分子细胞生物学打印

1、详细叙述肿瘤侵袭转移的主要步骤。 答：肿瘤的侵袭指恶性肿瘤细胞从其起源部位沿组织间隙向周围正常组织扩张性增生的过程。其标志是肿瘤细胞突破 基底膜。肿瘤转移是指个别瘤细胞能脱离原发肿瘤，通过侵润在周围间质中生长，通过淋巴管或血管迁移至其他 部位继续增值生长，形成与原发肿瘤相同性质的继发肿瘤的全过程。继发灶可再增殖，继发侵袭生长和形成新的 肿瘤，并进一步发生转移，产生继续扩散和转移。 细胞在体内向邻近部位侵袭和远处转移是恶性肿瘤有别于良性肿瘤最重要的生物学特征之一，也是影响治疗效果及愈 后判断的重要因素。肿瘤转移是一个多机制参与的复杂过程，癌细胞的转移大致通过以下方式：直接扩散、种植、 经血管和淋巴道扩散，由于在淋巴系统和血循环间存在大量联系，故此两种转移途径也不是相互独立地。肿瘤的 异位转移大致可分以下步骤： 1、原发癌灶中癌细胞增殖与血管新生。 2、原发癌向周围组织侵润。 3、癌细胞分泌产生多种降解酶类，降解细胞外基质及基底膜，突破入脉。管循环 4、癌细胞在自泌性运动因子等因素的作用下移行。 5、癌细胞运行至靶器官，粘附于靶器官血管内皮细胞，附着于基底膜上，通过癌细胞表面的粘附分子-整合素完成这 一步骤。 6、游离出血管外，到达继发部位：癌细胞分泌多种蛋白分解酶，溶解基底膜，进入细胞外质。 7、与继发部位组织粘附，形成克隆。 8、癌细胞增殖与血管新生，形成转移灶。 2 如何理解和研究肿瘤微环境。 定义：肿瘤局部浸润的免疫细胞、间质细胞及所分泌的活性介质等与肿瘤细胞共同构成的局部内环境。 肿瘤微环境是由癌细胞和多种基质细胞、细胞因子、趋化因子等组成。其中基质细胞包括成纤维细胞、免疫细胞、内 皮细胞、骨髓来源未成熟细胞等；细胞因子如 TNF、VEGF、IL-1 等；趋化因子如 CXCL12、CCL27、CCL21 等。 肿瘤微环境中的基质细胞对肿瘤侵袭和转移的形成起着重要的促进作用。基质细胞可以通过产生趋化因子、生长因子 和基质降解酶以促进血管生成和基底膜破坏，使肿瘤的侵袭能力增强；另外，在肿瘤的转移过程中伴随着宿主骨髓来 源的相关细胞向肿瘤原发部位和预转移部位的定向流动，这些细胞要么留存在原发瘤中，在肿瘤微环境中发育为相关 基质细胞，促进肿瘤细胞的增值和侵袭；要么在远处预转移部位形成特殊的肿瘤预转移微环境，为肿瘤细胞的定向转 移提供适宜的存活和增殖微环境。原发灶和转移灶中基质细胞的主动迁移促进了肿瘤细胞的侵袭和转移能力. 肿瘤微环中存在着大量的细胞因子和趋化因子，它们对于肿瘤的侵袭和转移也起着至关重要的作用。如 TNF 可以通 过多种不同的路径来调节肿瘤的进展 2：低浓度的 TNF 能够对肿瘤细胞起到直接的作用；与趋化因子网络相互作用诱 导表达 CXCR4；刺激上皮间质转换 3 肿瘤微环境的研究处于起步阶段 肿瘤微环境可以作为化学预防治疗癌症的靶点，化学预防可以在早期对致癌因素进行控制，通过对微环境中多种细 胞及细胞因子的干预而影响肿瘤表型。同时，肿瘤微环境靶点众多，从中挑选最重要的分子靶点是第一步，而弄清微 环境中各种因子分子水平的变化将会是确定靶点的关键。尽管如此，肿瘤微环境研究尚不成熟，因此也决定了以肿瘤 微环境为目标的治疗方法尚需更多的基础和临床试验来解释说明。 肿瘤微环境中的基质细胞对肿瘤侵袭和转移的形成起着重要的促进作用。