第六致癌基因和癌症.ppt

致癌基因和癌症 Oncogenes and cancer,第 六 章,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）”。,癌症分子研究发展历史:,致 癌 因 素,第 一 节,环境因素可引起DNA损伤，如果机体DNA损伤修复缺陷，或基因组不稳定性（genome instability）增加，则易感肿瘤。 个人的遗传特性也决定了肿瘤的易感性。 因此，肿瘤发生与环境因素、内在因素有关。,致癌物（carcinogen）：能引起细胞或生物体发生肿瘤的物质。,一、一些化学物质可导致癌症,（一）环境中很多化学物质是致癌剂,黄曲霉毒素,霉变食品,（二）某些致癌物需代谢活化方有致癌作用,直接致癌物(carcinogen)：指直接暴露于细胞和机体便可致癌的因素或分子。,前致癌物(precarcinogen)：指需经代谢转化方具有致癌活性因素或分子。,代谢活化：前致癌物经过一个或多个酶促反应才能转变成有致癌活性的过程。,代谢酶系：细胞色素P450酶系 存在部位：主要于肝，其次是肾、肺、脑等组织的微粒体中。 影响因素：生物种属、遗传因素、年龄和性别等。,近似致癌剂（proximatecarcinogen）：代谢活化过程的中间代谢产物。 终致癌剂（ultimatecarcinogen）：最终通过与DNA反应，带正电荷的亲电子致癌物。,致癌物可与细胞DNA结合， 尤其是与DNA分子中鸟嘌呤碱基上的N2、N3、N7、O6和O8原子结合，形成DNA加合物引起DNA损伤。,（三）DNA加合物的形成是致癌过程的关键,(1)从癌细胞可衍生出癌细胞，是由DNA决定的 (2)放射线或化学物致癌的机理均有DNA损伤突变 (3)许多癌细胞表现为染色体异常 (4)癌细胞DNA(癌基因)经转染可转化正常细胞为 癌细胞。 (5)已经分离出对肿瘤易感性高的基因,DNA是致癌过程中决定性大分子的主要证据：,化学致癌物可与线粒体DNA相互作用，形成被致癌物修饰的线粒体DNA。其作用可能会对细胞能量代谢产生影响。,化学致癌物诱发癌基因、抑癌基因发生点突变，使后者激活或失活。,（四）化学致癌物可诱发癌基因的激活和抑癌基因的失活,如: 烷化剂引起GA的碱基改变 苯并芘引起GT改变,促癌剂（promoter）:单独作用并不能致癌，但在化学致癌物同时使用时可使肿瘤加速生长，促进癌变。,（五）促癌剂可促进致癌过程,佛波酯(TPA)直接激活蛋白激酶C(PKC)进一步发挥作用。,例如,二、电离辐射等物理因素可以致癌,机制：主要是产生电离，形成自由基，造成 DNA损伤。,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-oncogene）的序列，编码的转化蛋白可使细胞癌变。,三、肿瘤病毒可以致癌,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。,（一）致癌的病毒有DNA病毒和RNA病毒,肿瘤病毒的特点：,（二）转化病毒携带致癌基因,转化可自然发生，也可由一些化学因素诱导产生,更多的是由于肿瘤病毒的感染引起。 肿瘤病毒的转化活性来自于特定的基因或病毒基因组中的基因（癌基因）。 致癌基因由它们的致癌性而被命名。 致癌基因能起始一系列有细胞蛋白质执行的事件.最终，病毒通过有规律的“开关”来改变靶细胞的生长特性。,病毒可以在培养基中的细胞内生长，细胞被感染的结果取决于细胞的种类和基因型. (1)许可细胞高效被传染。病毒完成早期和晚期阶段的裂解周期。周期以子病毒的释放结束并且导致(最终)细胞死亡。 (2)非许可细胞不能高效地被感染，并且病毒的表现受阻。一些感染的细胞被转化。在这种情况下，单个细胞表型变化并且培养物以一种无限制的方式永久存在。,DNA病毒携带的致癌基因用于肿瘤抑制蛋白的失活，它们的行为使肿瘤抑制因子功能的丧失。 逆转录病毒携带的致癌基因源于细胞的基因，它们可能原癌基因中功能获得突变的行为。 