第二章 肿瘤多因素多步骤发病机制ppt课件

1、.,1,第二章 肿瘤多因素多步骤发病机制,石河子大学医学院病理教研室 曹玉文,2,.,体细胞基因组,化学性,物理性,致瘤病毒,遗传因素,癌基因激活,抑癌基因失活,细胞信号传导异常, 细胞周期和分化调控机制破坏,细胞增殖失控、凋亡受阻、分化异常,3,.,人类对肿瘤发病机制研究的历史,化学致癌学说：1755年 物理致说学说：1910年 病毒致癌学说：1911年 癌基因假说：1969年 抑癌基因假说 - “二次打击”学说：1974年 肿瘤多阶段致癌学说：1990年,.,4,第一节 化学致癌,5,.,一、化学致癌物的研究历史,1775年英国的Percival Pott发现童年时当过烟囱清扫工的男性易发

2、生阴囊癌。 1875年德国的Volkman观察到长期接触煤焦油的工人易患皮肤癌。 1915年日本的山际克三郎用煤焦油涂擦兔耳成功地诱发皮肤癌。 1933年英国的James Cook等成功地分离出了煤焦油的致癌成分-苯并芘。,6,.,Chemical carcinogen,1775年英国医生 Percival Pott 发现童年时当过烟囱清扫工的男性易发生阴囊癌。 Pott 的发现首次提示了职业暴露与某种特定类型肿瘤发病的联系。,1714-1788,7,.,We owe, Sir Percival Pott the knowledge of carcinogenesis. Pott, relat

3、ed the increased incidence of scrotal cancer in chimney sweeps. On his findings, Danish Chimney Sweeps Guild ruled that its members must bathe daily.No public health measure since that time, has so successfully controlled a form of cancer!,8,.,Chemical carcinogen,1915年日本科学家山际克三郎 反复用煤焦油涂擦兔耳成功地诱 发皮肤癌首

4、次在实验动物身上成 功地再现癌症。,9,.,多种化学致癌物与动物肿瘤关系的研究为人类认识化学致癌提供了一系列有意义的实验证据。,10,.,二、化学致癌物的分类,凡能引起人或动物肿瘤形成的化学物质，称为化学致癌物(chemical carcinogen) 。 根据化学致癌物作用方式可分为 直接致癌物 Direct carcinogen 间接致癌物 Indirect carcinogen 促癌物 Tumor promoting agent,11,.,Direct carcinogen,1. 能与体内细胞直接作用，诱导正常细胞癌变 2. 致癌力较强，致癌作用快速 3. 常见直接致癌物有 各种致癌性烷

5、化剂 亚硝酰胺类致癌物,12,.,Indirect carcinogen,1. 本身并无致癌作用，需在体内经代谢活化转变成终致癌物后才有致癌性。 2. 常见的间接致癌物 多环芳香烃类 芳香胺与偶氮染料 亚硝胺类 黄曲霉素,13,.,Tumor promoting agent,1. 单独作用于机体内无致癌作用，但能促进其他 致癌物诱发肿瘤形成。 2. 常见的促癌物有 巴豆油 糖精 苯巴比妥,14,.,根据化学致癌物与人类肿瘤的关系可分为 肯定致癌物 可疑致癌物 潜在致癌物,15,.,三、化学致癌物的代谢活化,根据间接致癌物代谢活化的程度可分为 前致癌物：未经代谢活化、不活泼的间接致癌物 近致癌物

6、：化学性质活泼、寿命极短的致癌物 终致癌物：带正电荷的亲电子物质,16,.,在间接致癌物代谢活化过程中涉及到的酶类中最重要的活化酶是混合功能氧化酶系统: 细胞色素P450 (Cytochrome P450, CYP450)。,17,.,CYP450超基因家族,CYP450超基因家族可分为10个家族, 包含100多个基因。 CYP450是外源性化学物质体内生物转化最主要的代谢酶。 该酶主要存在于内分泌组织、平滑肌、肝、肾肺、脑等组织中的滑面内质网上。,18,.,CYP450超基因家族,CYP450对化学致癌物的代谢具有双重性，通过对致癌物的环氧化、羟化、脱烷基化、氧化、还原、结合及水解，从而使致

