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第八章疾病与人类健康 现代科学认为 疾病的发生直接或间接与基因有关 人类疾病都是 基因病 经典单基因病 多基因病 获得性基因病 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 如 地中海贫血 白化病多基因病 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 如 高血压 糖尿病获得性基因病 主要是由病源微生物感染引起的传染病 如肝炎 艾滋病 肿瘤与癌症人免疫缺损病毒 HIV乙型肝炎病毒 HBV Contents 第一节肿瘤与癌症 内容提要 癌基因 oncogene 反转录病毒致癌基因细胞转化基因抑癌基因 tumorsuppressorgene 一 癌基因 癌基因的分类 病毒癌基因 virusoncogene v onc DNA病毒 RNA病毒 反转录病毒 细胞转化基因 cellular oncogene c onc 一 反转录病毒致癌基因 P294 Rous于1911年首先发现鸡肉瘤病毒 后称劳斯肉瘤病毒RSV 研究证明它是一种反转录病毒 在接种给鸡后诱发肉瘤 1966年 85岁的劳斯获得诺贝尔奖 1 反转录病毒颗粒结构 2 反转录病毒基因组结构 产生p60src蛋白质 磷酸化蛋白 靶蛋白磷酸化 P295 3 反转录病毒的复制 4 反转录病毒癌基因 v onc 的起源 P296 目录 断裂基因 完整的没有断裂的可读框 二 细胞转化基因 细胞转化基因实质上就是由一类原癌基因突变而来 当原癌基因在某些外界因素 如放射线 化学致癌物等 的作用下 发生数量和结构上的微细变化 形成了致癌性的细胞转化基因 从而使正常细胞转化为肿瘤细胞 原癌基因是细胞内与细胞增殖相关的正常基因 是维持机体正常生命活动所必须的 在进化上高等保守 当原癌基因的结构或调控区发生变异 基因产物增多或活性增强时 使细胞过度增殖 从而形成肿瘤 1 原癌基因 原癌基因的特点 广泛存在于生物界中 基因序列高度保守 作用通过其产物蛋白质来体现 正常情况下表达水平很低 被激活后 形成致癌性的细胞转化基因 原癌基因的分类 根据原癌基因产物在细胞中的位置 可分为 与膜结合的蛋白 如src基因产物 可溶性蛋白 如mos基因产物 核蛋白 如myc基因产物 根据原癌基因表达产物的功能 可分为 蛋白激酶类 如Src家族 酪氨酸蛋白激酶类 生长因子类 生长因子受体类 GTP结合蛋白类 如Ras家族 核蛋白类 DNA结合蛋白 如Myc家族 未知功能类 原癌基因 单拷贝 正常情况下低水平表达或根本不表达 癌基因 当原癌基因的结构或调控区发生变异 基因产物增多或活性增强时 使细胞过度增殖 从而形成肿瘤 碱基缺失或单碱基突变 基因扩增 染色体重排 蛋白质活性大大提高 蛋白质未变化 但总量大大提高 增强子功能使癌基因高效表达 与强启动子基因相融合 提高癌基因表达效率 原癌基因 2 原癌基因的激活机制 P302 1 点突变 2 LTR longterminalrepeat 插入 强启动子 3 基因重排 rearrange 4 缺失 Deletion 一些原癌基因5 上游存在负调控序列 该序列的缺失或突变 则丧失抑制癌基因表达的能力 Brukitt淋巴瘤中c myc因负调控序列缺失或LTR插入而增强表达 5 基因扩增 蛋白质结构未变化 但总量大大提高 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 3 基因互作与癌基因表达 1 染色体构象对原癌基因表达的影响 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质的结构 