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1、外科学与分子生物学外科学与分子生物学SurgerymolecularbiologyDefinition:Definition:是在分子水平阐述核酸与蛋白质，蛋白质与蛋是在分子水平阐述核酸与蛋白质，蛋白质与蛋白质的相互作用，阐述基因表达与调控机理的科学白质的相互作用，阐述基因表达与调控机理的科学基基因因组组（genomegenome）：构构成成细细胞胞DNADNA的的大大约约6060亿亿个个碱碱基基，组组成成的的全全套套基基因因。除除了了同同卵卵双双胞胞胎胎外外，每每个个各各体体碱碱基基序序列列均均不不相相同，使得每一各体都有各自的特点同，使得每一各体都有各自的特点染色体：染色体：chromos
2、omechromosome：是基因的载体，人类体细胞是基因的载体，人类体细胞含含4646条染色体，条染色体，4444条为常染条为常染色体，另两条为性染色体，色体，另两条为性染色体，在女性为在女性为XXXX，男性为，男性为XYXY突变：突变：Mutation, Mutation, 即构成基因的即构成基因的DNADNA字母发生改变字母发生改变Gene mutationGene mutation单核苷酸多态性：单核苷酸多态性：single single nucleotide polymorphism, nucleotide polymorphism, SNPSNP即构成基因的即构成基因的DNADNA
3、字母发生字母发生改变。与基因突变的差别在改变。与基因突变的差别在于，突变在群体中的发生频于，突变在群体中的发生频率小于率小于1%1%，而多态性在群体，而多态性在群体中的出现频率大于中的出现频率大于1%1%Gene expression真核生物的基因真核生物的基因由由编编码码序序列列和和非非编编码码序序列列组组成成。前前者者称称为为外外显显子子（exonexon）；后后者者称称为为内内含含子子（intronintron）。两两者者相相嵌嵌排排列列。内内含含子子被被切切掉掉后后外外显显子子拼拼接接起起来来转转录录为为基基因因产产物物。每每一一个个基基因因首首位位和和末末位位外外显显子子外外侧侧均均
4、有有一一段段不不被被转转录录与与翻翻译译的的非非编编码码区区，参参与与转转录录与与翻翻译译的的调调控控。此此区区含含有有与与RNARNA聚聚合合酶酶结结合合并并启启动动基基因因转转录录的的启启动动子子（promotorpromotor），使使基基因因高高效效转转录录的的增增强强子子（enhancerenhancer），使使转转录终止的终止子（录终止的终止子（terminatorterminator）Regulation of gene expression基因的转录调控基因的转录调控外科分子生物学的提出外科分子生物学的提出2020世纪世纪8080年代年代外科已能有效的控制创伤与感染外科已能有效
5、的控制创伤与感染外科研究的主体转向肿瘤研究外科研究的主体转向肿瘤研究外科的优势：最易获得人类肿瘤材料外科的优势：最易获得人类肿瘤材料研究内容研究内容细胞增殖与凋亡细胞增殖与凋亡Cell proliferation and apoptosisCell proliferation and apoptosis 肿瘤为主要研究对象，揭示细胞周期肿瘤为主要研究对象，揭示细胞周期失控的类型与机制，为分子诊断与基失控的类型与机制，为分子诊断与基因治疗提供依据因治疗提供依据目标目标外科疾病的基因诊断与基因治疗外科疾病的基因诊断与基因治疗原癌基因：原癌基因：protooncogeneprotooncogene，
