肿瘤形成的基本理论.ppt

肿瘤形成的基本理论,河南科技大学医学院张朝晖,肿瘤(tumor，neoplasm)是一类常见病、多发病，其中恶性肿瘤是目前危害人类健康最严重的一类疾病。过去数十年间，全球癌症的发病率及死亡率均增长了约22%，WHO预测，2020年全球癌症新发病例将达到2000万，1200万人将死于癌症。癌症的发病率和死亡率多年来居高不下，一个重要原因是对癌变机制不甚明了，癌症防治存在相当大的盲目性。,什么是肿瘤？,肿瘤的基本特征及生物学特征？,肿瘤的组成？,肿瘤的特征,1.不受控制的异常增生，恶性肿瘤还具有侵袭和转移的能力；,5.大部分肿瘤可自发演进；,4.肿瘤组织细胞存在很大的异质性。,6.肿瘤细胞的永生化。,7.肿瘤细胞可以在不同种属的动物体内移植。,3.几乎所有癌细胞基因组都不稳定。,8.实体瘤的核型几乎都是非整倍体核型；,2.所有肿瘤细胞都表现为分化异常甚至间变。,癌变的特征,1.除了少数由转化病毒引起的细胞转化过程外，癌变是一个漫长的过程，几个月甚至几十年，一般可以分为几个阶段：过度增生、不典型增生、良性肿瘤和恶性肿瘤；,2.大部分肿瘤单克隆起源,3.肿瘤发生率与年龄呈指数关系；,4.癌变是一个小概率事件。,恶性肿瘤异质性（heterogeneity）：肿瘤含细胞表型不尽相同的细胞亚群，后者在细胞增殖率、形态、核型、细胞表面标记物（抗原性）、生化代谢、浸润转移能力以及对化疗、放疗等方面的反应均不一致。由于肿瘤异质性使瘤细胞亚群虽然是同一转化细胞克隆的后代，但在细胞繁殖过程中形成了具有不同生物学特点的亚克隆，例如2/3的肺癌中常有2种或2种以上癌细胞表型，甚至同一细胞中有鳞和腺二种分化现象。肿瘤分化越低，异质性越明显。,肿瘤的生物学行为-异质性,转化,致癌物诱导变化,演进,异质性,不产生抗原的,侵袭的,转移的,5.肿瘤的发生是免疫监视功能丧失的结果。,目前提出的有关肿瘤形成的基本理论：,1.肿瘤是一种基因病；,2.肿瘤是瘤细胞单克隆性扩增的结果；,3.原癌基因的激活和(或)肿瘤抑制基因的失活；,4.肿瘤是一个长期的、分阶段的、多种基因突变积累的过程；,大约一个世纪前，D.Hansemann和T.Boveri提出肿瘤是体细胞遗传物质发生“突变”的结果，其中T.Boveri比较完整地提出癌变的非整倍体假说。后来由于T.H.Morgan在基因研究方面的贡献和H.J.Muller发现X线可以导致基因突变，促使研究人员将注意力集中在基因方面，20世纪7080年代，研究人员在逆转录病毒和癌变关系的研究过程中发现了原癌基因。R.A.Weinberg等的癌基因转化实验和B.N.Ames提出“致癌剂就是致突变剂”促进了“癌基因”假说的成熟。随着A.G.JrKnudson提出癌变的“二次打击学说”的事实，研究人员发现了抑癌基因Rb。通过癌基因和抑癌基因的发现以及对这些基因的功能研究，结合细胞转化实验和化学诱癌实验，研究人员从分子水平提出癌变是一个多步骤多阶段多基因突变的结果。,第一节肿瘤是多步骤发生、多基因突变的演进性疾病,在细胞生长、复制的过程中，随机地存在着DNA的损伤，体细胞存在DNA修复程序，可恢复其损伤结构，若各种原因致损伤修复失败或不能完全修复，将导致体细胞基因突变，若基因突变影响到细胞增殖、分化调控机制，细胞将失控性增殖及异常分化，显示其异质性的生物学行为，即细胞发生了癌变。,基因突变的结果，导致参与细胞增殖、分化调控的蛋白质发生紊乱。,生长因子(growthfactors，GFs)、生长因子受体(growthfactorreceptorGFR)、细胞内信号转导子(intracellularsignaltransducers)、细胞核转录因子(nucleartranscriptionfactor)、细胞周期蛋白质(cellcycleprotein)。,参与细胞生长调控的蛋白质大致分为5类：,肿瘤病因和多步骤发生、多基因突变的演进性机制,肿瘤属于“基因病”，而且是一类“多基因病”，有三层含义：,肿瘤的发生是体细胞的遗传物质基因改变的结果；,这种改变是多步骤(multistep)完成的；,基因改变的结果最终导致细胞在生长、分化方面失去了正常调控。,细胞癌变需要多个肿瘤相关基因的协同作用，经过多阶段的演变，其中不同阶段涉及不同的肿瘤相关基因的激活和失活。这些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，所以肿瘤细胞表型的最终形成是这些被激活与失活的相关基因共同作用的结果。,肿瘤是多基因突变、多步骤长期演变的结果,第二节肿瘤的遗传易感性,现代文明带来社会的繁荣，也产生了许多人为的致癌因素。专家认为，在肿瘤发生的原因中，环境因素大约占了70%。为什么生活在同样的环境中，有的人患上肿瘤，而有的人却没事呢？如果外界不良环境作用于易感人群，这些人便有可能患肿瘤。所以寻找遗传的易感性（某种与肿瘤相关的基因）成为国内外肿瘤研究的热点。肿瘤遗传易感性可由Knudson提出的“二次打击学说”诠释，“形象地说就是，如果某人出生时从父母那里得到了肿瘤易感基因，这被称作一次打击，出生后的若干年或几十年中，因环境和生活方式原因再受到一次打击的话就易得肿瘤。如果某人出生时得到的基因是正常的，那么得肿瘤就不太容易。