肺癌—科研之路

科研之路肺癌,吴九洲,第一篇.概述,国内2002年共有2190623人发生肿瘤，其中肺癌占首位，男性中20.4%，占各肿瘤之首。目前已知肺癌治疗药物效果与组织学类型和分子生物学、基因学相关。多学科治疗为肺癌的治疗原则。多学科治疗与类型、期别、基因学相关，其中最热的是期别。未来肺癌的诊断应尽量发挥影像学诊断之作用，争取组织学、生物基因学检查，未取得合适有效的治疗提供参数，多学科诊断、治疗继续有待扩大。化疗仍为肺癌的主要治疗，有效、毒性反应少的化疗药物研究仍有待于进一步开发。化疗联合相关靶向药物为全身用药研究的主流，手术联合靶向治疗的研究，目前仅见回顾性研究，前瞻性随机研究手术或放疗联合靶向治疗有待发展,第二篇.肺癌的流行病学,第三篇.肺癌的生物学及分子生物学的研究进展,第一章：肺癌的分子生物学概述,由正常组织向恶性肺癌组织的转化是一个多步骤的过程，经过一系列的遗传学和表现遗传学的改变，最后由克隆扩张进化为侵袭性肿瘤。对肺癌的分子水平上的变化的鉴别和定性对于改善对肺癌的预防、早期诊断、治疗和缓解病情都是非常重要的。总的目标是把这些发现转化到临床应用上，这些分子生物学的改变可作为：早期诊断的生物标记；预防的靶点；新的分子手段工具；每个患者的个体化预后和治疗方案的识别标志；特异性杀死或抑制肺癌细胞生长的靶点。无论在临床、生物学、组织学还是分子生物学上，肺癌都是一种异质性疾病，这种异质性的根本原因还不清楚，但是也反映出细胞中所发生的变化具有不同的分化潜能，或者代表了在相同靶肺上皮细胞中发生了不同的分子改变。这种异质性和分子的复杂性是我们很难清楚地阐明肺癌的发病机制。肺癌发病的分子机制涉及多种癌基因、肿瘤抑制因子（TSG）、信号通路分子和其他细胞行为。,第一节 肺癌的流行病学和易感性,遗传因素会使某个个体更易患肺癌，或者是对致癌物的损坏力更敏感，或者就是易感性增加而与吸烟史无关。全世界大约25%的肺癌病例与吸烟无关，这些病例通常发生于妇女并且通常是腺癌。分子生物学研究显示，几种已知的肺癌基因如KRAS、表皮生长因子受体（EGFR）和TP53存在着显著不同的突变模式。分子生物学加上临床靶向治疗的数据显示，从不吸烟者所患的肺癌与经常吸烟者所患的肺癌是截然不同的两种疾病。,第二节 肺癌的基因组的不稳定性、端粒及DNA损伤,恶性转化是以基因不稳定为特征的，这种不稳定可以出现在染色体水平（缺失或获得基因组物质、异位、微卫星DNA的不稳定性）、核酸水平（单个或数个核苷酸碱基的变化）或转录组（基因表达改变）。畸变总是发生在原始癌基因、抑癌基因（TSG）、DNA修复基因和其他可以促进细胞过度增生的基因。染色体末端端粒的损失也与基因组的不稳定性相关，进而导致染色体异常。端粒的长度调控着细胞的复制能力，随着每一次的细胞复制，端粒酶都会进行性的变短。一旦端粒酶变得太短，细胞就会衰老和凋亡。在癌变前的细胞中，端粒延长的激活酶端粒酶可以防止端粒的损失超过临界点，而这对细胞的永生是必须的。尽管端粒酶在正常细胞中是休眠的，但在80%的NSCLC和几乎所有SCLC中，端粒酶是活化的。在正常细胞中，DNA损伤的出现引发DNA修复反应，如果不成功，凋亡程序被激活以清除损坏的细胞。