医学遗传学肿瘤遗传学.ppt

,肿瘤是一大类疾病，种类在100种以上，涉及到人体的多个脏器和组织 恶性肿瘤对人类的生命健康构成了严重的威胁,2020年全球人口80亿，癌症发病将达到2000万人，死亡将达到1200万人，癌症将成为新世纪人类第一杀手，对人类生存构成最严重的威胁(WHO)。,2011年我国死因顺位,损伤和中毒,损伤和中毒,5,呼吸系病,呼吸系病,4,恶性肿瘤,脑血管病,3,心脏病,心脏病,2,脑血管病,恶性肿瘤,1,农村,城市,顺位,资料来源：2012年全国卫生统计年鉴,肿瘤：一群生长失去正常调控的细胞形成的新生物（neoplasm） 85%为癌(carcinoma) 2%为肉瘤(sarcoma) 5%为淋巴瘤(lymphoma) 3%为白血病(leukemia),What is cancer ?,间叶组织（结缔组织、脂肪、肌肉、脉管、骨、软骨）,造血组织,脾、淋巴结,上皮细胞,肿瘤发生的危险因素？,化学致癌剂 多环芳烃化合物 黄曲霉素 病毒 乙肝病毒 人乳头瘤病毒 辐射 紫外线 电离辐射 契尔诺贝利核泄漏 生活方式 吸烟 饮酒 地理环境 环境污染 遗传因素 。,肿瘤的病因复杂,Etiologic factors in cancer: relative contributions,Tobacco + Alcohol + Diet + Infection + Occupation + Environmental pollution + Medications + Additional factors + Genetic susceptibility +,肿瘤遗传学（Cancer Genetics） 应用遗传学的原理、方法，从遗传方式、遗传流行病学、细胞遗传和分子遗传学等不同角度探讨肿瘤发生与遗传的关系及肿瘤防治的新途径，进而开辟一门多学科渗透的新兴学科。,家族聚集现象 肿瘤发生的种族差异 肿瘤与遗传 染色体异常 基因突变,肿瘤 “遗传” 的证据:,肿瘤的家族聚集现象：,1.癌家族(cancer family)：家族中多个成员患一或几种器官的恶性肿瘤。 G家族：7代，842人，95患者（男47,女48），113个癌(13人多发),19人40岁 特点：腺癌高发，原发于结肠或子宫；多发性原发性；发病早；AD遗传 2.家族性癌(family cancer)：同一种癌出现于家族中的多个成员。,Lynch癌家族综合征,特点：1.肿瘤发生率高； 2.某种肿瘤（腺癌、肉瘤）发病率高； 3.肿瘤有多发性（部位）； 4.发病年龄早； 5.符合常染色体显性遗传特点。,Li-Fraumeni综合征（LFS）是以乳腺癌为主的癌家族综合征，呈AD， 还患有脑瘤，骨肉瘤，横纹肌肉瘤，白血病，肺癌，结肠癌，肾上腺皮质癌等。,肿瘤的种族差异：,不同人种有不同的好发肿瘤 鼻咽癌在不同人群中的患病比例 中国人:马来人:印度人 = 13.3 : 3.2 :0.4 (30倍) 欧美人乳腺癌的发病率较高 犹太人白血病发病率较高 日本人患松果体瘤者比其他民族高1112倍 不同种族同一肿瘤的好发年龄有差异 同一肿瘤在不同人种的组织类型有差异,肿瘤与遗传：,1.遗传性恶性肿瘤 2.遗传性癌前病变 3.易患肿瘤的染色体不稳定综合征 4.多基因遗传的肿瘤,遗传性恶性肿瘤：,常表现为外显不全的AD，见于儿童 视网膜母细胞瘤：从基因水平说，本病属AR, 因为只有RB1的两个等位基因同时发生突变才会发病。从肿瘤发生的角度来说，本病则属AD, 因为患者将突变的RB1等位基因传递下一代的机率为50，随后当另一等位基因发生体细胞性基因突变时即发病。