肿瘤遗传学 郑州大学基础医学院

1、1,郑州大学基础医学院细胞生物学与医学遗传学教研室封青川,第十二章 肿瘤遗传学,2,肿瘤是一种体细胞遗传病.各种环境因素直接或间接作用于体细胞的遗传物质,引起染色体或DNA的改变,在这个基础上,一个体细胞才能去分化并无限制增殖而形成肿瘤细胞,又经过促进和进展等过程,才能形成各种恶性肿瘤.,3,肿瘤病因中的遗传因素的证实,肿瘤发病率的种族和群体差异 肿瘤的家族聚集现象,4,肿瘤发病率的种族和群体差异,白血病、Bloom血症,犹太人,乳房癌发病居世界榜首。,美国人,犹他州摩门教家族中唇癌发病率。,中国人,黑人中多发骨髓瘤,鼻咽癌, 日本人60倍 印度人30倍,松果体瘤,日本人, 其他民族12倍,5

2、,1.癌家族（cancer family） 指一个家系中某些恶性肿瘤的发病率高，发病年龄较早，通常按常染色体显性方式遗传。,G家族,癌症发病的家族聚集现象,6,7,1913年,Warthin报道了一个癌家族,又称G家族。 研究从1895年Warthin发现该家系腺癌发病率高开始的。以后经过Henser,Lynch等人连续调查,到1976年,这一家系的10个支系已有842名后代,有95例癌患者,共发生113个癌,其中13人为多发性,48人患结肠癌,18人患子宫内膜腺癌;19人癌发生于40岁之前,72人的双亲之一也是患者,男女患者比例47:48,符合常染色体显性遗传特点 。,8,2.家族性癌(fa

3、milial carcinoma),是指一个家族中多个成员患同一种癌,通常是较常见的癌瘤,患者一级亲属发病率远高于一般人群,一般不符合孟德尔遗传。,例：12%25%的结肠癌患者都有家族史。,例：乳腺癌患者一级亲属发率高于一般群体34倍。,遗传性前列腺癌,例：,9,所有恶性肿瘤都是基因突变的结果。 控制细胞分裂的过程 细胞分裂周期调控 细胞寿命调控,10,遗传性肿瘤与染色体不稳定综合征,1,染色体异常与肿瘤,2,癌基因和抑癌基因,3,内 容,11,第一节 遗传性肿瘤与染色体不稳定综合征,人类以染色体断裂为主要表现的综合征，多伴有常染色体隐性、显性和X-连锁隐性遗传特性。具有不同程度的易患肿瘤的倾

4、向。 一些疾病或综合征由于其DNA修复缺陷而致染色体不稳定，易于发生断裂或重排,称为染色体不稳定综合征。,12,临床特征,身材矮小 慢性感染 免疫功能缺陷 日光敏感性面部红斑 轻度颜面畸形,一、Bloom综合征（MIM 210900）,好发人群 东欧犹太人,13,Bloom综合征,临床特征,14,细胞遗传学:,染色体不稳定或基因组不稳定是该症的显著特点。 微核结构、姐妹染色单体交换现象（SCE）、四射体结构,15,Bloom综合征,细胞遗传学改变,16,微核检测,微核：微核是指受理化物质作用断裂后，遗留在骨髓嗜多染红细胞质中的染色体碎片。,致畸物,间期,断裂,随细胞核排除,遗留在细胞质中,形成

5、微核,17,Bloom综合征,细胞遗传学改变,18,姐妹染色单体分化着色原理,19,20,正常细胞中其分裂相SCEs10，但BS患者的单一细胞中期分裂相SCEs介于50-100之间，SCEs的大小可因选择的细胞种类和不同个体之间出现差异。,21,Bloom综合征,细胞遗传学改变,22,基因定位于15q26.1,基因全长4.5 kb，ORF长4251 bp 蛋白质为159 kDa，1417个氨基酸残基,编码产物是RecQ DNA解链酶家族成员,Bloom综合征,BLM基因,23,BLM 基因 结构 与生 物学 功能,24,Bloom综合征,分子遗传学诊断,25,二、Fanconi贫血（MIM 2

6、27650）,多发性先天畸形：骨骼畸形，脑损伤，侏儒，小眼球，心、肾畸形以及皮肤色素沉着,有牛奶咖啡斑；自幼即有全血细胞减少，骨髓造血组织减少、功能低下。 这种特殊类型的贫血叫做先天性再生障碍性贫血，亦称先天性全血细胞减少症、Fanconi贫血或Fanconi综合征。,临床表现:,此病患者白血病发病率比一般人群高20倍。转归差，多数导致实体瘤的发生。,26,Fanconi贫血,细胞遗传学改变,FA患者染色体自发断裂率增高，尤其以染色单体畸变多见，双着丝粒染色体、断片、核内复制也较常见。,27,FA基因：指导核酸外切酶，缺乏时，不能切除因紫外线诱发的胸腺嘧啶二聚体（T-T)。 FA基因共分8个互

