肿瘤的生化基础

第十七章肿瘤的生化基础肿瘤的生化基础第1页第一节

概述

生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第2页

1911年，PeytonRous发觉鸡肉瘤病毒能够致癌。产生“肿瘤源于体细胞基因改变”概念。

1947年，CharlotteAuerbach和J.M.Robson证实化学物质能够引发DNA损伤，破坏基因组稳定性，诱发肿瘤。

1970年代，基因克隆、基因转移等各种基因操作技术快速发展，并与肿瘤学（oncology)研究相结合。

1979年发觉了第一个细胞癌基因。癌基因、抑癌基因相继发觉，确认“肿瘤是一个基因病（geneticdisease）”。肿瘤分子研究史:生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第3页促进正常细胞向肿瘤细胞转化原因生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第4页癌基因、抑癌基因与生长因子关系癌基因抑癌基因细胞生长因子正调控负调控产物生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第5页第二节

癌基因

Oncogenes生物化学护理学专业本科教材癌基因(oncogene)细胞内控制细胞生长和分化基因，它结构异常或表示异常，能够引发细胞癌变。肿瘤的生化基础第6页对人、动物有感染性。DNA病毒DNA能够整合到宿主靶细胞DNA分子上。一些病毒基因中含有病毒癌基因（V-onc）序列，编码转化蛋白可使细胞癌变。生物性致癌主要指肿瘤病毒，包含DNA肿瘤病毒及RNA肿瘤病毒。致癌病毒有DNA病毒和RNA病毒肿瘤病毒特点：生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第7页（一）病毒癌基因(virusoncogene,v-onc)存在于病毒基因组中癌基因，它不编码病毒结组成份，对病毒复制也没有作用，但能够使细胞连续增殖。一、病毒癌基因和细胞癌基因（二）细胞癌基因(cellular-oncogene,c-onc)存在于生物正常细胞基因组中癌基因，或称原癌基因(proto-oncogenes,pro-onc)。生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第8页

调整和开启转录LTRgagpolenv

srcLTR

长末端重复序列癌基因正常病毒基因产生病毒关键蛋白产生逆转录酶和整合酶

产生病毒外膜蛋白产生酪氨酸激酶*病毒基因组结构生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第9页病毒癌基因（V-onc）与细胞癌基因差异只是V-onc无内含子，而C-onc常有内含子。有时一些V-onc序列与C-onc比较，常有碱基替换，缺失。正因为序列有同源性，一旦V-onc整合至细胞基因后，不需激活便可产生细胞转化作用。许多病毒癌基因与细胞癌基因序列同源如Rous肉瘤病毒癌基因v-src编码p60src，含有TPK活性。生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第10页生物化学护理学专业本科教材V-onc形成示意图肿瘤的生化基础第11页细胞癌基因特点广泛存在于生物界中；基因序列高度保守；作用经过其产物蛋白质来表达；被激活后，形成癌性细胞转化基因。生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第12页细胞癌基因分类及其产物依据原癌基因表示产物在细胞中定位和功效分为：1

src家族——酪氨酸蛋白激酶2.ras家族——p213.myc家族——核内DNA结合蛋白4.sis家族——p28(类人血小板源生长因子)5.erb家族——生长因子、蛋白激酶类6.myb家族——核内转录因子生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第13页细胞癌基因产物及其功效c-sisEGF受体基因ras基因家族H-rasK-rasN-rasc-srcc-myc血小板源生长因子（PDGF）β链。PDGF调整靶细胞正常生长与增生。对应v-sis发觉于猴肉瘤病毒中，产生p28sis蛋白，能使靶细胞过分增生EGF受体与EGF结合后转导细胞增生信号。对应病毒癌基因v-erbB产物为gp65erbB，缺失配体结合域，不需与EGF结合就可转导细胞增生信号产物Ras蛋白属于小G蛋白，与GTP结合后有活性，能转导细胞生长增生信号。突变Ras蛋白不含有GTPase活性，结合GTP后连续活化产物为60kD胞质酪氨酸蛋白激酶，转导细胞生长与增生信号，v-src产物能使细胞转化产物为49kD核内转录因子，与Max蛋白形成异二聚体，与特异顺式作用元件结合，活化靶基因转录二、细胞癌基因产物功效生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第14页癌基因与生长因子信号转导生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第15页（一）取得开启子与增强子（二）基因易位（三）原癌基因扩增（四）点突变（五）DNA重排出现新表示产物出现过量正常表示产物出现异常、截短表示产物三、原癌基因激活机制癌基因被激活结果生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第16页第三节