找到了遗传的易感基因，也就找到了肿瘤的高危人群，“我们已经发现BRCA1基因异常与乳腺癌的关系，APC基因异常导致大肠肿瘤发生率增加，但是目前可找到的易感基因是十分有限的。,目前发现不少常见肿瘤有家族史，如乳腺癌、胃肠癌、食管癌、肝癌、鼻咽癌、白血病、子宫内膜癌、前列腺癌、黑色素瘤等。根据遗传学原理，当某一特定的疾病以可预测的方式在家系内传递时，一定存在着遗传缺陷。然而这一观察结果却引出了一些复杂的问题：,家族集聚性肿瘤的存在是否提示更为常见的散发性肿瘤也具有遗传学基础?抑或散发性肿瘤与家族集聚性肿瘤各具完全不同的发生机制?,亲代的某一遗传学缺陷是通过生殖细胞传给子代的，理应存在于子代的每一个细胞中，为何子代体内仅一处或几处发生肿瘤，而不是全身?,1971年，Knudson在研究视网膜母细胞瘤时提出了“二次突变”假说。假说认为，在有遗传倾向的病人体内所有体细胞都存在一种突变，在此基础上，出生后任何环境的变化使得基因的另一个等位基因发生突变而发生成肿瘤细胞。（看下图）,“二次打击学说”,“两次打击学说”（突变假说）,肿瘤的发生均需两次或两次以上的突变,遗传性肿瘤的第一次突变发生在生殖细胞中，或由亲代遗传而来，所以该个体的所有体细胞实质都是潜在的前癌细胞，任何体细胞如果发生第二次突变就会转化为肿瘤细胞。,散发性肿瘤的第一次突变发生在某个成体的体细胞中，只影响到来自这个体细胞增殖的细胞克隆，成为前癌细胞，待这个体细胞及其克隆发生第二次突变即可形成肿瘤。,不同的肿瘤可能有不同遗传传递方式。真正直接遗传的肿瘤只是少数不常见的肿瘤，遗传因素在大多数肿瘤发生中的作用是对致癌因子的易感性或倾向性。一些癌前病变，如结肠多发性腺瘤性息肉病、神经纤维瘤病等，它们本身不是恶性肿瘤，但恶变率极高，100的结肠家族性多发性腺瘤性息肉病的病例在50岁以前发生恶变，成为多发性结肠腺癌。这些肿瘤和癌前病变都属单基因遗传，以常染色体显性遗传的规律出现。,发生遗传性基因突变或缺失的都是肿瘤抑制基因，例如Rb、P53、APC等。这类肿瘤的发生需要二次突变其特点为早年(儿童期)发病，肿瘤呈多发性，常累及双侧器官。抑癌基因在遗传学上属隐性基因(癌基因是显性基因)，生物学特征是抑制细胞增殖。抑癌基因的隐性遗传学特征是一对等位基因中的任何一个基因的丢失或破坏，都不足以使其抑制细胞增殖的功能失活，因另一个等位基因的完好仍能产生抑癌基因产物，并发挥其功能；只有一对等位基因全遭丢失或破坏，才能使其抑制细胞增殖的功能丧失。这一发现强有力地支持了Knudson的“二次打击学说”，也说明肿瘤的发生是由于一个等位基因的结构破坏或功能丧失和接踵而至的另一个等位基因功能减弱或结构受损的结果。,第三节肿瘤研究的新思路组织微结构理论和干细胞理论,二十世纪后半叶，分子生物学的飞速发展大大深化了人们对生命本质的理解，也把对肿瘤的认识推进到了前所未有的高度。癌基因、抗癌基因、转移相关基因、耐药相关基因等研究乃至人类基因组计划的蓬勃开展，使人们从分子水平的不同侧面观察和理解肿瘤成为可能。但是，我们对肿瘤的本质以及如何控制这一人类恶疾的认识仍未有质的飞跃，若干推论仍为假设。,技术的发展及人们对肿瘤细胞分子突变的理解，还未达应有的水平？,人们的研究方向发生了偏差？,一些人认为长期以来对肿瘤的发生及治疗的研究一直沿袭以前的方式，使得研究的结果变得越来越复杂。由于坚信肿瘤的发生起源于细胞特定基因的改变，那么肿瘤发生的机制最终必须在基因水平得到解释，对肿瘤的控制最终也必须通过对基因的干预才能实现，在过去数十年里大多数肿瘤研究都致力于寻找癌基因的突变或表达异常。但是，鉴于肿瘤基因组结构的高度不稳定性，并且总处于时间、空间和个体依赖性的变化之中，若从成千上万突变基因中找出真正有意义者，并非易事。使得每一个新发现带来的惊喜之余常伴随有矛盾和困惑。因此，有科学家认为，肿瘤学的研究，已到了必须改变观念的时候了。,一、肿瘤发生基因外因素的重要性,1970年，伊尔门西（K.Illmensee）将畸胎癌细胞移植到正常同系动物的胚泡内，结果产生发育正常的嵌合型小鼠；同样，将肿瘤细胞移植于正常成年动物体内，可以不产生肿瘤，而且发现肿瘤细胞参与了正常器官的构成。说明？对肿瘤细胞的细胞外基质加以干预可以导致肿瘤细胞恶性表型的逆转，体外实验表明，通过化学干预可以诱导恶性肿瘤细胞向正常细胞分化；相反，基因型正常的胚胎干细胞向同系小鼠腹腔移植可产生极度恶性的肿瘤；正常上皮细胞向不正常微环境的移植或改造微环境，也可导致肿瘤，而这些恶性肿瘤可以没有任何的基因的改变。.,并非肿瘤细胞的后代只能是肿瘤，在此，癌细胞参与了正常个体的发育。,试验结果：,二、组织微结构理论,无论是胚胎发育，还是成熟个体体细胞不断衰老和死亡更新以及损伤修复的过程，无一不是通过细胞与其外界微环境之间不断的信息交流而实现，即通过不断的产生某些信使（蛋白质）来调控控制细胞增殖与分化的基因有序表达和关闭完成的。正常的微环境需要正常的组织结构，组织结构的改变为组织内细胞的增殖提供了不利的微环境，此时，诱导细胞成熟分化的信号分子可能不再产生/抑或产生减少，或者信号分子不能达到靶细胞；或因致癌因素的存在而干扰了信号传导的关键步骤，例如：配子灭活、受体封闭、干扰细胞内信号通路等。此时虽有细胞增殖，但增殖的细胞不能分化成熟，使得有功能的细胞数目减少，机体不断地产生刺激性的增殖信号，从而使分化不成熟的细胞持续处于增殖状态，最终不可避免发生恶性增殖。