前沿进展癌症的机制

癌症的发生及发展,-前沿进展,引言,癌细胞是癌症的罪魁祸首！,癌细胞的共同特征：疯狂的增殖！癌细胞来源于人体的正常细胞。,一、谁打开了潘多拉的魔盒：癌细胞产生的诱因,19世纪前癌症还是十分罕见的病种，大多数将其归结为偶然事件或者“上帝的旨意”。 古希腊学者希波克拉底曾经描述了一些癌症的症状。他把良性肿瘤称为，意为膨胀、肿块。恶性肿瘤则称，意为螃蟹或小龙虾。,癌症的发生与患者的特殊经历或者生活方式有关,烟囱工的故事,20世纪日本学者三际克三郎在兔子的耳朵上反复涂抹煤焦油。数月后，兔耳朵上生了皮肤癌。20世纪30年代后， 人们发现很多物质 都有致癌作用。 亚硝胺可以通过胎盘，传给胎儿,多环芳香烃类,某些金属：如铬、镍、砷等也可致癌,重金属铬超标胶囊的重金属铬含量超过国家标准规定2mg/kg的限量,根据每周质量报告栏目调查，在浙江省新昌县，一些药用胶囊生产厂从河北、江西等地购买用工业皮革下脚料加工的工业明胶，代替食用明胶作为原料生产药用胶囊，并将这些胶囊卖到了药企。修正药业集团股份有限公司羚羊感冒胶囊1009014.44mg/kg,黄曲霉毒素：霉变的花生中含量高（玉米、谷物中也含有，是霉菌毒素中致癌力最强的）,黄曲霉毒素结构式,黄曲霉,花生,比亚硝胺的致癌力强70倍，具有化学性稳定的特点，煮熟后仍有活性,二战后期，人们发现经常接触X-射线的人易患皮肤癌和白血病。,居里夫人因为过度接触放射性物质患上白血病，于1934年7月4日逝世。,日本福岛核电站泄漏的50勇士,福岛50死士是对2011年福岛第一核电站发生泄漏事故后，东京电力公司针对800多名工作人员进行撤离时自愿或被要求留下来的50位继续在核电厂内进行紧急维修作业者的称呼。,美国的核防护专家指出，留守工作人员中的70%可能会在2周内死亡。,火上浇油：非诱变因素的致癌物,酒精本身并不具有诱变能力，当酒精和烟草联手，口腔癌和咽喉癌的发病率提高了30倍。,内生假说：癌症由理化因素（化学诱变剂、X-射线等）损害正常细胞引起。,原癌基因：细胞内调控细胞生长增殖的基因，一般不表达或表达量很低。癌基因：由原癌基因转变而成，能够促使人或动物的正常细胞发生癌变。,1909年，美国学者劳斯动从鸡身上发现了肿瘤病毒，劳斯肉瘤病毒（Rous sarcoma virus，RSV）。1966年，诺贝尔奖。,鸟类肉瘤病毒 (ASV),病毒假说：癌症是一种传染病，经由病毒 传播。,出人意料的是，居然是“病毒说”的研究人员先找到了细胞原癌基因。,派别之争： “内生说”：癌基因由细胞原癌基因转变而来。 “病毒说”：癌基因是由病毒强加给细胞的。,病毒分为DNA病毒和RNA病毒。劳斯肉瘤病毒（RSV）属于RNA病毒，这时在杜尔贝科实验室一个攻读博士学位的研究生蒂明（Temin）发现，RSV有不同的亚型，每一种亚型的RSV都可以使正常细胞转化为癌细胞，并获得稳定的恶性表型。,这个现象的合理解释就是，RSV在诱导细胞癌变的过程中，已将自己的遗传信息稳定地传递给了正常细胞，从而使它们具有了特定的恶性表型。不同亚型的RSV遗传特性不同，因此转化的细胞恶性表型也不相同。,然而，使Temin感到非常困惑的是，RSV是一种RNA病毒，如果上述推论是正确的话，其逻辑的结论就是：RSV-RNA可以传递给正常细胞的DNA，从而改变细胞遗传性状。,蒂明（Temin）明确意识到，自己基于试验的结果已与“中心法则”发生了尖锐的冲突。