肿瘤生化与分子生物学基础课件

1、肿瘤生化与分子生物学基础肿瘤生化与分子生物学基础肿瘤生化与分子生物学基础肿瘤生化与分子生物学基础我国我国：城市恶性肿瘤的死亡率位居第一，：城市恶性肿瘤的死亡率位居第一， 其次是心脑血管。其次是心脑血管。 恶性肿瘤中死亡率最高的是：恶性肿瘤中死亡率最高的是：男性男性：肺癌；：肺癌； 女性女性：乳腺癌：乳腺癌 恶性肿瘤是危害人类健康最严重的疾病之一恶性肿瘤是危害人类健康最严重的疾病之一最近有报道：最近有报道： 上海肿瘤发病中上海肿瘤发病中，肺癌占据第一，肺癌占据第一， 其次为肠癌。其次为肠癌。美国美国：恶性肿瘤死亡率仅次于心血管疾病：恶性肿瘤死亡率仅次于心血管疾病 肿瘤生化与分子生物学基础(DeS

2、antis, C., R. Siegel, et al. Breast cancer statistics, 2011. CA Cancer J Clin, 2011; 61(6): 409-418.)肿瘤生化与分子生物学基础癌细胞的十大特征1. 自给自足生长信号自给自足生长信号（Self-Sufficiency in Growth Signals）；2. 抗生长信号的不敏感抗生长信号的不敏感（Insensitivity to Antigrowth Signals）；3. 抵抗细胞死亡抵抗细胞死亡(Resisting Cell Death)；4. 潜力无限的复制能力潜力无限的复制能力(Limi

3、tless Replicative Potential)；5. 持续的血管生成持续的血管生成(Sustained Angiogenesis)；6. 组织浸润和转移组织浸润和转移(Tissue Invasion and Metastasis)；7. 避免免疫摧毁避免免疫摧毁(Avoiding Immune Destruction)；8.促进肿瘤的炎症促进肿瘤的炎症（Tumor Promotion Inflammation）； 9.细胞能量异常细胞能量异常（Deregulating Cellular Energetics）；10.基因组不稳定和突变基因组不稳定和突变（Genome Instabil

4、ity and Mutation）。Robert A. WeinbergRobert A. Weinberg肿瘤生化与分子生物学基础 很早以前注意到：肿瘤是一种基因病。很早以前注意到：肿瘤是一种基因病。究竟是何原因导致肿瘤究竟是何原因导致肿瘤？ 当这些基因受到体内外当这些基因受到体内外理化因素、或生物因素理化因素、或生物因素（主要指肿瘤病毒）等影响时，（主要指肿瘤病毒）等影响时，基因结构或其表达发基因结构或其表达发生改变生改变，失去对细胞生长的控制作用，导致组织异常，失去对细胞生长的控制作用，导致组织异常增生、癌变。增生、癌变。这些基因起何作用这些基因起何作用？调控细胞生长、增殖！调控细胞生长

5、、增殖！肿瘤生化与分子生物学基础一、理化因素或生物因素的致癌作用一、理化因素或生物因素的致癌作用 环境因素环境因素DNADNA损伤而未能及时修复损伤而未能及时修复可可致基因突变致基因突变引发肿瘤。引发肿瘤。 发生率不同，有个体差异！发生率不同，有个体差异！ 表明不同的个体，易感性不一样。表明不同的个体，易感性不一样。 肿瘤的发生与环境因素和遗传基因的易肿瘤的发生与环境因素和遗传基因的易感性有关！感性有关！肿瘤生化与分子生物学基础（一）常见化学致癌物及其致癌机制（一）常见化学致癌物及其致癌机制1常见的化学致癌物常见的化学致癌物香烟、煤烟、汽车尾气：香烟、煤烟、汽车尾气： 3,4-苯并芘苯并芘化疗

