肿瘤的分子生物学

肿瘤的分子生物学第一节肿瘤与癌症癌症

多细胞器官性的疾病，这些器官的细胞生长异常，失去调节，并常伴有异常分化，形成瘤。在高等脊椎动物中及植物中都有发现。癌细胞与正常细胞相比呈现以下特征:癌细胞

癌细胞的特点:扫描电镜显示正常细胞伸展开并形成长条形，而癌细胞变圆并形成球样团块。(引自B.Lewin,2004)。1）无限繁殖，癌细胞不受海弗利克界限（Hayflicklimit）的影响。2）接触抑制现象丧失

3）癌细胞间粘着性减弱

4）易被凝集素凝集

5）粘壁性下降

6）细胞骨架结构紊乱

7）产生新的膜抗原

8）对生长因子需要量降低癌细胞的特点:癌的多种类型图1997年美国不同癌症的发病率和死亡率（引自S.Simmons,2003）肿瘤发生频率和年龄之间关系外因：物理致癌因子（高能辐射）化学致癌因子（环状化合物，亚硝酸等）生物致癌因子（肿瘤病毒，黄曲霉素）内因：蛋白质功能水平上的病毒活性，重要的生长调节基因的突变，如激素控制细胞生长的机制被破坏。癌症的发生原因肿瘤不仅是一种环境病，也是一种基因病第一节肿瘤与癌症内容提要：癌基因(oncogene)

反转录病毒致癌基因细胞转化基因抑癌基因(tumorsuppressorgene)癌基因最早在肿瘤病毒中发现。到目前为止，癌基因己发现有100多个。1910年P.Rous发现了Rous肉瘤病毒（Roussarcomavirus），1966获诺贝尔奖

FrancisPeytonRous

(1879－1970）

Renato

Dulbecco

(1914-)1952年美国的R.D.Dulbecco发现肿瘤病毒。1975年获诺奖1970年H.Temi和D.Baltimore发现致癌的RNA病毒中存反转录酶癌基因。1975年获诺奖DavidBaltimore(1938-)HowardMartinTemin(1934–1994)一、癌基因癌基因的分类病毒癌基因：(virusoncogene,v-onc)DNA病毒、RNA病毒（反转录病毒）细胞癌基因：(cellular-oncogene,c-onc)

(一)反转录病毒致癌基因Rous于1911年首先发现鸡肉瘤病毒（后称劳斯肉瘤病毒RSV），研究证明它是一种反转录病毒，在接种给鸡后诱发肉瘤1966年，85岁的劳斯获得诺贝尔奖。1、反转录病毒颗粒结构2、反转录病毒的复制调节和启动转录

LTR

gag

pol

env

src

LTR长末端重复序列癌基因正常的病毒基因产生病毒表面糖蛋白产生逆转录酶和整合酶

产生病毒垮膜蛋白3、反转录病毒基因组结构产生p60src蛋白质，磷酸化蛋白。靶蛋白磷酸化4、反转录病毒癌基因（v-onc)的起源

(二)细胞转化基因或细胞癌基因：(c-onc)

细胞转化基因实质上就是由一类原癌基因突变而来。当原癌基因在某些外界因素（如放射线、化学致癌物等）的作用下，发生数量和结构上的微细变化，形成了致癌性的细胞转化基因，从而使正常细胞转化为肿瘤细胞。

原癌基因是细胞内与细胞增殖相关的正常基因，是维持机体正常生命活动所必须的，在进化上高等保守。

当原癌基因的结构或调控区发生变异，基因产物增多或活性增强时，使细胞过度增殖，从而形成肿瘤。

1、原癌基因原癌基因的特点:广泛存在于生物界中；基因序列高度保守；作用通过其产物蛋白质来体现；正常情况下表达水平很低被激活后，形成致癌性的细胞转化基因。原癌基因的分类：根据原癌基因产物在细胞中的位置，可分为：●与膜结合的蛋白，如src基因产物；●可溶性蛋白，如mos基因产物；●核蛋白，如myc基因产物。根据原癌基因表达产物的功能，可分为：●蛋白激酶类，如Src家族（酪氨酸蛋白激酶类）●生长因子类●生长因子受体类●GTP结合蛋白类，如Ras家族●核蛋白类（DNA结合蛋白），如Myc家族●未知功能类碱基缺失或单碱基突变基因扩增染色体重排蛋白质活性大大提高蛋白质未变化，但总量大大提高增强子功能使癌基因高效表达与强启动子基因相融合，提高癌基因表达效率