他认为对他发现的现象的合理解释是：在感染的细胞内以RSV-RNA为模版，先合成一个“DNA中间体”（又称前病毒），这个DNA中间体然后整合到宿主的细胞DNA中，从而永久地改变了感染细胞的遗传特性（癌变）。,1969年，一个日本学者里子水谷来到他的实验室，按蒂明的设想，他们开始寻找RSV中存在“逆转录酶”的证据。,A、T、G、C四种脱氧核糖核苷酸与破坏了外壳的RSV一起在体外40的条件下温育一段时间。,结果在试管里获得了一种新合成的大分子，它不能被RNA酶所破坏，但却可以被DNA酶裂解，证明这种新合成的大分子就是DNA。,A、T、G、C四种脱氧核糖核苷酸与用RNA酶预先破坏RSV-RNA，一起在体外40的条件下温育一段时间。,不能获得这种大分子，说明这个DNA大分子是以RSV-RNA为模版合成的,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1975,David BaltimorePrize share:1/3,Renato DulbeccoPrize share:1/3,Howard Martin TeminPrize share:1/3,1975年，在美国加州大学旧金山分校的一位34岁的病毒学家Bishop从RSV中分离到第一个病毒癌基因src，该基因编码分子量为60kDa的磷蛋白质。,二、从天使到恶魔：原癌基因和癌基因,逆转录病毒基因组的结构,谜底来自劳斯肉瘤病毒（RSV).RSV的其他近亲病毒，不能使受感染的鸡细胞变成肿瘤细胞，他们也没有Src基因。,检测Src基因,+ + -,+ + +,原癌基因-Src,所有鸟类的基因组中都至少有一个正常的Src基因包括人类在内的所有脊椎动物的基因在内也发现了Src基因随后，在包括果蝇在内的远缘动物身上也发现了正常的Src基因的同源基因,启动子插入,原癌基因,宿主染色体,病毒基因组,反转录病毒激活 c-oncs,-将反转录病毒基因组插入到原癌基因部位-带有LTR的启动子或增强子激活 c-onc表达,增强子插入,2、 v-onc基因的起源,LTR,LTR,GAG,POL,ENV,Sarcoma,v-src 起源于寄主的细胞基因： c-src,c-src 是原癌基因,美国人M.Bishop 与美国科学家Varmus因在70年代发现动物的致癌基因不是来自病毒而是来自动物体内正常细胞内所存在的一种基因原癌基因而获1989年诺贝尔奖。,Bishop,Varmus,动物细胞中Src基因广泛存在，正常情况下，他在动物的细胞内骑着某种特殊的功能，他拥有在适当环境下摇身一变成为癌基因的潜力。,癌基因与原癌基因惊人的相似,膀胱癌基因和他的前身-人类正常ras基因都由5000个核苷酸组成，除一个位点外，他们完全相同。,原癌基因的特点：广泛存在于自然界;在进化上高度保守;是调节细胞生长、发育和分化的重要蛋白质;在结构上与病毒癌基因相近，正常情况下表达水平很低；在一定条件下可被激活成癌基因。,原癌基因的五大功能,细胞增殖因子（如sis(PDGF-）)增殖因子等的受体（如erbB，trk）蛋白磷酸化酶（如src）G蛋白如ras家族中的 H-ras，K-ras转录因子如myc家族，fos家族，Jun家族,点突变,差之毫厘，谬以千里玉皇大帝 王皇犬帝,三、前路多艰：癌细胞的多步发展,癌细胞发生的故事似乎很简单,仅引入一个强有力的ras膀胱癌基因也不能是正常的细胞变成癌细胞大多数癌细胞的形成至少需要4-6个突变基因。