当两个基因相距太近时 往往不易形成有利于高效转录的空间结构 基因领域 基因与基因之间的间隔距离基因领域效应 同一DNA链上两个具有相同转录方向的基因间隔小于一定长度时 影响有效转录所必需的染色质结构的形成 从而使这两个基因中的一个或两个均不能转录或转录活性显著降低 0 3kb 5kb 最佳间隔距离与两个基因的总长度成正相关 2 原癌基因终产物对基因表达的调控 某种原癌基因产物对另一种原癌基因表达的调控作用 某种原癌基因产物对自身表达的反馈调控作用 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 解除此途径对外源刺激信号的需求 3 抑癌基因产物对原癌基因的调控 4 外源信号对原癌基因表达的影响 二 抑癌基因 抑癌基因 tumorsuppressorgene 隐性癌基因 是一种抑制细胞生长和肿瘤形成的基因 如 Rb抑癌基因 抑癌基因p53 抑癌基因与原癌基因在生物学上有以下几点差异 在功能上 抑癌基因起负调控作用 而原癌基因起正调控作用 在遗传方式上 原癌基因是显性的 而抑癌基因在细胞水平上是隐性的 在突变发生的细胞类型上 抑癌基因突变可以发生在体细胞中 也可能发生在生殖细胞中并通过生殖细胞得到遗传 原癌基因突变只发生在体细胞中 癌症的多阶段发生学说 multi stage 第二节人免疫缺损病毒 HIV HIV病毒粒子的形态结构HIV基因组及其编码的蛋白HIV的复制 P24Capsidprotein P18Matrixprotein 一 HIV病毒粒子的形态结构 二 HIV基因组及其编码的蛋白 编码病毒的核心蛋白 编码反转录酶 整合酶和蛋白酶 编码外膜蛋白 TATandREVareessentialforHIVreplication GAGgene p55 Polymerase reversetranscriptase 2 Integrase3 Protease cutspolyproteins POLgene gp120 gp41 ENVGenecoding 三 HIV的复制 TheLifeCycleofHIV 1 Virusdestroysthecellasaresultofbudding 艾滋病传播的三种途径 HIV依靠血液 血液制品 以及人体分泌液进行传播 主要通过以下三种途径 性接触传播同HIV感染者发生无保护的性行为血液传播接受了被HIV污染的血液母婴传播被感染的母亲传染给未出生的婴儿 性接触传播 无论是同性 异性 还是两性之间的性接触都会导致艾滋病的传播 全世界约有3 4的艾滋病毒传播是通过性接触进行的 印度政府张贴推广安全套的挂幅 正确使用安全套是预防艾滋病的有效途径之一 血液传播 血液传播是HIV感染最直接的途径输入被病毒污染的血液 输血前HIV的检测 HIV感染1周 3个月后能测出相应抗体 新近HIV感染者的血液仍有危险 接触病毒污染注射器 针灸针 拔牙工具接触病毒污染的血液制品 人血清白蛋白 Igs和抗凝血因子等 我国已有数例血友病人因注射进口抗凝血因子浓缩物而感染HIV 在我国 HIV病毒感染者80 是因为在吸毒中共用注射针头而感染的 静脉注射毒品是我国艾滋病传播的主要途径 母婴传播 HIV感染的母亲可将病毒传播给孩子怀孕分娩母乳喂养 一名乌干达妇女带着18个月大的孩子接受检查 这名30岁的妇女当天刚刚被确诊为艾滋病病毒携带者 她的丈夫目前也染病在家 日常生活接触不会传染艾滋病 一般的工作生活接触不会感染艾滋病艾滋病不会经马桶圈 电话机 餐饮具 卧具 游泳池或公共浴池等公共设施传播 艾滋病也不会通过一般社交上的接吻 拥抱传播 咳嗽 蚊虫叮咬不会传染艾滋病 艾滋病的临床分期 急性感染期潜伏期艾滋病前期典型艾滋病期不是每个感染者都会完整的出现四期表现四个时期是一个渐进的和连贯的发展过程 