多瘤和腺病毒携带的癌基因的表达产物的作用相似于癌抑制物功能的丧失。,用于转化的病毒中含有癌基因,在DNA肿瘤病毒的转化过程中，当变形发生时，有关联的基因整合到变形细胞的基因组中，进行组成性表达，产生转化蛋白质(致癌蛋白质)。 1.多瘤病毒很小，在鼠类中很常见。所有的多瘤病毒注射到新生的啮类动物体内，都能导致癌变。 2.乳头瘤病毒是引起上皮癌的小DNA病毒；有75种人类乳头瘤病毒，许多与良性生长关联，但一些与癌基因关联，如特殊的子宫颈癌。两个关联病毒的产物在子宫颈癌基因中表达，能使目标细胞无限增殖。,3.腺病毒最初是从人类的腺体分离出来的，它们包含80多种不同但有关联的病毒。人类的腺病毒和呼吸疾病相关联。它们能感染来自不同种类的细胞。 (1)人细胞是许可细胞并且能高效地被腺病毒感染，病毒在感染细胞内复制。 (2)一些啮齿类动物的细胞是非许可细胞。所有的腺病毒都能转化培养的非许可细胞，但不同病毒的致癌力不同，当它们被注射进初生啮齿类动物时就能引起肿瘤。,4.逆转录病毒是RNA病毒。感染过程：RNA单链DNA双链DNA，最后整合到基因组中，也可能在那里被重新转录为只有感染的RNA。 按肿瘤发生的起源，逆转录病毒可分为： 无缺陷病毒与一般逆转录病毒生活史相同，它们产生有很长潜伏期的传染性介质，致癌性依赖病毒启动原致癌基因的能力。 急性转化病毒以致癌基因形式获得了新的遗传信息。这基因源于通过转导捕获的细胞基因。这些病毒能很快在体外诱导肿瘤形成，并且它们能在体外转化培养细胞。这些病毒根据在动物体内诱导肿瘤的类型:白血病、肉瘤，癌等划分几类。,当逆转录病毒感染新宿主时，它的遗传信息是水平传递的。 而当病毒基因组整合到宿主生殖细胞中遗传给后代时，信息是垂直传递的。,一个转化逆录病毒在其自身基因的位置携带有宿主细胞的DNA序列。,一个逆转录病毒通过与细胞交换部分序列捕获细胞基因。 产生的转导病毒有两个重要性质： (1)不能自身复制，因为复制所需的病毒基因在与细胞交换序列时遗失掉了。 (2)在感染过程中，转导病毒携带在重组产物中获得的细胞基因，且它们的表达可改变感染细胞的基因型。,病毒癌基因的产物为蛋白激酶、G-蛋白、酪氨酸蛋白激酶或受体等，从而通过激活信号转导途径促进细胞增殖及恶性转化。,1肿瘤病毒模拟信号分子起作用,（三）肿瘤病毒通过多种方式促进恶性转化,如：小鼠乳腺肿瘤病毒 （mouse mammary tumor virus, MMTV）,2病毒通过插入激活而致癌,病毒癌基因插入宿主基因后，可通过长末端重复序列上调生长因子的基因表达，促进细胞增殖。,Int 生长因子,MMTV病毒LTR序列上调宿主生长因子基因的表达,逆转录病毒存在一个与细胞基因组序列紧密相关的序列。正常细胞序列本身是无致癌性的，但它含有原癌基因，当它被逆转录病毒捕获和修饰后产生致癌基因。 用前缀v和c分别表示病毒的致癌基因和细胞中的对基因。如Rous肉瘤。 病毒携带的致癌基因表示为v-src，在细胞基因组中相关原癌基因表示为c-src。通过比较v-onc和c-onc基因可判断促使肿瘤形成的特性。,3许多病毒癌基因与细胞癌基因序列同源,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。,如Rous肉瘤病毒的癌基因v-src编码p60src，具有TPK活性。,四、个体遗传特性决定肿瘤的易感性,细胞外因素指各种外界物理、化学及生物学致癌因素-起动因素,癌变过程受细胞内、外因素的影响。,细胞内因素指获得性或遗传性DNA修复或细胞周期调控缺陷-决定肿瘤的易感性,通过遗传获得突变的、且能致癌的关键基因； 遗传获得的突变基因提高个体对环境因素作用的敏感性； 通过遗传获得的基因对癌变克隆的生长有利。,肿瘤易感性的决定因素：,不同个体的同一个基因在序列上存在微小差异，即单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms, SNPs)。这种多态性可导致个体间一些代谢相关的酶、DNA修复酶等活性差异，从而引起不同个体对环境因素的敏感性不同。