癌细胞的形成是由一系列的突变造成，它们逐渐的改变一个细胞的遗传面貌，将他一步步推向失控生长。,四、刹车失灵：抑癌基因失活,同时具有两种癌基因的肿瘤十分罕见。当一个肿瘤细胞和一个正常细胞融合为一个杂交细胞时，杂交细胞往往不具备肿瘤的表型。,新的假设：可能存在肿瘤抑制基因，其产物能抑制细胞的生长，若其功能的丧失则可能促进细胞的癌变。,又叫抗癌基因(antioncogene)，是一类对细胞生长起负调节作用的基因。主要作用是抑制细胞的过度增殖。丢失、灭活或突变时，往往会使细胞呈恶性生长。,肿瘤抑制基因,常见肿瘤抑制基因,生长抑制因子 ： BRCA-1 家族性乳腺癌细胞粘合调节蛋白： DDC 大肠癌 APC 家族性息肉病信号传导调节因子： NF1 神经纤维瘤病细胞核转录和细胞 Rb 视网膜母细胞瘤周期调节因子： WT-1 Wilms瘤 P53 Li-Fraumeni 综合征,1.Rb基因 Rb基因是首先从视网膜母细胞瘤中发现的。具有家族遗传倾向，多发生于5岁以下，易发生颅内及远处转移，常危及患儿生命。6%为常染色体显性遗传，94%为散发病例，其中25%为遗传突变，余为体细胞突变，亦有人认为与病毒感染因素有关。,Rb基因是世界上第一个被克隆和完成全序列测定的抑癌基因。定位于13q14，编码分子量为105KD的核蛋白。调节细胞从G0/G1期进入S期。其突变可导致视网膜母细胞瘤的发生，并与骨肉瘤、乳腺癌及肺小细胞癌的发生关系密切。,2. p53 基因 p53基因定位于17q13.1 p53蛋白抑制ras（膀胱癌）、c-myc（多种癌症相关如乳腺癌、肺癌、结肠癌等）等癌基因的转化作用，调节DNA合成的起始。 约50%人类的实体癌均有p53基因的突变，约70-80%的大肠癌有p53基因的突变。,阻滞细胞周期：在细胞周期中，P53 的调节功能主要体现在G1和G2/M 期校正点的监测，与转录激活作用密切相关。促进细胞凋亡：当细胞中P53积累到一定的浓度，就会引起细胞的凋亡维持基因组稳定： DNA受损后，由于错配修复的累积，导致基因组不稳定，遗传信息发生改变。P53可参与DNA的修复过程抑制肿瘤血管生成：P53蛋白能刺激抑制血管生成基因Smad4 等表达，抑制肿瘤血管形成。在肿瘤进展阶段，P53基因突变导致新生血管生成，有利于肿瘤的快速生长，常是肿瘤进入晚期的表现。,癌的发生出现在下列情况： 突变增加了致癌基因功能并且/或者降低了肿瘤抑制基因的活动,原癌基因宛如汽车的油门踏板，它的图标癌基因形式好比将油门一踩到底。相反，肿瘤抑制基因就像刹车。当正常细胞发育成癌细胞，他们可能抛弃或者失活肿瘤抑制基因，导致刹车失灵。,肿瘤抑制基因的双保险,人类的细胞拥有两份同样的基因拷贝，它们分别来自父母双方的基因。,每代细胞等位基因同时突变的概率为十亿分之一。,人体约有200多种细胞，细胞总数在500万亿到600万亿。细胞们行为规范，令行禁止，与近邻和睦相处，使得人体秩序井然。,五、细胞增殖的调控限制细胞增殖有两种方法,1、令行禁止剥夺细胞生长的因子，或让细胞暴露在生长抑制信号之中，导致细胞休眠。,2、细胞凋亡,由于细胞内部程序的激活而发生的自杀性死亡。多余的细胞受损的细胞老化的细胞（增殖极限）,大多数正常的细胞仅有分裂60-70次的能力,端粒是染色体末端的DNA重复序列，作用是保持染色体的完整性。,正常细胞没经过一个分裂周期，端粒就会减少50-100个碱基。细胞分裂的次数越多，端粒就会越短，无法再保护染色体的末端，染色体也就无法顺利复制，导致细胞的衰老死亡。