7、补组，分别定位于不同染色体， FA-A和FA-C分别占FA中的65%和15%。,分子遗传学基础,Fanconi贫血,28,诊断,细胞遗传学诊断,分子遗传学诊断,丝裂霉素C处理后细胞培养，染色体断裂率增高，SCE率不高,Fanconi贫血,29,三、共济失调毛细血管扩张症（MIM 208900）,临床表现:,分子遗传学基础,AT是单基因遗传病。,30,四、着色性干皮病（MIM 278700）,临床表现:,遗传性核苷酸切除修复缺陷 皮肤对紫外线敏感 异常皮肤色素沉着 早发性皮肤癌,31,着色性干皮病,32,着色性干皮病,33,第二节 染色体异常与肿瘤,一、肿瘤染色体理论的提出,1902，遗传的染色

8、体理论,1914，肿瘤的染色体理论,Boveri,34,染色体异常与肿瘤,肿瘤细胞来源于正常细胞,肿瘤细胞是具有染色体异常的有缺陷的细胞 染色体畸变是引起正常细胞向恶性转化的主要原因,肿瘤染色体理论的提出,35,二、肿瘤细胞的染色体异常,起源细胞 46,stem line干系,side line旁系,modal number 众数,突变因子,肿瘤细胞的染色体，受内、外环境因素影响不断发生变异、演化，形成多种不同的核型。其中，细胞获得增长优势,并变成占主导地位的细胞系，称为干系。,染色体异常与肿瘤,36,2.肿瘤染色体的结构异常,肿瘤细胞,断裂,缺失,环状 染色体,微小体,双着丝粒 染色体,易位

9、,重复,标记染色体 （marker chromosome),超二倍体,亚二倍体,多倍体,1.染色体数目异常类型,37,特异性标记染色体,标记染色体 Marker chromosome,是指频繁的出现于某种肿瘤细胞中的结构异常染色体。,特异性标记染色体:指经常出现于同一肿瘤细胞中，对该肿瘤具有代表性的异常染色体。,标记染色体,非特异性标记染色体,38,90%的CML中Ph1阳性,39,其他特异性标记染色体,Burkitt淋巴瘤,肺癌,40,染色体异常在肿瘤发生中的作用,染色体数目或结构改变可能导致不同的分子事件发生，包括基因的激活、失活、转录调节异常、扩增、缺失，并导致基因及相关区域的结构改变。

10、,41,染色体病与肿瘤,Down综合征患者急性淋巴细胞性白血病的发病率高达1/95（群体发病率为1/3 000）； Klinefelter综合征病人易继发乳房癌或性腺母细胞瘤； Turner综合征病人的条索状卵巢倾向于恶变为卵巢癌。,42,染色体异常在肿瘤发生中的作用,特异性的染色体异常中，染色体易位可使细胞癌基因经不同机制而被激活；染色体缺失则可导致相应位置上的抑癌基因丢失而失去抑癌功能，从而发生相应的肿瘤。 原发性的染色体改变是致癌因子直接作用的结果，可能是非随机的，甚至是特异的。 继发性的染色体改变是癌变过程中，细胞分裂过程紊乱的产物。其意义在于扩大原发性染色体改变的效应，使细胞转变为高

11、度恶性的癌细胞。,43,第三节 癌基因与抑癌基因,肿瘤的发生是某些特定基因结构、功能发生改变的结果，这些基因的功能是控制细胞的生长和分化。基因的改变是肿瘤起源和发展的分子基础。能够使细胞癌变的基因统称为癌基因。,44,一、癌基因的发现,1911年Rous发现鸡肉瘤无细胞滤液能引起鸡产生新的肉瘤，几十年后，他证实了病原体为罗氏病毒，为此获得1966年的诺贝尔奖。 1970年Temin 和Batimore证实RSV是一种反转录病毒，获1975年诺贝尔奖。 1976年H. Varmus和J. M. Bishop研究小组发现RSV中的致瘤基因是src基因（原癌基因）。,45,癌基因 (oncogene

