医学遗传学肿瘤与遗传ppt课件.ppt

第九章肿瘤与遗传本章重点内容提示染色体不稳定综合征的类型Ph染色体和14q 染色体形成机制及意义癌基因概念 功能分类 激活机制抑癌基因及研究途径二次突变学说肿瘤发生的多阶段过程 以结肠癌为例 1 肿瘤 tumor 是机体在各种致瘤因素作用下 局部组织的细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控 导致克隆性异常增生而形成的新生物 一群生长失去正常调控的细胞形成的新赘生物 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 2 肿瘤是一种体细胞遗传病肿瘤的发生具有家族聚集性和种族差异 也受环境因素的影响 因此肿瘤的发生是环境因素和遗传因素共同作用的结果 环境因素只有改变遗传物质的结构和功能才能使正常细胞转变为癌细胞 所以肿瘤发生的本质是体细胞遗传物质的改变 3 肿瘤是一种多阶段 多因素 多基因参与的复杂疾病 多阶段 不典型增生 早期癌 晚期癌多因素 遗传因素 环境因素多基因 癌基因 抑癌基因 肿瘤转移相关基因 错配修复基因 4 肿瘤遗传学 CancerGenetics 应用遗传学的基本原理 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的角度探讨肿瘤发生与遗传的关系 肿瘤防治的新途径 进而开辟一门多学科渗透的新兴学科 5 肿瘤属于一种体细胞遗传病 各种环境因素作用于体细胞的遗传物质 引起DNA或染色体改变 在此基础上 一个体细胞才能去分化并无限制地增殖而形成肿瘤细胞 又经过促进和进展等过程 才形成各种恶性肿瘤 6 肿瘤的特征 1 呈持续性 自主性生长 与机体不协调 原因去除仍能继续生长 2 具有不成熟性 在不同程度上失去了分化成熟的能力 3 有害无益 7 癌症发生的现状 肿瘤是一类严重危害人类健康的疾病 常见病 多发病 在发达国家 癌症占死亡构成的20 据WHO和国际癌症研究机构 IARC 2002年报道 全球因癌症死亡的人数占死亡总人数的12 预计未来10年全球每年新增癌症患者人数将达到1500万人 即到2020年全世界癌症发病率将比现在增加50 到2030年 全球可能将有2640万人患癌 其中1700万人将因此死亡 8 2000年全球常见癌症的统计 ParkinDM etal IntJCancer 2001 94 153 156 9 中国常见癌症的统计 董志伟等 中国癌症控制策略研究报告 2002 11 250 260 10 在我国 男性癌症患者死亡居各类死因的第二位 占全部死亡的11 31 女性占第三位 占总死亡率的8 85 在所有癌症中 男性的三大杀手是肺癌 29 前列腺癌 11 和直肠癌 9 女性的三大杀手是肺癌 26 乳腺癌 15 和直肠癌 9 11 大量的证据表明 肿瘤的发生与遗传和环境有密切的关系 大部分肿瘤与基因突变相关 肿瘤易感性与多基因相关 肿瘤发生的几个观点 癌发生于一个细胞的 恶变 克隆 癌起源于单细胞的恶变癌有家族性和散发性 发生在生殖细胞的突变是可遗传的 12 肿瘤的发生多因素 多基因 多阶段 多途径癌发生涉及多个基因的变化 细胞水平 癌是体细胞遗传基因水平 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 13 第一节环境因素与肿瘤发生 化学致癌物射线病毒烟草和酒精等 14 一 化学致癌物是80 90 人类肿瘤形成的病因 大量的动物实验证实 肿瘤发生需要两个主要阶段 即始动阶段和促进阶段 当细胞暴露于一定量的始动剂可能癌变时 标志始动阶段的开始 始动阶段通常是快速的 且不可逆转 促进阶段的特点是肿瘤细胞 始动细胞 的永生化和克隆化 此外 促进阶段的因素 促进剂 不直接影响DNA 故对细胞的影响是可逆的 15 一 始动阶段肿瘤始动阶段的致癌物是一系列天然的或人工合成的化合物 分为直接作用和间接作用化合物或致癌物前体 直接作用自身为致癌物间接作用通过体内代谢最终转变为致癌物 16 在致癌物前体中主要的一类酶是细胞色素P 450依赖性单氧化酶的同工酶 在群体中 酶的活性和诱导性的变异较大 例如 其中一种同功酶CYP1A1负责多环芳香类碳水化合物的代谢 群体中10 的个体拥有这种高度诱导形式的酶 因此 编码这些酶的基因具有多态性 影响人群对某一致癌物的易感性 其中 吸烟者患肺癌的风险较高与此基因变异相关 17 二 促进阶段当经历始动阶段的细胞暴露于促进剂时 遗传损伤的细胞数将增加 随着持续分裂 这些具有遗传突变的细胞将面临着选择 因此 促进阶段涉及癌前病变细胞的增殖 恶性转化及肿瘤的进展等 18 促进剂不致突变 是通过诱导细胞增殖机制而起到促进肿瘤的作用 如蛋白激酶C是磷酸肌醇信号传导通路的复合物 正常情况下受控于第二信使乙酰甘油 TPA 纤维蛋白酶原激动子 激活蛋白激酶C 活化的蛋白激酶C引起靶蛋白的磷酸化 最终刺激细胞增殖 19 二 辐射辐射能量 如紫外线或电离辐射 在体外使细胞转化 在体内诱发肿瘤 辐射起致突变作用 通过造成DNA损伤而引起细胞的恶性转化 20 紫外线有三种波长 UVA 320 400nm UVB 280 320nm 