基质细胞可以通过产生趋化因子、生长因子 和基质降解酶以促进血管生成和基底膜破坏，使肿瘤的侵袭能力增强；另外，在肿瘤的转移过程中伴随着宿主骨髓来 源的相关细胞向肿瘤原发部位和预转移部位的定向流动，这些细胞要么留存在原发瘤中，在肿瘤微环境中发育为相关 基质细胞，促进肿瘤细胞的增值和侵袭；要么在远处预转移部位形成特殊的肿瘤预转移微环境，为肿瘤细胞的定向转 移提供适宜的存活和增殖微环境。原发灶和转移灶中基质细胞的主动迁移促进了肿瘤细胞的侵袭和转移能力. 3 什么是肿瘤干细胞？其研究对临床应用研究有什么指导意义？ 肿瘤中具有自我更新能力并能产生异质性肿瘤细胞的细胞。肿瘤细胞生长、转移和复发的特点与干细胞的基本特性十 分相似，因此，有学者提出肿瘤干细胞（tumorstemcell,TSC）的理论。 意义：这一理论为我们重新认识肿瘤的起源和本质，以及临床肿瘤治疗提供了新的方向和视觉角度。具体的说： 肿瘤基础与临床方面 TSC 理论可以解释临床上肿瘤对放射治疗与化疗药物治疗不敏感的原因。正常干细胞拥有排出化疗药物的分子泵，对 化疗药物敏感性低。TSC 与正常干细胞一样，比较分化细胞有更好抵御化疗与放射治疗的能力。 TSC 理论认为，肿瘤一开始就有转移能力，只要 TSC 到达一个新的区域，转移将不可避免。 TSC 理论对肿瘤诊断与预后判断的影响深远。 肿瘤治疗的靶TSC。传统的化疗药物主要是通过筛选能杀灭分裂中肿瘤细胞的化合物。 TSC 理论认为，只要存在 TSC，肿瘤就不可能治愈。所以，肿瘤治疗的焦点是杀伤 TSC。但是 TSC 通常处于静止状态，只是在增殖时才开始快 速分裂产生子细胞，所以，按照传统方法筛选出来的肿瘤治疗药物与杀灭 TSC 的要求差异巨大。 移植技术方面 使用分子芯片技术，可分析 TSC 与他们相应成体干细胞基因表达特征的不同。利用这种差异，可能会出现既直接针 对 TSC，又能保护成体干细胞的治疗手段。自体造血干细胞移植中，通过 TSC 的特征标记，可以去除污染的 TSC。 肿瘤干细胞肿瘤组织中存在的数量稀少的癌细胞，在肿瘤形成过程中充当干细胞的角色，具有自我更新、增殖和 分化的潜能，虽然数量稀少，但在肿瘤的发生发展复发和转移中起着重要作用，由于其众多性质和干细胞相似，因此 这些细胞被称为肿瘤干细胞（TSC）。 TSC 假说肿瘤组织中存在着一种特殊的细胞群体，这种细胞约占肿瘤细胞的万分之一，却是癌症演进的关键。该 细胞群与正常干细胞具有相似的特征，具有自我更新和多向分化潜能，细胞周期长，却很少进入细胞分裂周期，大部 分时间处于静止状态，该细胞群被称为肿瘤干细胞。 肿瘤干细胞是由于正常干细胞自我更新与增值机制失调，或者分化细胞长期积累突变基因，获得自我更新与无限增值 能力而形成的。肿瘤的形成由肿瘤干细胞启动。 癌症起始细胞，通过一种特殊的癌症样本能够产生所有的细胞类型。 肿瘤组织中只有一小部分是肿瘤干细胞，比例为一万分之一。 肿瘤的复发和未接触的肿瘤干细胞有关，由于对化学疗法增加的阻滞性而不能消除肿瘤干细胞。 肿瘤的转移依赖于肿瘤干细胞。 4TGF- 信号通路在肿瘤发生发展中的作用。 1.答：TGF- 是一类具有多种生物学活性的细胞因子,参与调节细胞的增殖、分化、发育和凋亡等多种生命活动。TGF- 对肿瘤的作用是极其复杂的。