 端粒长度随分裂次数增多而缩短。 端粒长度和细胞分化程度呈反比。 人体： 端粒平均长度随年龄增大而变短。 体细胞端粒长度大大短于生殖细胞。,74,4.2 端粒酶的结构与功能,（1）端粒酶的结构 1987年，Blackburn发现 反转录酶,四膜虫端粒酶RNP,75,端粒酶RNA,四膜虫端粒酶RNA由159个核苷酸构成，模板区结构为5-CAACCCCAA-3，有碱基修饰,CAACCCCAA,用反义RNA封闭，能抑制酶活性,76,端粒酶蛋白质,1995年，Collins K等首次从四膜虫克隆到端粒酶蛋白质组分,p80,p95,Tribolium castaneum端粒酶蛋白的结构 (Nature, 2008, 455, 633-637),77,78,（2）端粒酶的功能,催化端粒DNA不断延长，抵消因染色体复制、细胞分裂导致的DNA缩短，使得染色体DNA完好无损，细胞能够顺利地分裂繁殖。,79,相关实验证据,四膜虫： 端粒酶改变时端粒缩短、细胞死亡。 酵母： 端粒酶基因突变导致端粒变短、细胞衰老。,80,4.3 端粒、端粒酶与癌,（1）人的端粒与端粒酶 正常人体细胞缺乏端粒酶活性。 与其他有端粒酶活性的生物体细胞相比，人体细胞具有很长的端粒。 人胚胎细胞具有明显可探测的端粒酶活性。 人端粒酶RNA由455个核苷酸构成，模板区结构为5-CUAACCCUAAC-3,81,端粒 染色体DNA 端粒,胚胎期,82,正常细胞,衰老死亡,细胞分裂,细胞年轻化,抗衰老,83,（2）端粒酶活性特异表达于恶性细胞,1994年，Kim 创立“TRAP” 法检测端粒酶活性,TRAP（-）,TRAP （-）,正常细胞,良性肿瘤,恶性肿瘤,84,（3）端粒酶特异性表达于癌细胞的成因,解释性研究,衰老死亡,诱导蛋白,端粒极度缩短，细胞死亡,细胞永生化,85,P53基因、Rb基因,介导细胞衰老,基因突变,细胞继续分裂至“危象期” （端粒缩短）,大量细胞死亡 少量细胞“永生化”,（端粒酶活化）,86,抗肿瘤靶点,87,（4）端粒酶抑制剂 抗癌治疗的新靶点,端粒酶靶点的优势：特异性和广谱性 广谱性：存在于各类恶性肿瘤细胞中85%以上的恶性细胞中TRAP（+）,正常细胞,癌细胞,88,针对端粒酶的抗癌策略,反义核酸,突变RNA的引入,端粒酶蛋白抑制剂,端粒酶生物学抑制剂,89,染色体DNA,端粒,端粒,90,第五