分子肿瘤学1.ppt

分子肿瘤学 molecularoncology 第一节 分子肿瘤学概论 分子肿瘤学是从分子水平研究肿瘤的发生 发展 预防 诊断和治疗的学科 一 肿瘤学及分子肿瘤学发展历史 3000年前 殷墟甲骨文已有 瘤 字 中国的 癌 字最早见于宋代东轩居士所著的 卫济宝书 中在西方 cancer 一词出现比 医学更早 2500年前 古希腊学者Hippocrates用 cancer 一词来描述肿瘤 1775年 英国医生发现长期清扫烟囱者易患阴囊癌我国在19世纪前就有了手术麻醉和食道癌的尸体解剖报告西方国家在19世纪初开展了手术治癌工作及放射治癌 我国古代就用 砒霜 雄黄 轻粉 等药物治疗癌症 1865年西方国家也用砷剂治疗白血病 1945年用氮芥治疗癌症 1948年开始使用抗代谢药物治疗白血病与其他恶性肿瘤 1858年Vichow在 细胞病理学 中指出 癌是细胞的疾病19世纪后叶 染料与膀胱癌 烟草与肺癌 黄曲霉素与肝癌发病因素被认识1908年 丹麦学者发现鸡白血病可通过无细胞滤液传染 两年后美国学者Rous发现鸡的一种肉瘤是病毒引起 确立了病毒致癌学说1964年 在Burkitt淋巴瘤中发现EB病毒 确立人类肿瘤与病毒的关系20世纪 日晒与皮肤癌 射线照射与大鼠肿瘤 原子弹爆炸与幸存者中白血病 肿瘤发病率 医源性白血病 物理致癌学说20世纪70年代随着癌基因 oncogene 抑癌基因 tumorsuppressorgene 的发现 标志着肿瘤研究真正进入分子肿瘤学时代 二 与肿瘤相关的一些名词 1 肿瘤 tumor neoplasm 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掉了对其生长的正常调控 导致异常增生而形成的新生物 2 良性肿瘤 benigntumor 无浸润和转移能力的肿瘤 通常有包膜或边界清楚 呈膨胀性生长 生长速度缓慢 细胞分化成熟 3 恶性肿瘤 malignanttumor 具有浸润和转移能力的肿瘤 通常无包膜 边界不清楚 浸润性生长 生长速度快 细胞分化不成熟 有不同程度异形性 对机体危害大 4 交界性肿瘤 borderlinetumor 组织形态和生物学行为介于良性和恶性之间的肿瘤 也可称为中间性肿瘤 intermediatetumor 5 癌 carcinoma 上皮性恶性肿瘤 包括鳞状细胞癌 尿路上皮癌 腺癌 囊腺癌以及基底细胞癌等 6 癌症 cancer 泛指一切恶性肿瘤 包括癌和肉瘤 但常被当作癌 carcinoma 的同义词 当恶性肿瘤广泛播散 称作癌病 caicinomatosis carcinosis 7 肉瘤 sarcoma 间叶来源的恶性肿瘤 8 淋巴瘤 lymphoma 又称为恶性淋巴瘤 malignantlymphoma 是一种在血液和淋巴组织主要累及淋巴结和 或 结外 通常形成明显包块的淋巴细胞恶性肿瘤 9 母细胞瘤 blastoma 通常指组织学相似于器官胚基组织形成的恶性肿瘤10 畸胎瘤 teratoma 发生在性腺 卵巢 睾丸 和性腺外中线部位 纵隔 骶尾部 松果体等 由内中外三个胚层的胚细胞所形成的肿瘤 三 分子肿瘤学的任务和研究内容 1 化学 物理 环境因素等致癌机制 2 遗传与肿瘤 3 癌基因 抑癌基因与肿瘤 4 细胞信号转导分子与细胞信号转导通路与肿瘤 5 细胞凋亡与肿瘤 6 细胞周期调控与肿瘤 7 细胞分化与肿瘤 8 端粒 端粒酶与肿瘤 9 肿瘤侵袭与转移的分子机制 10 肿瘤细胞的耐药机制 11 细胞生长因子 激素与肿瘤 12 生物信息学与肿瘤 13 肿瘤的免疫逃逸机制 14 肿瘤的分子诊断 