,组织微结构理论的核心：组织微结构的异常和/或致癌物的存在干扰组织内细胞与其微环境的正常交流，是肿瘤产生的前提。,干细胞(stemcells)是一类未分化的原始细胞，其两大生物学特性为：多潜能分化能力，自我更新能力。当干细胞分裂时，一个子细胞完全地复制成母细胞，而另一个子细胞则分化成熟，发展成特异组织的体细胞。几乎每种组织都有自己特异的干细胞，持续存在且数量很少，其作用是维持新陈代谢及损伤修复。,三、肿瘤干细胞理论,1.干细胞的概念,肿瘤干细胞假说的形成：,大约150年前，病理学家R.Virchow等认为肿瘤来源于发育过程中某些潜伏的胚胎残余组织，这种推测基于对胚胎发育和某些肿瘤如畸胎瘤的相似性的观察。1973年E.A.McCulloch等发现只有不到1%的骨髓性白血病细胞可以在体外形成克隆。1977年A.W.Hamburger等发现10005000个实体瘤细胞中仅有1个细胞可以在软琼脂中形成细胞克隆。随着这些研究结果不断出现，20世纪70年代V.R.Potter和G.B.Pierce等分别提出肿瘤是干细胞分化成熟被抑制的结果。直到1977年J.E.Dick实验室分离到急性骨髓性白血病干细胞，肿瘤干细胞（tumorstemcell）的研究才逐渐升温。至今，研究人员已经从慢性白血病、胶质瘤和乳腺癌中分离到具有特定免疫表型的肿瘤干细胞。,细胞琼脂克隆实验表明血液肿瘤和实体瘤的肿瘤细胞中只有少数细胞具有形成克隆的能力；,2.肿瘤干细胞假说的主要依据：,目前发现所有的肿瘤都是一个具有分化差别的异质性细胞群体，这种分化差别类似干细胞产生不同分化程度的细胞群体。,利用特异分子标志和细胞分离技术，发现不论血液肿瘤还是实体瘤中只有少数细胞具有在动物体内重新产生肿瘤的能力，这些细胞再次产生的肿瘤与原发瘤具有类似的特征；,只有干细胞才具备接受导致肿瘤形成的多次基因突变的条件,3.肿瘤干细胞假说：,从正常组织的发生、发育和分化过程来看，肿瘤的产生实际上就是体内原已存在的干细胞未成熟分化的过程，其重要前提是组织微环境结构的破坏或改造，加之各种致癌物的作用使诱导信号受到干扰，干细胞便可能阻断在某一特定的分化状态，无法行使正常的功能，使得增殖信号持续发出，使分化异常的干细胞持续增殖，便可发生肿瘤。（基因突变在此只是伴随现象）肿瘤干细胞是肿瘤异常增殖、侵袭、转移、耐药以及复发等生物学行为的根源。,肿瘤干细胞假说的主要观点,5.肿瘤干细胞假说对癌变的解释：,肿瘤干细胞是肿瘤不断异常增殖的根源；,肿瘤细胞异质性是肿瘤干细胞产生不同分化程度的肿瘤细胞的结果；,肿瘤复发和耐药是抗癌药不能杀死肿瘤干细胞的结果；,肿瘤的侵袭和转移是肿瘤干细胞扩散的结果。,肿瘤干细胞是存在于肿瘤中的一小群具有干细胞特征的瘤细胞亚群，可自我更新及分化，可能是唯一保持增殖能力的一群肿瘤细胞，是形成不同分化程度的肿瘤细胞与肿瘤不断扩大的根源。肿瘤干细胞与正常干细胞有许多相同的标记物，一定条件下可以互相转化，且大量实验成果证明一些参与正常干细胞自我更新的基因和信号传导机制同样参与肿瘤的发生。正常干细胞可以迁移到特异的组织和器官，而这可以解释肿瘤转移也有一定器官和组织特异性。肿瘤干细胞的产生机制对于理解肿瘤的生物学行为及研究治疗对策有重要意义，,6.肿瘤干细胞,自肿瘤干细胞理论建立以来，从最早的血液系统肿瘤干细胞到最近的实体性肿瘤，如肺癌与其他肿瘤干细胞的确定，这一理论得到了有力的证实。不同类型肿瘤干细胞的发现时间与文献发现时间肿瘤干细胞文献1994白血病干细胞Blood2019脑胶质瘤干细胞CancerResearch2019乳腺癌干细胞PNAS2019肺癌干细胞Cell2019肝癌干细胞国际肝癌会议,（1）必然具备一定的正常组织干细胞的特征或标志，（2）存在其特有的分化增殖倾向（3）既有其较特异的标志物，也可表达一些干细胞标志分子,5.肿瘤干细胞的特征,总结,总之，从正常组织的发生、发育和分化过程看，肿瘤的产生实际上就是体内原已存在的干细胞未成熟分化的增殖过程。其重要前提是组织微环境结构的破坏或改造，成熟细胞的可替代性增殖受到抑制，加之各种致癌物的作用使诱导信号受到干扰，干细胞的不成熟分化增殖便成为可能。恶性肿瘤所具有的许多特点，实际上也是干细胞未分化成熟时所具有的特点。核型改变和基因突变可能是肿瘤产生过程中的伴随现象。一个肿瘤组织的分化状态，实际是该肿瘤内含不同分化程度的干细胞所占比例的外在表现，高分化形态是由于大多数干细胞已经历了一定程度的分化；而低分化形态则是由于干细胞及其部分分化的子细胞与已分化的细胞相比，占了显著地位的缘故。,肿瘤干细胞理论为肿瘤治疗提供了新的模式：这一模型跳出以往一味从基因水平来研究肿瘤的框架，从单个细胞水平来理解肿瘤形成机制和生物学特性。为正确理解肿瘤复发、转移机制、评价预后提供了理论基础，提供干细胞水平的治疗靶点（既然癌可以起源于干细胞的非正常分化，那么设法通过改变微环境，诱导或“操纵”癌细胞向正常细胞分化，完全可以成为癌症治疗的立足点和希望之所在，实验证实肿瘤是可以通过环境干预而被诱导分化的，如：维甲类化合物对人类白血病具有良好的分化诱导作用。）。,6.