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1、癌基因、抑癌基因与生长因子 Oncogenes, Tumor Suppressor Genes and Growth Factors,Jianjun Xie MD, PhD g_ 889004132014-12-19,据估计，大约有三分之一的人在生命的某一阶段要遭遇癌症。迄今发现的癌症有200多种，我国最为常见和危害性最严重的肿瘤为肺癌、食管癌、胃癌、大肠癌、肝癌、乳腺癌、鼻咽癌、宫颈癌和淋巴瘤、白血病。根据卫生部肿瘤防治办公室提供的2006年我国肿瘤发病率和十大恶性肿瘤发病率排序显示，肺癌、乳腺癌分别位居男、女性恶性肿瘤发病首位，男女恶性肿瘤死亡率最高的均为肺癌。,引 言,肿瘤（tumor）
2、是指细胞在致癌因素作用下，基因发生了改变，失去对其生长的正常调控，导致单克隆性异常增生而形成的新生物。这种新生物常形成局部肿块，因而得名。 根据肿瘤的生物学特性及其对机体的危害性的不同，肿瘤可分为良性肿瘤和恶性肿瘤两大类。 良性肿瘤生长缓慢，与周围组织界限清楚，不发生转移，对人体健康危害不大。 恶性肿瘤生长迅速，可转移到身体其他部位，还会产生有害物质，破坏正常器官结构，使机体功能失调，威胁生命。,癌基因、抑癌基因与生长因子的关系,癌基因,抑癌基因,细胞,生长因子,正调控,负调控,产物,一、概念 癌基因：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。,第一节 癌基因
3、(Oncogene),二、癌基因理论的确立 Peyton Rous and Rous sarcoma virus,1966年诺贝尔奖授奖仪式上 生理学或医学奖评定委员会委员 G.克莱因教授致词,那是1910年。那时刚刚了解，每个个体细胞都通过分裂而来自其他细胞；癌细胞的分裂方式与正常细胞完全一样，不同之处仅在于它们往往肆无忌惮地侵入正常的组织屏障。 那时也刚刚认清，某些传染病是由一些小得在光学显微镜下看不见、并能通过细菌通不过的超滤器的生物所引起。这些生物称为滤过性“毒物”或病毒。 就在那时和那时前后，现代生物学尚未建立，人们还不能设想看不见的病毒与癌细胞的自行其是的生长之间会有什么关系。 大
4、约就在这个时候，洛克菲勒研究所30岁的研究人员劳斯进行了一些实验，这些实验乍看起来有点生拉硬扯。他把一只母鸡身上的恶性结缔组织(肉瘤)制成无细胞滤液，并把它接种入健康的鸡体内。 结果是令人惊讶的，接受滤液的个体也患上了与上述母鸡完全一样的肿瘤。（说明：？）,1932年，Shope发现，野生棉尾兔的皮肤肿瘤也可借助无细胞滤液传播。 把这些实验联系在一起，劳斯第一个想到正常细胞之变成癌细胞不一定是个突然的过程；那些原来作为整体一部分的细胞可能通过若干步骤，逐渐变成独立的自行其是的癌细胞。 劳斯把这个过程称为“肿瘤进展”，在这个过程开始时，潜在的癌细胞处于“休眠”状态。被化学因子、病毒或激素刺激唤醒
5、之后，他们就采取一种更加无法无天的生活方式。 劳斯关于肿瘤进展的发现很快在许多实验系统内得到证实。 另一方面，他的病毒理论则备受怀疑。一般认为，病毒病都具有传染性，而癌症不能传染；这种说法如此根深蒂固，所以人们往往把各种病毒原性肿瘤解释为不可思议的例外。,到1950年，情况有了迅速改变。由于微生物遗传学的发展，发现某些病毒能将自己的部分遗传物质注入细胞内而不杀死细胞或抑制其增殖。这样引入的病毒物质可以整合到受体细胞的基因中，并且其行为就如同新的遗传因素一样，引起某些细胞特性的永久性改变。 重新估计了病毒概念之后，就有可能了解病毒怎么会将正常细胞循规蹈矩的行为改变为特见于癌细胞的恶性增生。 Ro