和UVC 200 280nm UVB易被DNA碱基吸收 引起DNA碱基的改变 因此 被认为与皮肤癌的发生有关 21 电离辐射包括电磁辐射 X 线和 线 和特殊辐射 粒子 粒子 原子和中子 自然环境的一部分 具有致癌性 电离辐射是广泛的致癌物 可以诱导几乎任何年龄 任何物种的任何组织癌变 与紫外辐射不同 单独置于电磁辐射足以形成肿瘤 22 三 病毒现已发现大量与人类肿瘤相关的DNA和RNA病毒 这些病毒是通过整合到宿主细胞DNA而发挥作用的 对DNA肿瘤病毒而言 癌基因是病毒基因组的整合部分对RNA肿瘤病毒而言 癌基因为病毒的供体 即病毒RNA经逆转录变为前病毒 再整合到宿主基因组 23 常见的DNA肿瘤病毒 EBV 乳头瘤病毒 HPV 和乙肝病毒 常见的RNA病毒 人类T细胞白血病病毒人类免疫缺陷病毒 EBV主要与Burkitt淋巴瘤和鼻咽癌的发生相关 98 非洲人Burkitt淋巴瘤有EBV感染史 100 的鼻咽癌有EBVDNA 免疫缺陷病毒可以引起艾滋病和肿瘤在内的多种疾病 24 25 第二节肿瘤发生中的遗传因素一 肿瘤的家族聚集现象肿瘤的家族聚集现象可表现为癌家族和家族性癌 1 癌家族 癌家族 cancerfamily 是指在一个家系几代中有多个成员发生同一器官或不同器官的恶性肿瘤 即一个家族有较多成员患一种或几种解剖部位类似的癌 26 在这样的家族中表现出恶性肿瘤的发病率高 约20 患者的发病年龄较早 肿瘤的发生部位不局限于同一组织或器官 肿瘤在家族中呈常染色体显性遗传 如 Lynch癌家族综合征Li Fraumeni综合征 27 Lynch癌家族综合征II 有人追踪了该家族70多年 经过五次调查发现 家族的10个支系中有842名后代 共有95名患者 其中结肠癌48人 子宫内膜癌18人 这两种癌症占多数 在95名患者中 有72人为双亲之一患癌 男患者为47人 女患者为48人 接近1 1 符合AD遗传特点 28 I1 II1 II2 II3 III4 IV4为乳腺癌 III2 IV5 IV6为肺癌 V1 V4为横纹肌癌 III1为前列腺癌 III3为胰腺癌 IV5为急性白血病 IV8为直肠肉瘤 V3为Willms瘤 V6为角质瘤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 29 2 家族性癌家族性癌 familialcarcinoma 是指一个家族内多个成员患同一类型的肿瘤 如结肠癌病人有12 25 有家族史 因此结肠癌可认为是家族性癌 家族性癌大多不表现孟德尔式遗传 但患者的一级亲属的发病风险高于人群3 5倍 30 二 同卵双生子发病一致率研究双生子调查中发现 同卵双生发病的一致率非常高 77对白血病患者双生子调查 同卵双生者发病一致率高遗传因素20对同卵双生子发病部位调查 患者患同一部位的同样肿瘤遗传因素 31 三 肿瘤发病率的种族差异不同种族的人遗传素质不同 在不同人种 不同民族中 各种肿瘤的发病率可有显著差异 表现在 同一肿瘤在不同人种发病率不同 如乳腺癌 欧美人发病率较高 日本人乳腺癌的发病率较欧美人士为低 患松果体瘤 日本人比其他民族高11 12倍 黑人很少患Ewing骨瘤 睾丸癌 皮肤癌 32 不同人种也有各自不同的高发肿瘤 如鼻咽癌中国人的发病率位居世界各民族之首 而且这种发病率不因中国人移居到其他国家而降低 新加破的中国人 马来人 印度人发病率为13 3 3 0 4移居到美国的华人鼻咽癌的发病率 美国白人高34倍这种种族差异的基础即是遗传因素的差异 由此可知 肿瘤发生与遗传因素有关 33 第三节遗传性肿瘤一些肿瘤是按孟德尔方式遗传的 亦即由单个基因的异常决定的少数来源于神经或胚胎组织的肿瘤常为遗传性肿瘤 这些肿瘤按常染色体显性遗传方式遗传 常为双侧性或多发性 发病早于散发型病例 并有不同程度的恶变倾向 故也称为遗传性癌前改变 34 遗传性肿瘤虽然少见 但在肿瘤病因学研究上有重要意义 如视网膜母细胞瘤 AD 神经母细胞瘤 AD 神经纤维瘤 AD Wilms瘤 AD 家族性结肠息肉 AD 等 35 一 视网膜母细胞瘤 retinoblastomaRB 是儿童眼内恶性肿瘤 发生率1 21000 1 10000 多于4岁前发病 症状为眼底在灰白肿块 猫眼 易扩散 部分有13q del 13q14 伴畸形 大嘴大耳 宽鼻梁 智力低下 36 37 Knudson提出二次突变学说 他认为视母细胞瘤的发生需经二次以上突变 生殖细胞 38 分子水平研究表明 视母C瘤基因 RB 抑癌基因正常人RBRB纯合子生殖细胞突变后形成杂合子RBrb 由于rb为隐性 杂合子RBrb仍具抑癌功能 所以是携带者 再发生一次突变形成纯合子rbrb或半合子rb 才失去抑癌功能而致恶性转化 39 Rb的分子功能 1 主要是可以和肿瘤抗原相互作用 SV40T抗原 腺病毒E1A抗原 人类乳头瘤病毒E7抗原 可结合到RB的379 792残基区域 2 RB产物可抑制部分致癌蛋白 3 RB还有抑制细胞增殖的作用 抑癌机理 主要是它去磷酸化后 与细胞转录因子 E2F 结合而抑制细胞周期由G1 S期的进展 从而抑制细胞增殖 40 E2F 非活性复合物G1晚期 G1Cdk cyclinCdk2 cyclinA 