,1、概念： 端粒酶是一种RNA与蛋白的复合体，它以自身RNA上的一个片段为模板通过逆转录合成端粒重复序列，并通过一种RNA依赖性聚合酶（如逆转录酶）机制加到染色体3末端以延伸端粒。 2、组成：RNA（作为模板） 蛋白质（反转录酶）3、作用机制： 在端粒DNA的复制时，端粒酶既有模板，又有逆转录酶这两方面的作用。其与端粒3端结合后，以其RNA为模板，经反转录延长端粒，从而保护DNA双链末段免遭降解及相互融合。,端粒酶,2009年诺贝尔生理学或医学奖,六、细胞癌化的分子机制,1、点突变：是最常见的机制,由点突变引起的 ras 指癌基因的激活,Ras 的点突变经常发生于密码子 12, 13, 59 和61处。.,Activated Met Thr Glu Tyr Lys Leu Val Val Val Gly Ala Val GlyEJRasH,2、LTR插入,LTR是逆转录病毒基因组两段的长末端重复序列，结构中含有很强的启动子序列。逆转录病毒的启动子和增强子的插入激活了c-myc原癌基因,当反转录病毒插入c-myc外显子上游5端时,启动子被激活.右边的LTR可能作为启动子参与作用，如果前病毒发生了缺失，则会阻止从右边LTR起始的转录. c-myc 可以被另外一种方式激活，也就是当反转录病毒以转录相反的方向插入到c-myc基因上游的时候; 病毒的LTR作为增强子, 激活转录从c-myc启动子序列处开始.,3、基因重排和染色体移位,导致染色体数目和结构异常；基因重排包括原癌基因之间以及原癌基因与非原癌基因之间的重排。,费城染色体的创建,CML （ chronic myelogenous leukemia.慢性髓细胞性白血病）,染色体9和22在它们的断裂点分别含有c-abl和bcr基因，形成bcr-abl融合基因,BCR-ABL融合基因的复制是呈自我组合型，即起形成并不需要其他细胞信息性蛋白质的参与。相反，BCR-Abl基因却激活以及控制大量蛋白质与酶，并加速细胞的分裂。此外，其还抑制DNA修复，引起基因组不稳定性，并根本上影响慢性粒细胞性白血病患者的机体恶化。,4、缺失,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,5、基因扩增,均匀染色区(Homogeneously staining region, HSR)：被复制的DNA串联排列在染色体的同一位置。双微染色体(Double minute chromosomes)：被复制的DNA呈细小 成对的染色体样结构。,癌基因的扩增可以被认为是染色体结构的改变形式之一,原癌基因向癌基因的转化,癌症的分子机制,七、癌细胞成功的策略,1、自己动手，丰衣足食,生长信号自给自足,旁分泌是指细胞产生的 激素或调节因子通过细胞间隙对邻近的其他种类细胞起促进作用。自分泌（autocrine)分泌的细胞因子主要作用于产生细胞因子的细胞本身,突破直径1毫米的“紧箍咒”。 诱导毛细血管生成,2、充耳不闻，自行其是,3、乔装打扮、蒙混过关,正常情况下，调节性T细胞（简称T-reg）能够抑制机体对体细胞的免疫反应，防止自身免疫的发生。,癌细胞会将调节性T细胞吸引到周诶，这样，免疫系统就很难辨认攻击这只“披上羊皮的狼”。,4、生死有命、逃脱有术,失活p53等基因，应对细胞凋亡端粒酶重新活化对应增殖极限,5、狡兔三窟、遍地开花,在引起癌症死亡的病例中，大约有90%是癌细胞的侵袭与转移造成的。结肠癌的迁徙细胞常在肝脏落户。乳腺