意义,急性早幼粒白血病,M3(急性前髓细胞白血病或急性早幼粒白血病)t(15;17)RARA+PML（嵌合基因）RARA/PML融合蛋白维甲酸（VitA类似物）髓母细胞分化M3肿瘤性髓母细胞分化成熟瘤细胞被清除，病症缓解。,原癌基因、癌基因，肿瘤抑制基因等名称，实际上是对细胞生长、分化起正向或者反向调节的基因。在保持机体的正常功能方面起重要的作用。如果发生异常改变，则可能引起细胞的转化和肿瘤的发生。肿瘤的发生发展本质上是细胞原癌基因的激活和抑癌基因的失活和DNA错配修复缺陷造成的。,第四节癌基因,一、原癌基因、癌基因（oncogene）及其产物,1.原癌基因,Rous于1911年首先发现鸡肉瘤病毒（RSV），它能使鸡胚成纤维细胞在培养基中发生转化，在给鸡接种后诱发肉瘤，以后研究证明，它是一种RNA逆转录病毒，除了含有病毒复制所需的基因外，还含有一种特殊的转化基因，能使细胞发生恶性转化，这种基因被称为（逆转录）病毒癌基因（V-onc）。V-onc不参与病毒复制，那么它们是从哪里来的呢？它们是如何整合到病毒基因组中去的呢？通过对此研究，证实这种逆转录病毒癌基因来自正常细胞的相关基因，这种正常的、未改变的细胞基因被称为前或原癌基因。原癌基因都是细胞内固有的基因，正常情况下参与细胞的增殖和分化的调控，只是当基因的结构和功能发生变异并具有使细胞发生恶性转化作用时，才被称为癌基因。,鸡肉瘤病毒（RSV）基因组结构图,2.癌基因、原癌基因及激活方式,癌基因：是指一段能引起细胞恶性转化的核苷酸序列。,原癌基因：是指存在于正常细胞内,编码促进细胞生长物质的基因序列。,原癌基因,癌基因,点突变,染色体重排,基因扩增,激活,第一个被发现的癌基因是RSV的V-src,它编码的蛋白质是蛋白质-酪氨酸激酶，是刺激细胞增生信号转导途径中的关键成分。癌基因由3个小写字母命名(如src)（p53-基因，P53-蛋白)；逆转录病毒中的癌基因加前缀V(如Vsrc)，正常细胞中的原癌基因加前缀C(如Csrc)。在随后的20多年里，人们发现了一百多个原癌基因及其产物，或是生长因子(如sis)、生长因子受体(如erbB)，或是信号转导途径上的成分(如ras)、转录因子(如myc)。,发生结构改变，产生具有异常功能的癌蛋白；基因表达调节的改变，产生过量的结构正常的生长促进蛋白。导致细胞生长刺激信号的过度或持续出现，使细胞转化为肿瘤细胞。,二、原癌基因的激活与对靶细胞的影响,1、原癌基因的激活有两种方式：,原癌基因及其产物的定位和作用,2、引起原癌基因突变的DNA结构改变有：,点突变、移码突变是癌基因活化的主要方式。如ras原癌基因第l外显子的第12号密码子从GGC突变为GTC，相应编码的氨基酸从甘氨酸变为缬氨酸，这样其产物P21-Ras蛋白的结构发生变化而导致基因的活化。,染色体易位与基因重排前者是指染色体的一部分易位到另一染色体上去了，如伯基特淋巴瘤的t(8；14)使得c-myc基因和IgH基因拼接，造成c-myc基因的过度表达。基因重排是指DNA分子一部分断链，新的部位重接，然后基因发生重新排列组合的过程。易位常常导致基因重排。以达尔文的观点来看，易位和重排是进化的动力，但也导致肿瘤的发生，因为易位和重排使癌基因被激活,或使抑癌基因失活,从而使细胞恶变。,t（9；22）（q34；q11）9q+和22q-（Ph1）（95%）,Burkitt淋巴瘤（BL）患者的特异性标记染色体，在75%的BL患者中存在。t（8；14）（q24；q32）8q-和14q+8q24转移至14q32myc与IgH结合慢性粒细胞白血病（CML）费城染色体（Ph1）在95%的患者出现。BCR1（22q11）ABL（9q34）易位癌基因激活融合基因,基因扩增一般癌基因为单拷贝（及1份也有认为1-10份）基因，肿瘤细胞内一些癌基因在DNA复制中通过不明机制变成多个拷贝,这些DNA以游离的形式存在称双微体（DMS）或再次整合入染色体形成均染区（HSR），它一般表示染色体结构破坏和不稳定性。癌基因扩增使癌基因过多过度表达，导致肿瘤发生。如神经母细胞瘤的Nmyc原癌基因可复制成多达几百个拷贝；人早幼粒白血病HL-60细胞比相应细胞的c-myc多达20倍。,基因转录的改变细胞核内转录水平的改变也是细胞转化为恶性的重要特征。转化细胞与正常细胞的许多差别中的大部是由特异性的基因转录和转录的相对稳定性发生改变所致。就转化细胞而言，总mRNA中只有3是异常的，但仅此水平就足以使所翻译的蛋白质对细胞的生长和形态产生多种影响。,表223人类肿瘤细胞中扩增的细胞癌基因,DM：双微体；HSR：均匀染色区,癌基因甲基化的改变,DNA甲基化状态的改变可导致基因结构和功能的改变，是细胞癌变过程中重要的一步。某些癌基因低甲基化和抑癌基因高甲基化是细胞癌变的一个重要特征。甲基化水平与肿瘤生物学特性密切相关，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。,癌基因的产物编码的蛋白质(癌蛋白，oncoprotein)与原癌基因的正常产物有结构上的不同，并失去正常产物的生长调节作用，可分布在细胞膜、质、核，也可分泌到胞外，往往需要加工、修饰，才能获得与某一细胞成分的亲和特性，主要对细胞的生长增殖起促进作用。可通过以下方式影响其靶细胞：（1）生长因子增加；（2）生长因子受体增加；（3）产生突变的信号转导蛋白；（4）产生与DNA结合的转录因子等；（5）癌基因之间的协同作用。