,环境-基因相互作用也是重要因素之一。,五、DNA修复缺陷和基因组不稳定性在癌症的发病中至关重要,遗传性非息肉结肠癌 （hereditary nonpolyposis colon cancer, HNPCC）,一些癌症是由于DNA修复缺陷导致的基因组不稳定性、易发生断裂、重排等所致。,例如：,大多数肿瘤是由多种因素综合作用结果产生。有些可能包含致癌基因的激活，其它一些则是肿瘤抑制物灭活引起。多种因素综合激发肿瘤，反映出正常细胞有多重机制条控它们的生长和分化，并且要摆脱这些控制的束缚需要若干独立的变化。当然， 存在单个突变即能引发致癌性的基因，同时，突变也能产生易患肿瘤的脆弱体质，至于致癌基因和抑癌基因是否足以全部揭示癌变本质仍然是一个公开的问题。,肿瘤的生化与细胞学特点 The Biochemical and Cellular Characteristics of Tumor,第二节,肿瘤组织蛋白质、核酸、脂类及核苷酸合成加强，氨基酸、核苷酸的分解代谢降低。 糖类分解加强，糖的消耗加强，糖酵解加强，糖类的合成减少。,一、癌组织中糖、氨基酸、核苷酸等代谢均 发生变化,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，但与正常组织间并无质的差异。,（一）与增殖相关的酶类活性增强,增殖相关的酶主要指核酸及蛋白质合成的酶。,（二）酵解速率增大,恶性肿瘤中则是糖酵解抑制有氧氧化，称为Crabtree效应。肿瘤无论在有氧、无氧的条件下均表现为糖酵解活跃，因此与之相关的酶活性均增强。,（三）糖异生明显下降,当肝细胞癌变后，糖异生有关的酶活性明显下降，只有正常活性的1。,（四）合成糖原能力下降,肝癌时肝脏利用单糖合成糖原的能力降低，糖原减少，肝癌者可能发生低血糖。,（五）氨基酸分解代谢减弱,机体为了补充肿瘤组织中蛋白质合成的需求，肌肉组织中的蛋白质分解加强，这是患者出现消瘦的原因之一。,（六）核苷酸合成相关的酶活性增强,核苷酸合成相关的酶可能与肿瘤的恶性程度相关，恶性程度越大，酶的活性越高。,（七）蛋白激酶及磷酸酶的活性均增强,蛋白激酶与细胞增殖相关，磷酸酶的活性升高可能是一种代偿机制，也许是为了对抗过高的蛋白激酶活性。,（八）出现胎儿型同工酶,肝癌前病变,葡萄糖醛酸转移酶（O型）,胃肠道肿瘤,谷胱甘肽S转移酶（型）,多种恶性肿瘤,谷胱甘肽S转移酶（P型）,肝癌前病变、高分化肝癌,谷胱甘肽S转移酶（A型）,多种肿瘤,碱性磷酸酶（非Regan型）,多种肿瘤,碱性磷酸酶（Regan型）,肝癌,DNA聚合酶（r）,肝癌,支链氨基酸转氨酶（I型）,肝癌,糖原磷酸化酶（胎儿型）,肝癌,果糖1，6二磷酸酶（肌型）,肝癌、脑瘤,丙酮酸激酶（M2型）,肝癌,醛缩酶（C型）,肝癌,醛缩酶（A型）,肾癌、乳腺癌,己糖激酶（III型）,肝癌,己糖激酶（II型）,在肿瘤中的表达,同工酶,细胞膜通透性增强是肿瘤的特征； 植物凝集素引起的凝集性增加使肿瘤细胞表现 接触抑制； 细胞膜粘附性降低有利于癌的侵袭和转移； 膜表面负电荷增加； 糖蛋白中的糖链改变是肿瘤常见的变化； 膜糖脂组成发生变化； 恶性转化细胞膜上存在肿瘤纤溶酶。,二、癌症时肿瘤细胞膜发生多种改变,三、细胞分化障碍是肿瘤细胞的基本特点,肿瘤细胞分化的特征：,异形性：细胞核变大，大小不等，核形不整等。,失极性：细胞排列紊乱，细胞核的长轴方向与 细胞生长轴方向不一致。,幼稚性：出现胚胎时期特点。,分化相关基因按功能分两类：,管家基因(house keeping gene)：多种细胞共有。,奢侈基因（luxury gene）:编码特异性蛋白质， 即奢侈蛋白（luxury protein），是细胞分化的标记物，也是肿瘤起源的标记物。,致癌因素使细胞基因组中与增殖（proliferation）有关的基因启动，同时基因表达产物抑制了细胞分化（differentiation）。