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第五章肿瘤细胞生物学 第一节肿瘤细胞与正常细胞的差别 1 什么是癌 什么是肿瘤 1 宋代 1170年 东轩居士著 卫济宝书 首用无病框的癌字即山岩之意 2 16世纪罗马皇帝MarcAurel发现乳腺癌引起的淋巴管炎螃蟹状 Krab 2 正常细胞有什么样的结构 1 细胞膜 双脂膜 蛋白质 糖蛋白 糖脂 2 细胞质 亚细胞器 分泌颗粒 3 细胞核 染色体 核仁组成区 3 肿瘤细胞有什么样的结构 1 细胞核 核呈多形性 染色体呈多形性 核仁银染颗粒增多 2 细胞质 核糖体增加 分泌颗粒增多 3 细胞膜 某些糖蛋白减少 一些糖脂减少 受体分布改变 第二节肿瘤的恶性增殖 1 肿瘤有那些生长特点 2 恶性增殖有何的表现 1 体积增大 2 组织密度增加 3 细胞数目增多3 如何测定 a 影像学测定 X 透射 B超 内窥镜 CT 核磁共振 b 细胞学测定 4 肿瘤恶性增殖的细胞和分子机理是什么 1 细胞周期改变a 细胞周期 G1 S G2 M M 前 中 后 末 b 嵇查点 cheakpoint c 正常细胞周期的调控分子 a 种类 细胞周期素 cyclinA B C D E AandBinMphase C DandEinG1phase 细胞周期素依赖激酶 cyclin dependent kinase1 7 1inG2andMphase 2inG1 G2andMphase 4 5and6inG1phase cdk活化激酶 cdk activatingkinase 细胞分化周期蛋白25 celldivisioncycle25 cdk抑制剂 cdk inhibitor CDI b 匹配 cyclinAandBcombinewithcdk1and2 cyclinCandDpairwithcdk4 5and6 c 活化和调控 cdk activatingkinasecyclin cdk phospholationofThr14 Tyr15 Thr160ofcdkcdc25 cdk Thr160 CDI调控cyclin cdk的活性 d CDI的主要种类 P21family including P21 cip1 waf1 cap21 sdi1 P27 kip P57 kip2 P16family including P15 ink4B P16 ink4A P18 ink4C P19 ink4D P20TGF family including1 2 3 4 5 e CDI的功能P21抑制cdk2 4 5 6复合物的激酶活性 阻止细胞进入S期P27作用cyclin cdk复合物 使细胞停留在G1期P16抑制cdk4 cdk6介导的Rb的磷酸化P15结合cdk4 cdk6 抑制其激酶活性TGF 在G1后期抑制Rb蛋白磷酸化 使细胞停留在G1期 f 恶性肿瘤细胞周期中调控分子的改变cyclinD1基因扩增 重排和突变发现在乳腺癌 皮肤癌 结肠癌 食道癌 淋巴造血系统的癌中致癌机理是 加速G1进入S期 增加转录 与原癌基因合作促细胞增殖Rb突变或磷酸化发现在视网膜母细胞瘤 骨瘤 小细胞肺癌 乳腺癌等癌中致癌机理 促细胞增殖P16突变或缺失发现在一些癌中致癌机理 无法竟争结合cdk4 6因而无法抑制Rb的磷酸化 促进细胞增殖P27丢失发现在白血病中致癌机理 无法与cyclin cdk复合物作用 无法使细胞停留在G1期 2 细胞凋亡的改变a 细胞死亡的形式 a 坏死 以外 作用 肿涨 破裂 