6、药、杀虫剂：化疗药、杀虫剂： 烷化剂烷化剂 染料、橡胶：染料、橡胶： 苯胺、氨基联苯胺苯胺、氨基联苯胺食品添加剂、染料：食品添加剂、染料： 氨基偶氮苯氨基偶氮苯 亚硝酸盐：亚硝酸盐： 亚硝胺类亚硝胺类 霉变食品（如霉变花生）：霉变食品（如霉变花生）： 黄曲霉素黄曲霉素熏烤、烧焦后的高蛋白食品：熏烤、烧焦后的高蛋白食品： 亚硝胺类亚硝胺类装潢材料：装潢材料： 甲醛、苯、等甲醛、苯、等- 肿瘤生化与分子生物学基础2. 致癌机制致癌机制（1）DNA分子中的鸟嘌呤碱基突变分子中的鸟嘌呤碱基突变 DNA分子中的鸟嘌呤是最易遭受致癌剂攻击的部位分子中的鸟嘌呤是最易遭受致癌剂攻击的部位 ： 在在N1、N3、

7、O6、N7、C8位上发生加合反应，使位上发生加合反应，使DNA分子发生损伤突变。分子发生损伤突变。CHNNNNHNH3CHNNNNHOHH2NOH NNNHOH NNNHONN13678肿瘤生化与分子生物学基础 受化学致癌物异常激活的癌基因：受化学致癌物异常激活的癌基因： 有：有：rasras、mycmyc、erberb等原癌基因，等原癌基因， 乳腺癌中常为乳腺癌中常为H-rasH-ras， 皮肤癌多为皮肤癌多为H-rasH-ras、mycmyc、fosfos等，等， 肝癌为肝癌为H-rasH-ras。 （2 2）癌基因被异常激活和抑癌基因失活）癌基因被异常激活和抑癌基因失活肿瘤生化与分子生物

8、学基础 化学致癌物的作用：化学致癌物的作用： 癌基因发生点突变癌基因发生点突变基因被异常激活基因被异常激活 如烷化剂引起如烷化剂引起GAGA， 苯并芘引起苯并芘引起GTGT， 结肠癌结肠癌K-rasK-ras癌基因的癌基因的GAGA。 化学致癌物引起抑癌基因突变化学致癌物引起抑癌基因突变而使之失活：而使之失活： 常见的有常见的有p53p53和和RbRb基因，进而引发多种癌瘤的产基因，进而引发多种癌瘤的产生。生。 肿瘤生化与分子生物学基础 抑癌基因抑癌基因p53p53基因突变引起的癌瘤有：基因突变引起的癌瘤有： 肺癌、乳腺癌、食管癌、胃癌、卵巢癌、胰腺肺癌、乳腺癌、食管癌、胃癌、卵巢癌、胰腺癌、

9、癌、 骨肉瘤、淋巴瘤、甲状腺瘤等；骨肉瘤、淋巴瘤、甲状腺瘤等； 抑癌基因抑癌基因RbRb基因失活引起的癌瘤有：基因失活引起的癌瘤有： 小细胞肺癌、膀胱癌、乳腺癌、胰腺癌、骨肉瘤、小细胞肺癌、膀胱癌、乳腺癌、胰腺癌、骨肉瘤、软组织肉瘤等。软组织肉瘤等。肿瘤生化与分子生物学基础（3）促癌剂的作用）促癌剂的作用 化学致癌物存在条件下，可加速促癌类化合物的化学致癌物存在条件下，可加速促癌类化合物的致癌性，促进肿瘤细胞的生长、癌变。致癌性，促进肿瘤细胞的生长、癌变。 如给小鼠背上涂布微量二甲基苯并蒽如给小鼠背上涂布微量二甲基苯并蒽再继续涂布再继续涂布佛波醇酯（佛波醇酯（TPA）可使几乎所有小鼠都发生肿瘤

10、。可使几乎所有小鼠都发生肿瘤。肿瘤生化与分子生物学基础（二）物理因素的致癌作用（二）物理因素的致癌作用物理因素有电磁波辐射，以及电子、质子、中子等物理因素有电磁波辐射，以及电子、质子、中子等二战中广岛，原子弹二战中广岛，原子弹 建筑材料中的铀建筑材料中的铀-238-238 氡氡-222-222DNA氧化交联、损伤氧化交联、损伤c-Jun 、k-ras被异常激活、过表达被异常激活、过表达肿瘤生化与分子生物学基础 1909年，年， Rous实验发现，含有鸡肉瘤病毒的无细胞滤液实验发现，含有鸡肉瘤病毒的无细胞滤液能诱发小鸡长肉瘤，这种病毒被称为能诱发小鸡长肉瘤，这种病毒被称为Rous肉瘤病毒肉瘤病毒