哺乳动物细胞中RB蛋白在G 期调节向S期转移中的作用模型E2F是一个转录因子 为活化dNTP和DNA合成酶系中多种酶蛋白基因所必需的RB是肿瘤抑制基因Rb的编码蛋白 41 视网膜母细胞瘤 RB 杂合性丢失机制 42 二 肾母细胞瘤 Wilms瘤 WT 婴幼儿恶性胚胎肿瘤 患者腹部有无症状的肿块 发病率为1 10000 3 4的肿瘤发生在4岁以前 90 在20岁前发生 可分为遗传型和非遗传型 遗传性非遗传性 散发型 AD遗传散发双侧单侧早发晚发38 62 43 研究表明 Wilms瘤基因 WT 是一种抑癌基因 基因产物为一种有锌指结构的蛋白质 与早期生长反应基因 EGR 1 的DNA相结合而抑制其转录激活作用 患者的肿瘤组织中有WT的纯合缺失 其正常组织中则为杂合子 Wilms瘤发生机理可能与视网膜母细胞瘤相同 44 Wilms瘤如伴有无虹膜 泌尿生殖道畸形 智力低下 则称为WAGR综合征 该综合征患者有11号染色体短臂的中间缺失 del 11 p13 因此认为11p13位点载有肿瘤抑制基因 45 三 神经母细胞瘤 Neuroblatoma NB 一种儿童常见的恶性胚胎瘤 起源于神经嵴 发病率约1 10000 有的NB还并发神经纤维瘤 神经节瘤 嗜铬细胞瘤等 可分为遗传型和非遗传型 遗传性非遗传性 散发型 AD遗传散发早发晚发多发单发20 80 致病基因定位于1p36 该基因的第一次突变可能只干扰神经嵴的正常发育 第二次突变才导致恶性肿瘤的发生 46 同是一种肿瘤 为什么既有遗传型又有散发型 发病年龄又不同呢 1971年Knudson为解释家族性 遗传型 视网膜母细胞瘤提出二次突变学说 twohitstheory 解释这种现象 47 恶性肿瘤的发生需经两次以上的突变 遗传性病例中 第一次突变发生于生殖细胞 结果个体每一个细胞均带有一个突变 成为突变的杂合子 在此基础上发生的第二次突变是体细胞突变 两次突变累加 即可完成始动 initiation 而从良性细胞变成恶性细胞 恶性细胞在一定条件下 形成增殖优势 即可完成促进阶段 形成恶性细胞克隆 因此 遗传型病例常为双侧或多发且发病较早 生殖细胞 48 在非遗传性病例中 两次突变都是体细胞突变 而且必须在同一个体细胞中两次发生独立才能完成始动的过程 这种机会比较少 需要经过漫长过程的积累 因此非遗传性肿瘤多为单发 且发病较晚 个体体细胞 49 正常细胞转化为恶性细胞需要两次以上的突变事件的发生正常人约有1014个细胞 在人的整个一生中约进行1016次细胞分裂 人体的自发突变频率约为1 4 10 10 实际上加上辐射和自然界普遍存在的致突变剂的影响 突变频率要远高于这个数值 如果单个突变可以致癌 仅据自发突变率计算 人一生中大约有28 细胞将癌变 那么癌症将是日常事件 50 总结 AlfredKnudson两次打击 twohit 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 51 第四节遗传性癌前病变一些单基因遗传的疾病和综合征中 有不同程度的恶性肿瘤倾向 称为癌前病变 precancerouslesion 其遗传方式大部分为常染色体显性 52 一 家族性结肠息肉综合征 FamilialPolyposisColi FPC 常染色体显性遗传 群体发病率为1 100000 特征 为病变局限于结肠和直肠 息肉为腺瘤性数目可多可少 十几岁时即可能开始恶变为腺癌 40岁前多恶变为癌 53 致病基因 APC是一种抑癌基因 位于5q21 q22 在其有杂合性缺失的基础上 又经癌基因KRAS2 抑癌基因DCC p53等的多步变化 才形成结肠腺癌 54 55 二 神经纤维瘤 Neurofibromatosis NF 常染色体显性遗传 患者沿躯干的外周神经有多发的神经纤维瘤 患者的皮肤有牛奶咖啡斑和纤维瘤样皮肤瘤 如有6个以上直径超过1 5cm的牛奶咖啡斑即可诊断为该病 在儿童期 皮肤中即可出现神经纤维瘤 主要分布于躯干 从针尖至橘子大小 3 15 可恶变为纤维肉瘤 鳞癌和神经纤维肉瘤 56 致病基因NF位于11q11 2 是一种抑癌基因 其产物有特异的抑制RAS癌基因的作用 57 三 基底细胞痣综合征 BasalCellNervesSyndrome BCNS 是常染色体显性遗传 患者面部 手臂和躯干有多数基底细胞痣 青春期增多 青年期即可发生恶变 40岁时90 恶变为基底细胞癌 并有颌骨囊肿 致病基因BCNS位于9q22 3 q31 是一种抑癌基因 58 第五节染色体异常与肿瘤肿瘤的发生与染色体畸变的相关性已经被逐渐认识 人们注意到 几乎所有的肿瘤细胞都具有染色体异常 这被认为是癌细胞的特征 59 数目异常 结构异常 染色体异常是癌细胞遗传学的基本特征细胞内染色体的不稳定是产生肿瘤的根本原因 Boveri1914 60 每一个正常细胞中有一种特殊的排列可以抑制细胞分裂 假定存在一些抑制分裂确定的染色体 它的丢失将引起肿瘤细胞的无限生长 另一方面 假定还存在促进分裂的染色体 当受到某种刺激激活时 细胞就发生分裂 由此可推断恶性肿瘤细胞的快速无限增殖的趋势 是由于促进分裂的染色体的持久优势所致 TheodorBoveri 1911今天 大量的科学证据表明 