7、癌物活化或代谢成水解产物排出体外。 CYP450基因多态是肿瘤易感性的一个重要方面,19,.,四、DNA加合物的形成,带有亲电子基团的终致癌物与DNA发生共价及非共价结合，形成致癌物-DNA加合物。 DNA加合物可造成多种形式的DNA损伤，如碱基替代、缺失、插入、 DNA交联，进一步引起点突变、移码突变等, 从而引起细胞癌变。 DNA加合物的形成是致肿瘤过程的重要阶段。,20,.,PAH-多环芳烃类化合物,PAH-鸟苷酸加合物诱发小鼠Ras codon12和13突变（GT） PAH-腺苷酸加合物诱发小鼠Ras codon16突变（AT） 黄曲霉素-p53 加合物致p53 codon249突变（

8、GCTA）,21,.,DNA加合物既是一种暴露标志物，又是一种效应标志物，反映DNA受到有毒化学物质损伤的效应剂量，因此在生物监测中具有重要意义，成为近年来研究和应用最多的一种分子水平的暴露标志物 。,22,.,五、遗传因素影响对致癌物的敏感性,间接致癌物需要通过酶介导的代谢活化而形成终致癌物。 遗传因素对酶体系活性的影响将影响致癌物的代谢活化 遗传因素的差异而造成的对致癌物代谢活化的差异将影响宿主对致癌物的敏感性。,23,.,六、 化学致癌物的累积和协同效应,累积作用：两种致癌物同时或相继作用，复合效应等于单独作用之和。 协同作用： 两种致癌物同时或相继作用，复合效应明显高于单独作用之和。,

9、24,.,七、常见的化学致癌物,多环芳香烃类 芳香胺和偶氮染料 亚硝胺类,25,.,多环芳香烃类,含苯环的化学致癌物 致癌作用强 广泛存在于煤焦油、烟雾、工业废气中 常见类型 3, 4苯并芘- 肺癌，皮肤癌和消化道癌 1, 2, 5, 6双苯并芘- 肺癌 甲基胆蒽 - 皮肤癌 二甲基苯蒽,26,.,芳香胺和偶氮染料,含有苯环和氮原子的化学致癌物 存在于各种着色剂、除草剂、防氧化剂、人工合成染料中 常见类型 乙萘胺、联苯胺 - 膀胱癌 二甲基偶氮苯 （奶油黄）- 肝癌 4-氨基偶氮苯 - 皮肤癌,27,.,亚硝胺类,亚硝胺是一大类广谱强致癌物 亚硝胺类化合物在环境中存在方式： 广泛存在于空气、水

10、、烟雾、薰烤肉类、油煎食品、腌制食品中 环境中存在很多亚硝胺的前身物质, 如亚硝酸盐、二级胺等普遍存在肉类、蔬菜、谷物中，在酸性环境中（如胃液）二级胺亚硝基化而合成亚硝胺。,28,.,亚硝胺类,致癌特点 明显的器官亲和性：对称性亚硝胺引起肝癌，不对称亚硝胺引起食管癌 作用范围广 致癌性强 致癌谱广：食管癌、胃肠癌、肝癌,.,29,第二节 物理致癌,30,.,物理致癌学说起因于对长期暴晒的海员可导致皮肤癌发病率高的观察，至1910年前后，Marin和Clunet等才报告了应用大剂量X线长期照射诱发大鼠肿瘤的确切证据。 1928年，Findlay等报告用紫外线照射小鼠，成功引发皮肤乳头状瘤和皮肤癌

11、。,31,.,1945年，广岛、长崎的原子弹爆炸，受铀辐射后的存活者中白血病、甲状腺癌、乳腺癌和肺癌发病率明显增高； 接受大剂量放射治疗后的肿瘤患者，原发灶控制后发生医源性白血病； 长期暴露于放射性钴、氡或其他放射性粉尘的矿工，肺癌发生率明显增高。 这些报道成为物理致癌学说的有力依据。,32,.,1. 电离辐射,电离辐射是最主要的物理性致癌因素 粒子辐射和电磁波辐射（X射线、射线） 电离辐射产生电离，形成自由基，破坏DNA结构，对DNA和染色体损害表现DNA断裂和染色体畸变。,.,33,第三节 致瘤病毒,34,.,一、致瘤病毒研究的历史,1908年Ellermann用鸡白血病无细胞滤液诱发鸡白

12、血病 1911年Rous用鸡肉瘤无细胞滤液诱发鸡肉瘤 1933年Shope将病毒所致兔乳头瘤皮下移植诱发鳞癌 1962年Burkitt根据流调结果推测高发于东非的一种淋巴瘤可能与感染性因素有关 1964年Epstein和Barr 在Burkitt淋巴瘤细胞培养液中发现该病毒样颗粒，命名为EB病毒，后证实该病毒与鼻咽癌相关，这是最早发现的与人肿瘤有明确病因学关系的病毒。,35,.,在19世纪以前，人们普遍认为肿瘤只是一类遗传性疾病，和微生物无关，直至1908年丹麦生物学家 Ellermann 和 Bang将患白血病鸡的无细胞滤液接种到健康鸡的身上发生了白血病以后，才在人类历史上首次证明动物肿瘤可