,3.癌基因对靶细胞的影响,癌基因与生长信息传递,Survivin是凋亡抑制蛋白(Inhibitorofapoptosis，IAP)家族的新成员，是目前发现最强的凋亡抑制因子，Survivin功能复杂，具有抑制细胞凋亡，促进细胞转化并且参与细胞的有丝分裂、血管的生成和肿瘤细胞耐药性的产生等作用。目前，Survivin已成为研究的热点。,三、新近研究的癌基因,Survivin是2019年Ambrosini等利用效应细胞蛋白酶受体-1(EPR-1)cDNA在人类基因组文库的杂交筛选中首次分离出Survivin基因，因可延长细胞的生存故又名生存素或存活素。人类Survivin基因全长14.7个Kb，定位于染色体17q25上，此位点不稳定时可能涉及t(14;18)(q32;21)易位和(或)Bcl22基因的转录激活。,Survivin,1.Survivin的结构与功能,Survivin广泛表达于人类各种肿瘤组织(如肺癌，结肠癌，胰腺癌、前列腺癌和乳腺癌等)，而在正常组织中表达很少中表达。在大多数肿瘤中Survivin表达与不良预后和病人的生存率降低有关。,2.Survivin在肿瘤中的表达,3.Survivin与肿瘤的发生发展,抗凋亡、促增殖作用,Survivin与P53基因,野生型P53对Survivin为负性调节，当P53突变时，致使Survivin异常表达，通过启动抗凋亡机制引起细胞增殖，肿瘤形成。,Survivin与Cmyc基因,研究发现，Survivin的促细胞转化作用依赖于Cmyc和cyclinD1，其高表达引起细胞Cmyc和cyclinD1的表达水平增高，而原癌基因Cmyc及其编码的蛋白表达异常增加可诱导激活端粒酶，阻止因细胞分裂造成的端粒缩短，从而延长细胞的寿命，导致细胞增生，永生化和癌变。,Survivin与细胞分裂,有利于保护有丝分裂细胞的完整性，抑制细胞凋亡。,Survivin与血管生成,Survivin表达异常增高则促进VEGF诱导的内皮细胞增殖和毛细血管网的形成。,4.Survivin研究的展望,Survivin作为一种抗凋亡基因表达的调控，与其他各种凋亡基因的关系,Survivin与肿瘤的靶向治疗：Survivin在所有常见恶性肿瘤中表达。而在正常组织中不表达，它的这一特性，使得靶向Survivin的免疫治疗和基因治疗能够促进肿瘤细胞的凋亡，抑制其增殖，正常组织却能不受损伤和影响。称此为反义Survivin特异靶向疗法。这种治疗主要通过抗原提呈、激活特定淋巴细胞(CD8+T)为CTL（细胞毒性T淋巴细胞）、淋巴细胞的再循环（归巢），至肿瘤病灶，发挥细胞毒效应而杀伤肿瘤细胞。,HER-2/neu（即erbB-2）是一种原癌基因，编码人类表皮生长因子受体（2型），是一种跨膜受体，具有酪氨酸激酶活性，这种受体参与了细胞对生长因子的反应，此外，当此基因过度表达或扩增，将导致生长因子受体数目过多，可在无生长因子结合情况下，发生自律行动，自主放大促细胞生长的信号，刺激细胞分裂。,(HER2/neu)即erb-B2,HER2的过表达是许多癌症中常见的分子事件，并与患者的不良预后、术后短期复发以及低存活率密切相关。,在人类乳腺癌病例中，高达30%的病例具有HER-2/neu基因的扩增。HER-2/neu基因复制数目的增加可导致细胞表面HER-2蛋白的表达增高，从而导致细胞增生速度加快。,有研究表明，HER2基因扩增是恶性肿瘤（乳腺癌）不良预后的指标（比其蛋白过表达的意义更大），HER2基因扩增是第一个作为临床判断预后及化疗效果预测因子指标。,第五节抑癌基因tumorsuppressorgene,又称抗癌基因（anti-oncogene）或肿瘤抑制基因（tumour-suppressorgenes），是指存在于正常细胞内的一大类可抑制细胞生长并具有潜在抑癌作用的基因。当该类基因发生突变其功能减弱时可引起细胞恶性转化导致肿瘤的发生。抑癌基因表达产物：主要包括跨膜受体，胞质调节因子，结构蛋白，转录因子，转录调节因子，细胞周期因子，DNA损伤修复因子等细胞生长、分化的负调控物质。,早在1960s，有人将癌细胞与同种正常成纤维细胞融合，所获杂种细胞的后代只要保留某些正常亲本染色体时就可表现为正常表型，但是随着染色体的丢失又可重新出现恶变细胞。这一现象表明，正常染色体内可能存在某些抑制肿瘤发生的基因，它们的丢失、突变或失去功能，使激活的癌基因发挥作用而致癌。抑癌基因的产物是抑制细胞增殖，促进细胞分化，和抑制细胞迁移，因此起负调控作用，通常认为抑癌基因是隐性基因（即需要抑癌基因的一对等位基因都改变才会发生表型改变）。,抑癌基因的发现,3.导入该基因到有该基因缺陷的恶性肿瘤细胞中，将部分或全部抑制其恶性表型。,一、确定抑癌基因应具备以下条件：,1.在该恶性肿瘤的相应正常组织中必须有正常的表达;,2.在该种恶性肿瘤中该基因有所改变,包括点突变、DNA片段或全基因的缺失或表达缺陷;,二、常见的某些抑癌基因,三、抑癌基因失活的调控,肿瘤抑制基因的失活多数是通过等位基因的两次突变或缺失(纯合子)的方式实现的。目前了解最多的两种肿瘤抑制基因是Rb基因和p53基因。它们的产物都是以转录调节因子的方式调节核转录和细胞周期的核蛋白。