,（一）细胞癌基因的激活抑制细胞分化,C-myc高水平的表达就能抑制细胞分化一些分化诱导剂在促进肿瘤分化的同时，常伴有细胞癌基因的下调。,例如:,（二）部分抑癌基因失活抑制细胞分化,视网膜母细胞瘤基因（Rb基因）编码蛋白质能促进视网膜母细胞分化，当Rb基因缺失或失活可产生视网膜母细胞瘤。,部分抑癌基因是促分化基因，它们的缺失或失活可导致肿瘤发生。,例如:,在致癌因素作用下，发育的部分组织中保留少量未分化的干细胞，这些干细胞大量增殖可变为肿瘤细胞。肿瘤细胞实际上就是增殖过剩的干细胞，这就是所谓的肿瘤干细胞学说。,（三）肿瘤细胞分化障碍与干细胞发育受阻有关,肿瘤干细胞学说是诱导分化治疗肿瘤的理论基础。,上次课,致癌因素：理化因素、生物学因素 癌组织生化与细胞学特点： 1.癌组织代谢变化 2.癌细胞膜变化 3.细胞分化障碍,细胞分裂周期： G1SG2MG0 1.G1期：RNA大量合成，蛋白质明显增加。 2.S 期：DNA复制 3.G2期：为细胞分裂准备期，细胞中合成 一些与M期相关的蛋白质 4.M 期：细胞有丝分裂期。,四、细胞周期调控失衡导致肿瘤细胞失控性增殖,细胞周期中的调控因子很多是肿瘤抑制子，如：RB、D细胞周期蛋白和一些小的阻遏蛋白(p16，p21) ，这些蛋白在细胞增殖周期中发挥重要作用，但它们更可能与间期(G0期)中肿瘤的形成有关。,（一）细胞周期调控因子失活,视网膜细胞瘤（RB)是一种视网膜中长肿瘤的人类儿童病。这种病由遗传产生也可由基因突变产生,通常与人类第13染色体上带q14的缺失有关。 RB是影响细胞周期的核蛋白。有两种形式：磷酸化和去磷酸化。在间期(G0/G1期)细胞中，RB为去磷酸化。在G1末期中RB被cyclin-cdk复合体磷酸化；有丝分裂过程中又被去磷酸化。去磷酸化的RB蛋白可与某些蛋白（如E2F因子)特异性结合，磷酸化后这些蛋白又被释放出来。,例：,E2F属转录因子，能激活S期所必需靶基因。当E2F与RB结合后，可阻止E2F转录活性（RB可以阻止依赖E2F因子的基因的表达）。这样RB间接阻止细胞进入S期（即：阻止细胞增殖）。 (1)某些病毒肿瘤抗原能与RB非磷酸化形式特异结合。使RB活性被抑制（RB对细胞周期的抑制被解除），RB-肿瘤抗原复合体不与E2F结合，E2F以自由状态存在，细胞可进入S期（细胞增殖）。,(2)RB的过度表达阻碍细胞生长 在缺少RB的骨肉瘤细胞中，当RB被导入此细胞系后，骨肉瘤细胞增殖受到阻遏。然而这种阻碍可以由于D细胞周期蛋白的表达使RB磷酸化而消除。 因此，在间期细胞中，RB处于非磷酸化状态，D细胞周期蛋白含量很低或没有，p16，p21，p27的存在使cdk-周期蛋白复合体促于失活状态，无限制增殖的细胞中这个循环被阻断。此环路的丧失将导致细胞无限制生长。,细胞周期调控机制的核心，是一组蛋白激酶，它们各自在细胞周期内特定的时间激活，通过对相应的底物磷酸化，驱使细胞完成细胞周期。这些蛋白激酶的细胞周期特异性或时相性激活，依赖于一类细胞周期特异性或时相性表达、累及与分解的蛋白质，称为细胞周期素（cyclin），而前者被称为细胞周期依赖性蛋白激酶（CDk）。,（二）肿瘤细胞表现为细胞周期蛋白过表达+,细胞周期素与CDK结合后，CDK才具有活性，它们两者的结合使细胞周期有序进行。 所有cyclin蛋白分子结构上，都有一个相对保守的区域（细胞周期盒）。Cyclin box的主要功能是与cyclin结合并激活之，如果该区域突变，cyclin与CDK的结合能力和激活功能同时丧失。,在诱导细胞分化时，Cdk4常表达下调；若高表达则可明显抑制细胞分化。,（三）Cdk表达过量抑制细胞分化,在人的一些肿瘤中，已发现有Cdk4、Cdk6的高表达。,Cdk（周期蛋白依赖性蛋白激酶）：含有一端类似的氨基酸序列（细胞周期盒），可与周期蛋白结合，并将周期蛋白作为其调节亚单位，进而表现出蛋白激酶活性。,基因扩增、染色体移位、基因重排是过表达的主要机制。 细胞周期蛋白(cyclins) D1在B淋巴细胞瘤、乳腺癌、胃癌中表现为过表达。