13、由病毒引起。,V. Ellermann and O. Bang. 1908. Experimentelle Leukmie bei Hhnern. Zentralbl. Bakteriol. Parasitenkd. Infectionskr. Hyg. Abt. Orig. 46: 595-609.,36,.,1911年，美国病毒学家Peyton Rous将鸡肉瘤的无细胞滤液接种到健康鸡体内，引起了被接种鸡发生肉瘤。 后借助于电子显微镜证明病原是一种病毒, 并被命名为Rous sarcoma virus（RSV）。,Rous P. A sarcoma of the fowl transmis

14、sible by an agent separable from the tumor cells. J. Exp. Med 1911, 13: 397- 411.,37,.,RSV的发现证实了病毒致癌理论, 是致癌机理研究的一个重要里程碑。,38,.,由于Rous对科学的特殊贡献， 1966年已87岁高龄的 Rous，在他的发现经历了半个多世纪后获得了诺贝尔医学和生理学奖。,1911年,1966年,.,39,二. 致瘤病毒的主要特征,40,.,与肿瘤有关的病毒可分为 致瘤性DNA病毒 致瘤性RNA病毒,41,.,1、致瘤性DNA病毒,DNA病毒6个大家族中5个具有细胞转化潜能 乳-多-空病毒类

15、 腺病毒类 疱疹病毒类 (EBV) 乙型肝炎病毒类 (HPV) 痘病毒类,42,.,DNA Virus共同特征,病毒致癌作用发生在病毒进入细胞后复制的早期阶段 相关的瘤基因多整合至宿主细胞DNA上,43,.,DNA Virus共同特征,人类无同源基因 其编码蛋白质主要是核蛋白, 直接调节细胞周期 腺病毒E1A、E1B SV40大T抗原 与p53 和Rb作用 HPV16、 HPV18的E6、E7 使细胞周期紊乱,44,.,DNA Virus共同特征,DNA感染宿主细胞后可分为: 允许性细胞: DNA能复制并导致细胞死亡 早期病毒产生转化蛋白，晚期形成病毒颗粒，将新的病毒颗粒释放 非允许性细胞:

16、病毒不能复制, 细胞能够存活 基因组整合到细胞DNA中，使细胞转化,45,.,2、致瘤性RNA病毒,RNA病毒的13个家族中仅有逆转录病毒(Retrovirus) 具有致瘤性, 与禽类、哺乳类及人类肿瘤有关。,46,.,Retrovirus基因组,逆转录病毒的基因组是单链的正链RNA 每个病毒颗粒中都有两个RNA 基因组 基因组包含3个结构基因,47,.,Retrovirus结构基因,Gag 编码核心蛋白 (capsid） Pol 编码逆转录酶 (reverse transcriptase) Env 编码表面糖蛋白 (envelope),48,.,Envelope（表面糖蛋白） Capsid（

17、核心蛋白 ） Genomic RNA Reverse transcriptase （逆转录酶）,Retrovirus,49,.,病毒在细胞内以RNA为模板，逆转录成病毒DNA。DNA两端每个U的末端增加一个U，使核苷酸顺序变长，称为长末端重复序列（long terminal repeat sequence, LTR）。,50,.,Retrovirus RNA 二是辐射、紫外线照射、致突变的化学物质造成的序列错误。 生物体内有完整的修复系统, 能够有效地修正这些错误, 以保证DNA 复制的精确性。修复的主要类型有光修复、切除修复、重组修复等。,87,.,DNA错配修复缺陷,DNA错配修复缺陷,

18、不能及时修复DNA复制时造成的错误, 引起基因组DNA 突变累积, 最终导致肿瘤发生。 HNPCC的发生涉及错配修复基因hMSH2和hMLH1突变导致的错配修复缺陷。,88,.,综上所述，通过对遗传性或家族性癌综合征的研究，人们已经鉴定出一些高外显度的肿瘤易感基因，这些基因携带者具有很高的患癌风险 (易感性) 但是由遗传综合征引起的肿瘤在人群中只占一小部分(5-10%)，大部分人类肿瘤(90%以上)是散发性的，是起源于环境致癌因素的影响。,89,.,5. 基因多态性与肿瘤的遗传易感性,肿瘤在人群中的分布具有显著不均一性，即使同样暴露于特定致癌物，有些人发病而另一些人则不发病。例如吸烟已经肯定是