,1.Rb基因：,失活形式突变或缺失；调节形式磷酸化和脱磷酸化失活后果负调控作用丧失细胞生长失控肿瘤发生。,RB基因位于染色体13q14，编码一种核磷蛋白（pRb）.在调节细胞周期中起重要作用。,正常：去磷酸化活化抑制细胞从G1期进入S期刺激：磷酸化失活细胞从G1期进入S期肿瘤,RB基因,2.p53基因：P53基因是迄今发现与人类肿瘤相关性最高的基因。50%人类肿瘤有P53基因的突变。正常（野生）P53的生物功能好似“基因组卫士，在G1期检查DNA损伤点，监视基因组的完整性。如有损伤，P53蛋白阻止DNA复制，以提供足够的时间使损伤DNA修复；如果修复失败，P53蛋白则引发细胞凋亡;如果p53基因的两个拷贝都发生了突变，对细胞的增殖失去控制，导致细胞癌变。,失活形式点突变，缺失，移码，重排；调节形式G1/G2期检测点，防止受损细胞进入下一细胞周期程序；失活后果受损细胞可进入下一细胞周期程序，呈失控性增殖，发生癌变。,P53基因是迄今发现与人类肿瘤相关性最高的基因。在短短的十多年里，人们对P53基因的认识经历了癌蛋白抗原，癌基因到抑癌基因的三个认识转变，现已认识到，引起肿瘤形成或细胞转化的P53蛋白是P53基因突变的产物，是一种肿瘤促进因子，它可以消除正常P53的功能，而野生型P53基因是一种抑癌基因，它的失活对肿瘤形成起重要作用.,P53基因编码P53蛋白，具有特异的转录激活作用。在DNA损伤时，例如，细胞受到电离辐射后，细胞的主要反应之一便是P53蛋白。它诱导一个重要的CKIP21WAF1/CIPI的转录，使细胞停滞在G1期，阻止DNA合成，同时诱导DNA修复基因GADD45的转录，以便DNA的损伤得以修复。如果G1期停滞不能实现，则P53诱导细胞凋亡，以防损伤的DNA传递给子代细胞,电离辐射致癌剂突变剂,正常细胞P53正常,P53突变或丢失的细胞,DNA损伤,P53活化，与DNA结合,缺氧,靶基因转录上调,P21(CDK抑制物),GADD45(DNA修复),G1期阻滞,修复成功,修复失败,正常细胞,细胞凋亡,DNA损伤,P53依赖性基因不能活化,不能发生细胞周期阻滞,DNA损伤不能修复,细胞突变,细胞增殖，附加突变,恶性肿瘤,bax,凋亡基因,3.p16基因：,又称MTS(multipletumorsuppressor1)基因，是1994年美国冷泉实验室Kamb等发现的新抗癌基因，这是一种细胞周期中的基本基因，直接参予细胞周期的调控，P16（与cyclinD竞争）与Cdk4（Cyclin-dependentkinase4）结合，特异抑制Cdk4活性，阻止细胞进入S期，负调节细胞增殖及分裂。一旦P16基因因缺失，突变等导致功能缺失，则不能抑制CDK4，最终导致细胞进入恶性增殖，加速肿瘤发生。在人类50%肿瘤细胞株发现有纯合子缺失，突变，认为P16是比P53更重要的一种新型抗癌基因，有人把它比作细胞周期中的刹车装置，一旦失灵则会导致细胞失控性增殖，导致恶性肿瘤发生。,调节形式：调节细胞周期，抑制肿瘤细胞生长失活形式：缺失为主，且多为纯合缺失失活后果：丧失阻止细胞增殖的作用，促使肿瘤发生。,神经纤维瘤病-l基因(neurofibromatosisI，NF-1)、结肠腺瘤性息肉基因(adenomatouspolypsiscoli，APC)、结肠癌丢失基因(deletedincoloncarcinoma，DCC)、Wilm瘤-l基因(WT-1)、PTEN、DPC4等。,4、其它的肿瘤抑制基因：,1.去磷酸化抑癌基因的蛋白在细胞静止期与G1期都是去磷酸化的,而在S和G2期磷酸化,一般认为去磷酸化形式能抑制细胞增殖。2.与癌蛋白结合使癌蛋白失去致癌活性而发挥抗癌作用。3.参与细胞间粘着与联系如DCC基因的DNA序列与已知的细胞粘附分子和其它有关的细胞表面糖蛋白相似,维持细胞间的粘合，DCC基因缺失、或失活导致细胞间粘附的破坏是恶性转移的重要条件。4.参与细胞信号转录NF1基因序列的一部分与GTP酶激活蛋白质基因相似,该基因与信号转录通道有关,对肿瘤有抑制作用。,四、抑癌基因的抗癌机制,PTEN是2019年美国3个研究小组先后在染色体10q23发现的一种具有磷酸酶活性的肿瘤抑制基因。1、PTEN结构和作用PTEN编码一个含403个氨基酸的蛋白，分子量为56KD，分布于胞质中。PTEN是一个高度保守的基因，人、鼠和狗的PTEN蛋白有99.75%同源性，表明其在细胞生命活动中起重要作用。PTEN抑制细胞的迁移、铺展与粘着，负性调节细胞运动的作用。诱导细胞凋亡和抑制细胞生长，从而抑制肿瘤的生长。,五、新近研究的抑癌基因,PTEN/MMAC1/TEP1基因,2、对于PTEN研究的展望根据PTEN的抑癌作用机理，可将野生型PTEN重组后转染肿瘤细胞，或人工合成模拟PTEN作用途径的药物来指导肿瘤的治疗。但有关PTEN还有很多未解决的问题，比如：生长因子特别是TGF-通过怎样的机制下调PTEN的表达；PTEN的失活与其他癌基因或抑癌基因的关系如何；PTEN介导的信号传导通路中的下游靶分子还需进一步阐明等。,2019年初Kern报道了DPC4(deletedinpancreaticcancerlocus4)一种新的抑癌基因，1DPC4基因的发现、结构和功能：Hahn鉴定出一种含有51bP的开放阅读框架表达序的DPC4基因。