肿瘤转移分子生物学PPT课件.ppt

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1、肿瘤转移的分子生物学肿瘤转移的分子生物学 1 l 目前 肿瘤治疗最棘手的问题 莫过于 肿瘤细胞对传统治疗药物的抗性和肿瘤转 移 因此 进一步研究肿瘤转移的分子机 制 有助于我们寻找预防措施以及早期诊 断和有效治疗的新靶点 肿瘤转移的过程 受诸多因素影响 近年来肿瘤分子生物学 方面的研究提示 许多基因直接 间接的参 与 影响肿瘤的转移 我们首先按照肿瘤转 移的过程 作一个大体的介绍 2 l肿瘤细胞发生转移 必须要克服多个障碍 l肿瘤细胞都必须要逃脱宿主的免疫监控 l在转移的起始阶段 肿瘤细胞从原发部位 扩散并迁移 这一过程涉及到 l 1 细胞间作用的调节 l 2 细胞 基质粘附的调节 l 3 肿

2、瘤细胞的迁移及侵入周围组织 3 l肿瘤细胞如果要通过全身循环系统就必须先 通过血管内皮进入瘤内血管或者进入淋巴管 这个过程称作 内渗 intravasation l然后 再从全身循环中逃逸出来 这个过程 称作 外渗 extravasation 并最终 到达继发部位 l在 外渗 过程中 肿瘤细胞处在与原发灶 差别很大的微环境中 因此 若要在继发组 织中生存并增生 肿瘤细胞必须具有相当强 的适应能力 4 lChamber 实验室的研究表明 从单个细胞 转移到微小转移 micrometastases 直 至产生最终肉眼可见转移的这个过程中 主要限速步骤在 外渗 过程之后 l因此 单个细胞转移或微转移

3、在发展成为 肉眼转移之前 可数月甚至多年处于休眠 状态 l转移的最终形成受诸多因素 基因的调控 5 1 1 癌基因 抑癌基因与肿瘤转移癌基因 抑癌基因与肿瘤转移 l 许多癌基因被证明与肿瘤的转移过程有关 例如 在一些人类肿瘤中 经常可以观察 到小GTP结合蛋白中的Ras家族存在有突变 在多种细胞类型出现这种突变时会发生转 移 除Ras以外 其他一些癌基因诸如丝氨 酸 苏氨酸激酶Mos和Rof 以及酪氨酸激酶 Src Fms和Fes的异位表达也可以在受体细 胞中诱导出具有转移特性的表型 6 l此外 在人类肿瘤中 Met和 或 肝细胞生长因 子 扩散因子 HGF SF 的异常表达经常与肿瘤的 转移

4、及较差的预后有关 最近 从人类肾乳头状癌 中分离出的活化了的Met基因突变使小鼠细胞发生 转化 并在小鼠模型系统的体外实验中介导了小鼠 细胞的癌变及转移 l当把这种突变基因转入小鼠后 小鼠发生了乳腺的 肿瘤 l在HGF SF Met转导途径被发现并证明在转移中起 核心作用后 研究者正在寻找可用于治疗肿瘤的 HGF SF Met转导途径抑制剂 7 l许多基因通过抑制转移级联中的不同作用点 来抑制肿瘤的转移 例如 l组织特异性基质蛋白酶抑制物 Tissue specific inhibitor of metalloproteinases TIMP 及纤维蛋白溶酶活化抑制剂 plasmin acti

5、vator inhibitor PAI 都显示 具有抑制转移的能力 8 l一些较传统的肿瘤抑制物被证明参与肿 瘤转移的后期阶段 l 1 Nm23被发现在转移的黑色素瘤细 胞中下调表达 后来这一现象又在很多 其他人类肿瘤的转移过程中被发现 l 2 PTEN酪氨酸磷酸酶的突变可以在 诸如脑 乳腺 前列腺等部位的癌瘤中 发现 而该酶功能的缺失在转移表型的 产生过程中起一定作用 9 l 3 Nf2基因是一种编码Nf2细胞膜 细胞骨 架连接蛋白的抑癌基因 Nf2基因的丢失被 证明与肿瘤的转移有关 例如 Nf2基因缺 失的小鼠易患多种具有转移特性的恶性癌肿 l 4 p53功能的丢失促进肿瘤的进展 不仅 是

6、因为它在血管生成中的作用 而且还与其 在保持遗传稳定性中的重要作用有关 因此 p53的丢失导致了遗传上改变的积累 而 这些改变可以促进肿瘤的转移 10 l 5 肿瘤转移分子C4 4A是一类与尿激酶型纤维酶 原激活物受体 urokinase type plasminogen activator receptor uPAR 有某些共同特性 的分子 采用RT PCR及Northern blot 的方法检 测 人类胎盘组织 皮肤 食管及外周血中的白细 胞都有C4 4A的表达 虽然脑 肺 肝 肾 胃 结 肠及淋巴器官起源的肿瘤经常可以找到C4 4A mRNA的存在 但在以上组织器官中却不能观察到 C4

