肿瘤生物学第五章肿瘤生物学行为.ppt

第五章肿瘤生物学行为,复旦大学附属肿瘤医院病理科周晓燕（主任医师）,肿瘤生物学特征,维持增殖信号（Sustainingproliferativesignaling）逃避生长抑制（Evadinggrowthsuppressors）抑制细胞死亡（Resistingcelldeath）使复制不止（Enablingreplicativeimmortality）诱导血管生成（Inducingangiogenesis）激活侵袭和转移（Activatinginvasionandmetastasis）能量代谢重组（Reprogrammingofenergymetabolism）逃避免疫破坏（Evadingimmunedestruction）,HanahanDetal.Hallmarkersofcancer.Thenextgeneration.Cell2011;144:646-674,第一节肿瘤细胞生长特性,细胞周期细胞死亡细胞分化,细胞周期（cellcycle):细胞从一次分裂结束到下一次分裂完成所经历的整个过程。,细胞周期与肿瘤,细胞周期的分期,细胞形态:变化不显著生化代谢:活跃G1期:RNA和蛋白质合成迅速(数小时数天数月）.S期:DNA含量增加1倍(830h)G2期:DNA合成终止（28.5h),细胞间期各期的特点,S,G2,M,G0细胞（休止细胞）：暂不增殖，可重新进入细胞周期不再增殖：终末分化细胞或永久细胞，如神经细胞，肌细胞,增殖细胞,非增殖细胞,处于细胞周期的细胞,增殖细胞和非增殖细胞,细胞周期的调控机制,细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（cyclin-dependentkinaseinhibitor,CDKIs)抑制CDKs活性的成分如：p21,p27,p15,p16,细胞周期蛋白（cyclins)-调控CDKs活性的最基本成分如：CyclinA,B,D,E,细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclinsdependentkinase,CDKs）-细胞周期调控的核心如CDK1,2,4,5,6,7,驱动机制,监控机制,+,-,细胞周期检查点(checkpoints)：G1/S,S/G2,G2/M,2001年10月8日美国人LelandHartwell、英国人PaulNurse、TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖,细胞周期与肿瘤发生,正常组织：细胞数增加与丢失保持动态平衡肿瘤：细胞周期失调，获得无限增殖的能力细胞增殖细胞丢失若细胞丢失抑制，细胞生长速度相对更快。肿瘤是一类细胞周期异常的疾病肿瘤细胞的生长与丢失的速度决定肿瘤的生长速度。,肿瘤发生中细胞周期调控异常,CDKs/Cyclins过度表达癌基因功能，见于多种肿瘤中套细胞淋巴瘤中CyclinD1,黑色素瘤中CDK4CDKIs失活抑癌基因功能，见于多种肿瘤中p16多肿瘤抑制基因，一半肿瘤有突变，功能丧失，,倍增时间和生长分数,倍增时间(doublingtime，DT)：指肿瘤细胞数增加一倍所需的时间临床上实际是指肿瘤体积增大一倍所需的时间生长分数(growthfraction，GF)：也称增殖比率指增殖细胞群在肿瘤细胞中的比率。是生长速度的决定因素。GF越大，对肿瘤药物越敏感。增殖相关标志：ki67,ki67,不同肿瘤对治疗敏感性不同的机制：细胞周期的细胞：对抗肿瘤药物或放射治疗较为敏感。G0细胞：对抗肿瘤药物或放射治疗不敏感，可成为肿瘤复发的根源。