6、us病毒是一种急转化逆转录病毒(acute transforming retrovirus，RNA病毒 ) 追踪研究逆转录病毒致癌的线索，Bishop等人于1980年提出了癌基因假说。 根据这一假说，引起Rous鸡肉瘤等的逆转录病毒的基因组中存在有致癌基因，即病毒癌基因，v-onc。 该癌基因来源于正常细胞基因组中的部分序列，即逆转录病毒中的致癌基因序列是在进化过程中从宿主细胞基因组中获得的。,1966年，87岁的劳斯获得诺贝尔奖,Virus-like particles assembled in vitro with purified Rous sarcoma virus Gag prote
7、in,反转录病毒颗粒结构,* 劳氏肉瘤病毒（RSV, Rous sarcoma virus ） 基因组结构图,LTR (long terminal repeat) 序列是调节区，含有反转录病毒DNA基因组表达所需要的全部调节元件 ；在劳氏肉瘤病毒基因组中， src是额外的肿瘤式基因，它能诱发RSV感染的动物产生肉瘤,反转录病毒癌基因（v-onc)的起源,逆转录,复制,整合,转录,感染,病毒RNA,RNA-DNA,前病毒DNA,细胞基因组 DNA,病毒RNA-癌基因,RNA病 毒颗粒,宿主细胞,再感染,宿主细胞,携带癌基因 的病毒颗粒,RNA病毒与宿主细胞基 因组整合过程示意图,Proto-on
8、cogenes,癌变,根据来源分为病毒癌基因与细胞癌基因两类。 病毒癌基因（virus oncogene, v-onc）：是一类存在于肿瘤病毒中、能使靶细胞发生恶性转化的基因。 病毒癌基因不编码病毒的结构成分，对病毒复制也没有作用，但可以使细胞持续增殖。细胞癌基因(cellular-oncogene, c-onc)：存在于正常细胞基因组中的癌基因，又称原癌基因（proto-oncogene, pro-onc）。,二、分 类,（一）原癌基因（细胞癌基因）,特点 广泛存在于生物界 基因序列高度保守 表达产物对细胞正常生长、繁殖、发育和分化起着精确的调控作用 基因结构发生异常或表达失控，导致细胞生长
9、增殖和分化异常 v-onc与c-onc 的不同: v-onc不含内含子 v-onc与c-onc的核苷酸序列不完全相同 v-onc丢失了原癌基因两端的某些调控序列，而在病毒高效启动子作用下有较高的转录活性,断裂基因,完整的没有断裂的可读框,功能上相关的癌基因家族分类,src家族：产物多具有酪氨酸蛋白激酶活性，能促进增殖信号的转导。 ras家族：编码小G 蛋白p21，参与cAMP水平的调节。 myc家族：编码核内DNA结合蛋白，调节其他基因转录的作用。 sis家族：编码的p28，能刺激间叶组织的细胞分裂繁殖。 myb家族：核内转录因子,人体内细胞癌基因的分类及功能举例,癌基因最早发现于逆转录病毒中
10、。1911年，F. Rous医生首次提出病毒引起肿瘤，但直到上一世纪50年代才得到实验证实，命名为罗氏肉瘤病毒（Rous Sarcoma Virus，RSV）。,（二）病毒癌基因,病毒基因组结构,病毒癌基因v-src来源于宿主细胞的C-SRC基因,Oncogene - Epstein-Barr virus,（一）获得启动子与增强子,二、癌基因活化的机制,逆转录病毒感染细胞后，病毒基因组所携带的长末端重复序列（LTR内含较强的启动子和增强子）插入到细胞原癌基因附近或内部, 启动下游邻近基因的转录和影响附近结构基因的转录水平，使原癌基因过度表达或由不表达变为表达，从而导致细胞发生癌变。,鸡（禽）白
11、细胞病毒 （avian leucosis virus，ALV） 逆转录病毒,正常宿主细胞,病毒DNA的LTR被整合到 宿主细胞c-myc癌基因附近 成为其启动子和增强子,c-myc癌基因表达为正常的30-100倍,exon-1,exon-2,exon-3,c-myc 基因,exon-1,exon-2,exon-3,LTR,exon-1,exon-2,exon-3,LTR,ALV,ALV,LTR,exon-1,exon-2,exon-3,ALV,LTR,缺乏癌基因的逆转录病毒致癌模式,（二）染色体易位,在染色体易位的过程中发生了某些基因的易位和重排，使原来无活性的原癌基因移至强的启动子或增强子附