11、。 1958年阐明：年阐明：Rous病毒是一种病毒是一种RNA逆转录病毒，其中含有逆转录病毒，其中含有一个特殊基因一个特殊基因“src”, 其表达产物可使细胞转化长肉瘤。其表达产物可使细胞转化长肉瘤。 癌基因癌基因（oncogene，onc） 是指能引起细胞转化、并长出癌瘤的一类基因。是指能引起细胞转化、并长出癌瘤的一类基因。 1966年：年： Rous荣获诺贝尔奖荣获诺贝尔奖（三）病毒的致癌作用（三）病毒的致癌作用肿瘤生化与分子生物学基础病毒癌基因病毒癌基因（viral oncogene, V-onc） 病毒中含有的癌基因，可以引发癌症。病毒中含有的癌基因，可以引发癌症。 1976年（年（B

12、ishop,J.M， Varmus,H.E ： 正常细胞中也有与正常细胞中也有与v-onc同源的基因，被称为同源的基因，被称为细胞细胞癌基因癌基因（cellular oncogene, C-onc）。）。 C-onc广泛存在于各种动物细胞中，是正常基因组的一部广泛存在于各种动物细胞中，是正常基因组的一部分。分。 1989年：年： Bishop,J.M， Varmus,H.E荣获诺贝尔奖荣获诺贝尔奖.肿瘤生化与分子生物学基础原癌基因原癌基因（Proto-oncogene，Proto-onc ） 在正常细胞中以非激活状态存在的细胞癌在正常细胞中以非激活状态存在的细胞癌基因，称为基因，称为Proto

13、-onc，对细胞无害。对细胞无害。 当原癌基因在理化因素刺激下发生基因当原癌基因在理化因素刺激下发生基因突变而被过度激活，引起细胞过度增殖、转突变而被过度激活，引起细胞过度增殖、转化为癌细胞，此时称为化为癌细胞，此时称为癌基因癌基因。肿瘤生化与分子生物学基础已发现有多种病毒与人类肿瘤有关，例如：已发现有多种病毒与人类肿瘤有关，例如： C C型型KNAKNA病毒：病毒：与白血病有关与白血病有关 人类疤疹病毒人类疤疹病毒型（型（HSV-2HSV-2）：）：与子宫颈癌有关与子宫颈癌有关 EBEB病毒：病毒：是一种人群感染率较高的致癌性疱疹病毒是一种人群感染率较高的致癌性疱疹病毒, , 与伯与伯基特氏

14、淋巴瘤、鼻咽癌有关，基特氏淋巴瘤、鼻咽癌有关， 人类肝癌的发生：与人类肝癌的发生：与乙型肝炎病毒乙型肝炎病毒有关，有关， 艾滋病病毒艾滋病病毒的感染：与淋巴瘤、卡波奇肉瘤的发生也有关的感染：与淋巴瘤、卡波奇肉瘤的发生也有关. .肿瘤生化与分子生物学基础（1 1）通过癌基因表达产物促进恶性转化）通过癌基因表达产物促进恶性转化 致癌病毒主要通过病毒癌基因编码产物致癌病毒主要通过病毒癌基因编码产物蛋白质蛋白质对细胞各环节发生作用。对细胞各环节发生作用。 癌基因表达的产物（蛋白质）癌基因表达的产物（蛋白质）: : 大多是生长因子及其受体类、蛋白激酶类、小大多是生长因子及其受体类、蛋白激酶类、小G G蛋

15、白、核转录因子及核受体等蛋白、核转录因子及核受体等，参与细胞信号转导各，参与细胞信号转导各个环节，促进细胞过度增殖，引起癌瘤的生长。个环节，促进细胞过度增殖，引起癌瘤的生长。 2. 致癌机制致癌机制肿瘤生化与分子生物学基础（2） 通过插入激活而致癌通过插入激活而致癌 小鼠乳腺肿瘤病毒（小鼠乳腺肿瘤病毒（MMTV）原本不含癌基因。）原本不含癌基因。 MMTV的癌基因（的癌基因（V-src）序列的两端含有重复）序列的两端含有重复调控序列（调控序列（LTR）,具有增强子样功能具有增强子样功能。 当其插入宿主细胞当其插入宿主细胞DNA分子中后，可促进宿主细分子中后，可促进宿主细胞基因表达。胞基因表达。