抑制细胞生长的染色体抑癌基因促进细胞生长的染色体癌基因 61 一 肿瘤的染色体数目异常一个肿瘤的瘤细胞染色体常有许多共同的异常 这可以用它们都来源于一个共同的突变细胞 即肿瘤发生单克隆学说 但是癌细胞群体又受内外环境的影响而处于变异之中 因此这些细胞的核型常常不完全相同 而且在同一肿瘤的发展过程中 核型也可以演变 62 肿瘤组织既可以单克隆起源 也可以多克隆起源 单克隆起源的肿瘤可以演变为多克隆性 一些染色体畸变致死性的 而另一些畸变却能使细胞获得生长优势 故肿瘤细胞群体经常处于选择和演变之中 63 同一突变细胞 克隆演化 cloneevolution 主导克隆 干系 stemline 众数 modalnumber 非主导克隆 旁系 sideline 64 肿瘤细胞群通过淘汰和生长优势 逐渐形成占主导地位的细胞群体 即干系 stemline 干系的染色体数称为众数 modalnumber 干系以外有时还有非主导细胞系 称为旁系 sideline 然而由于条件改变 旁系可以发展为干系 有的肿瘤没有明显的干系 有的则可以有两个或两个以上的干系 65 记录肿瘤个细胞的染色体数目构成比 46 5 49 10 52 4 46 XY 2 49 XY 1 8 12 9 49 XY X 1 7 1 52 XY X X 1 7 22 4各类群细胞站的比例数46 XY5 19 2 2 100 26 49 XY 1 8 1210 19 9 10 100 47 49 XY X 1 710 19 1 10 100 5 52 XY X X 1 7 224 19 4 4 100 21 干系细胞是 49 XY 1 8 12 如何确定肿瘤的干系和旁系 66 三倍体 triploid 多倍体 polyploid 单倍体 haploid 超二倍体 hyperdiploid 三体 trisomy 亚二倍体 hypodiploid 单体 monosomy 非整倍性改变 整倍性改变 67 肿瘤的染色体数目异常多数为非整倍体 非整倍体有两种情况 染色体虽然不是46但在46上下 超二倍体 hyperdiploid 亚二倍体 hypodiploid 瘤细胞染色体的增多或减少并不是随机的 比较常见到的是8 9 12和21号染色体的增多或7 22 Y染色体的减少 68 染色体数成倍地增加 3倍 4倍 称为高异倍性 但通常不是完整的倍数 故称为高异倍性 hyperaneuploid 许多实体肿瘤染色体数或者在二倍体数上下 或在3 4倍数之间 而癌性胸腹水的染色体数变化更大 69 肺癌染色体异常 食管癌染色体异常 70 二 肿瘤的染色体结构异常大多数肿瘤细胞染色体数目异常的同时 还有结构异常 异常类型表现出 无规律性 结构异常包括易位 缺失 重复 环状染色体和双着丝粒染色体等 71 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 也就是说肿瘤细胞中形成的特殊结构异常的染色体 能稳定遗传 称为标记染色体 markerchromosome 72 非特异性的特异性的 它只见于少数肿瘤细胞 对整个肿瘤来说不具有代表性 它经常出现在某一类肿瘤 对该肿瘤具有代表性 73 一 特异性的标记染色体 1 Ph1染色体1960年首先在美国费城 Philadelphia 的慢性粒细胞性白血病患者骨髓和外周血淋巴细胞中 发现一个很小的近端着丝粒染色体 小于G组染色体 被称为Ph1染色体 95 慢性粒细胞性白血病 CML 细胞中存在Ph染色体 费城染色体 为9号染色体与22号染色体易位后重组的22号染色体 74 Ph1染色体首次证明了一种染色体畸变与一种特异性肿瘤的恒定关系 Ph染色体是慢性粒细胞性白血病典型的特异性标记染色体 易位形式 原因 t 9 22 q34 q11 易位结果导致9q 和22q Ph1 75 t 9 22 9pter 9q34 22q11 22qter 22pter 22q11 9q34 9qter 76 Ph染色体致病的分子机制 易位使9号染色体长臂 9q34 上的原癌基因c abl和22号染色体 22q11 上的bcr breakpointclusterregion 基因重新组合成融合基因 77 9q 22q C bcr基因 130kb C abl基因 280kb 145kD蛋白 78 临床意义 1 作为CML诊断依据 约95 的CML病例中存在Ph1染色体 2 用于预后判断 Ph1阴性CML对治疗反应差 预后不佳 3 用于早期诊断 Ph1染色体先于临床症状出现 79 t 9 22 q34 q11 9q 和22q Ph1 95 80 2 14q 染色体 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 结果8q24转移至14q32 myc与IgH结合BCR1 22q11 ABL 9q34 81 82 83 二 非特异性的标记染色体Burkett淋巴瘤 t 8 14 q24 q32 脑膜瘤 22q 22视网膜母细胞瘤 13q14 Wilms瘤 del 11p13 14 甲状腺瘤 inv 10 q11q21 大多数染色体异常不属于某种肿瘤所特有 某种染色体异常可出现在不同肿瘤中 