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1、第十八章 肿瘤的生化基础,第 一 节 概 述 Introduction,1911年，Peyton Rous发现鸡肉瘤病毒可以致癌。 产生“肿瘤源于体细胞基因改变”的概念。1947年，Charlotte Auerbach和J. M. Robson证明化学物质可以引起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迅速发展，并与肿瘤学（oncology)研究相结合。1979年发现了第一个细胞癌基因。癌基因、抑癌基因相继发现，确认“肿瘤是一种基因病（genetic disease）”。,肿瘤分子研究史:,促进正常细胞向肿瘤细胞转化的因素,癌基因、抑癌基因与生
2、长因子的关系,癌基因,抑癌基因,细胞,生长因子,正调控,负调控,产物,第 二 节 癌 基 因 Oncogenes,癌基因(oncogene) 细胞内控制细胞生长和分化的基因，它的结构异常或表达异常，可以引起细胞癌变。,对人、动物有感染性。 DNA病毒的DNA可以整合到宿主靶细胞的DNA分子上。 某些病毒基因中含有病毒癌基因（V-onc）的序列，编码的转化蛋白可使细胞癌变。,生物性致癌主要指肿瘤病毒，包括DNA肿瘤病毒及RNA肿瘤病毒。,致癌的病毒有DNA病毒和RNA病毒,肿瘤病毒的特点：,（一）病毒癌基因(virus oncogene,V-onc) 存在于病毒基因组中的癌基因，它不编码病毒的结
3、构成分，对病毒复制也没有作用，但可以使细胞持续增殖。,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的癌基因，或称原癌基因 (proto-oncogenes , pro-onc) 。,*病毒基因组结构,病毒癌基因（V-onc）与细胞癌基因差别只是V-onc无内含子，而C-onc常有内含子。有时一些V-onc序列与V-onc比较，常有碱基替代，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肉瘤病毒的癌基因v-src编码P60src
4、，具有TPK活性。,细胞癌基因的特点 广泛存在于生物界中； 基因序列高度保守； 作用通过其产物蛋白质来体现； 被激活后，形成癌性的细胞转化基因。,细胞癌基因的分类及其产物,根据原癌基因的表达产物在细胞中的定位和功能分为： 1. src家族 酪氨酸蛋白激酶 2. ras家族 P21 3. 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,二、细胞癌基因产物的功能,癌基因与生长因子信号的转导,（一）获得启动子与增强子 （二）基因易位 （三）原癌基因扩增 （四）点突变 （五）DNA重排,出现新的表
5、达产物 出现过量的正常表达产物 出现异常、截短的表达产物,三、原癌基因激活的机制,癌基因被激活的结果,第 三 节 抑 癌 基 因 Tumor Suppressor Gene,抑癌基因(tumor suppressive gene, anti-oncegene) 抑制细胞过度生长、增殖从而遏制肿瘤形成的基因。,一、抑癌基因的概念,细胞杂交试验,某些抑癌基因及其功能丧失后导致的相关肿瘤,1视网膜母细胞瘤基因（Rb基因）,G0 G1期,S期,E-2F,DNA,mRNA,DNA,抑癌基因的作用机制,pRb的磷酸化与细胞周期,2P53蛋白,P53蛋白,解链酶,复制因子A,P21蛋白,细胞停滞于G1期,细
6、胞自杀,DNA损伤,P53蛋白,P53蛋白,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，使细胞有足够的时间进行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避免产生具有癌变倾向的突变细胞。,P53蛋白,P53蛋白通过诱导p21WAP1/Cip1基因转录，抑制各型Cyclin-Cdk复合体对Rb的磷酸化，使Rb处于非磷酸化状态，从而抑制细胞G1期S期转换。通过诱导GADD45基因表达，引起G1期停滞，修复DNA损伤。P53蛋白与TATA结合蛋白（TATA box binding protein, TBP）结合，抑制c-fos、c-jun、PCN
7、A及P53自身基因的转录，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期停滞途径：,二、癌基因、抑癌基因与肿瘤的发生,原癌基因可在某些因素作用下被激活而具有转化细胞的性质，通过干扰正常的细胞信号转导过程造成细胞异常分化和增殖 。,抑癌基因功能的缺失或失活也是细胞癌变的重要原因。,基因缺失或自身突变，使表达产物失去活性；表达蛋白质的磷酸化状态；抑癌基因与癌基因的表达蛋白相互作用。,抑癌基因的失活常见的几种途径：,第 四 节 生 长 因 子 Growth Factors,生长因子（growth factor, GF）是一类能促进细胞增殖的肽类，通过与质膜上的特
8、异受体发挥作用。,生长因子发挥作用的方式有几种：, 内分泌（endocrine） 旁分泌（paracrine） 自分泌（autocrine）,一、生长因子概念及其功能,常见的生长因子及其功能,产生相应第二信使,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,生长因子作用机制,肿瘤细胞中常表现为促进增殖的信号增强。,癌基因/生长因子信号转导异常与肿瘤异常增殖相关,癌细胞能分泌更多的生长因子,2. 生长因子受体数量增多,3. 信号途径分子异常激活,二、生长因子与肿瘤,转化生长因子（Transform
