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1、第十五章 肿瘤的分子生物学l一、恶性肿瘤发生的分子机制l恶性肿瘤细胞的生物学特性l恶性肿瘤的发生分子机制恶性肿瘤细胞的生物学特性l无限增殖能力，可在体内形成瘤块l细胞分化幼稚、原始l细胞寿命长，有的在体外可长期培养 、传代建系l细胞有定居、侵袭、迁移、转移能力l细胞的染色体核型异常，为多倍体或 异倍体，甚至有标记染色体（如表）恶性肿瘤的发生分子机制l1.癌基因致癌的分子机制l2.抑癌基因及其致癌的分子机制l3.抑癌基因改变的分子基础l4.其他恶性表型相关的基因l5.研究恶性肿瘤发生的分子机制的医学意 义1.癌基因致癌的分子机制l逆转录病毒与癌基因V-onc基因l人原癌基因C-onc与V-onc
2、的关系l原癌基因异常激活机制与肿瘤发生的 相关性l原癌基因的产物（癌蛋白）及其分类逆转录病毒与癌基因V- onc基因l逆转录病毒的基因结构lRV致细胞转化的性质lV-onc基因逆转录病毒的基因结构l逆转录病毒基因组两端为LTR，中间为gag、 pol、env等基因。其中，pol基因编码逆转录酶 ，将病毒RNA逆转录成cDNA，并整合入宿主 基因组，以原病毒形式随宿主细胞繁殖传代， 称纵向传播。而LTR为启动子启动env等基因转 录表达，形成包膜，并包装、出芽释放，传布 附近细胞，称横向传播。RV致细胞转化的性质l急性（快速）转化型：感染后短期内（几天/ 几周）体内出现实体瘤/白血病；癌基因位于
3、 病毒基因组内；大多可使体外培养的细胞发 生细胞转化。l非急性（慢性）转化型：感染后需较长时间 才能致瘤；病毒基因组内不含基因；体外 不能使培养的细胞发生转化。l现已发现，鸟类Rous肉瘤病毒导致白血病。人 T细胞白血病病毒导致T细胞白血病。V-onc基因l在病毒基因组中含有与细胞恶性转化能力密切 相关的基因，称V-onc。因含在病毒基因组中 的V-onc，其编码的蛋白质使细胞失去生长控 制能力而发生转化，呈现恶性表型，有关RV 的V-onc基因已发现有100多种。其中有10多种 与人类肿瘤发生有关。不同的V-onc均呈现有 组织的特异性，不同的V-onc，一旦整合到不 同组织细胞的基因组中，
4、有时会导致肿瘤的发 生。（如表）人原癌基因C-onc与V-onc的 关系l人原癌基因C-onc与V-onc同源lC-onc基因与特定肿瘤的关系lC-onc转化试验依据人原癌基因C-onc与V-onc同源lV-onc探针分子杂交，发现人正常细胞和肿瘤 细胞中均有V-onc基因存在。这种存在于正常 组织细胞中与V-onc同源的C-onc基因称原癌基 因（protooncgene）l病毒感染细胞后，整合到C-onc基因附近由病 毒的LTR启动表达，使C-onc激活，导致肿瘤。 从细胞内装配释放时又可俘获C-onc，传播扩 散。lC-onc基因中有内含子，高度保守，表达很低 ，在染色体上定位，本身并不
5、致癌，而且已成 为正常细胞的生存，生长，发育，分化等生命 活动中不可少的基因，如：C-myc（8q24）、 C-myb（6q22）、C-mys（8q22）等。C-onc基因与特定肿瘤的关 系lC-myb：白血病，淋巴瘤，卵巢癌lC-myc：Burkitt淋巴瘤，肺癌，乳腺癌等lC-ehl：慢性粒细胞白血病lC-msh：肠癌，胰癌，肺癌lC-gip：卵巢癌，肾上腺癌lC-gsp：垂体腺癌，甲状腺癌lC-ret：甲状腺癌C-onc转化试验依据l人肿瘤细胞DNA转化鼠NIH3T3细胞，形 成转化灶，可失去接触抑制，反复转化 后，细胞恶性化增殖，从鼠细胞DNA找 到有人的Alu重复序列，而且可分离出人