16、 MMTV的插入的插入生长因子生长因子int基因过表达基因过表达 促进细胞增殖。促进细胞增殖。肿瘤生化与分子生物学基础（3） 病毒癌基因与细胞癌基因的同源性病毒癌基因与细胞癌基因的同源性 在进化过程中，病毒感染宿主细胞后，可从宿主在进化过程中，病毒感染宿主细胞后，可从宿主细胞获得一部分细胞癌基因序列，即称为细胞获得一部分细胞癌基因序列，即称为病毒癌基因病毒癌基因（V-onc）。）。 然后病毒癌基因再去感染宿主细胞，容易促进细然后病毒癌基因再去感染宿主细胞，容易促进细胞增殖、转化、致癌。胞增殖、转化、致癌。肿瘤生化与分子生物学基础（四）遗传特性决定肿瘤的易感性（四）遗传特性决定肿瘤的易感性 癌瘤

17、的发生受体内外因素的影响：癌瘤的发生受体内外因素的影响： 体内因素体内因素（遗传性（遗传性/先天性）先天性）： 是指是指遗传性遗传性缺陷缺陷DNA修复机制修复机制或或细胞周期细胞周期调控缺陷调控缺陷。 体外因素（体外因素（后天性后天性）：）： 是指外界的一些是指外界的一些理化因素理化因素和和生物致癌生物致癌因素。因素。 在上述因素综合作用下，有可能引起正常细胞的癌变。在上述因素综合作用下，有可能引起正常细胞的癌变。 在肿瘤发生过程中，在肿瘤发生过程中，环境因素是启动因素，而个人的环境因素是启动因素，而个人的遗传特性决定肿瘤的易感性遗传特性决定肿瘤的易感性。 肿瘤生化与分子生物学基础 肿瘤易感个

18、体：肿瘤易感个体：1 1）可能通过遗传，获得了突变的、易致癌的关键基因）可能通过遗传，获得了突变的、易致癌的关键基因2 2）这种突变基因对环境变化很敏感）这种突变基因对环境变化很敏感3 3）这种突变基因易发生癌变生长）这种突变基因易发生癌变生长 由于上述原因，使这类个体发生癌变的概率增高。由于上述原因，使这类个体发生癌变的概率增高。 因而同样暴露于相同的致癌物环境下，有的易生癌、有的不因而同样暴露于相同的致癌物环境下，有的易生癌、有的不生癌。生癌。表明环境与遗传基因相互作用在致癌过程中非常重要。表明环境与遗传基因相互作用在致癌过程中非常重要。肿瘤生化与分子生物学基础（五）（五）DNA修复缺陷导

19、致基因组的不稳定性修复缺陷导致基因组的不稳定性 DNA修复缺陷修复缺陷导致基因组不稳定导致基因组不稳定基因断裂、基基因断裂、基因重排因重排肿瘤发生风险肿瘤发生风险 2007年来自华中科大同济医学院一篇论文，报道了年来自华中科大同济医学院一篇论文，报道了 7个遗传个遗传性非息肉结肠癌（性非息肉结肠癌（HNPCC）家系的病例资料：）家系的病例资料： 缺陷缺陷DNA错配修复系统错配修复系统基因组不稳定性基因组不稳定性肿瘤肿瘤发生风险发生风险家属聚集性：家属聚集性： 7个个HNPCC家系：共有癌症患者家系：共有癌症患者23例，肿瘤灶例，肿瘤灶27处处 其中其中1个家系连续三代人生癌，个家系连续三代人生