,细胞周期与肿瘤治疗,针对肿瘤细胞各时相的药物周期非特异性药物：作用各个时相，包括G0周期特异性药物:仅对增殖周期中的某些时相敏感、对G0期细胞不敏感,细胞周期与肿瘤治疗,针对细胞周期相关蛋白的肿瘤治疗抑制CDKs活性：抑制肿瘤细胞过度生长：如黄素蛋白类药物、CDK小分子抑制剂抑制细胞周期检查点（chk）：使chk功能缺陷，不能修复损伤DNA损伤细胞大量积累，加快肿瘤死亡。如CHK1,CHK2激酶活性抑制剂,细胞周期与肿瘤治疗,细胞死亡与肿瘤,细胞死亡：丧失细胞膜完整性细胞彻底碎裂在体内细胞残骸被邻近细胞吞噬,细胞死亡的形式,细胞凋亡（apoptosis）细胞坏死（necrosis)自噬性细胞死亡（autophagiccelldeath)程序性细胞死亡非程序性细胞死亡,细胞凋亡（apoptosis),希腊语“Apoptosis”：像树叶或花的自然凋落,指细胞在一定的生理或病理条件下，遵循自身的程序由基因调控的主动性死亡过程。是不同于坏死的死亡方式。,细胞凋亡的定义,细胞凋亡的生物学意义,清除多余细胞清除发育不正常的细胞清除已完成任务的细胞及有害的细胞参与免疫系统细胞的发育和克隆选择是多细胞生物维持自身稳定的重要生理机制之一。,细胞凋亡的形态学特征,电镜观察,细胞凋亡生化改变,核小体间DNA双链裂解，形成180-200bp大小及其倍数的核苷酸片段Ca2+的堆积和重新分布谷氨酰胺转移酶的积累并激活细胞表面糖链、植物血凝素的增加细胞骨架的改变,细胞凋亡的检测方法,电镜琼脂糖凝胶电泳脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的缺口末端标记法（Tunel）流式细胞分析(FCM),左，正常胸腺细胞；右，凋亡胸腺细胞（注意凋亡小体）,细胞凋亡电镜观察,细胞凋亡的DNAladder特征,DNAladder:电泳后呈阶180-220bp梯状特征,细胞凋亡和细胞坏死的区别,2002年10月7日英国人悉尼布雷诺尔、美国人罗伯特霍维茨和英国人约翰苏尔斯顿，因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。,细胞凋亡的调控,细胞凋亡是一个多基因调控的过程,Caspase家族,1993年袁钧英等发现Ced-3基因和哺乳动物ICE存在功能和序列相似性;1996年将ICE/Ced3统一命为caspase即为半胱氨酰天冬氨酸特异性蛋白酶(cysteinylAspartate-specficproteinase).,袁钧英,1982年复旦大学本科，1989年美国哈佛大学博士。优秀华人科学家，caspase发现者,多篇发表于cell和nature的开创性工作,炎性亚家族凋亡亚家族细胞凋亡调控的关键分子起始分子：caspase-2,8,9,10执行分子：caspase-3,6,7主要功能:灭活细胞凋亡抑制蛋白,剪切细胞结构蛋白,剪切细胞效应蛋白.,Caspase家族凋亡调节功能,bcl-2基因家族,bcl-2:首先在t(14;18)的滤泡性淋巴瘤中发现,bcl-2基因家族：一组bcl-2的同源蛋白，含有bcl-2同源结构域（bcl-2homology,BH)和跨膜结构域。,有15个以上,分为三大类：bcl-2subfamily:bcl-2,bcl-xl,bcl-w,Mcl-1,A1抑制各种刺激诱发的细胞凋亡。baxsubfamily:bax,bak,bok促进细胞凋亡BH3subfamily:bik,blk,biml,bad,bid,EGL-1促进细胞凋亡,bcl-2基因家族凋亡调节功能,细胞凋亡调控其他基因,Fas/FasL：细胞凋亡信号传导作用p53：wtp53促进细胞凋亡mtp53抑制细胞凋亡C-myc：有生长因子：细胞增殖生长因子缺乏：促进细胞凋亡,细胞凋亡产生的步骤,1.信号传递：是指诱导细胞凋亡的细胞外因素进入细胞内的过程，主要是通过受体介导完成。细胞外因素（死亡配体，如FasL）和细胞表面受体（死亡受体DR，如FAS）结合激活死亡蛋白酶系统，诱导细胞凋亡。,2.