12、) 是指能引起细胞恶性转化的核苷酸片断，是由原癌基因突变而来的。,原癌基因(proto oncogene)或称细胞癌基因(cellular oncogene, c-onc) 是人和动物细胞中固有的一类正常基因，通常不表达或低水平表达，在细胞增殖、分化或胚胎发育中具有重要功能，在进化上高度保守，表达具有细胞特异性、发育阶段特异性和细胞周期特异性。,46,原癌基因的特点,维持细胞正常功能、调控细胞生长和分化; 进化上高度保守、单一序列； 低水平表达或不表达； 具有组织特异性、分化阶段特异性、细胞类型特异性、细胞周期特异性； 5端侧翼多具负调控序列； 发生数量或结构变化时，转化成癌基因； 显性致癌方

13、式； 原癌基因突变发生在体细胞内,47,二、原癌基因的分类和功能,生长因子受体erb,生长因子sis,信号传递因子ras,细胞凋亡调控因子bcl-2,核内转录因子myc,细胞周期蛋白src,癌基因产物,48,49,以自分泌或旁分泌 刺激细胞增殖,cell,cell,cell,cell,cell,受体,血小板 生长因子,生长因子类,过量表达,cell,cell,cell,cell,cell,cell,正常表达,cell,cell,sis基因 (22q13.1),转录,翻译,生长失控,50,生长因子受体类,cell,受体,生长 因子,正常过程,被修饰过的不完全受体,无需配体，持续发出增殖信号,正常

14、增值,异常增殖,erb基因,增殖信号,突变,51,cell,一种酶只要使一定量的蛋白质被磷酸化后，就可显著性改变细胞的功能。癌变的序曲。,细胞周期蛋白类,P,P,P,src基因族,具酪氨酸激酶活性,如：与膜结合的酪氨酸蛋白激酶,细胞内，蛋白质磷酸化是细胞调节自身生长活性的重要手段。,可使蛋白中的酪氨酸残基磷酸化,例,PP60磷蛋白,使酪氨酸过度磷酸化,研究证明癌细胞中PP60磷蛋白含量明显增高。,52,失活的RAS,GDP,活性的RAS,GTP,细胞CAMP水平增高，导致细胞增殖,细胞CAMP水平降低，细胞增殖停止,信息传导的蛋白类,ras基因,与膜结合的GTP结合蛋白,机体内的正常过程。,5

15、3,突变：导致GTP无法转化为 GDP，从而引起细胞持续分裂。,失活的RAS,GDP,活性的RAS,GTP,细胞CAMP水平增高，导致细胞增殖,细胞CAMP水平降低，细胞增殖停止,阻断,ras基因,54,转录 因子,使其不断表达,引起细胞增殖,CELL,CELL,CELL,CELL,核内转录因子类,myc基因,编 码,刺 激,CELL,CELL,CELL,55,凋亡调节因子,56,人类细胞癌基因的编码蛋白质的功能,57,bcl-2家族的成员通常以二聚体的形式发挥作用,bcl-2/bcl-2,bcl-2/bax和bcl-2/bcl-xL抑制细胞凋亡,而bax/bax,bax.Bcl-2家族分为两

16、类,一类是抗凋亡的主要有Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1。一类是促进凋亡的主要包括Bax、Bak 在哺乳动物细胞中，调节线粒体外膜通透性，大多数定位在线粒体外膜上，或受到信号刺激后转移到线粒体外膜上。根据其功能可分为两组：Bcl-2, Bcl-xl, Bcl-w等抑制细胞凋亡；Bax,Bak,Noxa等促进细胞凋亡。 关于Bcl-2家族调控线粒体外膜通透性的机制，假说之一是，细胞接受凋亡信号后促凋亡因子Bax和Bak发生寡聚化，从细胞质中转移到线粒体外膜上，并与膜上的电压依赖阴离子通道相互作用，使通道开放到足以使线粒体内的凋亡因子如细胞色素c等释放到细胞质基质中，引起细胞死亡。

17、,58,死亡信号受体途径, 死亡信号受体是一组属于 TNF 家族的跨膜蛋白, 目前共发现 6 种人类死亡受体, 其中研究最透彻的是 Fas/ Fasl 系统。当细胞膜表面的死亡受体 Fas 蛋白与其配体 Fasl 结合后即发生多聚化, 使胞浆内死亡结构阈 FADD 的两部分分子补足而活化, FADD 与 Fas 结合形成死亡信号转导复合物, 可使胞浆的蛋白酶 Caspase - 8 水解活化, 再经一系列蛋白酶级联反应最终活化凋亡执行者 Caspase - 3 , 启动核酸内切酶剪切DNA 引发凋亡; 线粒体途径, 线粒体途径被Bcl - 2 家族中前体成分激活, Bc1 - 2 家族可以作为