HIV的感染及致病机理 急性感染期 窗口期 HIV侵袭人体后对机体的刺激所引起的反应病人发热 皮疹 淋巴结肿大 还会发生乏力 出汗 恶心 呕吐 腹泻 咽炎等 有的还出现急性无菌性脑膜炎 表现为头痛 神经性症状和脑膜刺激症 末梢血检查 白细胞总数正常 或淋巴细胞减少 单核细胞增加 急性感染期时 症状常较轻微 容易被忽略在被感染2 6周后 血清HIV抗体可呈现阳性反应此后 临床上出现一个长短不等的 相对健康的 无症状的潜伏期 典型的艾滋病期 典型的艾滋病期是艾滋病病毒感染的最终阶段 此期具有三个基本特点 严重的细胞免疫缺陷发生各种致命性机会性感染发生各种恶性肿瘤艾滋病的终期 免疫功能全面崩溃 病人出现各种严重的综合病症 直至死亡 第三节乙型肝炎病毒 HBV 一 HBV基因组结构 双链部分环状结构 两链长短不一短链和长链的5 端通过240bp配对维持环状结构长链 L 完整 恒定 3 2Kb 负链短链 S 为正链 长度可变 约为长链长度的50 80 两条链互补区两恻各有一个11个碱基的直接重复序列 称DR1和DR2 病毒性肝炎 中国是病毒性肝炎的高发区 目前已知的甲 乙 丙 丁 戊 己 庚及TTV型肝炎在我国均有发生 其中尤以甲 乙 丙 戊4个型别的流行情况严重 仅乙肝病毒携带者以达1 2亿之多 病毒性肝炎是对我国危害最为严重的传染病 肝炎病毒 甲型肝炎病毒与戊型肝炎病毒由消化道传播 引起急性肝炎 不转为慢性肝炎或慢性携带者 乙型与丙型肝炎病毒主要由输血 血制品或注射器污染而传播 除引起急性肝炎外 可致慢性肝炎 并与肝硬化及肝癌相关 丁型肝炎病毒为一种缺陷病毒 与乙肝病毒有关 已型肝炎病毒 HFV 庚型肝炎病毒 HGV TT型肝炎病毒 TTV 8 3 2HBV基因组及其所编码的主要蛋白 P321 双链部分环状结构 两链长短不一短链和长链的5 端通过240bp配对维持环状结构长链 L 完整 恒定3 2Kb 负链短链 S 为正链 长度可变 约为长链长度的50 80 100 S链可按5 3 增生S链3 端的位置是可变的5 末端蛋白和具有帽子结构的小RNA与病毒的复制有关两条链互补区两恻各有一个11个碱基的直接重复序列 称DR1和DR2 8 3 2 1HBV基因组 二 HBV的复制 dsDNA 不是通过半保留复制方式复制 基因治疗 将一段特定的遗传信息物质DNA通过人工方法导入的人体细胞以治疗人体疾病 基因治疗的范围很广 遗传性病变 即遗传物质缺陷所致疾病 通过基因治疗可以修正 补充 或取消致病基因 肿瘤性疾病 肿瘤细胞常常会有多种基因的改变 因此 目前将一些涉及肿瘤的主要基因进行基因治疗 如P53抑癌基因 ras癌基因等等 为多基因遗传性疾病 如糖尿病 高血压 动脉硬化 基因疫苗 即导入一些病原体基因 以刺激机体产生特异的免疫力 以抵抗这些病菌的侵袭 基因治疗的概念 基因治疗 genetherapy 就是向有功能缺陷的细胞补充相应功能基因 以纠正或补偿其基因缺陷 从而达到治疗的目的 基因治疗的方法有 体外导入 回输 即将病人的部分组织或细胞取出 在体外培养导入基因后 再回输入体内 体内直接导入 又可分为a 异位导入 将基因导入非病变的细胞 如皮下 肌肉等 b 原位导入 即将基因导入直接病变的部位 如肿瘤细胞 骨髓细胞等 80 的基因治疗采用转染率较高的病毒载体 但应用病毒作为载体有可能在复制过程中增加活性病毒的拷贝 诱发宿主细胞免疫反应或癌变等副作用 以病毒为载体因为诸多隐患而逐渐退出基因治疗的历史舞台 安全 高效的非病毒载体可能是将来的基因治疗载体的目标 基因治疗的前景分析 基因治疗与基因工程比较 治疗基因 人体细胞 目的基因 其它物种细胞 纯化 基因治疗 降低成本理论上所有治疗基因 包括非分泌蛋白 均可开展基因治疗基因治疗 技术上难度大 有效性和安全性要求高基因治疗 仅10年