抑癌基因

tumorsuppressorgene

生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第17页抑癌基因(tumorsuppressivegene,anti-oncegene)抑制细胞过分生长、增殖从而遏制肿瘤形成基因。一、抑癌基因概念生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第18页细胞杂交试验正常细胞肿瘤细胞非肿瘤型杂交细胞杂交融合肿瘤细胞1肿瘤细胞2杂交融合非肿瘤型杂交细胞正常细胞失去一些基因肿瘤细胞生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第19页抑癌基因染色体定位产物定位功能相关肿瘤DPCD4NF1NF2WT1APC（FA0）RBp53p16DCCMEN-118q21.117q11.222q12.211q135q21-2213q1417q12-13.39p2111p15.511q13细胞表面胞膜内面细胞骨架细胞核细胞质细胞核细胞核细胞核细胞膜未定转导TGFβ信号抑制Ras信号转导抑制Ras信号转导转录因子抑制信号转导负调整细胞周期负调整细胞周期DNA损伤后细胞凋亡负调整细胞周期细胞黏附与TGFβ信号相关胰腺癌、结肠癌等施万细胞瘤脑膜瘤等Wilms’瘤胃癌、结肠癌等视网膜母细胞瘤、肺癌、骨肉瘤等大多数癌症胰腺癌、食管癌等大肠癌、胰腺癌等多发内分泌肿瘤一些抑癌基因及其功效丧失后造成相关肿瘤

生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第20页1.视网膜母细胞瘤基因（Rb基因）G0G1期Rb蛋白E-2FS期E-2FDNAmRNADNA抑癌基因作用机制PRb蛋白生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第21页pRb磷酸化与细胞周期生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第22页2.p53蛋白p53蛋白解链酶复制因子Ap21蛋白细胞停滞于G1期细胞自杀酸性区关键区碱性区p53蛋白DNA损伤p21基因p53蛋白抑制p53蛋白成功修复修复失败生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第23页在G1期监视细胞基因组完整性，阻滞DNA损伤细胞停留在G1期，使细胞有足够时间进行DNA损伤修复，抑制肿瘤发生。损伤不能修复，则诱导细胞凋亡，即抑制细胞生长从而防止产生含有癌变倾向突变细胞。p53蛋白生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第24页p53蛋白经过诱导p21WAP1/Cip1基因转录，抑制各型Cyclin-Cdk复合体对Rb磷酸化，使Rb处于非磷酸化状态，从而抑制细胞G1期→S期转换。经过诱导GADD45基因表示，引发G1期停滞，修复DNA损伤。

p53蛋白与TATA结合蛋白（TATAboxbindingprotein,TBP）结合，抑制c-fos、c-jun、PCNA及p53本身基因转录，抑制细胞增殖。

p53蛋白与复制因子A相互作用，抑制DNA复制。p53蛋白诱导G1期停滞路径：生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第25页二、癌基因、抑癌基因与肿瘤发生原癌基因可在一些原因作用下被激活而含有转化细胞性质，经过干扰正常细胞信号转导过程造成细胞异常分化和增殖。

抑癌基因功效缺失或失活也是细胞癌变主要原因。生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第26页

基因缺失或本身突变，使表示产物失去活性表示蛋白质磷酸化状态抑癌基因与癌基因表示蛋白相互作用。抑癌基因失活常见几个路径：生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第27页第四节

生长因子

Growthfactors

生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第28页生长因子（growthfactor,GF）是一类能促进细胞增殖肽类，经过与质膜上特异受体发挥作用。生长因子发挥作用方式有几个：①内分泌（endocrine）②旁分泌（paracrine）③自分泌（autocrine）一、生长因子概念及其功效