但在癌前细胞和癌细胞中，凋亡的程序本身已遭受破坏，使得未经修复或未修复好的DNA损伤在细胞克隆中持续存在。,第三节 癌基因和生长刺激通路,癌基因的激活通常是由于基因扩增、点突变、重排引起的，或者通过由小RNA介导的基因过表达而引起，这些变化造成促进细胞生长的促有丝分裂的生长信号持续上调。尽管某个生长信号或信号通路的持续上调可促进细胞的恶性转化，但也可造成“癌基因成瘾性”这就是为何细胞变得依赖这一畸变的癌基因信号，得以长期生存下去的原因。这就为治疗学提供了一个明确的靶点，去除或抑制癌基因信号通路，成瘾的肿瘤细胞就会死亡，而正常的未成瘾细胞不会受到影响。,图5-1 NSCLC和SCLC中的信号通路,P90 搞懂这个图,一、表皮生长因子受体信号传导通路,二、RAS/RAF/MEK/MAPK/MYC信号传导通路,三、PI3K/AKT信号通路,四、肺癌谱系依赖性癌基因：NKX2-1(TITFI),五、EML4-ALK融合蛋白,第四节 抑癌基因和生长抑制通路,抑癌基因功能的缺失是肺癌发生过程中重要的一步，经常是两个等位基因都需要被灭活。一般来说，杂合性缺失（LOH）通过染色体缺失或易位灭活第一个等位基因，点突变、表观遗传学或转录沉默灭活第二个等位基因。肺癌中灭活的肿瘤抑制基因通常包括TP53、RB1、CDKN2A、FHIT、RASSF1A和PTEN。,一、p53信号通路,二、CDKN2A/RB信号通路,三、染色体3p肿瘤抑制基因,四、LKB1,第五节 表观遗传学调控,遗传学异常与DNA序列改变相关，而表观遗传学异常是DNA序列未发生改变但基因表达却发生了变化，因此后者可能是可逆的。异常的启动子超甲基化是发生在肺癌发生早期的表观遗传学改变，在衰老过程中甲基化的基因和不甲基化的基因，都可以出现这种超甲基化。一个通常非甲基化的基因启动子区获得甲基化会造成基因转录静默，因此是造成肿瘤抑制基因失活的常见原因。在肺癌中许多基因因为启动子超甲基化而被静默。它们包括参与肿瘤抑制、组织侵袭、DNA修复、烟草致癌物解毒作用、分化等过程的基因。恢复表观遗传学沉默的基因的表达是一种新的靶点治疗方法。组蛋白脱乙酰作用是一种典型的表观遗传学改变，可以抑制基因的表达。目前正在研究用组蛋白脱乙酰酶（DHAC）抑制剂来治疗肺癌，其原理是通过抑制组蛋白脱乙酰作用来逆转基因沉默。,第六节、microRNA介导的肺癌调控,第七节 肺癌干细胞与Hedgehog、Notch和Wnt信号通路,第八节 人类乳头状瘤病毒（HPV）介导的肺癌,HPV在肺癌中的高检出率提示，需要更多的研究来阐明其在肺癌发病机制中的作用，但是考虑到相同地区不同研究得出的结论存在显著差异，后续的研究需要大量的样本和详尽的研究设计。,结论,在肺癌中，基因表达的研究已经发现了新的基因和新信号通路，也鉴定出了可以更好的预测患者预后、对治疗的反应及组织学检查的基因标记。对肺癌基因组中的改变的高分辨率的基因定位可以鉴别出基因组中单个基因的改变，这是通过对已知变异区的更好解析或对以前技术无法检测出的变异区域的鉴别来完成的。遗传学改变的功能学特性及相关的信号通路的研究使得肺癌的靶向治疗成为可能。从临床上正在使用的到正在进行临床前试验的药物，它们都是以已知的肺癌发生发展的信号通路为目标的，如增殖、抑制凋亡、血管生成和侵袭。