RB1突变体现了肿瘤发生的“二次打击”学说。80-90%病例属新发生性。我国1/11300 肾母细胞瘤（Wilms瘤）：1/10000 神经母细胞瘤：1/10000,遗传性癌前病变：,一些单基因遗传的疾病，有不同程度的恶变倾向，多为AD。 家族性结肠息肉：1/万，平均恶变年龄为35岁，平均死亡年龄为40岁。 Gardner综合征为其等位基因性疾病，100%恶变。 基底细胞痣综合征：90%恶变 神经纤维瘤：3-15%恶变,易患肿瘤的染色体不稳定综合征：,染色体不稳定综合征：一些疾病中，由于DNA修复缺陷导致染色体易于断裂或重排。 易患白血病或其它恶性肿瘤,染色体不稳定综合征特点及易患肿瘤,多基因遗传的肿瘤：,为大多数肿瘤的遗传方式 亲属发病率高于群体发病率 环境因素和生活习性为重要的促发因素,手机辐射增加脑瘤的发病风险,基因突变：,癌基因 抑癌基因 肿瘤抑制基因 肿瘤转移基因 肿瘤转移抑制基因,癌发生涉及多个基因的变化 细胞水平癌是体细胞遗传病 基因水平癌是多基因病 癌的发生与常见的复杂性疾病一样，也是由遗传因素（基因变化）和环境相互作用的结果 癌是多因素病 癌的遗传事件不是单一而是多途径如DNA甲基化 癌是多途径机制 癌的发生经历基因多次突变的累积，其发展是一个多阶段的过程 癌是多阶段 早发现、早治疗、早预防,几个观点,第一节 染色体异常与肿瘤,几乎所有肿瘤细胞都有染色体异常，此乃癌细胞最重要的特征之一。 染色体受到环境中物理、化学和生物等因素直接或间接的损伤是发生肿瘤的基础。,肿瘤的染色体异常,肿瘤染色体理论的提出,Boveri 1941,肿瘤细胞来源于正常细胞,肿瘤细胞是具有染色体异常的有缺陷的细胞 染色体畸变是引起正常细胞向恶性转化的主要原因,克隆演化（clone evolution) 主导克隆 - 干系(stem line)-众数(modal number) 非主导克隆 - 旁系(side line) 干系(stem line):肿瘤中生长占优势或细胞百分数占多数的细胞系。 众数(modal number)：干系的染色体数目。 旁系(side line)：干系以外的非主导细胞系。,起源细胞 46,突变因子,同一突变细胞,共性,特性,一、肿瘤的染色体数目异常,肿瘤细胞多数为非整倍体，其染色体的增多或减少并不是随机的，比较常见的是8、9、12和21号染色体的增多或7、22、Y染色体的减少。,染色体数目成倍地增加，但通常不是完整的倍数，为高异倍性。如许多实体性肿瘤染色体数可在34倍数之间。,同一肿瘤所有细胞的染色体异常可以是相同的（单克隆起源），也可以是不同的（多克隆起源）。但大多数肿瘤都可以见到1、2个干系（占主导数目的克隆）。,一个癌细胞的染色体共104条，包括许多异常的染色体,二、肿瘤的染色体结构异常,在56种人类肿瘤中已发现3152种染色体结构异常，多为非整倍体和异倍体，包括易位、缺失、重复、环状染色体和双着丝粒染色体等。,结构异常的染色体,标记染色体,特异性,非特异性,结构异常,染色体断裂、重排形成的结构异常的染色体经常出现于某一种肿瘤细胞中，则称之为标记染色体(marker chromosome)。,染色体结构异常易位、缺失，引起癌基因的激活和抑癌基因的失活，这是癌症发生的重要分子基础。,最重要的特异标记染色体如：Ph染色体、14q+染色体,Ph染色体的发现及其意义,即费城1号染色体，1960年在美国费城首次发现，故命名为Ph染色体。它是存在于慢性粒细胞白血病(CML)患者血中有一个小于G组的染色体。