中央调控：,线粒体内抗衡凋亡基因：caspase家族凋亡抑制基因：Bcl-2,3.细胞结构改变细胞缩小/细胞质浓缩染色质凝集成新月体凋亡小体邻近巨细胞摄取和清除,细胞凋亡与肿瘤发生,细胞凋亡异常见于大多数肿瘤中细胞凋亡基因和凋亡活化基因异常细胞增殖细胞死亡乳腺癌，肝癌，膀胱癌：bcl-2高表达在50%以上恶性肿瘤：p53基因突变，肿瘤是细胞凋亡异常的疾病。,细胞凋亡与肿瘤治疗,诱导细胞凋亡是治疗肿瘤的一条有效途径化疗和放疗都可不同程度诱导细胞凋亡,氧化二砷治疗APL的机制：诱导细胞凋亡,三氧化二砷处理前三氧化二砷处理后,急性早幼粒细胞白血病,诱导细胞凋亡的途径,增强凋亡促进基因的作用:如野生型p53、bcl-xs等基因作用，介导肿瘤凋亡；灭活凋亡抑制基因：如反义bcl-2能够有效抑制淋巴瘤细胞在体内和体外的生长。,细胞自噬,细胞自噬（autophagy）：一种细胞内溶酶体降解的通路，将细胞内受损、变形、衰老或失去功能的蛋白质以及细胞器运输到溶酶体，消化和降解。自噬性细胞死亡（autophagiccelldeath)是一种伴发细胞自噬的特殊死亡形式，生化标志是：微管相关蛋白1轻链3（简称LC3/Atg8）脂质化,自噬性底物如sequestosome1(SQSTM1)增加,细胞自噬的作用,及时清除细胞中的”垃圾”在应激、分化、存活和免疫应答中起作用为细胞提供能量，细胞内成分循环利用维持自身稳定和生存,细胞自噬的方式,巨自噬微自噬伴侣分子介导的自噬,自噬囊泡自噬体自噬溶酶体消化、降解,细胞自噬的过程,细胞自噬的分子机制,mTOR为主要调控分子诱导启动阶段：mTOR受抑制，形成ULK1-Atg13-FIP200激酶复合物，自噬信号启动；成核阶段：囊泡成核，PI3KC3复合体组装，募集其他介导囊泡膜延长的Atg蛋白。延长阶段：两种泛素化连接系统参与：Atg12-Atg5-Atg16多聚复合体；LC3及其靶分子磷脂酰乙醇胺(PE)。LC3：细胞自噬的标志。,双向效应作用：肿瘤抑制肿瘤存活转移、复发,细胞自噬与肿瘤发生、进展,抑制细胞自噬：使肿瘤细胞无法应对代谢压力，发生坏死促进细胞自噬：过度自噬发生自噬性死亡如mTOR抑制剂促进细胞自噬向细胞凋亡转化,细胞自噬与肿瘤治疗,细胞分化与肿瘤,细胞分化（celldifferentiation)：,同一来源的细胞通过分裂逐渐产生结构和功能上具有稳定性差异的另一类细胞的过程。也就是一种类型的细胞在形态结构、生理功能和生物学特性方面稳定地转变成另一类细胞的过程。,形态结构,生理功能,生化特征,细胞分化,细胞分化的指标,细胞分化的意义,细胞分化是多细胞生物最基本生命活动.胚胎期是最重要的细胞分化期全能细胞：发育产能不同细胞类型的潜能多能细胞：发育成本胚层细胞，如多能造血干细胞（pluripotenthematopoieticstemcell,HSC)有些细胞发生一次,如神经细胞,有些细胞连续更新,机体有一套完整的,准确和适时的基因调控机制.,细胞分化与肿瘤发生,肿瘤的基本特征之一:细胞的异常分化,即正常的分化过程被阻断。恶性肿瘤由分化异常的细胞组成。如白血病,多能干细胞在发育分化的某一阶段受阻，某些特异性染色体异常导致癌基因活化或抑癌基因失活。,异常分化的特征,分化特征趋于消失：失去原来分化成特异细胞的特征；不同程度缺乏成熟的形态和完整的功能；丧失某些终末分化细胞的性状；对正常分化调节机制缺乏应有的反应。出现新的分化特征：现原来组织或器官正常细胞没有的特征；,肿瘤细胞越相似于正常细胞，分化越高。分化低的表现：异型性，失极性，幼稚性，生长活跃等。通常，肿瘤分化程度越低，肿瘤的恶性程度越高。,高分化腺癌,低分化癌,细胞分化与肿瘤治疗,诱导分化（inductionofdifferentiation)治疗：是指一种应用诱导分化剂使恶性肿瘤细胞逆转为正常或接近正常细胞的治疗方法。