12、近而被活化，原癌基因表达增强，导致肿瘤的发生。费城染色体：1960年，在美国费城，Nowell和Hungerford发现慢性粒细胞白血病的患者中，有一个很小的近端着丝粒染色体，称为费城染色体（Philadelphia chromosome, Ph）。Ph染色体现已被公认为是慢性粒细胞性白血病的特异标记染色体。,c-abl原癌基因的易位激活,c-abl,c-abl原癌基因，经重排后插入到bcr基因的启动子后，使其转录活性增加，从而引起慢性粒细胞性白血病。,（三）基因扩增,原癌基因可通过基因扩增（gene amplification）使基因拷贝数可升高几十甚至上千倍不等，发生扩增的机制目前尚不清楚
13、。基因扩增可致编码产物过量表达，细胞发生转化。,蛋白质结构未变化，但总量大大提高,c-myc基因,c-myc基因是禽类白血病增生病毒（ALV）癌基因的同系物。 在细胞静止期，c-myc几乎不表达，但在有丝分裂原刺激下迅速表达促使细胞由G0期进入G1期，增加细胞数量。因此，c-myc原癌基因与细胞周期调控有关。 c-myc原癌基因激活的主要机制：扩增、重排和异常高表达。另外，c-myc基因低甲基化可能为其激活的另一重要机制。 1985年，Shibuya首次在部分胃癌细胞中发现c-myc基因扩增和高表达。,（四）点突变,原癌基因在射线或化学致癌剂作用下，发生单个碱基的替换点突变(point mut
14、ation), 从而改变了表达蛋白的氨基酸组成，造成蛋白质结构的变异。 基因点突变是癌基因活化的主要方式。1982年，美国 3 家研究机构（麻省理工大学、国立癌症研究所和哥伦比亚大学）几乎同时发表这样的实验结果：人膀胱癌细胞EJ株的恶性转化是由于其原癌基因 c-H-ras（356个碱基） 的点突变所致。,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 正常细胞H-ras碱基序列 ATG ACG GAA TAT AAG CTG GTG GTG GTG GGC GCC GGC GGT GTG 肿瘤细胞H-ras碱基序列 ATG ACG GAA TAT AAG CTG GTG GT
15、G GTG GGC GCC GTC GGT GTG正常p21蛋白氨基酸序列 Met Thr Glu Tyr Lys Leu Val Val Val Gly Ala Gly Ala Val 肿瘤p21蛋白氨基酸序列 Met Thr Glu Tyr Lys Leu Val Val Val Gly Ala Val Ala Val,突变的Ras癌基因蛋白质被锁定在激活状态,GDP,GDP,GTP,GTP,Pi,无活性的Ras蛋白,有活性的Ras蛋白,输入的信号刺激GDP-GTP交换,内源性GTP酶活性,输出信号,突变的Ras癌基因蛋白质被锁定在激活状态,Harrey和Kirfen鼠肉瘤病毒上发现，称H
16、-ras、K-ras，人神经母细胞瘤上发现N-ras，基因突变往往发生在12、13和61密码子，以12密码子最常见。,癌基因活化的4种机制示意图,出现新的表达产物 出现过量的正常表达产物 出现异常、截短的表达产物,癌基因激活的结果：,作用于细胞膜上的受体系统或直接被传递至细胞内，通过蛋白激酶活化转录因子，引发一系列基因的转录激活。,三、原癌基因的产物与功能,C-SIS表达蛋白P28和PDGF一样能促进血管的生长。,（一）细胞外生长因子,例如：,4. Nuclear Proteins: Transcription Factors,5. Cell Growth Genes,3. Cytoplasmic Signal Transduction Proteins,