原癌基因2、原癌基因的激活机制（1）点突变（2）LTR（longterminalrepeat)插入强启动子（3）基因重排（rearrange)费城染色体：

Nowell及Hungerford于1960年发现慢性粒细胞性白血病（cml）血中有一个小于g组的染色体，由于首先在美国费城（philadelphia）发现，故命名为ph染色体。用bcr/Abl融合基因，制备的探针来检测细胞，看是否杂交信号，细胞相同的位置上有两个条带都能显示出杂交信号。（4）缺失（Deletion）oncogene(-)cancer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。Brukitt淋巴瘤中c-myc因负调控序列缺失或LTR插入而增强表达。（5）基因扩增

蛋白质结构未变化，但总量大大提高基因扩增

原癌基因使每个细胞中基因拷贝数增加，从而直接增加可用的转录模板数以增加基因表达。二、抑癌基因抑癌基因(tumorsuppressorgene)

/隐性癌基因：是一种抑制细胞生长和肿瘤形成的基因。如：Rb抑癌基因、抑癌基因p53抑癌基因与原癌基因在生物学上有以下几点差异：①在功能上，抑癌基因起负调控作用，而原癌基因起正调控作用；②在遗传方式上，原癌基因是显性的，而抑癌基因在细胞水平上是隐性的，③在突变发生的细胞类型上，抑癌基因突变可以发生在体细胞中，也可能发生在生殖细胞中并通过生殖细胞得到遗传。原癌基因突变只发生在体细胞中。IncreasedExpressionCellCycleArrestinG1ApoptosisDNARepairCelldivisionWUTANTp53LossofCellCycleArrestinG1GenomicInstabilityCelldivisionWithAccumulatedDNADAMAGEWILDTYPEp53Differentiationp53直接作用于细胞周期p53通过DNA修复酶进行DNA修复或凋亡，维持基因组可塑性和基因组稳定性。Rb抑癌基因Rb基因是从视网膜母细胞瘤中克隆到的一个抑癌基因，其功能是阻止G期细胞进入S期，从而控制细胞增值。当把正常的Rb基因产物注入到癌变视网膜母细胞瘤的细胞中，可以抑制细胞生长。Rb(retinoblastoma)Rb(retinoblastoma)

视网膜母细胞瘤三细胞周期调节基因

2001年诺贝尔医学奖LelandH.Hartwell

(1939-)FredHutchinsonCancerResearchCenterR.TimothyHunt(1943)RoyalFoundationforCancerResearch

1987年确认、克隆了控制细胞周期基因

SirPaulM.Nurse

(1949-)RoyalFoundationforCancerResearch

1989年发现了控制CDK功能的周期白质

1973年发现了控制细胞周期的特定基因

细胞周期蛋白cyclin。CDK2与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性，故名细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependentkinase，CDK)。细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子CKi或是P21。细胞周期调节基因

CDKactivatingCDK2周期复合物，能磷酸化DBRP，激活泛蛋白，来反馈调节四细胞凋亡相关基因在2002年因其研究发现对器官发育和程序性细胞死亡的基因调控所作的贡献而获得了诺贝尔医学奖。（四）细胞凋亡相关基因细胞凋亡（apoptosis）是机体维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序性死亡，涉及一系列基因激活、表达以及调控等的主动过程，是机体为了更好地适应生存环境而主动采取的一种死亡过程。细胞凋亡是正常的生理过程：（1）是具有清除发生过程及成熟个体中多余细胞及老化细胞以调节机体的作用.