炎症 b 凋亡 正常 内缩 小体 被吞 无炎症apoptosis programmedcelldeathb 凋亡相关基因的发现 a 线虫 C elegans 有1090个体细胞 b 131个细胞在发育过程中凋亡 c 线虫透明 凋亡细胞易于观察 d 发现有15个基因影响线虫细胞的命运c 凋亡相关基因的种类 a 凋亡基因 myc myb bax bcl xs bad p53 ICE hid 果蝇 ced 3andced 4 线虫 b 存活基因 凋亡抑制基因 ced 9 线虫 bcl 2 bcl xl bag AL bcr abl raf 腺病毒E1B EB病毒BHRF1andLMP1 非洲猪热病毒LMW5 HL 杆状病毒p35 d 凋亡基因及其产物的作用机制p53 诱导p21蛋白产生 抑制cyclinD cdk4复合物的形成 阻止Rb磷酸化 使细胞停止在G1期进行DNA修复 若不能修复则诱导细胞凋亡 ICE interleukin 1Bconvertingenzyme a ced 3同源基因有 ICE Ich 1 NEDD2 cpp32 Ich 2 Tx Icerel Mch 2 Mch 3 Icerel 等 b ICE的作用机制 ICE受bcl 2抑制 当bcl 2失活时 ICE促进细胞凋亡 c 其它ICE同源基因的作用机制 nedd2 Ich 1二聚体诱导凋亡 但可被bcl 2 crmA抑制 cpp32水解ADP 核糖基因聚合酶 使PARP poly ADP ribose polymerase 在DNA断裂时的修复功能失去 因而诱导凋亡 prICE proteaseresemblingICE 可切断PARP 诱导凋亡 c myc 其功能是 a 转录因子活性 b 启动细胞增殖 c 抑制细胞分化 d 调节细胞分化 e 参与细胞凋亡 c myc高表达可导致细胞凋亡 但可被bcl 2抑制 Fas Apo 1 Fas也称为Apot基因 即Fs 7associatedsurfaceprotein 它是NGF受体家族的成员 Fas和配体FasL结合可诱导鞘磷脂酶 sphingomyelinase 活性 分解产物为神经酰胺ceramide 该产物可阻止细胞周期进行 引起细胞凋亡 e 存活基因 凋亡抑制基因 及其产物的作用机制bcl 2 a 抗氧化作用 阻止内源性氧的生成 b 影响钙释放 c 与p53作用形成一个杂合子 抑制p53 促进转录 使细胞存活 bcl 2家族的其他基因 bcl xl mcl 1 AL bag 1等 作用机理 a bcl 2 bax大于bax bax 可抑制细胞凋亡 b bcl 2 bcl xs结合可释放bax 使其形成bax bax二聚体从而使细胞凋亡 c bag 1与bcl 2作用可加强bcl 2的抑制细胞凋亡作用 d 细胞凋亡改变与肿瘤 a 抑制凋亡可导致肿瘤细胞不断增殖 b 促进凋亡可抑制肿瘤细胞增殖 3 端粒和端粒酶的改变a 端粒的发现 20世纪初 Muller等用x 射线照射细胞使染色体断裂 断裂的染色体片段可以相互连接形成双着丝粒或环状DNA 但是 天然染色体具有稳定的末端结构 末端方向不能与其它片段连接 故此 Muller提出了端粒 telomere 的概念 b 端粒的结构特点 a 真核细胞端粒DNA序列富含G 并有简单的串连重复 b 串连序列长5 8bp 可重复长达10kb c 人类端粒为6聚体重复 为5 TTAGGG 3 长达15kb d 5 3方向链延伸到末端后伸出富含C的3 5方向的长12 16个bp的单链核苷酸 并且内折以G