疾病与人类健康(精)PPT课件.ppt

第八章疾病与人类健康 8 1肿瘤与癌症8 2人免疫缺损病毒 HIV8 3乙型肝炎病毒 HBV8 4基因治疗 1 疾病的发生其实都直接与间接基因有关 人类疾病都是 基因病 可将人类疾病分为三大类 经典单基因病主要病因是某个基因位点上产生了缺陷等位基因 多基因病病的发生涉及多个基因及调控这些基因表达的环境因子之间的相互作用 获得性基因病由病原微生物感染引起的传染病 病原基因组与人类基因组相互作用的结果 都涉及基因结构与表达模式的改变 2 8 1肿瘤与癌症 癌 cancer 是一群不受生长调控而繁殖的细胞 也称恶性肿瘤 癌是由肿瘤细胞经过一系列突变转化而癌的 20世纪50年代以来 肿瘤医学的研究成就 癌基因的发现及其研究的深入 染色体畸变与致癌基因表达相互关系的揭示 抑癌基因的发现及表达调控 西北癌变的分子基础是基因突变 DNA的变化和不正常活动导致了细胞癌变 3 图 8 1 肿瘤组织示意图 4 癌基因 oncogene 可分为两大类 一类是病毒癌基因 viraloncogene v onc 编码病毒癌基因的主要有DNA病毒和RNA病毒 第二类是细胞转化基因可能就使存在于人体正常细胞中的原癌基因的突变产物 广泛存在于生物界 有相当高的保存性 属于 看家基因 正常表达时对细胞的生长和分化有调控的作用 5 1910年 Rous就发现带有肉瘤病毒 一种反转录病毒 的鸡肉瘤无细胞滤液能在鸡体内诱发新的肉瘤 这种病毒的基因组是由单链RNA组成的 一般只有6 9kb 6 图 8 3 反转录基因结构示意图 7 图 8 4 反转录病毒插入引起c myc基因活化的几种可能途径 8 整合的反转录病毒DNA分子称为原病毒 provirus 它能指导病毒mRNA的合成 并利用宿主细胞中的蛋白质合成机器 翻译生成病毒外壳蛋白等 最后组装成病毒颗粒 已经在各种反转录病毒中发现了许多致癌基因 它们感染后诱导宿主产生肿瘤的主要原因是激活特定基因表达 破坏宿主细胞本身固有的平衡 导致细胞发生转化 9 8 1 1 1急性转化型和非急性转化型根据反转录病毒转化细胞的能力 将其分为两大类 一类为急性转化型 另一类则称为非急性转化型 10 8 1 1 2v onc基因的起源转录病毒基因组中所带有的onc基因并非来自病毒本身而是这些病毒在感染动物或人体之后获得的细胞原癌基因 各种脊椎动物染色体DNA上都有与src相类似的DNA序列 说明它是正常细胞中这些基因是不表达的 只有在细胞发生癌变时才有活性 所以称为原癌基因 11 图 8 5 劳斯氏肉瘤病毒基因结构及c src原癌基因的转变 12 表 8 1 部分c onc和v onc基因编码区比较 13 图 8 6 上表皮癌的发生过程示意图 14 8 1 2原癌基因 细胞转化基因 产物及分类病毒感染会诱发细胞癌变外 非病毒因子 如放射性物质化学试剂亚硝酸 烷化剂等 也能诱导细胞转化 通过某种激活机制改变了细胞内原有的遗传信息 使细胞发生恶性转化 充分说明内源基因在细胞转化中的地位 引起细胞恶性转化的因子仍然是DNA 化学诱变后的细胞中同样存在着决定细胞命运的致癌基因 15 图 8 7 黄曲霉素 aflatoxin 导致细胞发生癌变的分子机制 16 根据原癌基因产物在细胞中的位置 可将其分为3类 第一类 与膜结合的蛋白 只要有erbB neu fms mas src基因产物 第二类 可溶性蛋白 包括mas sis fps基因产物 第三类 核蛋白 包括myc ets jun 和myb等基因产物 17 也常被分为6类 即蛋白激酶类 生长因子类 生长因子受体类 GTP结合蛋白类 核蛋白类和功能未知类 原癌基因产物的一个共同特征是它们都能诱发一系列与细胞生长分化有关的基因表达 从而改变细胞的表型 18 8 1 3原癌基因的表达原癌基因在正常细胞中通常以单拷贝形式存在 只有低水平的表达或根本不表达 很多情况下 原癌基因的结构发生了点突变或插入 重排 缺失及扩增等 改变其转录活性 19 图 8 8 细胞中原癌细胞基因转变为癌基因的主要途径 20 点突变虽然原癌基因活化导致癌变的原因多种多样 单点突变可能矢最常见的机制 21 图 8 9 ras基因的点突变及转化活性分析 22 TR插入LTR是逆转录病毒基因组两端的长末端重复序列 longter mmalrepeat 结构中含有强的启动子序列 当LTR插入原癌基因启动子区域或邻近部位后 可从根本上改变基因的正常调控规律 23 