,第二章.肺癌的基因组改变,肺癌基因组的不稳定性引发许多突变事件的发生，进而导致大量严重的遗传改变。一个或几个核苷酸的突变可能会完全无害，也可能导致显著的功能变化，这取决于特异的位点突变。而染色体水平的改变由于会对大量基因产生影响，因此是有害的，进而往往会成为肿瘤发生发展的前奏。因此，对于科研及临床工作者来讲，弄清楚基因组改变的特征，鉴定那些分子事件参与了肿瘤发生和多级进展的机制，是目前急需解决的关键问题。最终，基因组改变引发肿瘤的各种研究成果都将会成为临床治疗的指南工具，将对治疗产生深远的影响。,第一节 染色体结构变化和基因组失调：检测的方法学策略,第二节 肺癌中的染色体异常和基因组失衡：令人费解的景象,第三节 生长抑制途径异常：抑癌基因,第四节 刺激生长信号通路的异常：原癌基因,第五节：肺癌的基因融合：罕见还是未发现？,第六节 肺癌中microRNA异常,结论,第三章.肺癌表现遗传学改变：病理生物学和临床改变,第一节 遗传学与表观遗传学互相作用,第二节 DNA甲基化,第三节 肺癌的表观遗传学治疗,结论,第四章.肺癌血管生成开关的分子事件,第一节 肺癌血管生成转换：完整器官研究,第二节 参与肿瘤血管分布的细胞及机制,第三节 血管生成和抗血管生成因子的体外检测,第四节 参与肿瘤血管生成的主要分子,第五节 血管生成信号在肺癌中的作用,第六节 抑制肺癌中血管生成的临床应用,第五章.蛋白质组学技术在肺癌治疗中的应用,第一节 蛋白质组学技术,第二节 早期检测,第三节 蛋白质组学对预后进行分类,第四节 治疗效果,结论,第六章.肺癌的分子预后,第一节 单基因的改变与患者的生存期,第二节 基因表达阵列,第三节 表观遗传沉默和基因甲基化,第四节 蛋白组学分析和预后,第五节 MICRORNAS和预后,第六节 临床潜力和未来发展方向,第七章.人肺癌中验证肿瘤干细胞假说,第一节 肿瘤干细胞假说,第二节 肿瘤干细胞的鉴定策略,第三节 非小细胞肺癌,第四节 肺癌干细胞生物学进展,第五节 肺癌干细胞研究中的潜在困难,结论,第八章.肺癌与肺癌微环境,第一节 血管生成,第二节 成纤维细胞,第三节 巨噬细胞,第四节 中性粒细胞,第五节 肥大细胞,第六节 树突状细胞,第七节 获得性免疫,第八节 临床意义,结论,第九章.肺癌的小鼠模型,为了发现更有效的肺癌治疗方法，有必要探索和改善肺癌的实验动物模型。小鼠原发的肺肿瘤在形态、组织学特性和分子特征方面都与人肺腺癌很相似，尤其是支气管肺泡癌。而且由于人与小鼠的遗传上的同源性，这种模型系统正吸引越来越多的研究者的注意。目前，有三类普遍使用的方法用于建立小鼠的肺癌模型，及化学品或致癌剂诱导的肺癌模型；肺癌原位模型及肺癌的遗传模型。,第一节 化学品诱导的肺癌,在不同品系的小鼠中发生化学品或致癌剂诱导的肺癌的敏感性是不同的，A/J小鼠属于高度敏感性鼠，敏感性比中度鼠BALB/c高20倍。这些敏感株发生肺癌的敏感性与K-ras基因第二个内含子的多态性高度相关，这种多态性可能会影响细胞核蛋白的结合能力从而影响基因的表达。除K-ras基因外，位于第6号染色体上的肺腺癌易感性基因1（Pas1)也与A/J小鼠的肺癌有关。