G配对方式连接 e 端粒存在有结合蛋白 它以氢键与末端DNA结合 保护大约100bp的双链末端和16bp的单链末端 f 人类的与TTAGGG结合的是一种蛋白因子 telomericrepeatbindingfactor TRF TRF参与端粒长度的调节 是一个端粒延长的抑制剂 c 端粒的功能 a 保护末端 防止降解 b 解决末端复制问题 d 端粒酶的发现 1985年 Greider等首次在四膜虫中发现了一种能扩增末端DNA的酶称为端粒酶 1989年该酶被提纯 1995年人端粒酶RNA被克隆成功 e 端粒酶的结构 端粒酶RNA和蛋白质两部分 RNA的特点 a 含有与端粒DNA序列互补的 telomereDNAsequence TEL RNA序列 b 人的TEL末端为5 TTAGGG 3 四膜虫的TEL末端为5 GTTGGG 3 c 四膜虫的RNA有159个核苷酸 端粒酶蛋白的特点 a 四膜虫的蛋白有两个亚基 分别为80kd和95kd p80与端粒酶RNA有特殊亲合性 p95能与端粒DNA单链部分特异结合 b 哺乳动物端粒酶蛋白有结合亚基TP1蛋白 telomereassociatedprotein1 和催化亚基hest2蛋白 TP1与p80有广泛的同源性 但与酶活性无关 hest2蛋白与端粒酶活性相关 它的编码基因为HTRT humantelomerasereversetranscriptase f 端粒酶的功能 端粒酶以自身的RNA为模板 以末端DNA单链3端游离 OH为引物 在末端添加新的端粒重复序列 使端粒延长 其反应过程为 在四膜虫中 第一步 结合 GGGTTG AACCCCAAC 第二步 聚合 GGGTTGGGGTTG AACCCCAAC 第三步 移位 GGGTTGGGGTTG AACCCCAAC 再聚合 再移位 重复 g 端粒与寿命 a 20世纪70年代初 Olvinkov首次提出 染色体末端逐渐丢失导致细胞最终退出细胞周期 进而死亡 b Kruh等对2天 9岁 75岁及患早老性痴呆的人群进行端粒的发现 年龄越大端粒越短 大多数组织在分化过程中 端粒不同程度的缩短 皮肤和淋巴细胞的端粒每年丢失15 40bp 纤维细胞 胚胎肾细胞 上皮细胞 卵巢细胞传代一次丢失50 200bp h 端粒酶与寿命 a 端粒 端粒酶假说的提出 依据端粒在细胞寿命中的控制作用 Harley提出了端粒 端粒酶假说 b 假说的要点 当细胞在有丝分裂过程中 伴随着部分端粒序列的丢失 端粒长度不断缩短 当端粒缩短到一定程度时 就会启动某种信号 使细胞进入危机点M1期 此时细胞不再分裂并出现老化 如果细胞被病毒转化或因抑癌基因突变 细胞会越过M1期 继续分裂 端粒细胞继续缩短 最终达到一个关键阈值 细胞进入另一个危机点M2期 这时染色体可能出现异常形态 某些细胞端粒太短 丧失其功能 导致细胞死亡 但极少数细胞在此阶段激活端粒酶 使端粒增长 从而逃避M2期危机 获得永生性 i 端粒 端粒酶与肿瘤 研究发现在肿瘤组织中端粒变短或变得极短或丢失 大部分肿瘤细胞端粒长度明显短2 6kb 端粒酶被激活 在人类的肿瘤中 均发现端粒酶的表达 端粒酶活化是细胞无限增殖所必须的 端粒酶在肿瘤发生的那个阶段被活化 目前尚不清楚 端粒酶如何被活化 Counter提出了两种可能的模式 逃避M2期危机的复活模式 扩充保留模式 即其它细胞衰老死亡 保留了本身微弱表达端粒酶的细胞 端粒酶抑制剂和端粒酶基因的反义核酸可治疗肿瘤 第三节肿瘤的侵润和转移 一 什么是侵润和转移 1 什么是侵润 invasion 2 