6、原本存在于正常细胞中，表，原本存在于正常细胞中，表示示C-mycC-myc癌基因：癌基因：oncogeneoncogene，具有使正常细胞转化为肿瘤的基因，具有使正常细胞转化为肿瘤的基因，或称或称transforming genetransforming gene。由小写字母表示，如。由小写字母表示，如mycmyc肿瘤抑制基因：肿瘤抑制基因：tumor supressor genetumor supressor gene抗癌基因：抗癌基因：antioncogeneantioncogene他们的失活或功能丢失，使细胞周期失去负性调控，正常他们的失活或功能丢失，使细胞周期失去负性调控，正常细胞转变
7、为肿瘤细胞细胞转变为肿瘤细胞OncogeneTumor suppressor geneDNADNA损伤：损伤：生物体的内外环境可生物体的内外环境可造成造成DNADNA损伤，引起损伤，引起碱基序列改变或断裂，碱基序列改变或断裂，若不加以纠正，则将若不加以纠正，则将转录翻译出错误蛋白转录翻译出错误蛋白质，是衰老、疾病、质，是衰老、疾病、癌症发生的原因癌症发生的原因肿瘤抑制基因功能丢失肿瘤抑制基因功能丢失肿瘤是一类细胞周期疾病（肿瘤是一类细胞周期疾病（cell cycle cell cycle diseasedisease）细胞周期的调控细胞周期的调控应用：肿瘤的发病机制研究应用：肿瘤的发病机制研究
8、肿瘤发病机制研究：肿瘤是多步骤多基因突变的疾病肿瘤发病机制研究：肿瘤是多步骤多基因突变的疾病基因诊断：基因诊断：以探测基因存在，分析以探测基因存在，分析基因类型和缺陷以及功能是否正常从而基因类型和缺陷以及功能是否正常从而达到诊断疾病的方法达到诊断疾病的方法 1 1 核酸分子杂交核酸分子杂交 根据碱基互补原则，根据碱基互补原则，利用核苷酸单链作为分子探针检测待测利用核苷酸单链作为分子探针检测待测基因的过程。基因的过程。Southern blot; northern blot; dot blot; in situ hybridization，FISH2 2 聚合酶链反应（聚合酶链反应（polyme
9、rase chain reaction, PCR）：由）：由DNADNA聚合酶催化，聚合酶催化，利用极微量利用极微量DNADNA片段扩增，经过多个循环片段扩增，经过多个循环周而复始，使目的周而复始，使目的DNADNA片段达到扩增片段达到扩增3 3 DNA DNA芯片技术芯片技术 在固相膜片上制成成在固相膜片上制成成千上万个寡核苷酸点阵，以待测样本千上万个寡核苷酸点阵，以待测样本DNA DNA 、RNARNA用荧光标记后与之杂交，利用激光用荧光标记后与之杂交，利用激光共聚焦显微镜对芯片扫描，计算机进行共聚焦显微镜对芯片扫描，计算机进行信息分析信息分析1人类基因组计划：人类基因组计划：human
10、genome project,HGP由美国科学家提出，目由美国科学家提出，目的是将细胞内基因组的是将细胞内基因组DNADNA序列全部分析出来。序列全部分析出来。美国美国19901990年正式启动，年正式启动，英、法、德、日、中等英、法、德、日、中等国科学家共同参与，国科学家共同参与，20032003年年4 4月已宣布完成月已宣布完成人类基因组序列图人类基因组序列图后基因组计划或功能基后基因组计划或功能基因组学因组学：post-genome project, functional genomics 研究基因组中各基因的研究基因组中各基因的功能，目前已知功能的功能，目前已知功能的基因仅占小部分，大