、,细胞周期依赖性蛋白激酶抑制物（CKI） CKI与Cyclin竞争性结合Cdk，拮抗Cyclin的作用，阻止细胞经过“检测点” ，调节细胞周期。 如：当DNA损伤和细胞衰老时，具有转录因子作用的p53增高，抑制其CDK活性，阻滞细胞周期的进行。DNA 损伤可以激活原癌基因表达，而p53 可以抑制组织中原癌基因表达。如果这种抑制可以奏效，检验点促使细胞修复DNA 损伤；但若无法实现，细胞就必须消亡。,（四）CKI缺失和突变可导致细胞周期失调,肿瘤抑制子p53抑制细胞生长或引发细胞凋亡。 p53和RB都可认为是肿瘤抑制因子，通常在某种程度上控制细胞增殖。如果缺少它们该控制将不复存在，有利于肿瘤形成。,CKI家族分类：,具有广泛抑制作用，包括p21、p27和p57。,具有特异性抑制作用，包括p15、p16、p18和p19。,CIP/KIP家族,INK4家族,在正常细胞中，p21与与Cyclin-Cdk结合，抑制Cyclin-Cdk磷酸化Rb蛋白，阻止细胞进入S期。,p21相同过表达可使细胞阻滞在G1期。,当细胞在S期发生DNA损伤时，p21可通过其C末端结构域与PCNA直接结合，阻止损伤DNA长链的复制，但损伤DNA的修复不会被p21抑制。,当DNA损伤后，p53被激活，继而激活p21基因转录。,p16可与Cyclin D竞争性地结合Cdk4/6，抑制Cdk4或Cdk6的活性，阻止Rb磷酸化。未磷酸化的Rb与E2F结合，从而使依赖于E2F转录的基因不能转录，阻止细胞由G1期进入S期。 p16基因缺失、突变等可能与肿瘤发生有关。,端粒是位于染色体3末端的一段富含G的DNA重复序列，端粒和端粒结合蛋白组成核蛋白复合物，广泛存在于真核生物细胞中，具有特殊的功能。 端粒酶是由端粒酶RNA和蛋白质组成的核糖核蛋白酶，通过识别并结合于富含G的端粒末端，以自身为模板，逆转录合成端粒 在某些分裂旺盛的正常组织细胞也有表达，但端粒酶活性极低。,五、癌细胞中的端粒酶处于活性状态,正常细胞的分裂次数是有限的。端粒酶的激活是细胞走向永生化的必要途径，而永生化又被认为是肿瘤恶化的必要步骤。肿瘤细胞的端粒长度很短，其继续缩短将导致染色体融合、细胞死亡，而端粒酶的激活可以维持端粒的长度，从而维持肿瘤的继续分裂、增殖和生存。端粒酶的表达，可能是肿瘤形成和发展的共同途径。,在某些肿瘤组织，如肠癌中端粒酶活性很高。 端粒酶与维持肿瘤细胞的永生性及无限增殖关系密切。,它们的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。,六、肿瘤细胞具有比较特异的标记物,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,癌基因、抑癌基因及生长因子Oncogene, Tumor Suppressor Gene and Growth Factors,第三节,一、认识肿瘤,所有高等真核生物一个主要的特征是机体生命期的有限性。然而，癌细胞却是一个特例，它们是失去正常生长控制的一类变种细胞。癌细胞可以在不适宜的位点生长或无限繁殖。这对于它们的宿主机体可能是致命的。 即： 不同组织有限制细胞生长的性质。 变形的细胞可形成固体肿瘤。 在新的位置上形成肿瘤。,（一）癌细胞有别于正常细胞,无限增殖 转化变形 转移：癌细胞具有侵染正常组织的能力，它可以 离开起源处而在身体内建立一个新的基 地。,当细胞被从脊椎动物的体内取出转移到培养基上培养时，它们会分裂几个循环，但此后会进入衰老阶段，细胞生长终止。随后细胞进入危机期而死亡。能生存下来的细胞具有了无限分裂的能力，但在这一过程中它们的特性已经发生了改变。 一般来说，鼠细胞在12代度过危机期。尽管人细胞很少能体外生长，而仅有某些特殊种类的人细胞能够生长，事实上人细胞在40 代进入危机期。由于危机期存在，大多细胞有有限的生命期。,（二）培养细胞的连续改变与致瘤性有关,度过危机期的细胞形成非致癌细胞系。它们能无限繁殖，但经过危机期时其特性发生了改变，可能在适应培养基时会持续改变。