侵润的过程 脱落 侵袭 增殖3 什么是转移 metastasis 4 转移的过程 脱落 侵袭 转移 增殖5 侵润和转移的差异二 侵润和转移会有什么样的结果 1 从非要害器官转移到要害器官如皮肤黑色素瘤的肝 淋巴转移2 从非要害部位转移到要害部位如大脑胶质瘤转移为大脑血管瘤 三 侵润转移的分子机制是什么 1 脱落的分子机制是什么 膜表面负电荷增多 细胞间排斥力增大 原因是唾液酸含量增高 肿瘤组织中钙浓度降低 钙是连接邻近细胞表面负电荷的媒介 膜表面组织粘连蛋白减少 纤维粘连蛋白具有粘合细胞作用 谷氨酰胺合成障碍 谷氨酰胺是细胞表面粘合分子的成份 谷氨酰胺合成酶活性高 细胞粘合力强 2 侵袭的分子机制是什么 脱落的肿瘤细胞能产生和释放多种水解酶 水解破坏周围细胞间质成份 包括基底膜成份 使肿瘤细胞易于扩散 细胞间质的主要成份 a 蛋白质如胶原蛋白 有12类之多 而 胶原蛋白主要存在于基底膜中 层粘链蛋白 纤维粘链蛋白等 b 透明质酸等 水解酶类 a 蛋白水解酶 丝氨酸蛋白酶 金属蛋白酶 组织蛋白酶B L 弹性蛋白酶 b 透明质酸酶 3 转移的分子机制是什么 转移靠细胞的移动能力 这种能力依赖于一些因子和基因的作用 因子和基因的种类 a 细胞移动促进因子 包括60KD和120KD蛋白 其受体为78KD 其功能是促进细胞游走 b 运动刺激因子 是一个70KD的蛋白 刺激细胞运动 c 扩散因子 scatterfactor 增加各类细胞运动 d 粘附分子 肿瘤细胞产生的能与血管内皮细胞识别粘附的一类分子 包括 a 整合素 integrin 已发现20多种 由 两个亚基构成 通过识别精 甘 天三肽介导粘附 b 钙粘素 cadherin 一种跨膜蛋白 利用膜外结构中的组 丙 val三肽介导细胞间粘附 c 免役球蛋白超家族 包括ICAM 1 细胞间粘附分子 NCAM 神经粘附分子 VCAM 血管内皮细胞粘附分子 等均介导细胞间的粘附 d 选择素 selectin 识别糖配基的一类粘附分子 已发现有L E和P三种 e 癌基因在转移中的作用 a ras癌基因 用ras基因转染细胞 其转移能力增强 型胶原酶 组织蛋白酶L B产生增多 b myc癌基因高扩增如在神经母细胞瘤中 c fas癌基因高表达可增加大鼠乳腺癌的转移能力 d erb B 2癌基因的高表达可使人乳腺癌的淋巴结转移增强 f 其它肿瘤转移相关基因 Mts 1基因 2 1kb 101aa 鼠Mta 1 meta 1 Tiam 1 PGM21等均促进转移 4 增殖的分子机制是什么 1 自或旁分泌产生大量的生长因子 已发现的生长因子有60多种 关于生长因子问题将在下一章讨论 2 肿瘤的血管化生长 肿瘤的血管生长特点 a 数量多密度高 d 持续生长 c 血管极少分化成熟 肿瘤血管的结构特征 a 粗糙行走紊乱 b 不规则狭窄 c 扩张或扭曲 d 血管壁薄 e 细胞间隙大 f 基底膜不完整 血管化生长的原因 a 便于供血供养 b 便于肿瘤细胞脱落转移 血管化生长的分子机制 肿瘤细胞可产生血管生成刺激因子促进血管生成 目前已经发现的血管生成刺激因子有10多种 包括 血管内皮细胞生长因子 前列腺素E1 E2 肝素酶 胎盘生长因子 干细胞生长因子 TGF IL 8等 5 如何对侵润和转移进行分子调控 1 抑制侵润过程 蛋白酶抑制剂 存在与黄豆中 慈菇中 血液中 微生物中 透明质酸酶抑制剂 2 抑制转移 主要通过转移抑制基因 nm23 1988年 Steeg从小鼠黑色素瘤k1735中克隆出来 它编码一个二磷酸核甘激酶 可将NDP转变为NTP