是肿瘤治疗的一条新的途径,常用诱导分化剂,维甲酸细胞因子（G-CSF、GM-CSF、IFN-等）抗肿瘤药物（阿糖胞苷、阿霉素等）其他（DMSO、TPA、ADC）,诱导分化治疗举例,全反式维甲酸（ATRA)治疗急性早幼粒细胞性白血病（APL).我国学者在国际上率先应用ATRA诱导分化治疗已成为APL的首选方法。,维甲酸处理前维甲酸处理后,急性早幼粒细胞白血病,第二节肿瘤微环境,肿瘤微环境的组成,是肿瘤细胞生长生存的内环境肿瘤细胞肿瘤周围细胞细胞外基质（ECM）液体环境,肿瘤微环境的功能,为肿瘤提供营养和支架，有利于瘤细胞的生长为机体提供纤维屏障、免疫活性细胞和相应抗体，对肿瘤具有防御作用影响细胞的黏附、移动、增殖、分化和侵袭，与肿瘤的生物学行为密切相关,肿瘤细胞诱导微环境破坏，导致肿瘤血管生成、淋巴管生成,肿瘤血管形成(angiogenesis),从已存在微血管上芽生出新的毛细血管的过程肿瘤生长和转移依赖于肿瘤组织内的新生血管,肿瘤血管形成过程,血管生成因子，内皮细胞激活血管局部细胞外基质基膜降解内皮细胞芽生、增殖和迁移管腔形成，新生血管形成连通,血管检测标记：CD34,CD31,VIII,微血管密度（MVD),血管标记,肿瘤血管的特征,血管结构紊乱无均一内皮细胞：血管拟态，血管镶嵌分布杂乱、无序高渗透性表现为结构不成熟性和失控性生长,血管生成因子与抑制因子,肿瘤血管形成与肿瘤治疗,抑制肿瘤血管形成是肿瘤治疗的重要策略单克隆抗体类：VEGFA抗体贝伐珠单抗小分子靶向药物：多靶点酪氨酸酶抑制剂舒尼替尼血管生成抑制因子：血管抑素,正常血管agiogenesis抗血管治疗,肿瘤血管形成与肿瘤治疗,抗肿瘤血管治疗的优点,作用广泛，多种肿瘤,不诱导肿瘤细胞的耐药性,重复应用，不良反应少,优点,其他抗肿瘤药物：增效,淋巴管内皮细胞标记物：podoplanin,LYVE-1,VEGFR-3，desmoplakin,淋巴管形成（lymphangiogenesis),促进肿瘤的淋巴结转移，肿瘤转移的重要途径淋巴结转移是判断病人预后和确定治疗方案的重要依据刺激淋巴管生成：VEGF-C和VEGF-D，与受体VEGFR-3结合,淋巴管形成与肿瘤转移,抑制淋巴管生成是肿瘤治疗策略之一抑制VEGF-C、D与VEGFR-3结合,淋巴管形成与肿瘤治疗,肿瘤干细胞,干细胞（stemcell)：具有无限或永生的自我更新能力肿瘤干细胞（tumorstemcell,TSC)或称癌干细胞（cancerstemcell,CSC)：在肿瘤细胞群体中少量具有分化产生肿瘤细胞能力的细胞,尚无特异性肿瘤干细胞标记物不同肿瘤的干细胞标记物不同CD34、CD44、CD133、CD30、CD117、BMI-1、Oct-3/4,肿瘤干细胞的标志物,具有强大的克隆再生能力具有多重耐药性和对放疗抵抗性能通过激活DNA修复能力具有早期微转移能力具有异质性,肿瘤干细胞的生物学特性,是难于治愈的重要原因直接或间接针对肿瘤干细胞治疗策略,肿瘤干细胞与肿瘤治疗,第三节肿瘤的播散,肿瘤的播散：恶性肿瘤在生长和发展过程中可向邻近组织直接蔓延和向远处转移，又称肿瘤扩散肿瘤播散是恶性肿瘤的最重要的生物学特性之一也是恶性肿瘤难以根治的主要原因和常见致死原因,肿瘤播散,复杂、多步骤、有序的级联过程侵袭（invasion)：周围间质，连续转移（metastasis)：远处，不连续,肿瘤播散的过程,肿瘤的侵袭(invasion),侵袭：恶性肿瘤的瘤细胞离开原发瘤，向周围组织直接蔓延，浸润和破坏邻近正常细胞和器官。是肿瘤播散的第一步标志：是肿瘤细胞突破基底膜。,沿组织间隙沿淋巴管沿血管沿浆膜面或粘膜面,侵袭的主要途径,肿瘤侵袭的步骤和机制,癌细胞分离癌细胞附着基膜细胞外间质的降解癌细胞移出肿瘤血管形成，进一步促进肿瘤的侵袭和转移。