19、肺癌的病因，但在正常生命期发生肺癌的吸烟者不到20%。 这些事实提示，大多数常见肿瘤的发生与环境-基因的相互作用有关。,90,.,已有研究表明：不同个体对致癌物的敏感性及DNA损伤后的修复能力存在差异，这些差异与致癌物代谢酶和DNA修复酶的活性差异有关。,91,.,现已知不同个体的一些代谢酶和DNA修复酶活性的差异与编码这些酶的基因SNP关系密切。 这些SNP影响或“修饰”不同个体对环境因素（如化学致癌物）作用的敏感性。,92,.,人类基因组计划结果显示，不同个体的基因是一样的，但在序列上有极小的（0.01）遗传差异，即单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphis

20、m，SNP）。,93,.,SNP是指特定的核苷酸遗传变异在人群中出现的最低频率大于1%。 SNP存在于整个基因组，且出现频率约为每1000个碱基对有1个核苷酸变异。 基因SNP与疾病的关系是当前生物医学界的研究热点。,94,.,化学致癌物在生活中分布相当广泛，如多环芳香烃类、芳香胺和亚硝胺类等。这些致癌物质在人体要经过代谢活化转变成终致癌物才能引起DNA的损伤. 有两类代谢酶在这些生化反应中起重要作用: 相代谢酶（以CYP为代表）使致癌物代谢活化，启动或促进肿瘤的发生。 相代谢酶（以GST为代表）使致癌物分解失活，抑制肿瘤的发生。,95,.,代谢激活和代谢解毒之间的平衡状态以及DNA的修复效率

21、，可能决定暴露于致癌物的个体发生肿瘤的易感性。 代谢激活速率高而代谢解毒速率低或DNA的修复功能低下的个体肿瘤易感性高。,.,96,基因环境相互作用与肿瘤发生(以肺癌为例),97,.,基因环境相互作用与肺癌,相代谢酶基因SNP与肺癌 相代谢酶基因SNP与肺癌 DNA损伤修复酶基因SNP与肺癌,98,.,CYP 基因多态性对肺癌风险的影响,细胞色素P450 (CYP)是一个超基因酶家族，人类CYP至少有20多种，负责外源性和内源性化合物的代谢。 CYP催化多环芳烃和芳香胺的氧化代谢，使之成为终致癌物与DNA形成加合物。,99,.,影响肺癌风险的CYP基因多态主要有 CYP1A1基因多态：CYP1

22、A1 m1和m2是中国人吸烟相关性肺癌强烈的遗传易感因素。 CYP2A6、CYP2D6和CYP2E1等基因多态性也和肺癌的发生相关。,100,.,CYP1A1基因有4个重要的SNP(m1-m4)： M1( CYP1A1*2A)位于3- 端非编码区polyA下游264bp处，为T C变异，这个变异可被限制酶Msp1识别。 M2(CYP1A1*2C)位于第7外显子，为A G变异，使编码氨基酸由Ile变为Val。 M3(CYP1A1*3)位于第7内含子，为T C变异。 M4(CYP1A1*4)是与m2相邻的C A变异，使编码氨基酸由Thr变为Asn。,SNP：Ile/Val、 Ile/Ile、Val

23、/Val,101,.,代谢活化,PAH前致癌物,PAH终致癌物,DNA加合物,肺癌,AHH活性高,CYP1A1*2C Val/Val,102,.,GST基因多态性对肺癌风险的影响,谷胱甘肽S-转移酶(GST)也是一个多基因酶家族，目前已知人体有五种GST。 GST催化谷胱甘肽与亲电子化合物反应形成共轭物，这种反应是一种解毒过程。基因多态使GST缺陷或活性低下，可能导致宿主对致癌物作用的敏感性增高。 目前研究最多的是GSTM1、 GSTP1和GSTT1。,103,.,GSTM1基因多态性,GSTM1编码GST-蛋白可催化苯并芘活化产物与谷胱甘肽结合，使其失去致突变活性。 GSTM1有四种等位基因

24、，其中 GSTM1*0为缺失型等位基因，没有GSTM1活性，对特定致癌物的解毒能力下降。 人群中GSTM1*0等位基因频率接近50%。,104,.,研究显示，既暴露于致癌物又有GSTM1基因缺陷的个体肿瘤风险高。 GSTM1基因缺失与CYP1A1基因Msp1多态有显著的协同作用。,105,.,DNA修复基因多态与肺癌易感性,在人群中DNA修复能力具有明显的个体差异，癌症病人的DNA修复能力通常低于正常人群的平均水平。 DNA修复能力的差异是决定癌症遗传易感性的另一个重要因素。 核苷酸切除修复系统XPD基因和碱基切除修复系统XRCC1基因多态与肺癌易感性有关。,106,.,XPD基因,XPD e