6、 的C-onc基因。原癌基因异常激活机制与肿瘤 发生的相关性 lC-onc基因本身不致癌，不含有V-onc的病毒也 可使细胞发生转化。这可能与C-onc基因被异 常激活有关。C-onc等位基因中只要有一个发 生改变，甚至因一个密码子发生突变就能致癌 。这种现象在胚系不发生，在成体中常见。因 此，这与遗传性关系不大，尽管原癌基因可通 过遗传而稳定传代，但异常激活与遗传无关。 与肿瘤发生相关可能的机制为基因突变、 基因扩增、染色体易位和基因重排、病毒 的启动因子插入、病毒之间的相互作用。l这些机制是以实验为依据结合临床例证提出的 假说，有局限性。肿瘤发生机制复杂，除C- onc外可能还有其他机制。
7、基因突变l一个密码子突变就会导致表达的蛋白异 常。人膀胱癌细胞（EJ/T24）的C-rasH基 因序列中的GGC（甘）变为GTC（缬） 而使p21蛋白发生改变而致癌。结肠癌、 肺癌细胞株中也存在类似现象。所以，C -rasH点突变是异常激活导致恶性转化的 关键。通常，ras基因的第12、16位突变 是突变热点，可导致p21蛋白序列、空间 构型改变而使功能改变。基因扩增l指某些染色体局部区域基因拷贝数增加 ，产生微小染色体（DM）或均匀强染色 区（HSR）。结肠癌、小细胞肺癌和神 经母细胞瘤的HSR区中myc可扩增100多 倍。RNA比正常高10倍。此外，鳞状细 胞癌中C-erbB、胃癌、乳腺癌
8、和卵巢癌 中的C-neu、肺癌中的L-myc都有基因扩 增，过度表达。（下一表）染色体易位和基因重排l易位是指某一段基因从染色体正常位置转移到 另一染色体上，形成异常的标记染色体，移位 后在新染色体上发生基因重排/重组，从而被异 常激活，表达具蛋白激酶活性的蛋白，使原癌 基因异常激活：如Burkitt淋巴瘤是t（8：14） （8：2）t（8：22）易位，使C-myc处于2q区 而被激活。慢粒白血病是C-abl t（9：22）（ 9q34：22q11），重排后形成bcr-abl融合基因， 使P145变为P210，表达酪氨酸激酶，从而异常 激活。（如表）病毒的启动因子插入l指原癌基因被5-LTR插
9、入后由LTR中的 启动子产生异常激活。l不含V-onc的鸟类白血病病毒（ALV）感 染鸡后，可整合到鸡细胞8号染色体上的 C-myc上游。其原病毒5-LTR启动子异常 激活C-myc，使表达增加30-100倍，细胞 增生，形成鸡淋巴瘤。病毒之间的相互作用lC-myc基因需几种基因异常激活的协同作 用，或由某一种基因先异常激活而促发 一系列其他C-onc活化而致癌。如在 NIH3T3细胞中，单加C-myc或C-ras，无 恶性转化；若先加C-myc，则细胞仍处于 静止的G1期，C-myc表达水平低，后加C -sis蛋白同源物PDGF，此时，C-myc表达 增加，发生恶性转化，其中，C-sis的活
10、 性蛋白PDGF对C-myc表达起协同作用。原癌基因的产物（癌蛋白） 及其分类l原癌基因异常激活后的致癌作用是通过其表达 的蛋白质产物来实现的，大致分类如下：l生长因子类的癌蛋白l生长因子受体类的癌蛋白l蛋白激酶类癌蛋白lGTP酶类的癌蛋白l表达核内转录调控的癌蛋白l表达调控细胞凋亡的Bcl-2癌蛋白l上述各类癌基因的蛋白质作用综合如图生长因子类的癌蛋白lC-sis蛋白是血小板衍生物的生长因子（ PDGF）Kst-1/K-fgf的蛋白产物称为血管 生长因子。l这些细胞因子可分泌到胞外刺激细胞增 生和肿瘤组织间的血管形成，利于肿瘤 细胞生长。生长因子受体类的癌蛋白lC-erbB表达生长因子受体（
11、EGFR）；C-fms表 达干细胞生长因子受体（CSF-MR）；C-kit表 达C-ret，C-sea等均表达相应的生长因子受体。l受体基因结构包括配子结合区、跨膜区、催化 结构区。催化作用为酪氨酸（tyrosine）激酶， 异常活化，细胞表面受体增多，不仅利于配体 结合，促生长，而且也可通过自身二聚化作用 来激活胞内激酶而致癌。蛋白激酶类癌蛋白lC-src、C-raf、C-abl、C-mos、C-fes等表 面产物多为磷蛋白，位于包膜上，具有 蛋白激酶活性，酶的磷酸化位点在蛋白 质酪氨酸残基上，为酪氨酸激酶。若在 丝氨酸或苏氨酸残基上则称丝氨酸蛋白 激酶或苏氨酸蛋白激酶。酶的活性可使 底物磷