基因重排大多数类型的人肿瘤中存在染色体数目和结构异常现象 说明存在原癌基因重排的可能 24 图 8 10 abl原癌基因通过选择性染色体重排转变成细胞癌基因 25 缺失原癌基因5 端上游区存在负调控序列 一旦该序列发生缺失或丧失抑制基因表达 使每个细胞中基因拷贝数增加 从而直接增加可用的转录模板数以增加基因表达 26 8 1 4基因互作与癌基因表达染色体构象对原核基因表达的影响基因表达不仅取决于基因本身及其相邻区域的一级结构 也取决于其空间构象 即基因在染色体上的空间排列和染色秩的结构 27 原癌基因终产物对基因表达的影响某种原癌基因产物对另一种原癌基因表达的调控作用 包括某种原癌基因产物对自身表达的反馈调控作用两大类 28 癌基因产物通过介质传递生长刺激信号的部位有3处 癌基因产物本身模拟了生长因子 因而与相应的受体作用 以自分泌的方式刺激细胞生长 癌基因产物模拟了已结合配体的生长因子受体 从而在无外源生长因子时提供了促进细胞分裂的信号 癌基因产物作用于细胞内生长控制途径 解除了此途径对外源刺激信号的需求 29 抑癌基因产物对原癌基因的调控因为抑癌基因产物能抑制细胞的恶性增殖 所以它也是被认为是一种隐性癌基因 30 外源信号对源癌基因表达的影响细胞外信号作用于靶细胞后 通过细胞膜受体系统或其它直接途径被传递至细胞内 再通过多种蛋白激酶的活化 对转录因子进行修饰 然 2发一系列基因的转录激活 31 图 8 11 许多原癌基因参与细胞信号转导过程 32 8 2人免疫缺损病毒 HIV 人免疫缺损病毒 HIV 俗称艾滋病 AIDS 病毒 诱发人类获得性免疫缺损综合征 该病毒在分类上属反转录病毒科 Retroviridae 慢病毒属中的灵长类免疫缺损病毒亚属 1983年 法国巴斯德研究所的Montaginer和美国国家卫生研究所癌症研究所Gallo等人首次证实HIV是艾兹病的原因 33 表 8 4 反转录病毒科主要成员 34 8 2 1HIV病毒粒子的形态结构和传染艾兹病病毒粒子是一种直径约为100nm的球状病毒 粒子外包被着由两层脂质组成的脂膜 这种结合有许多糖蛋白分子 主要是gp40和gp120 的膜脂源于宿主细胞的外膜 蛋白质p24和p18组成其核心 内有基因组RNA链 链上附着有反转录酶 其功能是催化病毒RNA的反转录 35 图 8 12 HIV 病毒粒子结构模型图 36 HIV依靠血液 血液制品以及人体分泌液 如奶液和精液等进行传播 它主要感染其他类型如B淋巴细胞的单形核细胞等 HIV感染后可引起明显病变 形成多核巨细胞 并导致细胞死亡 HIV病毒可以通过所感染细胞扩散到全身 已在淋巴细胞 脑 胸腺 脾等组织发现了该病毒 不同毒株在试管内感染细胞的能力差异很大 说明自然界广泛存在着突变株 37 8 2 2HIV基因组及其编码的蛋白8 2 2 1HIV基因组结构HIV基因组由两条单链正链RNA组成 每个RNA基因组约为9 7kb 在RNA5 端有一帽子结构 m7G5 GmpNp 3 端有poly A 尾巴 HIV的主要基因结构核组织形式与其他反转录病毒相同 均由5 末端LTR 结构蛋白编码区 gag 蛋白酶编码区 pro 具有多种酶活性的蛋白编码区 pol 外膜蛋白 erv 和 3 末端LTR组成 38 图 8 13 HIV 基因结构和所编码的主要蛋白 39 8 2 3HIV的复制HIV主要侵染人体的T淋巴细胞及巨噬细胞 并通过病毒膜蛋白gp120与细胞表面的CD4受体蛋白结合 CD4分子含有两个免疫球蛋白结构域 它在人体内所结合的正常配体是II型MHC抗原 HIV与受体结合后 病毒核心蛋白和两条RNA链进入细胞 反转录酶以病毒RNA为模板合成单链DNA 并由宿主细胞核并整合到染色体上 病毒核酸随细胞的分裂而传至子代细胞 可长期潜伏 40 过程如下 原病毒整合到宿主染色体上 无症状 原病毒利用宿主细胞的转录合成系统转录产生病毒mRNA 其中一部分编码病毒蛋白 基因组RNA组装成新的病毒颗粒 从寄主细胞中释放出来侵染其他健康细胞 寄主细胞瓦解死亡 41 图 8 14 HIV 在人体细胞内的复制和侵染过程示意图 42 在复制合表达量非常高的情况下可立即杀死细胞 低水平复制合表达时仅造成细胞功能失常 而不复制 不表达时病毒基因组以DNA形式与染色体整合 与宿主长期共存 这就是艾兹病在临床上的潜伏期长短不一 病程快慢不一的主要原因 HIV前病毒整合是随机的 病不要求特定的DNA序列 因而可以整合到染色体上的任何部位 43 8 