18、BH家族的分支, 因为它们都具有Bcl - 2 家族的同源性区域 (BH) , 包括Bid、Bim、Harikari 、Noxa 和其他一些成分, 同环境相适应, 还有一些蛋白也属于Bcl - 2 家族成员 (如Bax) 。Bax (包括Bax、Bak 及Bok) 存在于线粒体外膜和胞浆内。这些蛋白彼此间相互作用而进入线粒体膜内, 触发Cytc 和其他蛋白的释放。Cytc 释放后结合 Apaf - 2 (一种胞浆蛋白) , Apaf - 1 再激活 Caspase - 9 前体, 活化的 Caspase - 9 可以激活执行者 Caspase - 3 前体。细胞缺Cytc 可以抵抗应激性凋亡产

19、生, 细胞缺乏Apaf - 1 或 Caspase - 9 可以抵抗线粒体途径的凋亡产生。 212 bc1 - 2 与细胞凋亡进一步的研究证实, 死亡信号受体途径中活化的 Caspase - 8 也可通过与BH3 亚家族成员Bid 的相互作用而经线粒体途径启动凋亡 6 。,59,三、癌基因的激活机制,1. 点突变(point mutation)： 细胞癌基因中由于单个碱基突变造成编码蛋白的功能改变，或使基因激活并出现功能变异。,例,膀胱癌细胞系的ras12位 CGC GTC 肺癌细胞系ras 61位 CAG CTG 结肠癌细胞系ras 12位 GGT GTT 乳房癌细胞系ras 12位 GGC

20、 GAC,细胞癌基因的点突变可能是癌发生的早期事件， 具有始动的作用，但不足以引发肿瘤。,60,2. 基因扩增,在某些造血系统恶性肿瘤中，癌基因扩增是一个极常见的特征，如前髓细胞性白血病细胞系和这类病人的白血病细胞中，c-myc扩增832倍。 基因扩增使其表达过量，一般发生在肿瘤的进展阶段。扩增的拷贝数与预后密切相关，扩增越多则预后越差。 基因扩增在细胞遗传学上表现为染色体某个节段出现相对解旋的浅染区称为均质染色区(HSR)。这些扩增的DNA脱离染色体后，可形成分散的、成双的染色质小体，称为双微体(DM)。,基因扩增(gene amplification)：正常细胞中，细胞癌基因只有一对，其D

21、NA不断复制可使其拷贝数大量增加。,61,基因扩增的细胞遗传学改变,Myc基因扩增形成均染区 （黄色）的核型,Myc基因扩增形成双微体 （黄色）的核型,62,染色体易位导致癌基因的重排或融合，产生异常的蛋白而使细胞转化。,3. 染色体易位与基因重排：,63,64,CML：95%有染色体易位t(9；22)(q34,q11)，形成了一种结构与功能异常的融合基因bcr-abl 。,BCR-ABL基因产物为210kD的增强的蛋白质酪氨酸激酶,并不受生长因子 受体系统控制，导致CML.,65,4.病毒诱导与启动子的插入,逆转录病毒MoSV感染鼠类成纤维细胞后，病毒两端各有一个相同的冗长末端重复序列（LT

22、R），它们不编码蛋白质，而含有启动子、增强子等调控成分，病毒基因组的LTR整合到细胞癌基因c-mos邻近处，使c-mos处于LTR的强启动子和增强子作用之下而被激活，导致成纤维细胞转化为肉瘤细胞。 鸟类白血病病毒ALV不含v-onc，但插入c-myc的上游，导致基因过度表达。,66,四、抑癌基因,正常细胞与肿瘤细胞融合形成的杂交细胞不具备肿瘤细胞表型；正常细胞的染色体可以逆转肿瘤细胞的表型正常细胞中可能存在着抑制肿瘤发生的基因。许多遗传性肿瘤伴有抑癌基因的缺失或失活。 抑癌基因的作用是隐性的，当一对等位基因均发生缺陷而失去功能时，可促进肿瘤的发生。,67,1.该基因在与肿瘤相应的正常组织中表达

23、，但在该肿瘤中缺陷。,2.该基因导入肿瘤时，肿瘤生长受抑或部分受抑。,认定抑癌基因的条件,68,抑癌基因与原癌基因的比较,69,一些抑癌基因的功能,直肠癌、胃癌,细胞粘附分子,DCC,前列腺癌,CDK抑制因子,p21,结肠腺瘤性息肉，结/直肠癌,WNT信号转导组分,APC,乳腺癌、卵巢癌,DNA修复因子， 与RAD51作用,BRCA1,WT、肺癌、膀胱癌、乳腺癌、,负调控转录因子,WT,RB、成骨肉瘤、胃癌、结肠癌,转录调节因子,Rb,相关肿瘤,功能,抑癌基因,70,2.RB蛋白大量磷酸化，对细胞的抑制性去除，细胞进入增殖,1.RB蛋白去磷酸化，抑制转录因子，使细胞不能越过G1期，停止增殖。,