这些变化可能部分类似于肿瘤形成中发生的变化。 已建立的无限繁殖细胞通常是非致癌的。 表现为： 贴壁依赖性 血清(或生长因子)依赖性 密度依赖性抑制 细胞骨架结构-细胞是扁平的网络结构 结果：细胞在底物呈单层细胞生长。,从肿瘤培养（不是来自正常组织培养）的细胞表现出部分或者全部性质的改变被称作变形。 变形细胞生长受约束很少，不需要粘附在固体的表面，减少了血清依赖性，堆积为一大团厚细胞而不是在表面单层生长，改变形状，变圆，长成灶。并且当将其注入合适的动物可以诱导产生肿瘤。,正常成纤维细胞与变形细胞在培养基中生长情况,（三）正常细胞与癌细胞的生长特征,当细胞从脊椎动物组织中取出放入培养基中，它们生长成几代后，进入衰老期，这时同时生长停止。紧接着又是一个危险期，这时多数细胞死亡。而存活者显露出无限分裂的能力，但从危险期表现的行为来看，它们的性质已发生变化。,通过比较动物正常细胞与变形细胞，我们可以了解肿瘤形成的基因基础规律： 某种因素使普通细胞转变为变形细胞，通常大量的基因改变是致癌必须的。人类随年龄发生的癌症证明，6-7种因素形成一种癌症要20-40年，其中，一个单独的基因改变是一个重要或者必需的成分。 许多药物提高了细胞转变为变形条件的频率；它们被称为致癌物。有时这些致癌物被分成“启动”和“促进”的肿瘤形成，包括癌细胞发展过程中的不同状态。致癌物可能引起胚胎改变或直接或间接改变细胞的基因型。,二、肿瘤形成的基因基础,（一）癌基因,原癌基因（proto-oncogene，pro-onc）是细胞内与细胞增殖相关的基因，是维持机体正常生命活动所必须的，在进化上高等保守。 当原癌基因的结构或调控区发生变异，基因产物增多或活性增强时，使细胞过度增殖，从而形成肿瘤。 肿瘤细胞中存在着显形作用的癌基因，在正常细胞中有与之同源的正常基因，被称为原癌基因,早在1911年Rous发现鸡肉瘤无细胞滤液能引起鸡产生新的肉瘤，几十年后，他证实了病原体为罗氏病毒（Rouss sarcoma virus, RSV。1970年Temin 证实RSV是一种反转录病毒 1970s H. Varmus等研究发现RSV中的致瘤基因是src基因，用src的cDNA和其他基因组DNA杂交，发现src的同源物普遍存在于动物细胞（如鸡、鸭、果蝇）。原来src编码一种胞质酪氨酸激酶，参与细胞增殖相关的信号转导，是细胞的正常组分。,当病毒感染的细胞时，RSV等反转录病毒的基因组整合在宿主基因组上复制，同时，会将宿主的某些基因复制到了自身的基因组中，使src基因拷贝增多，引起细胞过度增殖。 为了区别起见将存在于正常细胞中的癌基因序列称为c-onc，而把存在于病毒中的序列称为v-onc. 从结构上看c-onc是间断的，存在内含子，这是真核基因的特点。而v-onc是连续的，基因跨度较小.,癌基因分类： 病毒癌基因（v-onc）指反转录病毒的基因组里带有可使受病毒感染的宿主细胞发生癌变的基因。 细胞癌基因（c-onc，又称原癌基因(pro-onc)指存在正常细胞基因组中，一旦发生突变或被异常激活后可使细胞发生恶性转化的基因。换言之，在每一个正常细胞基因组里都带有原癌基因，但它不出现致癌活性，只是在发生突变或被异常激活后才变成具有致癌能力的癌基因。,原癌基因是细胞的正常基因，其表达产物对细胞的生理功能极其重要，只有当原癌基因发生结构改变或过度表达时，才有可能导致细胞癌变。,1.原癌基因表达的特点,(1)正常细胞中原癌基因的表达水平较低，而且 受生长调节，表达的主要个特点： 具有分化阶段特异性 细胞类型特异性 细胞周期特异性 (2)肿瘤细胞中原癌基因的表达特点： 一些原癌基因过度表达 原癌基因的表达程度和次序发生紊乱，不再具有细胞 周期特异性。 (3)细胞分化与原癌基因表达： 在分化过程中，与分化有关的原癌基因表达增加，而与 细胞增殖有关的原癌基因表达受抑制。,2.