30的胰腺癌有DPC4纯合性缺失，22有突变，提示DPC4以作为一种候补肿瘤抑制基因，与胰腺癌的发生有极密切的关系。DPC4基因具有2680bp的转录单位，编码552个氨基酸序列，有11个外显子，10个内含子，其核苷酸序列在GenBank的U44378中。,(二）DPC4一一种新的候补肿瘤抑制基因,推测DPC4的功能可能是在TGF受体介导的信号转导环路中作为一种转录因子，其基因缺失、突变导致细胞过度增殖与生长。因此，弄清TCF通路与DPC4的关系，将有助于揭示DPC4在人类肿瘤中的作用。2DPC4基因与肿瘤胰腺癌、结肠直肠癌、胆管癌、肺癌、头颈部鳞癌(HNSCC)、乳腺癌细胞、卵巢癌细胞中均有该基因的缺失或突变。,肿瘤中DPC4基因的突变分析提示DPC4失活可能局限于胰腺癌和其它胃肠道组织。可以用野生型DPC4取代突变型DPC4或补偿其缺失基因；亦可用反义技术抑制突变DPC4的表达，还可针对DPC4表达的蛋白产物，用药物恢复DPC4(TGF)的抑制效应。同时因90的胰腺癌发现18q缺失，而只有50是DPC4基因缺失或突变造成，提示可能附近另有一个抑癌基因，所以继续寻找新的抑癌基因将会促进最终揭示胰腺癌的发病机理，并在此基础上设计实施有效的基因诊治方案。,3、对于DPC4研究的展望,FHIT于2019年被发现定位于3p14.2的候选肿瘤抑制基因。人们发现FHIT基因跨越了最有活性的人类染色体脆性区域（FRA3B）。而且在直系同源的小鼠中FHIT位点是有脆性的并且非常容易受到致癌物的损伤。此位点在人类癌前病变和癌症中经常发生删除现象，在人类的各种主要癌症中也有FHIT蛋白表达缺失或减少，特别是那些由环境致癌物质引起的肿瘤，例如吸烟有关的肿瘤。因此现已基本明确FHIT具有抑癌基因的功能。,FHIT(fragilehistidinetriad),研究显示FHIT的改变在癌形成多步骤过程中早期就有发生。FHIT的灭活可能发生在肿瘤G1期的早期阶段,并且与G2、G3期肿瘤发展密切相关。Sard等报告FHIT基因涉及细胞凋亡的调节和细胞周期的控制，FHIT抑制肿瘤的活性与它促细胞凋亡功能存在联系。Pavelic等和Krivak等分别证明异常的FHIT基因是肺癌和晚期子宫颈癌的不良预后指标。总之在各种主要人类癌症均有FHIT缺失与肿瘤的高增殖和低凋亡有关，与肿瘤淋巴结转移有关，与错配修复蛋白的缺失有关，与肿瘤进展及生存率下降有关。,1、抑癌基因MEN1位于11q13的抑癌基因MEN1(multipleendocrineneoplasiatype1)的杂合性缺失及其突变导致的失活促使了MEN1型弥散性内分泌的失调。2、SMAD4候选肿瘤抑制基因SMAD4、SMAD2定位于18q21,在大肠癌上常有缺失。SMAD4是候选的胰腺癌抑制基因,一些大肠癌中也检出了SMAD4的突变,但发生率很低。SMAD4启动区超甲基化在大肠癌的肿瘤生成中不常见。,其他抑癌基因,3、p57kip2在人类定位于11p15.5,其蛋白可能不经过CDK活性调控的途径来作用,但在横纹肌肉瘤中p57kip2没有肿瘤抑制功能。4、Caveolin-1可能是一个抑癌基因。将反义caveolin-1注入NIH3T3细胞后,细胞呈现出不锚定的独立生长特性,并在免疫缺失鼠体内形成肿瘤,显示过激的p42/44MAP激酶级联反应。而caveolin-1表达的上调能够介导接触抑制,同时对p42/44MAP激酶级联反应进行负调控,抑制肿瘤的生长。,5、LUCA15是一个假定的肿瘤抑制基因,在ras转化细胞中表达下调,说明是通过改变mRNA水平来调控细胞增生的。6、AS3也是一个候选肿瘤抑制基因,能调节前列腺癌细胞中雄激素诱导的终止增殖作用。7、HSU17714可能是大肠癌抑制基因。8、pp32能抑制原癌基因介导的转化,在良性前列腺组织中表达,而pp32r1和pp32r2在前列腺癌中有表达,它们三者的选择性表达可调节致癌率。有人根据大多数卵巢癌在22q存在缺失推测该处有一个肿瘤抑制基因。还有人认为11q23处有一个与大肠癌的形成相关的假定肿瘤抑制基因；1p上也有一个与甲状旁腺肿瘤相关的假定抑癌基因。这些发现都对癌症的研究有着重要意义。,一些有遗传性DNA修复调节基因有突变或缺失的人中，肿瘤的发病率极高。例如在遗传性非息肉性结肠癌综合征，病人的DNA错配修复基因发生缺失。一段单链DNA在复制时，碱基的错配（A-T配对变成G-T配对），通常由DNA错配修复基因更正。而在上述病人错配不能更正而可积累起来，造成原癌基因或者肿瘤抑制基因的突变，形成结肠癌。,六、与错配修复蛋白的缺失有关微卫星(MicrosatellilteDNA),微卫星是指广泛存在于真核生物基因组中的简单串联重复序列，以2-6个核苷酸为重复单位。微卫星代表基因组中的不稳定的区域，比非重复DNA序列的突变频率高得多。微卫星不稳定(MicrosatellilteinstabilityMSI)是由于错配修复基因突变而引起的简单重复序列改变，常表现为重复单位数量的增加和减少。这种不稳定性具有重要意义：1、不稳定导致多态的等位基因，基因内或基因附近简单重复序列的长度改变，能改变这些基因的表达和功能，在人类许多遗传疾病反应出简单重复序列的扩增。2、序列不稳定的增加，可用于诊断某些具DNA错配修复缺陷的肿瘤。