12、酸化，将刺激信号传递到细胞中 枢而致癌。GTP酶类的癌蛋白lH-rab、K-rab、N-ras、C-gip2、C-gsp的表达产 物为GTP酶、信号传递蛋白。通过GTP到GDP 的转换释放磷酸和能量，可将细胞表面的刺激 信号（生长因子、激酶或神经递质）传到细胞 内效应器上。lGTP转换成GDP需与GAP结合，上述原癌基因 点突变后的产物p21含改变GAP与GTP结合， 影响GTP向GDP转换，使细胞刺激信号传递到 效应器的时间大为延长而致癌。表达核内转录调控的癌蛋白lC-enbA、C-ets-1、C-ets-2、C-fos、C-jun 、C-mgc等这些基因有一些区域具有与蛋 白质结合的功能结
13、构域，其基因产物可 与DNA结合，也可先与蛋白质结合形成 二聚体后，再与DNA结合，然后调控下 游靶基因转录。如C-myc产物在核内与 DNA结合后，可调控DNA复制，使细胞 持续增生，不能进入终末分化，呈幼稚 类型，即癌。表达调控细胞凋亡的Bcl-2癌 蛋白l该蛋白位于线粒体膜内，可阻止细胞凋 亡/死亡，延长细胞生存期，呈无限增殖 而致癌。lBcl-2基因发生重排，重排后使癌基因被 异常激活而致癌。2.抑癌基因及其致癌的分子机 制l概念lRB基因lp53基因lWT1基因lDCC基因和APC基因lNF1基因lMTS1基因lWAF1基因lBRCA1和BRCA2基因概念l抑癌基因是指在细胞恶性转化
14、过程中调控癌基 因表达，抑制细胞恶性表型的一类基因。l抑癌基因的缺失或突变与肿瘤发生有关，经 PCR分析，几乎所有肿瘤细胞都伴有一种或多 种抑癌基因丢失或突变失活，常呈现遗传性肿 瘤高发家族。只是在抑癌基因的两个等为基因 均丢失或突变后方可致癌，抑癌基因现已发现 多种，如表。l抑癌基因的作用：在染色体中起稳定性作用 ；参与细胞分化成熟；参与衰老过程，诱 导细胞凋亡；通过控制细胞周期，调节细胞 增殖。RB基因l称视网膜母细胞瘤易感基因，可表达928个的 p105-Rb蛋白，非磷酸化的p105-Rb具抑制细胞 （G0/G1）进入S期的增殖活性，一旦有生长因 子刺激，使p105-Rb蛋白激酶激活而使
15、p105-Rb 磷酸化，细胞自由进入S期，发生恶性增生。l如SV40的RT、AdV的E1A和HPV的E7可充当 刺激因子，而导致肿瘤，有高发性家族遗传， 也有散发。该基因一旦发生缺失或突变，不能 抑制细胞进入S期的恶性增生，也可导致其他 肿瘤发生。p53基因l该基因为细胞周期依赖性基因。可促使细胞分 裂周期的正常进行，同时它又是细胞基因组稳 定性的卫士，可表达p21蛋白，能修复受损的 DNA，推迟细胞周期确保基因组的修复和完整 性，一旦不能得到修复，p53基因可启动凋亡 程序，下调Bcl-2，上调Bax诱导细胞凋亡，成 为细胞正常分裂时维护基因组稳定性的保护神 。l一旦发生突变、缺失或被肿瘤病
16、毒相关抗原结 合而使p53基因失活，丧失调控细胞周期的负 调节功能，进而发生肿瘤。它与多种肿瘤发生 有关，是目前发现的作用最大最显著的抑癌基 因之一。WT1基因l又称Wi/mis瘤基因，可编码WT1蛋白，该蛋白 含有4个锌指蛋白，起转录因子作用，有4中同 源异构体。它能与DNA结合调控下游靶基因的 转录，固能抑制PDGF A链。IGF-、EGFR表 达和WT1自身转录，起抑癌作用。但若有其他 生长因子参与，WT1又可促使肿瘤发生。lWT1本身突变高不一定引起肿瘤，但在许多肿 瘤细胞中呈现WT1突变型的高表达，如肾母细 胞瘤、白血病等，主要累及儿童的泌尿、生殖 道而引起儿童肾母细胞实体瘤，有遗传家族史 。DCC基因和APC基因lDCC基因在正常结肠粘膜表达，在脑组织中高 度表达，又称神经细胞粘着分子。在大多数结 肠癌中有DCC基因突变，突变后的神经细胞粘 着分子（N-CAM）失去粘着力，使相关信号发 生改变而致癌，并易发生转