24、一、Rb基因的作用机制,RB蛋白是在细胞不同时期通过磷酸化和去磷酸化作用而达到调节细胞生长的目的。,71,1. 视网膜母细胞瘤(retinoblastoma RB) 发病率:1/21000-1/10000,多在4岁以前发病，20% 的患者2岁前就诊。,临床表现,1.眼内期,2.继发青光眼期,3.眼外蔓延期,4.全身转移期,基因定位,13q14.1-2,72,诊断要点,1.肿瘤局限在视网膜时，表现为有单个或多个灰白色肿块儿，也可发生在黄斑处，造成视力减退或斜视； 2.大部分肿瘤长入玻璃体，使瞳孔呈黄色光反射时（黑曚猫眼）才能发现； 3.肿瘤可突出眼眶，形似菜花。,73,治 疗,74,DNA损伤不

25、 能修复时,细胞发 生损伤时,P21蛋白 的作用,P53蛋白,介导细胞程序死亡,使细胞停在G1/S期,（二）基因的作用机理,通过调节P21蛋白参与细胞周期的调节。,75,76,突变P53的作用 功能获得机制 显性失活机制 异常P53的表达降低了遗传的稳定性。,77,转移抑制因子 (nm23H1)基因 nm23H1基因定位于17q12-q21，全长8.5 Kb，有5个外显子，产物为核苷二磷酸激酶A ，是合成三磷酸核苷酸的重要酶 。该酶可与G蛋白结合，有调节信号传递作用和影响微管聚合生成，从而影响癌的转移。,能够抑制肿瘤细胞转移的抑癌基因称为肿瘤转移抑制基因(tumor metastasis su

26、ppressor gene)。,（三）nm23基因的作用机理,78,多基因遗传的肿瘤 许多实体瘤均符合多基因遗传的特点。 江苏启东地区肝癌的遗传度（一级亲）达53.08% 乳房癌：母亲和女儿均于绝经期前患双侧乳房癌者， 其一级亲属再发风险将高达40-60%,79,芳烃羟化酶能在体内活化许多致癌的多环芳烃，包括从吸烟获得的各种芳烃，从而促进癌的发生。这种酶的可诱导性在人群中呈多态性； AHH诱导的多态性是肺癌易感性的重要遗传因素。,芳烃羟化酶与肺癌,80,烟雾,人体内芳烃羟化酶活性,肺癌发病风险：,多环 苯葱,环氧化物,致癌物,芳烃羟化酶,转化,诱导产生,高 中 低,高36倍 中16倍 低1,其

27、他与吸烟有关的癌症,食管癌、胃癌、喉癌、膀胱癌、口腔癌、肾癌,81,第四节 肿瘤发生学说,1.肿瘤的单克隆起源学说 2. 二次突变学说 3. 肿瘤的多步骤遗传损伤学说 4.染色体不平衡学说,82,1.单克隆起源假说,致癌因子引起体细胞基因突变，使正常体细胞转化为前癌细胞，然后在一些促癌因子的作用下，发展成肿瘤细胞。肿瘤是突变细胞的单克隆增殖细胞群。,正常组织细胞 肿瘤细胞,例：慢性粒细胞性白血病病人恶变细胞均带有特异 的Ph1染色体,例：,83,2.二次突变学说(two mutation theory),罕见,Cats eye,视网膜母细胞瘤,84,85,遗传型,非遗传型,分 类,1.占全部患

28、儿的8%40%,家族聚集现象不明显,2.双亲之一是患者， AD遗传,双亲正常,3.发病早，平均发病年 龄为13个月,发病较晚，30个月左右,4.多发或双侧性,单发较多,86,Knudson (1971),二次突变理论,87,二次突变学说,二次突变都是体细胞突变,且必须在同一细胞的同一位点先后发生,这种机率很少,需要漫长过程的积累.（非遗传型肿瘤：晚发、少发、单发、并轻发）,1970，Knudson提出：一个正常的体细胞需要经过两次或两次以上的突变才能转化为恶性细胞。,第一次突变发生于生殖细胞,每一个体细胞都含有该突变，此个体成为肿瘤易感个体。在这个基础上任何一个体细胞发生第二次突变,都可发生恶性转变.（遗传型肿瘤：发病早、且多发、重发）,分析：,88,89,二次突变理论