,微卫星不稳定的检测方法收集标本，包括正常和病变组织；提取基因组DNA；选取MS标记的旁侧序列合成特异性引物；用PCR法扩增基因组DNA；扩增产物在变性聚丙烯酰胺凝胶上电泳分离，分析结果。比较病变组织DNA片段的差异，MSIDNA表现为等位带的移动，带强度的增加或获得额外的带型。,20世纪90年代细胞分子生物学研究阐明，肿瘤是一类多步骤发生的，多基因突变所致的细胞克隆、演化性疾病。几乎所有癌基因、抑癌基因的功能效应，最终都聚焦到细胞周期机制上来；许多癌基因、抑癌基因直接参与细胞周期的调控，或者本身就是细胞周期调控机制的主要成分。它们的突变导致了细胞周期失控，包括细胞周期启动、运行和终止异常，使细胞进入以增殖过多，凋亡过少为主要形式的失控性生长。据此可说，肿瘤是一类细胞周期疾病(cellcycledisease)。,第六节肿瘤是一类细胞周期疾病,G1期细胞对胞外信号作出的反应是决定朝向分裂还是退出细胞周期而进入静止期(Go)。G1期的正常进展有赖于有丝分裂原的刺激，也可受抗增生细胞因子的刺激而终止。失去调控的癌细胞倾向于保留在细胞周期中持续循环；一旦细胞通过G1晚期限制点，将对胞外生长调控信号产生不应期而代之以自律性程序，并带着这些信息进入有丝分裂。,1肿瘤细胞的周期调控,细胞周期的调控,2细胞周期监控机制的破坏,细胞周期调控是近20年来生命科学最引人注目的研究领域.尤其是二十世纪九十年代分子肿瘤学和细胞周期研究的会合，对细胞周期研究产生了巨大的推动作用，取得了激动人心的辉煌成就。细胞增生过程由细胞周期来完成，细胞周期分G1，S(DNA合成)，G2和M(有丝分裂)四个期，受细胞周期调控机制严格控制。细胞周期调控由信号传导通路来实现，并决定细胞的分裂、分化和凋亡等过程。研究发现细胞周期调控的核心蛋白分子是细胞周期素cyclin，周期素依赖性蛋白激酶CDK和CDK的抑制性蛋白CDKI。不同分子的Cyclin和CDK及CDKI与其他相关调控蛋白精确调控细胞周期的每一个时相。细胞调控有两大机制，一是细胞周期驱动机制；二是细胞周期监控机制，,细胞周期监控机制，在细胞周期的许多时相点上存在细胞周期检测点：DNA损伤检测点、纺锤体检测点、纺锤体极检测点。对细胞周期进程进行严格监测，使DNA复制和有丝分裂准确无误地执行。细胞周期监测机制的发现，使人们认识到其在维持细胞基因组稳定性中的重要作用。DNA损伤检测点由DNA损伤感应机制、细胞生长停滞机制、DNA修复机制和细胞命运决定机制四个功能机制组成。细胞一旦发生DNA损伤或复制错误，首先启动损伤感应机制，将DNA损伤转化成信号，由信号传导通路传给生长停滞机制，使细胞停止生长，进而启动DNA修复机制，修复损伤的DNA。最后，如果DNA损伤得到完全修复，细胞周期可进入下一个时相，细胞周期仍可正常完成，但倘若DNA损伤修复失败，细胞凋亡机制将被启动，损伤细胞进入凋亡，从而避免DNA损伤带到子代细胞，维持了组织细胞基因组的稳定性，避免肿瘤发生的潜在可能。,这些监控机制的破坏，将导致遗传的不稳定性，它是所有癌前细胞和癌细胞的本质特征。在肿瘤细胞的演化过程中常常见到染色体的重排、异倍体或多倍体等改变。,将导致染色体重排，如基因缺失、扩增和移位。,DNA监控机制的破坏：,纺锤体监控机制的破坏：,将导致有丝分裂过程中染色体不能分开，子代细胞中染色体的丢失或增加。,纺锤体极监控机制的破坏：,则导致染色体组倍增(ploidy)的改变。,在有丝分裂期间，染色体忠诚和准确的分离的前提条件是所以染色体都必须正确地附着于有丝分裂纺锤体上，并且要正确地排列在中期赤道板上，然后细胞才允许启动有丝分裂后期。在有丝分裂早期，染色体的排列如果发生错误。有丝分裂纺锤体检测点即被激活，并且通过抑制后期促进复合物（APC/C）阻止后期的启动。,多种纺锤体损伤剂可激活纺锤体检测点，例如：紫杉醇类抗肿瘤药物，通过抑制染色体在赤道板的排列，导致细胞阻滞在有丝分裂后期开始之前，并随后诱导细胞凋亡。,人类肿瘤细胞中纺锤体检测点普遍存在部分缺陷，故人类大部分肿瘤细胞都呈非整倍体状态，这是由于染色体分离过程中的缺陷导致细胞缺失或多分配了整条染色体。,GFs与靶细胞表面的特异性GFR结合，启动复杂而有许多胞质和胞核蛋白质参与的信号转导级联反应，操纵细胞的各种生物学行为，包括细胞增殖与分化、细胞存活和细胞动力学与形态学的改变。肿瘤发生过程中的各种遗传改变都对基因编码的GF和GFR产生明显的影响。此外，肿瘤细胞还可以自分泌GF影响基因的转录，或破坏正常细胞基因表达的调控。,第七节生长因子及其受体与细胞内信号转导的异常,迄今已发现和描述了60余种生长因子及受体。根据它们作用的靶细胞及与它们作用有关的肿瘤类型，可以分成两大类：（1）作用于上皮、内皮和间叶细胞的生长因子，与实体性肿瘤的形成有关；（2）作用于造血和淋巴细胞的生长因子，与血液及淋巴系统恶性肿瘤的形成有关。,举例：受体蛋白质酪氨酸激酶（RTK）家族EGFR、PDGFR、NGFR、HGFR等,RTK/Ras/MAPK转导通路,配体为生长因子受体聚合为寡聚体自身磷酸化，构象变化通过接合蛋白（含SH2结构域）Grb2和Sos激活RasRas引起MAPKKK-MAPKK-MAPK级联激活最终激活转录因子:cMyc,cJun,cFos(转录因子结合到基因启动子，