大多数实体瘤中很少有恒定的标记染色体 84 三 肿瘤染色体的脆性位点脆性部位在人类染色体上还有一些易发生断裂的部位 称为可遗传的脆性部位 fragilesites 其中一些与瘤细胞染色体异常的断裂点一致或相邻 另一些与已知癌基因的部位一致或相邻 85 染色体异常将导致不同分子事件的发生 包括基因激活 失活 转录异常 扩增等 继而导致细胞代谢 生长 分化 增殖等功能的失常而引发肿瘤 86 第六节肿瘤的遗传易感性 多基因遗传的肿瘤一些恶性肿瘤的发生有一定的遗传易感性 在此基础上接受了外界环境因素的作用 即可导致肿瘤的发生 种遗传易感性既包括染色体水平改变 也有基因水平的改变 87 一 染色体的脆性位点与肿瘤人类染色体上还有一些易发生断裂的部位 称为可遗传的脆性部位 fragilesites 其中一些与瘤细胞染色体异常的断裂点一致或相邻 另一些与已知癌基因的部位一致或相邻 88 如 叶酸敏感脆性部位 2q11 2q13 Xq27 肿瘤的关系 一些恶性肿瘤染色体畸变断裂点与脆性位点一致 为染色体重排提供了条件 89 二 染色体不稳定综合征与肿瘤一些疾病由于DNA修复缺陷而致染色体不稳定 易于发生断裂或重排 称染色体不稳定综合征 在此基础上易患白血病或其它恶性肿瘤 90 91 染色体不稳定综合征 Chromsomeunstablesyndrome Bloom s综合征Fanconi贫血毛细血管扩张性共济失调着色性干皮病共同特征 AR DNA修复系统异常 所以染色体DNA不稳定 易于发生断裂或重排 易患白血病或其他恶性肿瘤 92 一 Bloom综合征AR遗传病 东欧犹太人的后裔中多见 病因 患者染色体不稳定 有免疫功能缺陷 表现 身材矮小 一岁时面部暴露于日光的部位出现蝴蝶状红斑 毛细血管扩张所致 免疫力下降 常伴发白血病和其他恶性肿瘤 可恶变为纤维肉瘤 鳞癌和神经纤维肉瘤 在患者外周血淋巴细胞培养中 SCE高于正常人10倍 主要是DNA聚合酶 连接酶活性 致病基因BLM位于15q26 1 93 AR 儿童骨髓疾病 患者全血细胞减少 又称先天性全血细胞减少症 白血病的发生率比一般人高20倍 常伴发侏儒 小眼球 心 肾畸形等 皮肤牛奶咖啡斑或色素沉着 白血病发病率比一般人高20倍 一些FA患者在粘膜与皮肤交界处 口唇 肛门和阴唇 可发生鳞状上皮癌 病因 缺少核酸外切酶 exonuclease 非同源染色体之间常交联 易位 其染色体自发断裂率高 致病基因定位于20q13 二 Fanconi贫血 FA 94 范可尼贫血 Fanconianemia 95 三 毛细血管扩张性共济失调 AT 常染色体隐性遗传病临床表现 常在儿童期发病 患者1岁起进行性小脑共济失调 4 6岁时 眼 面部 颈部 尤其是眼结膜可出现瘤样毛细血管扩张 动眼N障碍 免疫 白血病 乳腺癌 染色体自发断裂率增高 14q12为断裂热点 所以形成的淋巴细胞白血病常有14q 的易位 96 四 着色性干皮病 XP 常染色体隐性遗传病临床表现 主要是皮肤对紫外线非常敏感 日光照射后可发生色素沉着 红斑等病变 可恶变为基底细胞癌或鳞状上皮癌 常在儿童期发生恶性肿瘤 并死于癌转移 病因 缺少核酸酶 DNA的切除修复系统有缺陷 不能切除紫外线诱发的嘧啶二聚体 因而导致突变率增高 97 着色性干皮病患儿脸部特征 着色性干皮病的并发症 98 三 肿瘤的遗传易感性个体的肿瘤遗传易感性是由特定的基因 染色体组合决定的 虽然对这些 易感基因 predisposinggenes 及其如何发挥作用了解得还不很清楚 但有一些事例表明它们可能通过生化的 免疫的和细胞分裂的机制促进肿瘤发生 99 1 酶活性异常酶活性的改变可以影响致癌化合物在体内的代谢和灭活酶的活性上升 芳烃羟化酶 arylhydrocarbonhydroxylase AHH 它能在体内活化许多致癌的多环芳烃 从而促进癌的发生 这种酶的可诱导性在人群中呈多态性 并按常染色体显性遗传 100 吸烟是肺癌发生的重要诱因 但不是每个吸烟者都患肺癌 在人群中不同的人芳烃羟化酶活性不同 而该酶的活性与肺癌的遗传易患性相关联 调查显示 酶呈低诱导活性 中等诱导活性和高诱导活性的个体分别占肺癌患者的4 30 66 6 说明此酶活性越高 把烟草中的前致癌物活化为致癌物的可能性越大 肺癌的发病风险也越高 101 酶的缺乏也可以导致对肿瘤的易感状态 例如着色性干皮病患者易患皮肤癌 这是由于DNA修复酶的缺陷导致细胞恶性变 102 2 遗传性免疫缺陷 免疫缺陷能使突变细胞得以逃脱免疫监视 immuunesurveillance 而发展成为肿瘤 许多免疫缺陷患者都有易患肿瘤的倾向 例如无丙球蛋白血症 Bruton型 患者易患白血病和淋巴系统肿瘤等 103 3 染色体病 先天愚型患者急性白血病的发病率比正常人群高15 18倍 这两种疾病可能有共同的发病机制 即细胞分裂机制的紊乱 此外 Klinefelter综合征患者易患男性乳腺癌 104 第七节肿瘤与癌基因 肿瘤发生的分子基础肿瘤发生相关的基因可分为两大类 癌基因 oncogenes 它们能促进细胞的生长和增殖 肿瘤抑制基因 tumor suppresorgene 或抑癌基因 它们能调节细胞的生长和分化而抑制肿瘤的发生 