在空间方面,TGF- 信号通路对肿瘤细胞自身的作用在肿瘤抑制和肿瘤发展机制中有重 要意义,又能通过影响肿瘤的微环境(如成纤维细胞、免疫细胞和细胞外基质) 来促进或抑制肿瘤的发展和转移; 在时相方 面,TGF- 在肿瘤早期可抑制细胞增殖、启动细胞分化并诱导凋亡,但在肿瘤的进展期则可通过多种机制促进肿瘤的浸 袭和转移。 2.答：TGF- 对肿瘤的作用是多样的,在肿瘤发生的早期可抑制细胞增殖、启动细胞分化、诱导凋亡; 但在肿瘤的进展期 则可抑制免疫功能、增加血管的生成、诱导细胞外基质的产生而促进肿瘤的侵袭和转移。 TGF- 对早期肿瘤有抑制作用 TGF- 对正常细胞及早期肿瘤的抑制作用是通过调控细胞周期,抑制细胞增殖,诱导细胞凋亡来实现的。TGF- 主要作 用于细胞周期的 G1 期,在 G1 期早期,TGF- 诱导的抑制信号作用于 c-myc 基因; 在 G1 期晚期,TGF- 通过抑制细胞周期 蛋白(cyclins)和周期循环蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent-kinases,CDKs) 的活性,从而抑制 G1 期-S 期的转化。c-myc 蛋 白是细胞增殖的重要的调节因子,表达 c-myc 的细胞能迅速通过 G1 期进入 S 期,TGF- 可迅速下调 c-myc 的 mRNA 及 蛋白水平。 在特定的情况下,如 TR 基因突变或 Smad 蛋白功能的丧失,细胞丢失对 TGF- 诱导的生长抑制和凋亡信号的敏感性,细 胞的生长失去调控,诱发细胞突变,导致癌变的发生，在许多人类肿瘤中可发现发生 TR 的改变及 smad 家族蛋白的突 变。 TGF- 对进展期肿瘤侵袭与转移有促进作用 TGF- 主要通过免疫抑制/逃逸、增加血管生成、增加肿瘤细胞与胞外基质的相互作用来促进肿瘤的侵袭和转移。研究 表明:肿瘤细胞分泌的 TGF- 可抑制机体的免疫功能,帮助肿瘤细胞逃避宿主的免疫监视。 5 简述泛素化修饰过程和类型。 定义：泛素化修饰即蛋白质被泛素共价修饰的过程，在真核细胞的活动，如细胞周期、细胞凋亡、DNA 修复和免疫 等，中起着关键的作用。泛素-蛋白酶体通路是真核细胞最主要的蛋白降解途径。 过程：泛素是一种含有 76 个氨基酸残基的极其保守的的蛋白质。对蛋白质进行泛素化修饰的过程需要三种酶的连续 作用。首先，泛素的 c 末端在有 ATP 参与的情况下被 E1 活化。形成一个巯酯中间产物，E1 的 Cys 残基以巯酯键与 泛素结合，同时放出一个 PPi 和一个 AMP。随后，活化的泛素再转移至泛素载体蛋白 E2 活性部位上，与一个 Cys 残基结合。最后，在泛素蛋白连接酶，也就是 E3，的催化下，泛素以其 C 末端与底物蛋白的 Lys 残基的 -氨基 形成异肽键，完成一次泛素化。 参与泛素化的 E1、E2、E3 有着不同的种类。通常情况下，E1 有一种，E2 有 40 种左右，E3 有约 600 种，而 E3 决定 了蛋白质降解的特异性。E3 分为两个不同的家族：RING/U-Box 家族和 HECT 家族。二者的区别在于，前者可以将泛 素直接从 E2 复合物上转移到底物蛋白质上。而后者，必须先将泛素转移到自身活性部位的 Cys 残基上后，再转移到 底物蛋白质上。 6 什么是细胞极性？举例说明其表现形式。 细胞极性是指在单个细胞内由于成分分部的不对称性而产生细胞功能的不对称性。 指细胞、细胞群、组织或个体所表现的沿着一个方向的，各部分彼此相对两端具有某些不同的形态特征或者生理特征 的现象。