预防和靶向治疗 四 对肿瘤发生的基本认识 肿瘤的发生发展是异常复杂的 还有许多未知的领域 以下几点认识得到较多认同 1 肿瘤从遗传学角度看是一种基因病 2 肿瘤的形成是瘤细胞单克隆性扩增的结果 3 肿瘤可能起源于肿瘤干细胞 4 环境的和遗传的致癌因素引起的细胞遗传物质 DNA 改变的主要靶基因是原癌基因和和肿瘤抑制基因 原癌基因的激活和 或 肿瘤抑制基因的失活可导致细胞的恶性转化 5 肿瘤的发生不只是单个基因突变的结果 而是一个长期的 分阶段的 多种基因突变积累的过程 6 机体的免疫监视体系在防止肿瘤发生上起重要作用 肿瘤的发生是免疫监视功能丧失的结果 第二节 细胞周期调控与肿瘤 一 细胞周期 mitoticcycle 概念 细胞分裂结束 物质积累 下一次细胞分裂结束 间期 G1期S期G2期分裂期 M期 前 中 后 末期 分化衰老死亡G0期 Rapidlydividingcells 20 50h M1hG18 30hS8hG23h DNA合成前期 G1期 此期细胞内进行着一系列极为复杂的生物合成变化 不再继续增殖 永远停留在G1期直至死亡 如表皮角质化细胞 红细胞等 暂时不增殖 如肝 肾细胞 它们平时保持分化状态 执行肝 肾功能 停留在G1期 如肝 肾受到损伤 细胞大量死亡需要补充时 它们又进入增殖周期的轨道 这些细胞又可称为Go期细胞 Go期细胞较不活跃 对药物的反应也不敏感 是肿瘤复发的根源 继续进行增殖 例如骨髓造血细胞 胃肠道粘膜细胞等 在G1期时 正常的细胞将根据相应的外界刺激决定是进行DNA复制开始下一周期 还是处于暂时静止状态 G0期 或向一定的组织分化 G0期的细胞也可在生长因子或其他细胞外增殖信号的作用下返回G1期 当细胞开始DNA复制 将需要持续的促有丝分裂原 Mitogen 刺激信号以促使细胞通过位于G1期后期的限制点 一旦细胞通过限制点 从G1期进入S期 即使缺乏丝裂原的存在 也将依次经过G1 S G2 M期 完成一次不可逆转的细胞周期 DNA合成期 S期 S期主要特点是利用G1期准备的物质条件完成DNA复制 并合成一定数量的组蛋白 供DNA形成染色体初级结构 在S期末 细胞核DNA含量增加一倍 为细胞进行分裂作了准备 DNA复制一旦受到障碍或发生错误 就会抑制细胞的分裂或引起变异 导致异常细胞或畸形的发生 S期持续时间大约7 8小时 DNA合成后期 G2期 主要特点是为细胞分裂准备物质条件 DNA合成终止 但RNA和蛋白质合成又复旺盛 主要是组蛋白 微管蛋白 膜蛋白等的合成 为纺锤体和新细胞膜等的形成备足原料 若阻断这些合成 细胞便不能进入有丝分裂 G2期历时较短而恒定 哺乳动物细胞一般为1 1 5小时 分裂期 M期 这一时期是确保细胞核内染色体能精确均等的分配给两个子细胞核 使分裂后的细胞保持遗传上的一致性 二 细胞周期调控 细胞周期的准确调控对生物的生存 繁殖 发育和遗传十分重要 1 细胞周期调控蛋白 cellcycle regulatingprotein 细胞周期蛋白 Cyclin 调节亚单位细胞周期蛋白依赖性激酶 催化亚单位 Cyclindependentkinases CDKs CDK抑制物 CDKinhibitor CDKI或CKI 或CDK抑制蛋白 CDKinhibitoryprotein CIP 抑制CDK活性 1 细胞周期蛋白 cyclin 是一类随细胞周期的变化呈现周期性出现和消失的蛋白质 A B1 2 C D1 3 E F G H 表达时间不同 执行功能多种多样G1 G1 S G2周期蛋白 CyclinC D E AM期周期蛋白 CyclinB Cyclin具有相同的结构特点 