105 这两类基因的作用正好相反 它们的异常 或增强细胞生长和增殖 或去除正常的生长抑制 结果都会导致肿瘤发生 一 癌基因癌基因 在致瘤病毒 人体和动物肿瘤都发现了能导致细胞恶性转化的核酸片段 称之为癌基因 106 来自病毒的称为病毒癌基因 v onc 来自细胞的称为细胞癌基因 c onc 或原癌基因 proto oncogene 它们具有转化的潜能 可被激活成为癌基因 后来发现从酵母菌到人类的正常细胞几乎都有与之类似的片段 细胞癌基因c oncogeng或原癌基因与v oncogene同源序列 这种进化上的高度保守性表明它们具有重要的生物学意义 107 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 108 最早发现的病毒癌基因是鸡Rous肉瘤病毒的v src基因正常鸡细胞的细胞癌基因 c src 许多癌基因都以最先见于的病毒来命名 如见于猴肉瘤病毒 Simiansarcoma 的称为sis基因见于鸟类髓细胞增多症病毒 Myelocytomatosis 的称为myc基因等 109 最早发现的人类癌基因是H ras基因 它是通过用人膀胱癌细胞系提取的DNA片段转染小鼠细胞 引起后者恶性转化而证实 通过转染实验证明人体细胞中的癌基因H ras 110 理解 细胞癌基因是细胞正常生长 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 即不表达或低表达 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 111 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癌基因 oncogene 使细胞发生癌变 引起细胞无限增殖和恶性转化的基因 在肿瘤细胞中原癌基因往往被激活 处于活跃表达的状态 112 一 癌基因的功能和分类依其编码产物 分布于细胞的不同部位 功能分类 1生长因子 sis PDGF2生长因子受体 erbB1 EGFR3信号传递因子 src Ras4核转录因子 Raf 细胞质 myc fos jun等 5细胞周期素 CDK网络成分和激酶抑制子 113 按原癌基因的产物将其分为 以src为代表的酪氨酸激酶类以ras为代表的G蛋白类以myc为代表的核蛋白类以sis为代表的生长因子类以reb为代表的生长因子受体类等 114 癌基因在细胞内的分布 115 原癌基因与细胞的生长 增殖等基本功能有关 它们或编码生长因子 生长因子受体和蛋白激酶而在生长信号的传递和细胞分裂中发挥作用 或者编码DNA结合蛋白而参与基因的表达或复制的调控 116 二 癌基因的激活原癌基因在个体发育或细胞分裂的一定阶段十分重要 但在成体或平时却不表达或表达受到严格的控制 当其发生突变或被异常激活时 产生的癌蛋白在性质或数量上异于正常 就可能导致细胞发生恶性转化 117 癌基因的激活机制 细胞中原癌基因可以通过一些机制被激活 导致基因表达或过表达 从而使细胞癌变 一般分为4类 基因扩增启动子插入激活点突变染色体易位或重排 118 119 1 突变激活 单个碱基突变而改变了编码蛋白质的功能 原癌基因因点突变而成为癌基因使癌基因激活 点突变可使原癌基因所编码的蛋白质改变 产生异常的基因产物也可由于点突变使基因摆脱正常的调控而过度表达 因此 突变激活又称为激活的质变模式 qualitativemodel K rasN ras H ras 12 13 61codon突变 120 例如 膀胱癌 癌基因ras12位密码子GGC GTC 甘氨酸 缬氨酸 结果导致细胞具有转化细胞的特征 现今已在膀胱癌 结肠癌等许多肿瘤发现了ras基因 编码一种膜蛋白 称为p21蛋白 121 P21蛋白是广泛的CDK抑制因子 它可与CDK cyclin PCNA形成稳定的四元复合体 导致CDK活性被抑制 致使细胞不能从G1 S 122 2 易位激活 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 例如慢性粒细胞白血病9 22易位 形成了一种结构与功能异常的融合基因bcr abl 它编码的蛋白能促成细胞的恶性转化 123 3 癌基因扩增 原癌基因还可因某种原因自身扩增而过度表达 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分子水平 基因拷贝倍增 神经母细胞瘤N myc 124 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 doubleminutes 和染色体上的均染区 homogenouslystainingregion 就是原癌基因DNA片段扩增的表现 例如 在肿瘤细胞中c myc癌基因可扩增数百到数千倍 125 均质染色区 HSR 和双微 DM 126 4 染色体断裂与重排形成融合基因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 Ph1 BLt 8 14 8q 和14q 127 128 5 启动子插入 promoterinsertion 