11、量基因仅占小部分，大量基因功能尚待阐明基因功能尚待阐明Homogenization PCR：polymerase chain reaction 是在模板是在模板DNADNA、引物、四种、引物、四种脱氧核苷酸（脱氧核苷酸（dNTP）存在条件）存在条件下由耐热下由耐热DNADNA聚合酶在体外酶促聚合酶在体外酶促合成双链合成双链DNADNA反应。其特异性取反应。其特异性取决于引物和模板决于引物和模板DNADNA的特异性的特异性PCRPCRPCR Southern blotIn situ hybridizationMicroarrayGene diagnosis technique:microarra
12、y基因治疗：基因治疗：gene therapy,指将人的正常基因或有治疗作指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷或发挥治疗作用或发挥治疗作用向向免免疫疫细细胞胞导导入入细细胞胞因因子子基基因因，增增强强机机体体免免疫疫功功能能。包包括括肿肿瘤瘤 坏死因子类、干扰素类、白细胞介素类（基因增补）坏死因子类、干扰素类、白细胞介素类（基因增补）导导入入主主要要组组织织相相容容性性复复合合物物抗抗原原基基因因（MHCMHC），提提高高肿肿瘤瘤抗抗原性，诱导特异性细胞毒性杀伤作用原性，诱导特异性细胞毒性杀伤作用导导入入
13、抑抑癌癌基基因因。如如野野生生型型P53P53基基因因，诱诱导导肿肿瘤瘤凋凋亡亡并并丧丧失失致致瘤性瘤性遏遏制制癌癌基基因因的的表表达达。采采用用反反义义核核苷苷酸酸序序列列在在癌癌基基因因表表达达时时与与mRNAmRNA特异性结合，以阻遏癌基因表达（基因封闭）特异性结合，以阻遏癌基因表达（基因封闭）导导入入自自杀杀基基因因，将将某某些些病病毒毒、细细菌菌中中的的前前药药转转换换酶酶基基因因自自杀杀基基因因导导入入癌癌细细胞胞，自自杀杀基基因因编编码码的的酶酶类类将将药药物物前前体体在癌细胞内转换为毒性产物，达到杀伤肿瘤目的在癌细胞内转换为毒性产物，达到杀伤肿瘤目的外科学与免疫学外科学与免疫学
14、Surgery&immunology免疫系统的组成免疫系统的组成免疫系统，免疫系统，immune system：参参与与免免疫疫应应答答，执执行行免免疫疫功功能能的的独独立立解解剖剖学学结结构。包括免疫器官、免疫细胞和免疫分子构。包括免疫器官、免疫细胞和免疫分子Thymus, bone marrow Lymphnode, spleen，mucosa associated lymphoid tissue(MALT)T、B lymphocyte, natural killer cell, antigen-presenting cellImmunoglobulin, complement, cyto
15、kine, adhesion molecule，MHC(HLA)免疫系统组成免疫系统组成免疫应答的基本机理免疫应答的基本机理免免疫疫应应答答是是由由多多种种免免疫疫细细胞胞和和免免疫疫分分子子参参与与的的复复杂杂过过程程，根根据据参参与与主主要要免免疫疫细细胞胞的的不不同同分分为为T T细细胞胞介介导导的的细细胞胞免免疫疫应应答答和和B B细细胞胞介介导导的的体体液液免免疫疫应应答答。免免疫疫应应答答效效应应可可保保护护机机体体免免受受抗抗原原异异物物的的侵侵害害，但但某某种种情况下也可导致自身组织的损伤情况下也可导致自身组织的损伤免疫应答三时相：免疫应答三时相： 识别相、激活相、效应相识别相