7、4A的表达 l 有研究表明 恶性黑色素瘤中C4 4A mRNA的 表达与肿瘤的转移相关 即使在痣中找不到C4 4A的 存在或者在原发黑色素瘤中仅有一小部分瘤细胞表 达C4 4A 但在所有转移灶中 C4 4A都为阳性 鉴 于人类与大鼠C4 4A的高度同源性 及大鼠 C4 4A 的表达与肿瘤转移的密切关系 人类 C4 4A 极有可 能成为某些肿瘤的预后指标及潜在的治疗靶点 11 2 2 肿瘤细胞的播散与相关因子肿瘤细胞的播散与相关因子 l 粘附分子中的钙黏着蛋白及相关蛋白如 联蛋白 联 蛋白及plakoglobin构成了在转移过程中介导细胞间粘附的粘附 联接 E 钙黏着蛋白介导的粘附作用的丢失与膀

8、胱 胰腺及 胃部癌肿浸润 转移有密切关系 许多参与转移扩散的生长因子 部分通过受体 酪氨酸蛋白激酶转导途径和钙黏着蛋白 联蛋白 复合物之间的结合及其随后发生的连接蛋白酪氨酸的磷酸化来 调控 E 钙黏着蛋白 联蛋白介导的粘附过程 例如 HGF SF 介导的内皮细胞的 扩散 scattering 就与 联蛋白的酪 氨酸的磷酸化及钙黏着蛋白 联蛋白的内部作用有关 l 细胞内粘附分子 Intracellular adhesion molecules ICAM 中的免疫球蛋白家族如ICAM 1和ICAM 2也是细胞 间粘附的重要介质 这些蛋白表达的丧失或因突变而失活将有 利于肿瘤的播散 高水平的ICAM

9、常常是乳腺癌预后良好的标志 物 12 3 3 肿瘤细胞的运动和侵袭肿瘤细胞的运动和侵袭 l 一 在肿瘤播散过程中 肿瘤细胞的运动和侵润 是必须的 多种生长因子对肿瘤细胞的迁移具有趋 化和 或 化学激动 chemokinetic 的作用 这些因子可以由肿瘤细胞 周围间质细胞和 或 浸润性白细胞产生 并被这些细胞以自分泌或旁分 泌的形式排出进而刺激细胞的迁移 l 例如 1 自分泌运动因子 autocrine motility factor AMF 是由某些肿瘤细胞分泌并 结合到同一细胞上的AMF受体 gp78 通过自 分泌的方式刺激细胞的运动 AMF和 或 gp78 的过度表达已被证明与肺 胃 食

10、管及结肠癌的转 移有关 13 l 2 HGF SF能有力的促进具有Met受体表 达癌细胞的迁移和侵润 它主要是由间质起 源的细胞合成并以旁分泌的形式排出的 因 此 在很多癌肿 特别是那些具有侵润 转 移特性的肿瘤中 经常可以观察到HGF SF 和 或 Met水平升高的现象 例如 高水 平的HGF SF和Met可以在多形性胶质母细 胞瘤中 特别是在侵润的边界区域里被发现 而低水平的HGF SF和Met通常是在较低 恶性度的肿瘤 如低恶性度的星形细胞瘤中 被观察到 14 l 二 在细胞外基质 Extracellular matrix ECM 蛋白水解过程中 尿激酶 型纤维酶原激活物 Urokina

11、se type plasminogen activator uPA 纤维蛋 白溶酶网络及基质金属蛋白酶 Matrix metalloproteinase MMP 的活化在 肿瘤细胞的侵润过程中是关键 15 l 因此 在患有诸如乳腺 肺 肾脏 结肠 胃部及软组织等部位恶性肿瘤的病人体内 uPA uPAR和 或 纤维蛋白溶酶活化抑制剂PA 1 的活性增高或过度表达与肿瘤的进展与较差的预后 相关 在脑肿瘤中 高水平表达uPA和 或 uPAR可以在高恶性度的肿瘤中 特别是在肿瘤浸 润的边缘区域被观察到 而通过运用抑制uPAR合 成的反义基因治疗 可以抑制裸鼠体内胶质母细胞 瘤的形成 uPAR还可以与E