接种4 12个月ALV鸡 1日龄 B C淋巴瘤 ALV 鸟类白细胞组织增生病毒 含有LTR 具有启动子 一旦整合到细胞癌基因c MYC旁可使之激活 129 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 130 二 肿瘤抑制基因肿瘤抑制基因又称为抑癌基因或抗癌基因 anti oncogenes 它们的功能是抑制细胞的生长和促进细胞的分化 131 肿瘤抑制基因概念的提出 正常细胞与肿瘤细胞融合后的杂种细胞失去了肿瘤细胞表型 正常染色体可以逆转肿瘤细胞表型 癌基因和肿瘤抑制基因的突变都有可能导致肿瘤发生 但癌基因为激活 肿瘤抑制基因为失活 肿瘤细胞中肿瘤抑制基因的导入将抑制肿瘤 癌基因导入无此作用 132 与原癌基因区别 原癌基因是显性基因 一个等位基因突变即可显示致癌效应 肿瘤抑制基因的突变 则是隐性的 一个肿瘤抑制等位基因发生突变 不会发生致癌效应 即只有当其一对基因拷贝失活 丧失功能后 形成隐性状态才失去抑制肿瘤发生的作用 故亦称隐性癌基因 133 TSG研究的途径 发现TSG的方法和证据 细胞融合实验克隆第一个TSG RB1杂合性丢失 Lossofheterozygosity LOH罕见家族性癌综合征研究 134 细胞融合实验 Harris 1971 应用微细胞技术将含有一条正常Chr的微细胞与肿瘤细胞融合 可抑制肿瘤 这为寻找TSG提供线索 135 克隆第一个TSG RB1 细胞遗传学证据 1976年对多个RB患者Chr缺失鉴定 最后确定于13q14 136 RB1基因分子遗传学证据1983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1986年Friend首先分离一cDNA克隆 LeeWH又克隆了三个重叠的cDNA克隆 进行RB基因测序 1988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 RB1 200kb长 27exonsmRNA4 7kb 编码105kd蛋白 928个氨基酸 是一与DNA结合的磷酸化蛋白质 具有 GGAAGTA元件 受p53调节 137 RB基因 第一个被克隆的TSG 138 杂合性丢失 Lossofheterozygosity 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 这种现象称杂合性丢失 在肿瘤抑癌基因中普遍存在 可以用能区分两等位基因的多态标记来检测杂合性丢失 DNA多态标记的杂合性丢失可有助于确定与其紧密连锁的抑癌基因的存在并精确定位 139 140 罕见家族性癌综合征研究家族性癌 familialcarcinoma 一个家族中多个成员患同一类型的肿瘤 RB是一例 Li FraumericSyndrome LFS Malkin 1990 在5个LFS家系中发现患者体细胞中p53突变和LOH 分子水平分析 均有相同的248处T C碱基替换 并证实均有二次突变 第一次生殖细胞突变 第二次体细胞突变 这是发现鉴定TSG的重要线索和途径 141 肿瘤 家族性 基因Chr肿瘤类型功能家族性腺瘤性息肉APC5q21结肠癌信号传导VHL综合征VHL3q25肾癌嗜老细胞瘤调节转录Wilms瘤WT111q13儿童肾癌调节转录家族性黑色素瘤CDKN2A9p21黑色素瘤胰腺癌细胞周期调节遗传性非息肉结肠癌MSH22p16结肠癌DNA错配修复遗传性非息肉结肠癌MLH13p21结肠癌DNA错配修复家族性乳腺癌BRCA117q21乳腺癌 卵巢癌 家族性乳腺癌BRCA213q12乳腺癌 卵巢癌 多发性内分泌肿瘤MEN111q13甲状旁腺和垂体癌 胰岛细胞癌 类癌瘤多发性神经纤维瘤NF117q11 2神经纤维瘤 催化Rnas失活肉瘤 胶质瘤现已知约有30多种TSG Nature Vol409 Feb 2001 家族性癌综合征和相关的肿瘤抑制基因 142 一些重要的TSG TSG染色体定位TSG染色体定位p5317p13 1RB13q14 1WT111p13p169q21P159q21NF117q1 2P216p21 1p2712p13BRCA117q12DCC8q21 2FAP5q21p731p36 33NM2317q21 3 143 144 三 癌的发生与细胞周期的调控Rb1及其产物与细胞周期的调控P53及其产物与细胞周期的调控第1个发现的肿瘤抑制基因是Rb基因 位于13q14 通过视网膜母细胞瘤的研究发现 最有名气的肿瘤抑制基因是P53基因 与许多肿瘤的发生相关 145 1 Rb基因Rb基因名称来自Retinoblastoma 视网膜母细胞瘤 Rb基因位于13q14 1 全长约200kb 有27个外显子 编码928个氨基酸的核蛋白 Rb蛋白 分子量为110kD 30 的视网膜母细胞瘤中可见包括Rb基因在内的DNA缺失 甚至染色体片段的缺失 Rb基因的缺失或功能丧失不仅见于视网膜母细胞瘤 而且还见于骨肉瘤 小细胞肺癌 乳腺癌等肿瘤中 146 Rb蛋白功能是通过与转录因子E2F结合而抑制细胞周期 多种病毒的产物能够与Rb蛋白结合而释放E2F因子 E2F也是转录因子 它具有促进其他细胞分裂相关基因表达的作用 