关于形态上的极性，例如在腺上皮细胞中，核的位置靠近基部，中心体的位置靠近表面；在两栖类的成熟卵 中，核靠近动物极，表层色素层分布在动物半球，卵黄粒多在植物半球等。关于在生理上和细胞化学上的极性，如卵 细胞质内的氧化还原能、氧的消耗、SH 基、核糖核酸浓度的梯度等。在形态形成中，极性在动态的意义上比较更具 有重要的作用。例如，涡虫的切断体进行再生时，从朝向原来前端的断面上再生出头部，从朝向原来后端的断面上再 生出尾部。水螅水母类的分离块往往显示出前后的极性，从前端再生出水螅体，从后端再生出螅茎。卵的极性与由其 所形成的胚的形态轴有密切的关系。有时还出现细胞的极性受细胞内外环境影响的现象。例如，墨角藻属的卵细胞， 其极性可为 pH 的梯度、温度的梯度、光的照射等所左右。还有许多无脊椎动物的卵，其极性是在卵形成时，由卵细 胞和卵单壁所处的位置而定的。 细胞极性(cellPolarity)是多种不同类型细胞的共同特征,对多数细胞的分化和功能是必需的。细胞极性是指细胞中,某些 胞质成分按一定空间顺序不均等分布,从而形成各种细胞内容物的浓度梯度,正是由于细胞极性的存在导致了细胞的不 对称分裂。举例来说，对神经细胞而言，所谓极性是指一个神经细胞通常有两种纤维，即树突和轴突，其中树突专门 用来接收信号，轴突则只用来发送信号。 7 什么是 EMT？分为哪几类？叙述 EMT 在正常发育和病理中的功能 EMT 是上皮细胞经过一系列的生物化学变化在形态学上转变为间充质细胞表型并获得迁移能力的过程，包括迁 移侵袭能力的增强、凋亡抑制能力的提高、ECM 组分的大量增加。EMT 完成的标志是基底膜的各方均能够降解和间 充质细胞形态的获得。 一型 EMT:在移植、胚胎形成和组织发育中的 EMT。一型 EMT 与移植和原肠胚发育成中胚层、内胚层和神经脊 相关，原初上皮特别是上皮层经历 EMT 后成为原始间充质细胞。这种初始间充质细胞能够通过 MET 被重新诱导成二 级上皮细胞。据推测，二级上皮层也许可以分化形成各种类型的上皮组织，或经历 EMT 产生相关组织的细胞，如星 形细胞、脂肪细胞、软骨细胞和肌细胞。 二型 EMT:与组织再生和器官纤维化相关的 EMT 二型 EMTs 与炎症和纤维症相关，它不像一型 EMT，如果炎症 没有消失或减轻的话，二型 EMT 会经历更长的时期，且最终会损伤器官。 三型 EMT:与癌发生和转移有关的 EMT 与许多器官相关的二级上皮细胞能够经历 EMT 获得侵袭转移能力，最终 转化为癌细胞。 EMT 是胚胎发育中的一个基本过程，它使在特殊部位产生的上皮细胞从上皮组织分离并迁移到其他位置，是正 常发育、伤口愈合以及恶性上皮肿瘤发生的基础。 8 考虑 分泌酶作为治疗靶点时最应该注意的事项是什么？为什么？ 回答 1： 和 分泌酶抑制剂的应用也会带来一些问题。由于 和 分泌酶存在于身体许多不同的细胞中,它们除了 以 APP 为底物外可能还有其他底物参与其他物质的代谢。因此,需要长期治疗的 AD 病人,完全的抑制可能会导致毒性 反应。由于 和 分泌酶是 A 产生的关键酶,部分的抑制仍然是有效的治疗方法。阻断 A 的来路打断了 A 沉积的 恶性循环,可:以启动自身的清除机制去清除已存在的淀粉斑,而达到提高疗效的目的。还有一个问题是大脑结构的特殊 性, 和 分泌酶抑制剂必须通过血脑屏障,进入脑内才能发挥作用。 