生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第29页对一些细胞同时有促进和抑制作用肾、血小板转化生长因子β（TGFβ）类似于EGF转化细胞或肿瘤细胞条件培养基转化生长因子α（TGFα）促进间充质及胶质细胞生长血小板血小板衍生生长因子（PDGF）对交感及一些感觉神经原有营养作用鼠唾液腺神经生长因子（NGF）刺激T细胞生长条件培养基白细胞介素2（IL-2）刺激T细胞生成白介素2条件培养基白细胞介素1（IL-1）促进各种细胞增殖各种细胞成纤维细胞生长因子（FGFs）（最少9个家族组员）调整早成红细胞增殖肾、尿液红细胞生长素刺激各种上皮和内皮细胞生长鼠唾液腺上皮生长因子（EGF）功效起源生长因子常见生长因子及其功效生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第30页生长因子作用生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第31页产生对应第二信使胞内相关蛋白质被磷酸化与膜受体结合酪氨酸激酶活化蛋白激酶活化核内转录因子活化基因转录与胞内受体结合生长因子–

受体复合物，活化相关基因二、生长因子作用机制生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第32页肿瘤细胞中常表现为促进增殖信号增强。癌基因/生长因子信号转导异常与肿瘤异常增殖相关癌细胞能分泌更多生长因子2.生长因子受体数量增多3.信号路径分子异常激活三、生长因子与肿瘤生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第33页转化生长因子β（Transforminggrowthfactor-β，TGF-β）信号路径对一些细胞（如成纤维细胞）起促进分裂作用，但对大多数上皮细胞生长起抑制作用。例：TGF-β路径抑制大多数细胞生长TGF-β受体是一Ser/Thr蛋白激酶。受体底物为Smad家族蛋白。Smad与TOXO共同激活时能抑制促细胞生长基因表示，对细胞生长、凋亡起调控作用。Smad抑制myc表示；myc抑制Smad抑制生长作用。生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第34页TGF

受体介导信号转导通路生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第35页第五节

细胞凋亡

apoptosis生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第36页一、细胞凋亡概念

细胞凋亡(apoptosis)是由细胞内特定基因程序性表示而介导细胞死亡,又称程序性细胞死亡（programmedcelldeath，PCD

）。它首先是生物个体胚胎发育过程中程序化事件，另首先是成熟个体在各种生理病理条件下维持组织中细胞数目平衡反应。生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第37页隐性时相执行时相诱因不可逆转位点审判阶段定型阶段形态改变凋亡时相凋亡时相生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第38页凋亡细胞形态凋亡小体

细胞表面皱缩，与相邻细胞解离细胞核变小，伴有染色质固缩及分离细胞核裂解成被2层脂质膜包裹分散碎片，并以出芽方式形成凋亡小体被周围细胞所摄取并在它们溶酶体内被消化生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第39页二、细胞凋亡分子机制和凋亡相关基因

细胞凋亡是机体严格调控去除不需要细胞独特细胞死亡方式，细胞凋亡过程是一个特殊凋亡信号触发，按严格程序转导而发生过程，包括各种基因表示和各种凋亡相关蛋白作用。生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第40页

Caspases家族组员拥有相同氨基酸序列、结构和底物特异性，都以酶原(30kD～50kD）形式表示。

Caspase酶原由原结构域、大亚基（～20kD）和小亚基(～10kD）组成。原结构域序列和长度高度可变，参加Caspase

活化调整：结合底物和酶解反应所必需氨基酸残基由整合大、小亚基共同提供；在含有半胱氨酸活性位点氨基酸残基是保守均为五肽：Gln-Ala-Cys-Arg-Gly。（一）胱天蛋白酶（caspase）与细胞凋亡生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第41页胱天蛋白酶活化生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第42页