25、xon 10 codon 321GA, AspAsn XPD exon 23 codon 751CA, LysGln 这两个位点的多态处于连锁不平衡状态（XPD321Asp等位基因携带者总是趋向携带XPD751Lys）,107,.,XPD基因,研究显示： 携带XPD321Asn/Asn和751Gln/Gln等位基因的吸烟者患肺癌的风险比野生型基因型高两倍,108,.,遗传易感因素鉴定在肿瘤防治中的应用,癌家族高风险个体的遗传咨询和检测 检测hMSH2，hMLH1突变对HNPCC的筛查 指导和改进普通人群的肿瘤预防 吸烟与肺癌（CYP1A1基因多态吸烟者发生肺癌的风险高30倍）,109,.,存在

26、的问题与展望,目前关于基因SNP与肿瘤易感性的研究存在的问题是研究结果的不一致性，其原因可能有： 未突破单基因病的研究思路 缺乏基于符合生物学原理的分层分析 研究的样本太小,110,.,联合应用一些基因和其他非遗传易感因素，有可能界定肿瘤的“风险谱”，用于鉴定高风险亚群和个体。 阐明肿瘤的遗传易感性对肿瘤检测、早期诊断、预防和治疗有重要影响。,.,111,第五节 肿瘤发病的多阶段学说,112,.,无论在自然还是在实验条件下, 绝大多数肿瘤的发生都是受多因素作用, 表现为多阶段的复杂过程。 从致癌因素作用于正常细胞到形成临床上可检测的肿瘤需要经过很长的潜伏期，提示一个正常细胞转化为恶性表型之前须

27、经历多种变化。,113,.,一、癌变的二阶段学说,1942年Berenblum实验 小剂量苯丙芘 少量小鼠发生肿瘤(3/102) 苯丙芘巴豆油 许多小鼠发生肿瘤 (36/83) 巴豆油小剂量苯丙芘 小鼠不发生肿瘤 Berenblum提出：癌变至少有两个阶段构成 激发阶段 促发阶段,114,.,激发阶段（Initiation）由小剂量致癌物引起， 使正常细胞转变为潜伏性癌细胞, 激发事件涉及到遗传突变。 促进阶段（promotion）由促癌物引起，使潜伏性癌细胞进一步发展成为肿瘤，促进过程使细胞生长失控，形成恶性表型。,115,.,体外转化实验中癌基因协同效应 转基因动物模型中癌基因的协同效应,

28、二、癌变多阶段的分子基础,116,.,体外转化实验中癌基因协同效应,H-ras转染成纤维细胞可使其生长接触抑制丧失 , 但连续传代时细胞死亡。 H-ras和C-myc 基因共同导入成纤维细胞，H-ras基因使成纤维细胞发生停泊非依赖性生长，C-myc 基因产物使细胞永生化。,117,.,正常细胞培养特性 1停泊依赖性生长（anchorage dependent） 细胞生长时附着在培养皿表面。 2血清和生长因子依赖性 （serum or growth factor dependent） 培养液中需要含有血清和生长因子细胞才能生长 3. 接触抑制（contact inhibition) 在培养皿表

29、面上，细胞生长到彼此相互接触时， 生长就受抑制。,118,.,转化细胞特点 1停泊非依赖性生长 (anchorage independent, 产生细胞集落) 2血清和生长因子非依赖性（serum or growth factor independent） 3. 接触抑制丧失 （non contact inhibition) 4. 永生化 (Immortalization),119,.,正常细胞和转化细胞的培养特性,120,.,细胞永生化 (Immortalization),细胞永生化是指正常细胞在一些因素的作用下，逃避了老化期和危机期, 获得体外无限增殖的能力。 细胞永生化是体外培养细胞恶性转化的第一步，是体内肿瘤发生发展的早期事件。 细胞永生化过程中发生细胞周期失调、端粒酶重新激活等分子事件。,121,.,体外转化实验中癌基因的协同作用,122,.,转基因动物模型中癌基因的协同效应,以小鼠乳腺肿瘤病毒MMTV作为调控序列，构建MMTV-Myc和MMTV-Ras转基因，产生两种转基因小鼠, 将两者交配后获得的F1代小鼠发生乳腺癌的速度高于单一携