正是由于Pas1和K-ras基因均位于第六号染色体上，因此认为Pas1基因也是癌基因总之，化学品或致癌剂诱导肺癌模型最大的好处就是其重复性较好，能用于鉴别可能的致癌剂及抑制剂。但这些模型也有缺陷，特别费时且是品系依赖性的，主要发生的是非小细胞肺癌。通过这种模型能在晚期检测到低转移性肺癌。而且，对于研究香烟诱导肺癌，小鼠可能不是一个很好的模型。最后，使用化学品或致癌剂诱导的肿瘤可能有很多细胞类型，有些可能不是与人类肺癌相关。,第二节 肺癌原位模型,肿瘤的原位模型是指将肿瘤细胞悬液或者新鲜的肿瘤组织直接注入肿瘤的原发器官。使用免疫缺陷的小鼠促进了建立人类原发肿瘤的模型，因为这些小鼠不能有效排除人类的细胞。将肿瘤细胞注射于肿瘤的原发部位可清晰地分析一些微环境因素在原发肿瘤发生发展中的作用，此外，使用这种模型最主要的优点在于它概括和再现了肿瘤进展的整个过程，包括肿瘤的原位的生长，原位的血管及淋巴管侵袭，进入血管和淋巴管，迁移到转移器官以及在相关的转移器官中种植及生长。现已有几种原位注射的途径，包括支气管内注射、胸廓内注射、胸膜内注射和静脉注射等（如需找参考文献回书找）。可注射肿瘤细胞悬液，也可将皮下移植瘤的碎片移植入受体小鼠的肺实质。在这些模型中，将肿瘤细胞直接注入肺实质的方法快捷、对小鼠损伤小，而且渗漏到胸模内的肿瘤细胞很少。此外，对侧的未经注射的肺，以及淋巴结、肝脏、脑部和骨的转移与否可用于评价不同肺癌细胞株的转移效率。,肺癌原位模型续,关于肿瘤的一个难点是微转移（一个或少于10个细胞的细胞团）的检测。为了提高肿瘤在不同器官中的可视性，可将肿瘤细胞用不同的荧光素或生物发光标记物标记，比如绿色荧光蛋白（GFP）和荧光素酶。单纯的GFP标记的肿瘤细胞可通过荧光显微镜检测新分离的肿瘤组织检测到，生长在器官表面或内部的肿瘤数目可通过计算机图像分析软件评估及定量分析。通过反转录病毒介导的GFP标记不仅成功地标记到原发部位的肿瘤，也用于分析区域和远处的转移。用GFP或荧光素酶标记细胞的一个主要优点就在于能在活体的小鼠体外检测和分析肿瘤的情况。此外，在这种原位小鼠模型中，这种非侵入性的实时影像学检查方法用于检测经包囊修饰的腺病毒传递系统的效率。因此，采用标记细胞的方法促进了活体成像技术的发展及研究的纵向深入，因为同一只小鼠可被检测多次。多种肺癌的原位模型与GFP-标记细胞的活体成像技术结合使用，可以清晰地实习显示肿瘤预防药物或抗转移药物的效果。此外，还可以分析这些药物对肿瘤预防或抗转移效率的一些重要参数，例如：用药的途径对药物的最大耐受剂量所需的治疗效果与治疗时间之间的关系停药后药效持续的长度等因此，人类肿瘤的原位动物模型作为一种工具能模拟人类肿瘤的各个发展阶段，用于发现新的肿瘤预防和抗肿瘤转移药物的开发，制定肿瘤药物治疗方案以及分析这些药物对肿瘤各个阶段的影响机制。,第三节 肺癌的遗传模型,转基因小鼠的品系的建立能诱发类似人类的肺癌，从而能够鉴定出驱动肺癌发生发展的基因。携带有人类肺癌突变基因的转基因小鼠的构建使科学家们更好的研究了这些基因触发人类肺癌的机制。但是，这些肺癌的遗传模型也存在一些主要的缺点：小鼠只发生一些种类的肺癌通常这些肿瘤都不转移，这与人类的情况都不太相同小鼠的生存时间较短，不太可能研究肺癌的进程。为了改进肺癌的小鼠模型，Jackson及同事建立了一种Lox-Stop-