（2）是具有消除对机体有害的癌细胞及病毒感染细胞的机体防御作用。但是凋亡过多或过少都可引起疾病发生！！！细胞凋亡的特征1.形态学特征：

①胞膜完整，外形发泡状，②胞质浓缩，细胞器紧聚。③染色体紧缩呈月牙状，凝聚在核膜周围。④形成膜包的凋亡小体(apoptoticbody)，被附近的细胞或巨噬细胞(Mф)吞噬消化清除。⑤细胞凋亡可发生在正常细胞群中的单个细胞。2.生化特征：①胞浆内Ca2+浓度升高。②细胞内活性氧增多。③质膜通透性变大。④DNA内切酶活性被激活升高，双链DNA在核小体之间切断形成185bp为基数的有序片段。⑤Ⅱ型谷氨酰胺转移酶和需钙蛋白酶（Calpain）、半胱天冬蛋白酶（caspases）活性升高。⑥磷脂酰丝氨酸外翻。ApoptosisversusNecrosis细胞凋亡的激发因素

生理性因素损伤刺激肿瘤坏死因子家族

病毒感染FasL、TNFP53、PTEN

转化生长因子

细胞毒素细胞抑癌基因自由基

神经递质治疗因素

谷氨酸、多巴胺

去除细胞生长因子

基质失去粘附特性

化疗药物

紫外线

中草药生理性因素

杆状病毒P35

细胞生长因素

牛痘病毒CrmA

细胞外基质药物因素

雌激素

促癌物

雄激素

苯巴比妥

中性氨基酸PMA病毒因素

六氯化苯

腺病毒E1B

半胱氨酸蛋白酶抑制剂细胞凋亡的抑制因素细胞凋亡的调控基因

——以哺乳动物为例凋亡促进（apoptosison）基因凋亡促进基因包括野生型P53，ICE，TGFB，Fas，c-myc，Ced-3，Ced-4，Bax等。凋亡抑制（apoptosisoff）基因凋亡抑制基因包括bcl-2，Rb，ced-9，突变型P53等。B细胞凋亡的分子机制

凋亡促进（apoptosison）基因

P53为肿瘤的抑制基因，分为两型：一型为野生型，可使细胞周期停止在G1期，抑制细胞繁殖，诱导易感细胞发生凋亡；另一型为具有突变能力的变异型。白介素1B转换酶（interlukin1-B-convertingenzyme，ICE），与线虫细胞凋亡相关基因Ced-3有较高的同源性，具有直接诱导细胞凋亡的作用。Fas为死亡受体，Fas-L是T淋巴细胞产物，Fas和Fas-L结合诱导细胞凋亡。癌基因c-myc是调控细胞周期的主要基因。研究表明，c-myc在哺乳动物的细胞凋亡中发挥作用，它的过度表达既可使细胞周期变短、分裂增加，也可使细胞凋亡，这主要取决于能否获得关键的生长因子。Cleveland认为，抑癌因素存在时，c-myc促进凋亡，而有致癌因素时，c-myc促进增殖。Bax为Bcl-2基因家族成员，可诱导细胞凋亡。凋亡抑制（apoptosisoff）基因B细胞淋巴瘤白血病基因2（Bcelllymphomaleukemiagene2，bcl-2）是细胞凋亡研究中最受重视的原癌基因之一。bcl-2、细胞色素C、细胞凋亡三者之间的关系：bcl-2对细胞凋亡的调节作用是一个关键因素，它能通过阻止细胞凋亡信号传导系统的最后共同通道而抑制细胞凋亡。对哺乳动物能抑制多种细胞类型的细胞凋亡，抑制由多种因素引起的细胞凋亡。突变型P53丧失野生型P53诱导细胞凋亡的作用，可抑制细胞凋亡。突变型P53还可拮抗c-myc引起的凋亡敏感性，从而对凋亡起到间接负调控作用。BcL-2familyBc1-2（Bcelllymphoma/leukemia-2，B细胞淋巴瘤/白血病-2)是一种原癌基因，是ced-9在哺乳类中的同源物。和一般的癌基因不同，Bc1-2延长细胞的生存，能抑制细胞凋亡，而不是促进细胞的增殖。

Bcl-2家族已发现26个成员，所有Bcl-2家族成员均含有1个或多个BH结构域。蛋白含有4个Bcl-2同源结构域，依次命名为BHl、BH2、BH3和BH4。可分为3个亚族：Bcl-2亚家族,Bax亚家族,BH3亚家族Bcl-2蛋白家族成员的相互作用与细胞凋亡的关系家族成员可能存在的聚合体形式抑制凋亡bcl-2bcl-2/bcl-2bax/bcl-2bcl-XLbcl-XL/bcl-XLbcl-2/bcl-XLMcl-1Mcl-1//bcl-XLMcl-1/bcl-2促进凋亡baxBax/baxbax/bax-XLbcl-XsBcl-Xs/bcl-2bcl-Xs/bcl-XLbadBad/bcl-2bad/bcl-XLbakBak/bcl-XL第二节肿瘤转移的分子机制