胱天蛋白酶作用含有级联活化特点

有些胱天蛋白酶位于级联活化路径上游，属于起始者（initiatorcaspases），如胱天蛋白酶8和9，它们在死亡信号及其信号转导分子作用下发生自我活化。

另有一些胱天蛋白酶属于效应者（effectorcaspase），位于胱天蛋白酶级联反应下游，如胱天蛋白酶3，它前体是胱天蛋白酶原8或9底物，活化胱天蛋白酶原3能够水解底物蛋白，造成细胞形态及功效改变。生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第43页（二）细胞凋亡信号转导路径细胞凋亡两条路径生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第44页（三）细胞凋亡相关基因bcl2基因家族

1985年Tsujimoto等从B细胞淋巴瘤染色体上因易位t(14;18)(q32;q21)而激活基因中发现bcl-2(Bcelllymphoma/leukemia2)，易位后bcl-2基因在14号染色体上受lgG开启子、增强子控制，造成过分表示。生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第45页Bcl-2蛋白质家族

bcl–2家族组员有两大结构域：羧基端跨膜结构域（transmembraneregion,TM)，为bcl-2定位于细胞内膜所必需；数量不等（1～4）bcl-2同源结构(bcl-2homology,BH)，是bcl-2家族组员之间或bcl-2家族组员和其它蛋白相互作用分子基础。包含bcl-2、bcl-x、bax等。生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第46页

Bcl-2阻断细胞凋亡机制bcl-2还可抑制c-myc

和p53等基因诱导凋亡。阻断凋亡最终共同通路。预防细胞死亡过程发生，但对增殖过程似无影响bcl-2保护细胞不发生凋亡，包括药品介导DNA损伤程序降低，增加DNA修复，抑制药品介导核苷酸库改变，以及细胞周期中一些动力学方面改变生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第47页p53抑癌基因表示产物WTp53功效：诱导细胞周期停滞于G1期诱导细胞凋亡p53能上调bax表示，下调bcl-2表示，从而促进细胞凋亡其它凋亡相关基因生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第48页p53促进细胞凋亡生化机制许多凋亡因子基因开启子区都有p53反应元件（PRE）结合p53后被激活转录表示—Fas、FasL、

Apaf-1、DR5和Bax等表示增高，促进凋亡；抑制bcl-2基因表示，降低其抗凋亡作用。生长阻止和DNA损伤诱导基因45（GADD45）开启子区亦有PRE，p53促进其表示结合增殖细胞核抗原（PCNA）减弱DNA修复促进内质网释放TNF-

和Fas，加强凋亡p53结合DNA复制蛋白A（RPA）而阻止DNA复制生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第49页c-myc原癌基因产物myc属于myc癌基因家族，所表示蛋白质产物为DNA结合蛋白酶类。在许多情况下，c-myc诱导细胞凋亡需要缺乏生长因子。c-myc基因表示与其它致癌原因同在时表现为增殖作用，与其它抑癌条件共存时造成细胞走向死亡。生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第50页*多个不一样癌相关基因异常激活或失活*原癌基因激活和抑癌基因失活同时存在*抑制凋亡基因表示增加、促凋亡基因表示降低

细胞癌变是多基因、多步骤、多原因复杂过程三、细胞凋亡与肿瘤生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第51页它们存在或量变能提醒肿瘤性质，并有利于了解肿瘤起源、分化，从而有利于肿瘤诊疗、分类、预后判断及转导治疗。附录：肿瘤标识物肿瘤标识物（tumormarker）是指由肿瘤细胞产生、与肿瘤性质相关一类分子，这类分子不存在于正常成人组织，而是在胚胎或肿瘤组织。意义：生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第52页肿瘤标识物应含有以下特点：①标识物改变与肿瘤生长、转移等有直接定性、定量关系。②含有特异性，即能与正常细胞、良性肿瘤区分。③检测标识物方法应简便。生物化学护理学专业本科教材肿瘤的生化基础第53页

多发骨髓瘤

多发骨髓瘤、慢性淋巴性白血病

22.5~45kD

12kD蛋白质类

本固蛋白

β2微球蛋白

库兴综合征

胚胎绒毛膜、睾丸肿瘤

4.5kD45kD激素类

促肾上腺皮质激素

人绒毛膜促性腺激素

肝肿瘤

骨、肺、白血病、肉瘤

肝、胃、结肠肿瘤

肝、白血病

160kD

95kD

80