12、CM中的玻基结合素相 结合 从而参与ECM所介导的粘附过程 细胞内 信号转导 细胞运动及浸润 uPAR的这些作用与 它在ECM蛋白水解中所起的作用是相互独立的 16 l基质金属蛋白酶 matrix metalloproteinase MMP 家族中的多种成员及其抑制剂 TIMP 的异常表达可在多种癌肿观察到 并且常与癌肿 的浸润及转移相关 例如 MMP 2 与 MMP 9 都参与胶质细胞瘤的进展及其浸润 l许多可以诱导肿瘤转移的生长因子已被证明可以 调控 uPA 纤维蛋白溶酶网络和 或 MMP 的 活性 表达 例如 HGF SF 可以在多种肿瘤细 胞系中诱导 uPA 和 uPAR 的表达 在人

13、类神经 胶质细胞瘤受 HGF SF 刺激后 MT MMP 1 及 MMP 2 的表达 活化都上升 17 l 三 肿瘤细胞若要发生迁移及浸润就必须 与细胞外基质粘附 细胞粘附分子中的整联 蛋白家族在转移过程中可以介导ECM及基 底膜的粘附 多种不同的整联蛋白的亚单位 都参与肿瘤转移的过程 由于各种组织环境 中ECM的差异 不同的肿瘤细胞在浸润及 迁移过程中可以合成分泌多种不同的整联蛋 白 以人类黑色素瘤为例 某些整联蛋白如 2 1 3 1及 6 1表达的调高与肿瘤的进展 程度及转移能力有关 18 l 四 一旦与 ECM 发生粘附后 肿瘤细胞的运动 浸润及生存都由整联蛋白所介导的细胞内信号转 导来

14、调控 整联蛋白介导的 FAK 的活化引起多种 信号转导分子如 Src PI3 激酶及MAPK1 2的激 活 它们都是细胞运动及浸润的重要介导者 有趣 的是 由肿瘤抑制剂PTEN编码的一种胞质酪氨酸 磷酸酶可以使PI3激酶产生的肌醇脂 inositol lipids 及其它的灶性接触成分 focal contacts 如FAK及Shc等脱磷酸 因此 PTEN的过度表 达可以抑制整联蛋白介导的信号转导 相反 PTEN功能的丧失将导致整联蛋白调控的癌变及转 移的产生 19 l 许多非整联蛋白糖蛋白在肿瘤细胞的浸润及转 移中也参与细胞 ECM的粘附以及其后信号转导 途径的活化过程 由同一基因经不同剪接

15、方式所 产生的跨膜糖蛋白CD44的多种同工型蛋白是 ECM成分之一的透明质酸酶的受体 并被证明参 与了肿瘤的转移 尤其是CD44v3的同工型 它 的胞外部分含有肝素硫酸盐 heparin sulfate 可以与肝素硫酸盐生长因子 heparin sulfate binding growth factor 结合 并被证 明与肿瘤的进展及转移有密切的关系 CD44v3 还可以与HGF SF结合并且促进由HGF SF所介导 的Met受体的活化过程 20 4 4 肿瘤细胞在循环系统内的存活肿瘤细胞在循环系统内的存活 l肿瘤细胞进入血液循环后所面对的两大主要障碍是 自身的凋亡及宿主的免疫监控 l 1 如

16、果上皮细胞由于整联蛋白所介导的信号转 导的丢失而没有与ECM发生粘附作用 上皮细胞 通常发生凋亡 这是因为 由整联蛋白介导的FAK PI3激酶及AKT 蛋白激酶B protein kinase B 的活化可以抑制细胞的凋亡 肿瘤细胞在与 ECM粘附过程中不断发生自身的修饰 并通过改 变整联蛋白 整联蛋白相关信号转导分子和 或 凋亡调控剂而避免凋亡的发生 21 l 2 循环中的肿瘤细胞对宿主的免疫细胞特别 易感 但在某些情况下 肿瘤细胞似乎可以击退 某些参与肿瘤免疫监控的细胞 例如 某些结肠 癌细胞可以通过表达Fas配体从而诱导具有 Fas 受体的T细胞发生凋亡 另外 肿瘤细胞可以通 过掩盖其表面的抗原来逃避循环中淋巴细胞的识 别 尤其是肿瘤细胞表面的糖类 他们经常发生 改变 这使得肿瘤细胞能够逃脱宿主的免疫反应 淋巴细胞与肿瘤细胞的粘附在免疫识别过程中 起着十分重要的作用 所以 包括ICAM 1等在 内的嗜异染细胞粘附分子极有可能是肿瘤 淋巴 细胞粘附过程的重要介体 22 5 5 肿瘤细胞与内皮细胞的粘附肿瘤细胞与内皮细胞的粘附 l 当到达继发组织的毛细血管床后 肿瘤细胞便开 始沿着内