16、、激活相、效应相T T细胞介导的细胞免疫效应机制细胞介导的细胞免疫效应机制CD8CD8+ +T cellT cell活化需要双信号活化需要双信号 TCR TCR特异性识别特异性识别MHC MHC I I分子分子- -抗原肽复合物抗原肽复合物共刺激信号或第二信号共刺激信号或第二信号+CD4+CD4+ +T T细胞分泌的细胞因子细胞分泌的细胞因子 T T细胞杀伤靶细胞细胞杀伤靶细胞 效应细胞与靶细胞结合效应细胞与靶细胞结合杀伤杀伤颗粒胞吐机颗粒胞吐机制：穿孔素、颗粒酶、丝氨酸酯酶等制：穿孔素、颗粒酶、丝氨酸酯酶等受体介导受体介导机制：机制：Fas-FasLFas-FasL途径；途径；TNFTNF途
17、径途径B B细胞介导的细胞免疫效应机制细胞介导的细胞免疫效应机制巨噬细胞加工抗原巨噬细胞加工抗原 B B细胞识别抗原决定簇细胞识别抗原决定簇抗原肽抗原肽_MHC II_MHC II分子复合物分子复合物 （第一信号）（第一信号） ThTh细胞活化细胞活化产生多种细胞因子（第二信号）产生多种细胞因子（第二信号） B B细胞增殖、分化为浆细胞，产生免疫球蛋白细胞增殖、分化为浆细胞，产生免疫球蛋白 （antibodyantibody）MHC基因基因Dendritic cell and tumor antigenNKNK细胞介导的细胞免疫效应机制细胞介导的细胞免疫效应机制特点：无须抗原刺激，无特点：无须
18、抗原刺激，无MHC限制，不依赖抗体，限制，不依赖抗体，为自然杀伤性质为自然杀伤性质识别靶细胞：识别靶细胞：与靶细胞膜结合的与靶细胞膜结合的IgGFc段；段；LFA-1与靶细胞膜与靶细胞膜ICAM-1相互作用相互作用杀伤靶细胞杀伤靶细胞穿孔素、颗粒酶机制穿孔素、颗粒酶机制TNF机制机制NK细胞毒因子细胞毒因子免疫记忆机制：免疫记忆机制：immunological memory 机体对胸腺依赖性抗原再次刺激时表现出比初次机体对胸腺依赖性抗原再次刺激时表现出比初次刺激更为强烈的应答反应，需要刺激更为强烈的应答反应，需要T T、B B细胞的共同细胞的共同参与参与T T细胞免疫记忆：终生存在。即初次免疫
19、应答结束后细胞免疫记忆：终生存在。即初次免疫应答结束后有长寿性记忆有长寿性记忆T T细胞存活，滤泡树突状细胞可持续细胞存活，滤泡树突状细胞可持续低水平保持抗原低水平保持抗原B B细胞免疫记忆：与细胞免疫记忆：与T T细胞免疫记忆相似，初次应答细胞免疫记忆相似，初次应答后有长寿性记忆后有长寿性记忆B B细胞存活，需要滤泡树突状细胞细胞存活，需要滤泡树突状细胞可持续低水平保持抗原及抗原特异性可持续低水平保持抗原及抗原特异性CD4+TCD4+T细胞协细胞协调调免疫调节：免疫调节：immune regulationimmune regulation 指机体多种因素对免疫应答过程的正负调指机体多种因素对
20、免疫应答过程的正负调节作用，以使免疫应答适度，维持内环境稳节作用，以使免疫应答适度，维持内环境稳定定例如例如APCAPC表面表面MHCMHC分子与黏附分子具有调节作用分子与黏附分子具有调节作用可溶性免疫分子具有调节作用可溶性免疫分子具有调节作用Fas-FasLFas-FasL系统具有调节作用系统具有调节作用免疫调节免疫调节以抗感染免疫为例以抗感染免疫为例抗抗感感染染免免疫疫是是机机体体识识别别、清清除除病病原原体体的的生生理理性性防防御御机机制制。免免疫疫学学基基本本理理论论是是建建立立在在感感染染免免疫疫基基础础上上抗抗感感染染免免疫疫特特点点：天天然然免免疫疫和和获获得得性性免免疫疫共共存