原癌基因产物的功能,大多数原癌基因编码的蛋白质都是细胞信号转导网络中信号分子，在信号转导途径中有着重要的作用原癌基因产物可作为： (1)生长因子 (2)生长因子受体：具酪氨酸蛋白激酶活性 (3)非受体酪氨酸蛋白激酶 (4)丝/苏氨酸蛋白激酶 (5)G蛋白: 具GTP结合作用和GTP酶活性 (6)核内DNA结合蛋白,细胞癌基因的分类及功能,正常膀胱上皮的H-ras与人膀胱癌细胞株的H-ras序列差别只是第一外显子的第12位密码子内一个碱基不同：正常情况下为GGC，膀胱癌的为GTC。,(1)点突变可激活原癌基因,例如:,3.癌基因过度表达或异常激活可引起肿瘤,基因领域效应（gene territorial effects）:在成簇排列的基因之间都有一定长度的旁侧序列，当两个相邻基因之间的间隔序列小于一定长度时，其中一个基因的转录会被抑制。 基因领域效应可抑制C-onc的表达，使其处于非激活状态。 肿瘤染色体因基因易位（gene translocation）发生基因重排（gene rearrangement），则失去基因领域效应。,(2)基因易位使原癌基因激活,基因扩增：细胞经过一个细胞周期，DNA复制数多于一次。 一些肿瘤中发现了癌基因的扩增，如在人的急性粒性白血病细胞株HL-60细胞中有C-myc大量扩增，在乳腺癌、结肠癌、胃癌等有C-myb扩增。,(3)基因扩增激活癌基因,前病毒基因组中长末端重复序列（long terminal repeats, LTRs）内启动子和增强子整合在C-myc，活化了C-myc。,(4)启动子插入使癌基因激活,转录调控区的CpG岛甲基化可抑制基因转录。 现认为某些癌基因的低甲基化（H-Ras，C-myc）是细胞癌变的重要特征，低甲基化可导致癌基因大量表达。,(5)低甲基化可使原癌基因激活,抑癌基因（tumor suppressor genes）：是一类存在与正常细胞中的、与原癌基因共同调控细胞生长和分化的基因，也称抗癌基因和隐性癌基因。 与原癌基因编码的蛋白质促进细胞生长相反，抑癌基因的产物能抑制细胞的生长、增殖，若其功能丧失则可能促进细胞的肿瘤性转化。 由此看来，肿瘤的发生可能是癌基因的激活与抑癌基因的失活共同作用的结果。,(二)抑癌基因,目前了解最多的两种抑癌基因是Rb基因和P53基因。它们的产物都是以转录调节因子的方式控制细胞生长的核蛋白。其它肿瘤抑制基因还有神经纤维瘤病1基因、结肠腺瘤性息肉基因、结肠癌丢失基因等。,抑癌基因失活可能使细胞向恶性转化,Rb基因是在视网膜母细胞瘤的研究中发现一种抑癌基因。Rb基因丢失见于所有的视网膜母细胞瘤及部分骨肉瘤、乳腺癌和小细胞肺癌等。 Rb基因编码一种核蛋白。它在细胞核中以活化的脱磷酸化和失活的磷酸化的形式存在。活化的Rb蛋白对细胞从G0/G1期进入S期有抑制作用。当细胞开始分裂时，Rb蛋白被磷酸化失活，使细胞进入S期。细胞分裂成两个子细胞后，失活的Rb蛋白通过脱磷酸化再生使子细胞处于静止状态。如果由于点突变或基因丢失而使Rb基因失活，Rb蛋白表达异常，细胞就可能持续地处于增殖期，并可能由此恶变。,Rb基因,p53基因定位于17号染色体。正常的p53蛋白（野生型）存在于核内，在脱磷酸化时活化，有阻碍细胞进入细胞周期的作用。 p53的功能是作为一种转录因子，激活一系列的基因，包括p21（抑制细胞周期），GADD45（一种修复蛋白）；这两个基因都涉及到细胞周期的制止。 P53通过激活靶基因，使细胞生长停止。 在部分结肠癌、肺癌、乳腺癌和胰腺癌等均发现有p53基因的点突变或丢失，从而引起异常的p53蛋白表达，而丧失其生长抑制功能，从而导致细胞增生和恶变。,p53蛋白,p53也是一种核内磷蛋白。是最主要的肿瘤抑制物，人类一半以上的癌都与p53基因突变有关。 在正常细胞中p53水平较低。但当DNA通过照射或其它处理而发生损伤时p53被激活，p53大量增加，p53的活化可以引发两类效应。细胞停止生长或萎缩直至死亡。细胞在G1的早期p53触发细胞周期的限制点，阻断了细胞周期的进程，使损伤的DNA在细胞进入S期前得到修复的机会。但若细胞已进入分裂期，那么p53就触动细胞死亡的程序。这种萎缩的典型结果是细胞坍缩成一个异固缩的小团以及核DNA断裂。