9、ing growth factor ，TGF）信号途径对某些细胞（如成纤维细胞）起促进分裂的作用，但对大多数上皮细胞的生长起抑制作用。,例：TGF途径抑制大多数细胞生长,TGF受体是一Ser/Thr蛋白激酶。受体的底物为Smad家族蛋白。Smad与TOXO共同激活时能抑制促细胞生长的基因表达，对细胞的生长、凋亡起调控作用。Smad抑制myc的表达；myc抑制Smad的抑制生长作用。,第 五 节 细 胞 凋 亡 Apoptosis,一、细胞凋亡的概念,细胞凋亡(apoptosis)是由细胞内特定基因的程序性表达而介导的细胞死亡,又称程序性细胞死亡（programmed cell death，PC
10、D ）。它一方面是生物个体胚胎发育过程中的程序化事件，另一方面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的反应。,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,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层脂质膜包裹的分散碎片，并以出芽方式形成 凋亡小体被周围的细胞所摄取并在它们的溶酶体内被消化,二、细胞凋亡的分子机制和凋亡相关基因,细胞凋亡是机体严格调控的清除不需要细胞的独特细胞死亡方式，细胞凋亡过程是一种特殊的凋亡信号触发，按严格程序转导而发生的过程，涉及多种基因的表达和多
11、种凋亡相关蛋白的作用。,Caspase家族成员拥有相似的氨基酸序列、结构和底物 特异性，都以酶原(3050kD）形式表达。Caspase酶原由原结构域、大亚基（20kD）和小亚基 (10kD）构成。原结构域的序列和长度高度可变，参与 Caspase 活化的调节：结合底物和酶解反应所必需的氨基酸 残基由整合的大、小亚基共同提供；在含有半胱氨酸活性 位点的氨基酸残基是保守的均为五肽：Gln-Ala-Cys-Arg- Gly。,（一）胱天蛋白酶（caspase）与细胞凋亡,胱天蛋白酶活化,胱天蛋白酶的作用具有级联活化的特点。有些胱天蛋白酶位于级联活化途径的上游，属于起始者（initiator cas
12、pases），如胱天蛋白酶8和9，它们在死亡信号及其信号转导分子的作用下发生自我活化。另有一些胱天蛋白酶属于效应者（effector caspase），位于胱天蛋白酶级联反应的下游，如胱天蛋白酶3，它的前体是胱天蛋白酶原8或9的底物，活化的胱天蛋白酶原3可以水解底物蛋白，导致细胞形态及功能变化。,（二）细胞凋亡的信号转导途径,细胞凋亡的两条途径,（三）细胞凋亡相关基因,bcl 2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)而激活的基因中发 现bcl-2(B cell lymphoma/leukemia 2)，易位 后的bcl-2 基
13、因在14号染色体上受lgG启动子、 增强子控制，导致过度表达。,Bcl-2蛋白质家族,bcl2家族成员有两大结构域：羧基端的跨 膜结构域（transmembrane region,TM)，为bcl- 2定位于细胞内膜所必需；数量不等（1-4）的 bcl-2同源结构(bcl-2 homology,BH)，是bcl-2 家族成员之间或bcl-2家族成员和其他蛋白相互 作用的分子基础。,包括bcl-2、bcl-x、bax等。,Bcl-2阻断细胞凋亡的机制,bcl-2还可抑制c-myc 和P53等基因诱导的凋亡。,阻断凋亡的最后共同通路。防止细胞死亡过程的发生，但对增殖过程似无影响,bcl-2保护细胞
14、不发生凋亡，涉及药物介导的 DNA损伤程序的降低，增加 DNA的修复，抑制药物介导的核苷酸库的变化，以及细胞周期中某些动力学方面的改变,P53抑癌基因表达产物,WTp53的功能：诱导细胞周期停滞于G1期 诱导细胞凋亡,P53能上调bax的表达，下调bcl-2的表达，从而促进细胞凋亡,其他凋亡相关基因,P53促进细胞凋亡的生化机制,许多凋亡因子基因启动子区都有P53反应元件（PRE）结合P53后被激活转录表达Fas、FasL、Apaf-1、DR5和Bax等表达增高，促进凋亡；抑制bcl-2基因表达，降低其抗凋亡作用。,生长阻止和DNA损伤诱导基因45（GADD45）启动子区亦有PRE，P53促进
15、其表达 结合增殖细胞核抗原（PCNA） 减弱DNA的修复,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的复制,c-myc原癌基因产物,myc 属于myc 癌基因家族，所表达的蛋白质产物为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 基因表达与其他致癌因素同在时表现为增殖作用，与其他抑癌条件共存时导致细胞走向死亡。,*多个不同的癌相关基因的异常激活或失活 *原癌基因激活和抑癌基因失活同时存在 *抑制凋亡基因表达增加、促凋亡基因表达减少,细胞癌变是多基因、多步骤、多因素的复杂过程,三、细胞凋亡与肿瘤,它们的
16、存在或量变能提示肿瘤的性质，并有助于了解肿瘤的起源、分化，从而有助于肿瘤的诊断、分类、预后判断及转导治疗。,附录：肿瘤标记物,肿瘤标记物（tumor marker）是指由肿瘤细胞产生、与肿瘤性质相关的一类分子，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：,肿瘤标记物应具有以下特点： 标记物的变化与肿瘤生长、转移等有直接的定性、定量的关系。 具有特异性，即能与正常细胞、良性肿瘤区别。 检测标记物的方法应简便。,肿瘤标记物分类,治疗：把细胞毒性剂导向至含标志物的细胞,定位：注射放射性的抗体做核筛查,分期：确定病变范围,分类：选择治疗以及预测肿瘤的形状（过程）,监测：对治疗效果的预测及是否治愈的检定,诊断：鉴别良性和恶性肿瘤,检出病人：对无症状人群的筛查,肿瘤标记物的应用,临床上有用的肿瘤标记物,胎儿型同工酶,肝癌前病变,葡萄糖醛酸转移酶（O型）,胃肠道肿瘤,