21、存；病病原原体体不不同同，免免疫疫机机制制也也不不同同；病病原原体体可可发发生生免免疫疫逃逃避避或或抵抵抗抗；不不恰恰当当的的免免疫疫同同样样引引起起损损伤伤与与疾疾病病天天然然免免疫疫：各各种种屏屏障障，吞吞噬噬细细胞胞，NKNK细细胞胞，补补体体、细胞因子等细胞因子等获得性免疫：获得性免疫：T T细胞免疫应答，细胞免疫应答，B B细胞免疫应答；细胞免疫应答；免疫记忆（免疫记忆（immunological memoryimmunological memory） 感染的免疫效应机制感染的免疫效应机制感染：免疫效应机制感染：免疫效应机制抗感染免疫抗感染免疫肿瘤免疫学：肿瘤免疫学：tumor im
22、munology研究肿瘤的免疫源性、机体免疫功能与肿瘤发生研究肿瘤的免疫源性、机体免疫功能与肿瘤发生发展关系、机体抗肿瘤效应机制以及免疫诊断和发展关系、机体抗肿瘤效应机制以及免疫诊断和免疫治疗的科学免疫治疗的科学肿瘤抗原肿瘤抗原是恶性转化细胞中出现的蛋白与多肽分子总称是恶性转化细胞中出现的蛋白与多肽分子总称肿肿瘤瘤特特异异性性抗抗原原：tumor-specific tumor-specific antigenantigen， TSATSA，指指正正常常细细胞胞不不存存在在，肿肿瘤瘤细细胞胞所所独独有有的的抗抗原原。如如黑黑色色素素瘤瘤抗抗原原基基因因产产物物（ melanoma-antigen
23、-melanoma-antigen-encoding gene, MEGEencoding gene, MEGE）肿肿瘤瘤相相关关抗抗原原：tumor-association tumor-association antigenantigen， TAA, TAA, 指指可可存存在在于于正正常常细细胞胞或或胚胚胎胎组组织织，肿肿瘤瘤细细胞胞表达增高，如表达增高，如AFPAFP，CEACEA，CA19-9CA19-9等等Tumor antigenTumor immune抗肿瘤免疫应答抗肿瘤免疫应答: : 细胞免疫占主导地位；体液免疫起细胞免疫占主导地位；体液免疫起一定作用；一定作用；NKNK细胞起一
24、定作用细胞起一定作用肿瘤的免疫治疗肿瘤的免疫治疗：immunotherapy机理：提高肿瘤免疫源性；激发机体抗肿瘤机理：提高肿瘤免疫源性；激发机体抗肿瘤免疫应答能力免疫应答能力免疫治疗分类：免疫治疗分类：主动免疫疗法：主动免疫疗法：active immunotherapy, 即即激活机体抗肿瘤免疫能力，如毒或灭活瘤激活机体抗肿瘤免疫能力，如毒或灭活瘤苗；基因修饰瘤苗；肿瘤抗原肽疫苗等苗；基因修饰瘤苗；肿瘤抗原肽疫苗等被动免疫疗法：被动免疫疗法：passive immunotherapy, 即向宿主转移有抗肿瘤活性的治疗因子或即向宿主转移有抗肿瘤活性的治疗因子或细胞，如单克隆抗体；抗体偶联物；淋
25、巴细胞，如单克隆抗体；抗体偶联物；淋巴细胞，细胞，TNFTNF等等主动免疫疗法中肿瘤抗原的制备主动免疫疗法中肿瘤抗原的制备肿瘤细胞作为疫苗：加热、冻融、放射线照肿瘤细胞作为疫苗：加热、冻融、放射线照射等处理，使瘤细胞灭活，保持抗原性，射等处理，使瘤细胞灭活，保持抗原性，以非特异性刺激因子作为左剂联合注射于以非特异性刺激因子作为左剂联合注射于患者体内进行主动免疫治疗患者体内进行主动免疫治疗抗原肽作为疫苗：生化技术纯化肿瘤细胞抗抗原肽作为疫苗：生化技术纯化肿瘤细胞抗原肽或依据肽序列人工合成抗原肽，结合原肽或依据肽序列人工合成抗原肽，结合MHC IMHC I分子作为疫苗分子作为疫苗肿瘤免疫治疗肿瘤免