,经显带证明是9号和22号染色体长臂易位的结果,临床意义: 作为CML诊断依据，约95%的CML病例中存在 Ph 染色体； 用于预后判断 Ph阴性CML对治疗反应差，预后不佳； 用于早期诊断 Ph染色体先于临床症状出现。,在90%的Burkitt淋巴瘤病例中可以见到一个长臂增长的14号染色体（14q+）。这是8号染色体长臂末端的（8q24）易位到14号染色体长臂末端（14q32），形成了8q-和14q+两个异常染色体。,14q+染色体,一些肿瘤的标记染色体,第二节 癌基因,癌基因的发现及识别 癌基因、原癌基因及其功能 癌基因的激活机制,癌基因和抑瘤基因的发现使我们最终认识到肿瘤实质上是一种遗传病，即所有恶性肿瘤都是基因突变的结果。,这些基因原是正常细胞中的一些基因，是细胞生长发育所必需的，一旦这些基因在表达时间、表达部位、表达数量及表达产物结构等方面发生异常，就可以导致细胞无限增殖并出现恶性转化。,癌基因(oncogene),肿瘤相关基因的最初线索来自于对禽类逆转录病毒的研究。 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。,病毒癌基因,（viral oncogene，v-onc）,一、病毒癌基因与细胞癌基因,V-onc的发现：,1910年，D.Rous用鸡肉瘤的无细胞提取液接种到健康鸡身上结果诱发了新的肉瘤，后证明转化因子是一种逆转录病毒，命名为Rous Sarcoma virus（RSV）。 这是第一次实验证实病毒可以致癌。,1966 Nobel Prize,V-onc的发现：,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。此基因为第一个命名的病毒癌基因，V-Src。 此后陆续发现与肿瘤发生密切相关的病毒癌基因：V-fms,V-mos,V-erbB,V-kit,V-ros,V-yes，V-fps, V-fes, V-abl, V-sis, V-ras,V-myc。,1971年，Duesberg等发现src缺失不影响RSV生长和增殖 1975年，Evarmus和Bishop发现src基因存在正常细胞基因组中，得出结论：癌基因来源于正常细胞，后被称为原癌基因。,原癌基因 (protooncogene，c-onc) 即细胞癌基因，是指正常细胞内存在的与病毒癌基因序列具有同源性的基因，它们能促进细胞的生长和增殖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,病毒癌基因与细胞癌基因的关系：,序列上高度同源； c-onc有内含子，v-onc无内含子； v-onc有致癌能力，而c-onc无，但突变后可能致癌； v-onc来源于c-onc。,原癌基因及其功能,生长因子受体,生长因子,信号转导因子,程序性细胞死亡调节因子,核内转录因子,细胞周期蛋白,癌基因产物,癌基因在细胞内的分布,以自分泌或旁分泌 刺激细胞增殖,cell,cell,cell,cell,cell,受体,血小板 生长因子,生长因子类,过量表达,cell,cell,cell,cell,cell,cell,正常表达,cell,cell,sis基因 (22q13.1),转录,翻译,生长失控,生长因子受体类,cell,受体,生长 因子,正常过程,被修饰过的不完全受体,无需配体，持续发出增殖信号,正常增值,异常增殖,erb基因,增殖信号,突变,失活的RAS,GDP,活性的RAS,GTP,细胞CAMP水平增高，导致细胞增殖,细胞CAMP水平降低，细胞增殖停止,信息传导的蛋白类,ras基因,与膜结合的GTP结合蛋白,机体内的正常过程。,突变：导致GTP无法转化为 GDP，从而引起细胞持续分裂。