,间质：有肿瘤产生的多种物质，尤以酶为重要，基质降解肿瘤细胞：产生各种酶，活化生长因子促进肿瘤细胞分裂刺激肿瘤细胞运动促进肿瘤细胞与血小板粘集降低粘附性消化纤维蛋白促进血管生长,间质和肿瘤细胞在肿瘤侵袭中的作用,是指恶性肿瘤细胞由原发部位通过一些渠道播散到远隔组织和器官继续增殖生长，形成与原发肿瘤相同性质的继发肿瘤的全过程转移离原发部位距离一般较远，范围大,肿瘤的转移（metastasis),肿瘤细胞与原发肿瘤的连续性侵袭和转移是统一过程中的两个不同阶段侵袭是转移的前奏转移是侵袭的结果,侵袭和转移的关系,转移途径,淋巴道转移血道转移种植性转移,淋巴道转移,是癌常见的转移途径,由近到远穿透淋巴管壁-淋巴液-第一站淋巴结如乳腺癌，腋下淋巴结转移,甲状腺癌，颈部淋巴结转移有时淋巴结为首发症状：隐匿癌,肺静脉型：肺左心全身腔静脉型：上下腔静脉右心肺门静脉型：胃肠道肝椎静脉型：椎静脉脑,血道转移,浆膜面种植性转移：穿透浆膜，瘤细胞脱落种植到其他器官或组织。如胃肠道癌引起的卵巢转移瘤（Krukenberg瘤）粘膜面种植性转移：呼吸道、消化道等黏膜种植，较少见。接触性种植性转移：肿瘤接触，手术器械引起“医源性”种植。,种植性转移,肿瘤细胞侵入脉管瘤栓形成靶组织定位生长转移肿瘤的继续扩散,转移的步骤,肿瘤转移特点（1）,不同肿瘤的转移频度、早晚、途径和部位不同有些肿瘤转移有一定的器官倾向性(前列腺癌）转移性肿瘤的一般特征：不连续性，多个转移瘤,肿瘤转移特点（2）,血道转移器官内分散，近包膜，球形结节多数转移瘤保留原发瘤的生物学特性转移瘤变异，转移瘤的分化程度常比原发瘤差,了解肿瘤转移特征的临床意义,区分多中心性发生的多发性肿瘤与肿瘤转移区分容易转移和不常转移的肿瘤区分倾向于不同转移途径的不同肿瘤区分好发生转移和不易发生转移的器官从肿瘤的一般转移规律追溯原发性肿瘤了解某些特殊转移规律及有关的肿瘤,肿瘤转移的分子机制,细胞粘附分子蛋白降解相关分子肿瘤转移相关基因,细胞粘附分子,细胞粘附分子（celladhesionmolecule,CAM)指由细胞产生、介导细胞与细胞间或细胞与基质间相互接触和结合的众多分子的统称大多为糖蛋白，分布于细胞表面正常细胞之间的连接通过细胞粘附分子稳定组织的完整性,肿瘤转移中粘附改变,肿瘤细胞间同质性粘附减弱肿瘤细胞与血管内皮细胞、基底膜发生异质性粘附钙黏附蛋白（cadherin）整合素（integrin）家族,钙黏附蛋白（cadherin）,上皮-钙黏附蛋白(E-cadherin)研究最多具有转移抑制作用E-cadherin的表达与分化程度、侵袭能力、恶性程度密切相关多种肿瘤中E-cadherin分子表达明显减少或缺失,整合素（integrin）家族,是一类膜镶嵌蛋白，有和两个亚单位非共价形成异二聚体复合物细胞表面受体在细胞信号传导过程中起重要作用与肿瘤细胞的侵袭和转移密切相关,蛋白降解相关分子,基底膜胶原的降解是肿瘤侵袭的重要事件降解相关分子：基质金属蛋白酶（matrixmetalloproteinase,MMP）组织金属蛋白酶抑制剂TIMP（tissueinhibitorofmetalloproteinase）,基质金属蛋白酶（MMP）,能水解细胞外基质的蛋白水解酶同一种MMP可降解多种细胞外基质成分在肿瘤侵袭转移中起关键性作用1)间质胶原酶，又称基质金属蛋白酶1（MMP-12)IV型胶原酶,又称明胶蛋白酶2（MMP-2）3)基质溶解素,又称蛋白多糖酶（MMP3）4)膜型基质金属蛋白酶（MT-MMP）,金属蛋白酶组织抑制剂(TIMP),可抑制基质金属蛋白酶TIMP与MMPs关系决定ECM降解和合成平衡，决定肿瘤侵袭与转移的潜能。,肿瘤转移相关基因,肿瘤转移抑制基因（metastasissuppressorgene）nm23基因KAI1基因KISS1基因：肿瘤转移基因（tumormetastaticgenes）：MTA-1基因TIAM1基因,第四节肿瘤免疫,获得肿瘤抗原启动免疫反应（免疫监视）抗原丢失逃避免疫监视（免疫逃逸）,