2 4HIV 基因的表达调控与大多数反转录病毒相比 HIV的最大特点就是含有许多调控基因 这些基因编码相应的调控蛋白 它们在病毒RNA的转录 转录后加工 蛋白质翻译包装以及病毒颗粒的释放等各个过程中发挥重要作用 44 8 2 4 1LTR序列 图 8 15 HIV基因组LTR区中DNA和RNA结合蛋白的作用位点 45 8 2 5HIV的感染及致病机理HIV初次感染人体后 立即大量复制合扩增 感染者血清中出现HIV抗原 从外周血细胞 脑脊液合骨髓细胞总均能分离出HIV 这是HIV原发感染的急性期 大约70 以上的原发感染后2 4周内出现急性感染症状 包括发热 咽炎 淋巴肿大 关节疼 中枢及外周神经系统病变 皮肤斑丘疹 黏膜溃疡等 持续1 2周后进入HIV感染的无症状潜伏期 46 8 2 6艾滋病的治疗及预防 除抗爱滋病药物的研制外 多种用于预防爱滋病的疫苗包括传统的减毒疫苗 灭活疫苗 重组病毒载体活疫苗 基因工程亚单位疫苗及合成寡肽疫苗等已经上市 47 8 3乙型肝炎病毒 HBV 病毒性肝炎是严重威胁人类健康的世界性传染 引起肝炎的病毒通称肝炎病毒 hepatitisvirus 已经知道有甲肝病毒 HAV 丙肝病毒 HCV 丁肝病毒 HEV DENG5种病毒 48 8 3 1肝炎病毒的分类地位及病毒粒子结构1986年 国际病毒委员正式将乙肝病毒定为噬肝DNA病毒科成员 1990年又将该科病毒分为正噬肝科病毒属和噬肝科病毒属 乙肝病毒是正噬肝科属的成员 HBV完整粒子的直径为42nm 称为Dane颗粒 由外膜和核壳组成 有很强的感染性 49 图 8 17 HBV病毒粒子模型图 50 8 3 2乙型肝炎基因组及其所编码的主要蛋白8 3 2 1基因组结构乙肝病毒的基因组是一个有部分单链区的环状双链DNA分子 两条单链长度不一样 长链的50 80 左右 它的3 末端随不同来源毒株而有不同的缺失 所以位置可变 产生了部分环状结构 基因组依靠正链5 端约240bp的粘性末端与负链缺口部位的互补维持了环状结构 51 图 8 18 HBV基因组结构 ayw株 52 不同亚型中核苷酸水平的变异约为10 左右 同亚型中的变异约为2 左右 最高可达11 5 HBV基因组的多态性是该病毒高变异率的分子基础 其生物学意义是近年来HBV研究中的热点之一 53 8 3 3HBV的复制乙肝病毒基因组虽为双链DNA 但其复制并不通过半保留复制方式 而是通过反转录途径 病毒感染宿主后 首先脱掉外壳进入细胞质 基因组DNA进入细胞核 经DNA聚合酶修复正链缺失部分 形成共价闭环状双链DNA作为转录模板 此后 该环状DNA在感染细胞核中大量扩增 成为HBV基因组复制时的独特现象 54 其次 HBV基因组在宿主RNA聚合酶作用下开始转录 产生各种mRNA第三步 前基因组中的部分RNA被包装到核心颗粒中并进行反转录 55 图 8 19 HBV基因组的复制过程 56 第四步 在DNA聚合酶作用下合成正链 合成自DR1处开始 再经过跳跃转位至DR2 这一过程称为 引物易位 57 8 4基因治疗 人类疾病的发生 时人体细胞中自身基因的改变活由外源病原体的基因产物与人体基因相互作用的结果 因此 长期以来 科学家设想人类能否最终运用遗传物质 无论是人类自身的或是外源遗传物质来治疗疾病 纠正人体本身基因结构或功能上的错乱 阻止病菌的 杀灭兵变的细胞或抑制外源病原体遗传物质的复制 保证人体健康 58 8 4 1基因治疗的历史沿革1990年 科学家第一次用反转录病毒为载体 把腺苷脱氨酶基因 ADA 导入来自病人自身的T淋巴细胞 经扩增后输回患者体内 获得可成功 标志着基因治疗时代的开始 59 8 4 1 1基因治疗的前景分析基因治疗是将具有治疗价值的基因 即 治疗基因 装配于带有在人体细胞中表达所必备元件的载体中 导入人体细胞 直接进行表达 进行基因治疗时毋须对表达产物进行分离纯化 因为人细胞本身可以完成这个过程 60 可大大降低治疗成本 因为基因治疗不需要基因工程中耗资最大的器材与材料费用 显著降低了工业化的成本 基因工程的 目的基因 往往不能有效地进入细胞而不能备应用于基因工程 但基因治疗不受上述限制 具有治疗作用 理论上均可应用于基因治疗 因此 基因治疗具有更大的潜力 61 基因治疗则必须将基因直接导入人体细胞 不仅在技术上具有很大难度 而且在有效性于安全性方面提出了风为苛刻的要求 基因治疗仅有10年的历史 不少技术还不够成熟 所以 它所遇到的风险性更大 62