含有100 150个氨基酸的保守区 称为细胞周期蛋白盒 Cyclinbox 能够介导Cyclin与CDKs的结合 不同的Cyclin识别不同的CDK 组成不同的Cyclin CDK复合体 表现出不同的CDK激酶活性 2 细胞周期蛋白依赖性激酶 cyclin dependentkinase CDKs CDK1 CDK7等与cyclin结合 通过一段类似的氨基酸序列 具有磷酸激酶的活性 不同的CDK Cyclin复合物使特异的靶蛋白质磷酸化而激发细胞周期各期的进行 当抑制它们的周期蛋白质搭档或有CDK抑制物存在时 CDK便失去活性 3 CDK抑制物 CDKinhibitor CDKIs或CIP CDKI是对CDK激酶起负性调控作用的蛋白质 Cyclin CDKs CDKIs共同构成一个对细胞周期进行调控的网络系统 抑制多种CDK CDKIs分两大类 INK4 inhibitorofCDK4 家族 p16 p15 p18 p19 Cip Kip家族 P21cip 27kip1 57kip2在G1期抑制多种CDK 2 细胞周期监 检 测点 cellcyclecheckpoint 调控细胞周期运行是在一系列称为细胞周期监测点的严格控制下进行的 以确保细胞周期事件有序进行 当DNA损伤 复制不完全 纺锤体形成不正常时 周期将被阻断 G1 S检测点 在G1晚期有一个关键的限制点 检测DNA损伤 细胞外环境 细胞体积大小 在哺乳细胞中称 R restrctionpoint 通过此点的细胞不可逆进入S期S检测点 检测DNA复制错误G2 M检测点 决定细胞一分为二的控制点 完整精确修复后可通过 M中期 M后期检测点 纺缍丝组装检测点 控制失调时即可引起各种染色体畸变 基因扩增 突变 癌发生等 染色体分离合适吗 损伤的DNA修复了吗 营养条件合适吗 细胞生长足够大 前次有丝分裂完毕 DNA复制完毕 DNA损伤修复 三 细胞周期调控与肿瘤 要点 1 细胞动力学的研究提示 绝大多数人体肿瘤 Burkitt淋巴肉瘤等极少数例外 的细胞周期 不仅不比与它们相当的正常组织为短 而是相同或较长 2 肿瘤和正常的组织 样 也具有几种不同的细胞群 1 增殖细胞群 A 与肿瘤生长直接有关 是化学疗法最易攻击的部分 2 暂不增殖细胞群 B 它是延长了的G1细胞或G0细胞 目前不参加细胞周期 与肿瘤的扩大暂时无直接关系 在一定条件下可成为肿瘤复发的根源 3 不再增殖群 C 它们不再参与细胞周期 而日趋衰老 死亡 对肿瘤增长已无意义 肿瘤增长的情况取决于3种细胞群的比例 4 肿瘤干细胞 群 3 Cyclins CDKs CDKIs是细胞周期最主要调控系统 CDKs处于中心地位 Cyclins起正调节作用 CDKIs起负调节作用4 细胞周期调控失衡 细胞增殖失控是肿瘤细胞的重要生物学特性 5 CyclinD1是G1 S期转换的关键蛋白 在细胞增殖中意义最大 目前的研究显示CyclinD的异常表达与肿瘤关系最密切 6 细胞周期调控异常在肿瘤发生 发展中的机制非常复杂 涉及多个环节 7 肿瘤细胞周期及其调控的研究是肿瘤研究的持续热点 对肿瘤发病机制 生物学行为 治疗和预后均有重要意义 四 细胞周期调控与肿瘤 某些现象 1 cyclinD1基因位于11q13 在多种肿瘤中都有该区基因的异常2 在多种肿瘤中有cyclinD1基因的高表达3 肿瘤D类细胞周期蛋白半衰期长 稳定性异常增高4 在某些肿瘤中发现有cyclinD2基因的扩增5 在一些人类肿瘤中发现CDK4 CDK6高表达6 已发现某些CDKI分子如P15 P16 P21 P27 P40 P57等与肿瘤的发生密切相关 例如神经胶质瘤的P16失活 