肿瘤转移是恶性肿瘤的生物学特征之一，严重影响肿瘤患者的治疗和预后。

肿瘤转移是多步骤、多因素的复杂过程，是多阶梯瀑布过程。

（一）原发瘤增殖和扩展增殖导致肿瘤内部压力增加增殖只是肿瘤细胞转移的基础接触抑制丧失

（二）肿瘤血管的形成肿瘤超过1～2mm3时，新生血管形成是维持其生长所必需。宿主毛细血管网进入肿瘤组织。是血管生成刺激因子和抑制因子共同调控的结果。肿瘤的生长和转移与血管形成密切相关。肿瘤新生毛细血管是在周边组织原有的血管基础上延伸扩展形成的肿瘤本身能诱导血管的形成。血管新生包括以下步骤：

血管内皮基质膜溶解内皮细胞向肿瘤组织迁移内皮细胞在迁移前沿增殖内皮细胞管道化、分支形成血管环形成新的基底膜血管新生是血管生长因子和血管生长抑制因子均衡作用的结果血管生成刺激因子：VEGF、FGF、EGF、

angiogenin、TNF-α等血管生成抑制因子：angiostatin、endostatin、

PEDF、γ干扰素等

（三）肿瘤细胞脱落并进入基质恶性肿瘤细胞E-钙粘连素(E-cadherin)表达降低。肿瘤细胞分离倾向与细胞膜结构的变化和粘附力的下降有密切关系。癌细胞表面电荷发生改变、与钙离子结合能力减弱以及桥粒发育不全也与之有关。癌细胞可以产生多种水解基质(ECM)的酶类。定向移动（migration）：在癌细胞侵袭过程中起重要作用。

（四）进入脉管系统肿瘤组织的血管与正常血管差异显著。肿瘤血管为侵入基质的游离肿瘤细胞进入循环系统提供条件。

（五）癌栓形成侵袭进入循环的癌细胞大部分死亡(脱巢凋亡)。转移能力高的细胞在循环中相互聚集形成小的癌栓才能抵抗易损因素。

（六）肿瘤细胞锚定黏附肿瘤细胞-血小板簇与靶器官内皮细胞的粘附并锚定在内皮细胞表面。微小脉管对癌栓的截获也是锚定粘附的方式。影响粘附的因素：碳氢类配子与选择素透明质酸裂解酶受体CD44v与整合素

（七）逸出循环系统肿瘤细胞诱导脉管基底膜的降解和穿透。肿瘤细胞穿透脉管后细胞外基质中的移行。

（八）转移后结局侵入靶器官的肿瘤细胞形成转移瘤并进行性长大才真正完成了转移。转移后生长转移之转移转移的休眠（黑色素瘤、乳腺癌切除后多年后的复发）

处于G0期，逃避机体杀伤作用；分裂和死亡处于动态平衡；肿瘤血管形成缓慢；正常的机体免疫功能状态。二、肿瘤转移的相关基因基因调控下的肿瘤转移肿瘤转移与促进基因和抑制基因之间表达失衡相关。不是所有的肿瘤都有转移表型，同种肿瘤细胞不同个体转移能力也不一样。（一）促进肿瘤转移的基因

与肿瘤转移相关的基因有很多种，但还没有严格意义上的转移基因

ras基因基本生物学特性效应蛋白：IV型胶原酶、组织蛋白酶和与细胞运动相关的细胞因子

CD44v：肿瘤转移促进基因CD44是广泛分布跨膜糖蛋白分子，能与细胞外基质中透明质酸、血管内皮细胞的粘附。其正常功能是作为受体识别透明质酸（HA）和胶原蛋白Ⅰ、Ⅳ等，主要参与细胞-细胞，细胞-基质之间的特异性粘连过程。CD44V6高表达的癌细胞可能获得淋巴细胞“伪装”，逃避人体免疫系统的识别和杀伤，更易进入淋巴结，形成转移。可促进ras基因表达

（二）抑制肿瘤转移基因

抑制肿瘤转移基因是近年来倍受关注的研究领域。