回答 2：PS 不仅参与 APP 的水解过程 ,而且是 Notch 代谢过程中的关键因素。Notch 与 APP 代谢非常相似,它们都 能被 TACE 酶切,而且在 PS 蛋白参与的情况下,也能被 分泌酶样的蛋白酶所水解。给予 分泌酶抑制剂或是 PS1 起催 化作用的天冬氨酸基团突变,均减少 Notch 信号及 Notch 细胞内结构域蛋白(Notchintracellulardomain,NICD)的产量。由 于 APP 与 Notch 之间的相似性,使用 分泌酶抑制剂治疗 AD 会干扰 Notch 信号系统。因此, 分泌酶抑制剂应有很好 的选择性,才能避免此类问题的发生。 随着近年来 A 代谢分子机制的阐明,特别是对 PS 与 分泌酶关系的了解及 APP 代谢关键酶 分泌酶蛋白的克隆, 均为 和 分泌酶抑制剂治疗 AD 带来曙光。但尽管如此,它们也存在着尚未解决的问题。由于分泌酶广泛存在于正常 组织中,药物的安全性、选择性以及如何透过血脑屏障发挥作用的问题仍然存在。因此,需要更深入地研究 A 代谢分子 机制,特别是 PS 与 分泌酶关系,开发选择性作用于大脑的分泌酶抑制剂,以避免其外周的毒性。另外,开发一些小分子 的抑制剂,以便提高其通过血脑屏障的能力,也是一个很好的发展方向。 回答 3：g 分泌酶可以作为 AD 的治疗靶点 分泌酶与 A 的产生密切相关，阻止或者延迟 A 的产生将有望从根本上治疗 AD，降低 分泌酶的活性可以实现这 个目标，近年来，人们将注意力转移到研究 分泌酶抑制剂的研发上，已经设计并且开发了许多相应类似化合物，从 化学结构上来看，主要是一些肽拟似物，包括肽醛类、双氟酮类、羟乙基类、内酰胺类等。现阶段， 分泌酶抑制剂 大多只是作为一种工具药来研究 分泌酶的结构和功能，较少应用于临床，这是由于 分泌酶 抑制剂存在选择性。选择性较差的 分泌酶抑制剂在抑制 A 生成的同时，也抑制了 Notch 等的切割，从而导致了严 重的毒副作用。虽然 分泌酶抑制剂的应用还存在一些阻碍，但关于它的研究成果还是为今后的药物研发提供了基础 和方向，我们需要开发选择性和特异性更高的 分泌酶抑制剂，使得针对 A 的抑制剂不会影响 Notch 等其他 分泌 酶底物的代谢，使之真正的发展成为治疗 AD 的有效手段。 9 简述 TLR4 信号通路在炎症中的功能。 TLR4是介导内毒素脂多糖(LPS) 应答的最主要受体。 G-菌释放入血的LPS 与单核P巨噬细胞表面的CD14 结合,经 CD14对LPS 的富集作用而活化TLR4。活化的TLR4利用 其胞浆作用域与衔接蛋白MyD88 的羧基末端相互作用,MyD88用它的死亡域(deathdomain) 募集下游同样含死亡域的丝 P 苏氨酸蛋白激酸酶(serinePthreonine-kinase),通过丝P苏氨酸蛋白激酶的三级酶联MAPKKK(mitogen-activatedproteink- inasekinasekinase,或称MAP3K)、MAPKK及MAPK启动细胞内信号传递,介导蛋白酪氨酸激酶和P38MAPK的激活而活 化转录因子(NF-JB、AP-1 、ATF2 等) 促进效应细胞表达合成 TNF-A、IL-1 、IL-6及IL-8等炎症因子,引起一系列病理生 理变化。