主要是缺失或突变 7 多种癌基因 抑癌基因 凋亡调控基因如c myc Rb P53 bcl2等参与了细胞周期调控 在肿瘤的发生 发展中起重要作用 五 细胞调周期调控与肿瘤 部分机制 1 cyclinD CDK CDK4 6 发挥作用与Rb有关 Rb失活促进肿瘤细胞增殖 Rb 视网膜母细胞瘤基因 RB基因产物是一个核内蛋白 有两种形式 磷酸化和去磷酸化 RB的表达和磷酸化的水平与细胞周期有关 非磷酸化的RB可以阻止细胞从G0进入S期 抑制细胞的增殖 也是细胞成熟分化所必需的 一旦磷酸化后则失去这活性 从而使细胞进入增殖周期 其抑制细胞增殖的作用机理 可能是抑制c myc和c fos的表达 因为细胞进入S期需要这两种蛋白的表达 Rb 抑癌基因 pRb 蛋白产物 低磷酸化pRb 活化状态 使细胞停滞在G1期磷酸化pRb 非活化状态 解除对细胞周期抑制cyclinD CDK使低磷酸化pRb磷酸化失活 细胞进入S期cyclinD CDK对pRb的作用又被CDKI p16 p21 p27等 负向调节 p16 cyclinD CDK pRb形成一条极为重要的负反馈调节通路 cyclinD CDK4 6 Rb P Rb E2F E2F 转录因子 G1S P16 cyclinD1 Rb系统调节模式图 CDKs使Rb磷酸化失活 激活E2F 解除细胞周期阻滞 cyclinD cdk4 6 Rb P E2F E2F P16 cdk4 6 G1S Rb 低磷酸化的Rb是活化石我Rb 结合并抑制E2F 抑制细胞的增生 2 Survivin cyclinD1与肿瘤Survivin基因是凋亡抑制蛋白家族的新成员 定位于17q25 Survivin蛋白在正常情况下仅见于胚胎 睾丸 胸腺 分泌期子宫内膜 在分化成熟的组织中不表达在大多数肿瘤组织中Survivin表达或高表达 已成为肿瘤诊断和预后判断的重要指标Survivin的高表达与cyclinD1的表达呈正相关 在肿瘤的发展过程中起协同作用 既促进细胞的增殖又抑制凋亡Survivin促进细胞的增殖的机制是与CDK4结合 释放p21 p27 使pRb磷酸化而失活 使细胞从G1期进入S期cyclinD1和Survivin是肿瘤治疗的重要潜在靶标 3 P53 cyclinD1与肿瘤P53基因是重要的抑癌基因 当DNA损伤时 野生型P53积聚 上调其下游P21靶基因表达 P21与cyclinD1竞争结合CDK4 使pRb无法磷酸化 导致G1期阻滞 使细胞在进入S期之前得以修复损伤的DNA 若cyclinD1过表达 P53失活 则将导致细胞的过度增殖 乃至肿瘤发生 Rb的过表达能抑制p53凋亡诱导作用 4 TGF 对细胞周期的调控与肿瘤TGF 对不同类型的细胞和在不同的条件下作用于细胞 其生物学作用不同 有时甚至是相反的作用 TGF 通过增加细胞外基质蛋白的产生或增加生长因子及其受体的形成而促进细胞增生 但在大多数情况下TGF 是作为细胞生长抑制剂发挥作用 上皮细胞 内皮细胞 淋巴造血细胞等对TGF 的细胞抑制作用非常敏感 TGF 的细胞生长抑制机理 TGF 通过与受体形成复合物起作用 介导信号转导 transduction TGF 对细胞生长的抑制作用 其主要作用是在G1后期抑制RB蛋白的磷酸化 使细胞周期停止在G1期 目前认为是通过影响cyclin cdk复合物形成和激酶活性来实现的 肿瘤细胞对TGF 的生长抑制作用的抵抗是肿瘤生物学的一个特征 Rb P Rb E2F E2F 转录因子 G1S TGF 4 bcl 2家族对细胞周期的调控与肿瘤 TheBCL2familyhasbeenshowntoplayaro