147 TSG与细胞周期 G1 S G2 M RB E2F Cyclin cdk E2F 磷酸化 P16 P21 P27等 b 及其产物在细胞周期的G1期发挥调控 40 的癌症发生Rb的突变或缺失 RB蛋白质是细胞周期G1 S期的因子 起DNA复制阻断的作用 它能与失活的转录因子E2F结合 防止DNA复制 Rb的突变使其蛋白质失活 E2F被释放 诱导DNA不断复制 使细胞无休止地分裂 148 2 P53基因P53编码转录因子 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发生了突变与RB1作用相似 亦为隐性纯合性致癌 149 P53突变的致癌机理 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 G1 S 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 150 P53基因定位于17p13 1 含11个外显子 编码53kD蛋白 393个氨基酸 P53基因的变异与50 的肿瘤发生相关 P53基因的4个功能区 1 N 端调控活性区 行使功能的区域 既介导蛋白质相互作用的区域 由73个氨基酸构成 151 2 序列特异性结合区 核心区 具有特异性DNA结合功能 此区域含有大量的突变热点 3 寡聚区 介导P53蛋白自身形成4聚体 4 C 端DNA非特异性结合区 P53为核内磷酸化蛋白 作为转录因子调控其他蛋白的活性 达到细胞周期和细胞凋亡的控制 P53蛋白的失活导致细胞保护功能的丧失而导致细胞周期的紊乱 152 P53蛋白可调节G1期检验点 阻抑细胞于G1期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 G1 S 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 153 P53 转录因子 WAF1 CTP1 抑癌基因 启动子特定序列结合 刺激WAF1 CTP1转录 转录P21蛋白 抑制CDK CDK cyclin PCNACDK cyclin PCNA稳定四元复合体 导致CDK活性抑制 致使细胞不能从G1 S期 154 三 肿瘤发生的遗传学说1 单克隆起源学说 肿瘤细胞群体来自单一细胞的克隆 最初一个关键基因或一系列事件导致某一细胞向肿瘤方向转化 形成不可控制的细胞增殖 最后形成肿瘤 155 学说的证实 1 女性G6PD基因在肿瘤中表现出均失活或均不失活 2 同一肿瘤所有细胞具有相同的标记染色体 156 2 二次突变论学说 细胞必须发生两次突变才能形成肿瘤 遗传性肿瘤的第一次突变发生在生殖细胞内 并遗传给后代 后代体细胞又一次发生突变 使细胞转化 157 学说的证实 遗传性视网膜散发性视网膜母细胞瘤母细胞瘤双侧单侧早发晚发家族性散发性二次突变论在其他肿瘤的研究中也得到证实 158 肿瘤的发生是一个复杂的过程 既有癌基因的激活 又有肿瘤抑制基因的缺失或失活 是多步骤遗传损伤积累的产物 通常涉及的基因不止一个 结肠癌的发生过程提供了这方面的证据 肿瘤发生的多步骤学说认为 一个正常细胞要经过多次遗传损伤打击后才能转变成恶性细胞 这种打击可以是原癌基因的激活 或是肿瘤抑制基因的突变或失活 以及环境因素促发某种遗传损伤等 3 癌发生的多阶段模式学说 159 一种肿瘤会有多种基因的变化 每一个基因的改变只完成其中的一个步骤 细胞癌变往往需要多个肿瘤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肿瘤相关基因的激活与失活 肿瘤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 另外 研究发现 在恶性肿瘤的转移过程中还存在着促进转移基因和抑制转移的转移抑制基因 160 恶性肿瘤的发生过程中 环境因素的作用也不可忽视 一些环境因素将促进或抑制某些基因的表达 161 结肠癌发生的分子事件 162 肿瘤发生多接阶段过程 经过两次以上打击 163 第八节肿瘤的基因治疗Gene targetedtherapy 以基因为靶点的治疗 将遗传物质导入人体组织或细胞所进行的疾病的治疗 历史与回顾1 1980年有人提出用磷酸钙介导基因转移来治疗地中海贫血 2 80年代初建立逆转录病毒体系为基因治疗提供高效率的转移载体 164 3 1989年5月22日Rosenberg首次将外源基因 新霉素抗性基因用逆转录病毒导入肿瘤浸润淋巴细胞中 4 Anderson于1990年9月4日第一次用于人类疾病的基因治疗 两例由于腺苷脱氨酶缺失导致的免疫缺陷的女孩经逆转录病毒载体将该酶基因导入骨髓而获救 并且存活至今 在UniversityofPennsylvania 一名16岁男孩在基因治疗时死亡 美国的基因治疗陷入全面低潮 2003年12月 深圳 中国宣布基因治疗的合法性 165 一 基因治疗病种分类肿瘤 黑色素瘤 脑肿瘤 前列腺癌 血液肿瘤 乳腺癌 卵巢癌 大肠癌 肺癌 头颈部肿瘤 骨肿瘤 肾脏肿瘤等 遗传病艾滋病其他疾病 166 二 基因治疗分类 基因治疗的策略 1 根据给药