在这些炎症因子中,TNF-A在全身炎症反应综合征的发生中起着重要的作用 ,TNF-A可诱发IL-1、IL-6 、IL-8 的 生成,还可激活巨噬细胞、白细胞促进血小板激活因子、NO 、前列腺素和白三烯等的产生,它们相互作用引起炎症介质 的过度释放,产生炎症因子的瀑布反应,对机体造成严重影响。 10 为什么肠上皮细胞特异性敲除 IKK 会减少肠癌？而肠实质细胞特异性敲除 IKK 会促进肠癌？ IKK是 NF-B抑制物的激酶，可以磷酸化NF-B抑制物，从而活化NF-B。NF-B 是一组重要的转录因子，参与 细胞中多种生理过程，具有复杂的调节机制。 在肠上皮细胞中，NF-B可以下调GADD45和（生长抑制DNA 损伤基因）的联合表达，这是很多肿瘤细胞逃逸 凋亡机制的关键步骤。另外，NF-B还可以上调CyclinD1(CCND1)等基因的表达，促进细胞生长。NF-B激活对肿瘤 的转移也具有明显的促进作用。所以，肠上皮细胞特异性敲除IKK会减少肠癌。 NF-kB家族作为转录因子可促进肿瘤发生发展的作用勿庸置疑，但是目前还有一些证据证实NF-B也能抑制肿瘤 的发生发展。在肠实质细胞中，特异性敲除IKK会促进肠癌。NF-B，特别是其RelA(p65) 亚基在p53-介导的凋亡过程 中具有重要作用NF-B失活或者活性降低可取消p53诱导的凋亡。 11 什么是 Warburg 效应？为何缺氧可诱导糖酵解？ 沃伯格效应(Warburgeffect)是由德国生物化学家奥托沃伯格(OttoWarburg,18831970）于 1930 年发现的。肿瘤细 胞产生能量的方式极为特别:健康细胞依靠线粒体氧化糖类分子释放出有用的能量,而大多数肿瘤细胞则通过通过产 能率相对较低糖酵解作用为自身供能。这种作用机制不需要氧气也不需要线粒体参与。恶性生长迅速的肿瘤细胞 通常的糖酵解率比他们的正常组织高达 200 倍。这种情况，即使在氧气充足的条件下也会发生。奥托华宝推测这 种变化的代谢是癌症的根本原因。 缺氧诱导因子(HIF1)是一个基本的循环转录因子,当哺乳动物细胞在缺氧、红细胞生成素(EPO)和血管内皮生长因子 (VEGF)或一些蛋白基因转录激活时被表达。它在维持氧稳态时起着非常重要的作用。当前的研究也为HIF1在调节一 些糖酵解酶的基因编码方面提供了证据,另外还有证据表明HIF1可以通过抑制糖异生的过程促进糖酵解的进行。 12 肿瘤细胞与正常细胞相比在细胞代谢方面有哪些不同？ 肿瘤与人体正常细胞在代谢上有些不同，这主要体现在能量代谢和物质代谢上。 在能量代谢方面：正常细胞能量代谢的特点为使用葡萄糖在线粒体内进行氧化磷酸化，这种代谢方式既经济，而 且效率也高。肿瘤能量代谢的特点主要表现在活跃地摄取葡萄糖和谷氨酰胺，进行有氧糖酵解（warburg 效应）。这 种能量供给方式对肿瘤细胞是必需的，它既为肿瘤细胞的不断生长提供能量，也为它们提供生物合成的原料。 肿瘤组织是一种异常增生的组织，具有旺盛的生长特性，代谢活跃，因而其物质代谢也很特殊。肿瘤细胞的从头 脂肪酸合成、核酸合成、蛋白质合成都比正常细胞旺盛，而且也通过大量的、高效的葡萄糖的酵解、脂肪酸的 氧化、 蛋白质的水解来供给合成代谢所需的大量能量和原材料。 （一）糖代谢 以糖酵解过程占优势，供给肿瘤组织能量，即使在有氧气的情况下。恶性肿瘤与良性肿瘤在糖酵解方面有量的差 别，恶性肿瘤细胞更为显著，糖酵解的的许多中间产物被肿瘤细胞利用来合成蛋白质、核酸、类脂，以保证瘤细胞生 长、增