,失活的RAS,GDP,活性的RAS,GTP,细胞CAMP水平增高，导致细胞增殖,细胞CAMP水平降低，细胞增殖停止,阻断,ras基因,转录 因子,增殖基因,使其不断表达,引起细胞增殖,CELL,CELL,CELL,CELL,核内转录因子类,myc基因,编 码,刺 激,CELL,CELL,CELL,凋亡调节因子,一些重要癌基因及其致癌作用,癌基因激活机理：,（1）点突变：使原癌基因癌基因，产生异常的基因产物；或使基因摆脱正常的调控而过度表达。 例如：膀胱癌，ras的CD12（GGC-GTC，甘氨酸-缬氨酸），导致细胞具有转化细胞的特征。已在许多肿瘤中发现ras，其编码产物p21蛋白为一种膜信号转导蛋白。 （2）染色体易位和重排： A. 使癌基因形成融合蛋白，产生异常的活性。 例如，CML：t(9;22)融合基因bcr-abl，编码蛋白有很强的酪氨酸蛋白激酶活性，促成细胞恶性转化。,癌基因激活机理：,B. 使原癌基因与强启动子或增强子相连，导致激活。例如， Burkitt淋巴瘤，t(8;14)，8号染色体的c-myc易位到14号染色体的免疫球蛋白重链基因附近，在H链基因的强启动子控制下，转录活性明显增高，最终导致细胞恶变。,见于一些白血病和实体瘤的特异性细胞遗传学改变,A,见于一些白血病和实体瘤的特异性细胞遗传学改变,B,（3）癌基因扩增：原癌基因还可因某种原因自身扩增，拷贝数增加，产生过度表达蛋白而癌变。 细胞遗传学检查：在肿瘤细胞尤其是胚胎神经组织肿瘤细胞中有时见到的双微体（double minutes）和染色体上的均染区 （homogenously staining region）就是原癌基因DNA片段扩增的表现。 例如，在肿瘤细胞中c-myc可扩增数百到数千倍。,癌基因激活机理：,Myc基因扩增形成双微体,Myc基因扩增形成均染区,第三节 肿瘤抑制基因,肿瘤抑制基因的发现,将含有一条正常染色体的细胞与肿瘤细胞融合，可抑制肿瘤。推测正常细胞内含有抑制肿瘤物质。,肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene)：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，又称抑癌基因和隐性癌基因。,视网膜母细胞瘤的RB基因 视网膜母细胞瘤是由于患者体内的抑癌基因RB基因突变所致。两个RB等位基因同时发生突变才会发病。 杂合性丢失 （Loss of heterozygosity-LOH）： 肿瘤细胞染色体特定区域的杂合性等位基因中的一个丢失。,13q14 RB-1,遗传性视网膜母细胞瘤,野生型,突变 等位基因,生殖细胞,野生型等位基因发生体细胞丢失成为突变基因半合子,野生型等位基因发生体细胞突变成为突变基因纯合子,体细胞变化,散发性视网膜母细胞瘤,野生型等位基因发生第1次体细胞突变,野生型等位基因发生体细胞丢失成为突变基因半合子,野生型等位基因发生第2次体细胞突变成为突变基因纯合子,基因杂合性丢失(Loss of heterozygosity, LOH),二次突变(打击)学说,Schematic of Cell Cycle,G1,S,G2,M,G0,RB蛋白通过磷酸化状态调节细胞周期。,P53在人类50%的肿瘤都存在突变，如结肠癌、乳腺癌、肝癌、肺癌等。 P53基因定位于17p13.1，长20kb，含有11个外显子，编码393个氨基酸，其分子量为53KD。 野生型的P53蛋白是核内一种磷酸化蛋白，作为转录因子可与特异的DNA序列结合。 