26、疫治疗肿瘤的免疫监视与免疫逃逸肿瘤的免疫监视与免疫逃逸免疫监视：免疫监视：immune surveillence, immune surveillence, 指机体免疫系指机体免疫系统可以识别并消灭表达新抗原的统可以识别并消灭表达新抗原的“异己异己”成分或成分或突变细胞，保持机体内环境稳定突变细胞，保持机体内环境稳定免疫逃逸：免疫逃逸：immuno-evasionimmuno-evasion， 指机体免疫系统无指机体免疫系统无法识别、消灭突变的细胞。是肿瘤进展、转移的法识别、消灭突变的细胞。是肿瘤进展、转移的基础基础原因原因肿瘤抗原性低下；肿瘤抗原性低下；MHC IMHC I类分子表达减少、类
27、分子表达减少、缺乏缺乏肿瘤细胞自分泌免疫抑制因子肿瘤细胞自分泌免疫抑制因子TGF-TGF-、IL-IL-1010宿主宿主T T细胞发育或功能缺陷细胞发育或功能缺陷宿主血清中的封宿主血清中的封闭因子闭因子免疫豁免，即肿瘤细胞表达免疫豁免，即肿瘤细胞表达FasLFasL，引起，引起CTLCTL凋亡凋亡Transplant rejection同种异体器官移植排异反应产生机制同种异体器官移植排异反应产生机制排异反应：由受体免疫系统识别供体的异体抗原引发的一排异反应：由受体免疫系统识别供体的异体抗原引发的一系列免疫反应，最终造成移植器官的功能丧失。系列免疫反应，最终造成移植器官的功能丧失。MHCMHC（
28、Major Histocompatibility Complex, Major Histocompatibility Complex, 主要组织相主要组织相容性复合物），在人类指容性复合物），在人类指HLA(Human Leucocyte Antigen, HLA(Human Leucocyte Antigen, 人类白细胞抗原人类白细胞抗原) )HLA IHLA I类抗原可出现在大多数有核细胞；而类抗原可出现在大多数有核细胞；而HLA IIHLA II类抗原类抗原仅见于抗原递呈细胞（仅见于抗原递呈细胞（Antigen Prensenting Cell, Antigen Prensenting
29、 Cell, APCAPC），如树突状细胞、单核细胞和），如树突状细胞、单核细胞和B B淋巴细胞淋巴细胞 临床抗排异治疗药物的作用机制临床抗排异治疗药物的作用机制 几种免疫抑制剂特性以及作用靶点几种免疫抑制剂特性以及作用靶点-名称名称特性特性作用靶点作用靶点-环孢霉素环孢霉素A（CsA）土壤真菌提取物土壤真菌提取物抑制抑制NF-AT，阻断，阻断T细胞激活和分泌细胞因子细胞激活和分泌细胞因子(cyclosporine)FK506丝状菌提取物丝状菌提取物抑制抑制NF-AT，体外抑制活性为，体外抑制活性为CsA的的100倍倍(tacrolimus）硫唑嘌呤（硫唑嘌呤（AZa）DNA代谢抑制剂代谢抑制
30、剂抑制淋巴细胞增殖分化抑制淋巴细胞增殖分化(azathioprine)类固醇类固醇肾上腺皮质激素肾上腺皮质激素抑制巨噬细胞，清除循环中的抑制巨噬细胞，清除循环中的T细胞使其回归淋巴结细胞使其回归淋巴结(corticosteroid)OKT3T细胞靶向单克隆抗体细胞靶向单克隆抗体清除循环中的清除循环中的T淋巴细胞淋巴细胞-器官移植：器官移植：organ trnasplatation 移植免疫学：移植免疫学： transplantation immunology在异种移植免疫排斥反应中，在异种移植免疫排斥反应中，体液免疫占主导地位；而同种异体液免疫占主导地位；而同种异体器官移植排斥反应中，细胞免体器官移植排斥反应中，细胞免疫反应占主导地位。同种异体器疫反应占主导地位。同种异体器官移植排斥反应的官移植排斥反应的T T细胞激活有两细胞激活有两种方式：种方式： 直接激活和间接激活直接激活和间接激活 移植免疫移植免疫移植免疫移植免疫