,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）,（三）生长因子是一类能促进细胞增 殖的肽类,生长因子是一类通过与特异受体结合，调节细胞生长与其他细胞功能等多肽类物质。 存在于血小板和各种组织细胞及大多数培养细胞中，对不同种类细胞具有一定的专一性。 各类生长因子都有相应受体，是普遍存在于细胞膜上的跨膜蛋白，不少受体具有激酶活性，特别是酪氨酸激酶活性（如PDGF受体、 EGF受体等）。,细胞生长、分化的调控是一个多信号整合的复杂系统。参与这一系统的包括生长因子、细胞因子和生长抑制因子等。上述因子中，生长因子在影响炎症和损伤部位的细胞增生中起着重要作用。 生长因子都是分子量不大的可溶性多肽，因而又叫多肽生长因子。生长因子来自不同种类的细胞，通过旁分泌、自分泌和内分泌等途径，对靶细胞的增殖、运动、收缩、分化和组织的改造起调控作用。,生长因子通过与靶细胞的受体特异性结合而发挥作用。大部分生长因子受体位于细胞膜上，生长因子与受体结合，形成配体受体复合体，使受体的细胞内结构区的酪氨酸激酶活化，进一步激活ras信号通道的连接蛋白； 磷酸肌醇激酶； 磷脂酶C和； src家庭成员， 通过上述四条途径，使细胞进入S期。,生长因子的分类和功能,转化生长因子- (TGF-)是一多功能蛋白质，可以影响多种细胞的生长，分化、细胞凋亡及免疫调节等功能。 转化生长因子-包括：TGF-1、2和3。TGF-属于TGF-超家族蛋白。 TGF-可以结合到细胞表面的TGF-受体结合而激活其受体。转化生长因子-受体是丝氨酸/苏氨酸激酶受体。其信号传递可以通过SMAD信号通路和/或DAXX信号通路。,TGF-抑制大多数细胞生长,肿瘤细胞中常表现为促进增殖的信号增强。,（四）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,细胞凋亡（apoptosis）又称程序性细胞死亡（programmed cell death），是一种早期以染色体浓缩，晚期以细胞浆、细胞核裂解，或出现凋亡小体为特征性表现的细胞死亡。,（五）肿瘤细胞异常增殖是细胞凋亡减弱的结果,肿瘤异常生长是增殖亢进而死亡减少的结果。,（一）Bcl-2是一种抗凋亡基因,最早发现多数非何杰金滤泡状B细胞淋巴瘤存在染色体易位（t（14;18），是原位于18号染色体的Bcl-2基因被置于14号染色体珠蛋白重链基因调控序列的控制下，从而引起Bcl-2高表达，细胞凋亡明显被抑制。,p53表达增高或激活时，可增强p21转录，使p21蛋白水平升高。抑制CKI活性，阻滞G1/S的过渡，提供DNA修复充足的时间。,（二）p53是一种促凋亡基因,p53还能诱导多种促凋亡蛋白的表达。,p53还可与Bcl-2基因的5-调控序列的p53阴性反应元件(p53 negative response element, PNRE)相互作用，抑制Bcl-2的表达。,细胞癌变多步骤、多因素 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,三、细胞癌变是多基因、多步骤、多因素的复杂过程,多基因协同假说：, 从正常上皮细胞到上皮细胞过度增生可能涉及FAP、MCC基因的突变或缺失； 从上皮细胞过度增生到早期腺瘤可能与DNA低甲基化相关； 从早期腺瘤到中期腺瘤涉及K-ras突变； 从中期腺瘤到晚期腺瘤涉及DCC基因丢失； 从晚期腺瘤到结、直肠腺癌涉及p53基因缺失； 转移癌还涉及nm基因的突变、血管生长因子基因表达增高等。,结、直肠癌发生发展的6个阶段相关的基因或因素,第四节,肿瘤的侵袭与转移 The Invasion and Metastasis of Tumor,肿瘤细胞与细胞外基质的粘附、结合。 肿瘤细胞外基质的蛋白水解酶的降解。 肿瘤细胞转移至被水解的基质区进一步生长、扩散。,肿瘤侵袭和转移的3个过程：,一、肿瘤细胞与细胞外基质的粘附是转移的必要条件,一方面