P53是基因组保卫者： 一定的外界刺激如DNA损伤、应急等可引起细胞内p53蛋白水平升高，激活一系列下游靶基因的转录，诱导细胞周期G1期阻断、诱导细胞调亡、诱导细胞分化、保护基因组的完整性以及抑制肿瘤细胞的生长等。,“分子警察”P53基因,G,S,G2,M,G0,Schematic of Cell Cycle,P53蛋白的显性失活机制。,今又生,重组人p53腺病毒注射液，正常人肿瘤抑制基因p53 和改构的5型腺病毒基因重组而成，肿瘤基因治疗药物。 深圳市赛百诺基因技术有限公司，彭朝晖,肿瘤转移抑制基因,能够抑制肿瘤细胞转移的抑癌基因称为肿瘤转移抑制基因(tumor metastasis suppressor gene)。,NM23H家族,一些主要的抑癌基因及其特征性肿瘤,安吉丽娜朱莉的母亲和癌症抗争近十年，56岁时逝世。医生指出朱莉带有一个“缺陷”基因BRCA1，大大增加她患乳腺癌和卵巢癌的风险。于是为了预防可能的风险，她决定接受九周的复杂手术，切除双侧乳腺。从今年2月份开始直至4月27日，她的双侧乳腺已经全部切除。目前，她患乳腺癌的几率已经从87%下降到5%。,BRCA1基因与乳腺癌,第四节 肿瘤发生的遗传学理论,单克隆起源假说 二次突变假说 多步骤损伤假说,单克隆起源假说(monoclonal origin hypothesis),肿瘤细胞是单个突变细胞增殖而来的单克隆增殖细胞群。,白血病和淋巴瘤的分子水平分析，表明所有肿瘤细胞都有相同的免疫球蛋白基因或T细胞受体基因重排，暗示它们来源于单一起源的B细胞或T细胞。,肿瘤细胞学研究中发现，肿瘤的所有细胞都具有相同的标记染色体，证明恶性细胞的单克隆起源。,依据,在证明活性和失活的X染色体研究方面，对女性肿瘤的研究发现，某种肿瘤的所有癌细胞都有相同失活的X染色体，表明它们是单一细胞起源。,依据,如:子宫纤维肌瘤（一种常见的良性子宫平滑肌瘤）研究表明，在G-6-PD杂合子女性中，每一个子宫纤维肌瘤仅表达A型或a型的G-6-PD，从不同时表达两种，提示每个肿瘤可能起源于单个细胞。,二次突变学说(two mutation theory),一些细胞的恶性转化需要两次或两次以上的突变，又名二次打击学说。,正常,恶变,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，第二次突变随机发生在体细胞中。在这种情况下，双侧视网膜的细胞都有可能发生第二次突变并形成肿瘤。（生殖细胞突变+体细胞突变 遗传性肿瘤） 非遗传性肿瘤是同一个体细胞发生两次独立的突变，而在双侧视网膜同一细胞都发生二次突变的可能性较小。（正常体细胞两次突变 散发性肿瘤）,二次突变学说主要论点,多步骤损伤学说(multistep lesion theory),细胞癌变往往需要多个癌相关基因的协同作用，要经过多阶段的演变，其中不同阶段涉及不同的癌相关基因的激活与失活。不同癌相关基因的激活与失活在时间上有先后顺序，在空间位置上也有一定的配合，所以癌细胞表型的最终形成是这些被激活与失活癌相关基因的共同作用结果。,多步骤损伤学说(multistep lesion theory),结肠癌发生的分子事件,第五节 遗传性恶性肿瘤,视网膜母细胞瘤 AD Wilms瘤 AD 家族性腺瘤性息肉综合征 AD Bloom综合征 AR Fanconi贫血 AR 共济失调毛细血管扩张症 AR 着色性干皮病 AR,视网膜母细胞瘤(retinoblasoma) 发生率约1/210001/10000，多在4岁以前发病 临床表现：早期为眼底灰白色肿块，多无自觉症状，以后肿瘤长入玻璃体，使瞳孔呈黄色光反射时，才容