20、癌， 4个家系连续两代人生癌。个家系连续两代人生癌。 肿瘤生化与分子生物学基础 二、肿瘤生化与细胞学特点二、肿瘤生化与细胞学特点（一）癌组织中多种酶活性与物质代谢发生改变（一）癌组织中多种酶活性与物质代谢发生改变 1）糖酵解抑制有氧氧化）糖酵解抑制有氧氧化 2）糖异生作用减弱，出现低血糖）糖异生作用减弱，出现低血糖 3）核苷酸乃至核酸合成能力大大增强）核苷酸乃至核酸合成能力大大增强 4）肿瘤组织蛋白质）肿瘤组织蛋白质合成合成，肌肉组织蛋白，肌肉组织蛋白分解分解 5）表达胎型同工酶）表达胎型同工酶原因：原因：与多种相关酶活性异常有关！与多种相关酶活性异常有关！肿瘤生化与分子生物学基础 物质代物质

21、代 谢变化谢变化糖酵解糖酵解速率速率糖异生糖异生糖原合成糖原合成 氨基酸分解氨基酸分解 蛋白质合成蛋白质合成 核苷酸乃至核苷酸乃至核酸代谢的核酸代谢的酶活性酶活性 胎型同工酶胎型同工酶表达表达 肿瘤生化与分子生物学基础1. 糖酵解速率增大糖酵解速率增大 正常时：正常时：糖的有氧氧化抑制糖酵解糖的有氧氧化抑制糖酵解,称称Pasteur效应效应 恶性肿瘤组织：恶性肿瘤组织： 糖酵解抑制糖的有氧氧化糖酵解抑制糖的有氧氧化Crabtree效应效应 肿瘤组织糖酵解很活跃，依赖糖酵解产能提供合成肿瘤组织糖酵解很活跃，依赖糖酵解产能提供合成代谢的能量所需。代谢的能量所需。 肝癌细胞糖酵解速率是正常组织的肝癌

22、细胞糖酵解速率是正常组织的2 5倍。倍。 肝癌组肝癌组织中糖酵解供能可达织中糖酵解供能可达50%。 肿瘤生化与分子生物学基础2. 糖异生及糖原合成能力均下降糖异生及糖原合成能力均下降肝细胞癌变过程中：肝细胞癌变过程中： 糖异生的糖异生的4个关键酶个关键酶 难以维持正常血糖浓度难以维持正常血糖浓度 糖原合酶活性糖原合酶活性 肝内糖原含量肝内糖原含量低下低下 更更难以维持正常血糖浓度难以维持正常血糖浓度 这可能是晚期肝癌患者出现低血糖的重要这可能是晚期肝癌患者出现低血糖的重要原因。原因。肿瘤生化与分子生物学基础3氨基酸分解下降而蛋白质合成增强氨基酸分解下降而蛋白质合成增强肿瘤组织：肿瘤组织： 1）

23、谷氨酸脱氢酶、）谷氨酸脱氢酶、ALT、AST等酶活性等酶活性、联合脱氨基作联合脱氨基作用用氨基酸分解氨基酸分解 2）氨基酸活化酶）氨基酸活化酶、蛋白质合成酶系、蛋白质合成酶系使使氨基酸氨基酸参与参与蛋白蛋白质合成质合成肿瘤组织疯长肿瘤组织疯长 3）肿瘤组织进一步从血液中获取氨基酸用于合成蛋白质）肿瘤组织进一步从血液中获取氨基酸用于合成蛋白质引引起起肌肉组织蛋白质分解肌肉组织蛋白质分解，以补充血液氨基酸，以补充血液氨基酸机体消瘦机体消瘦 这可能是肿瘤患者消瘦的原因之一这可能是肿瘤患者消瘦的原因之一 肿瘤生化与分子生物学基础 1）核苷酸合成过程中的酶活性变化）核苷酸合成过程中的酶活性变化 核酸从头

24、合成酶核酸从头合成酶，dTMP合酶合酶，NDP还原酶还原酶 2） DNA复制过程中的酶活性变化复制过程中的酶活性变化 DNA 聚合酶聚合酶活性活性，拓扑异构酶活性，拓扑异构酶活性促进细胞增值促进细胞增值3） 端粒酶的活性变化端粒酶的活性变化 恶性肿瘤细胞中端粒酶活性恶性肿瘤细胞中端粒酶活性，阳性率，阳性率80% 90%能否通过抑制端粒酶活性，抗肿瘤细胞增殖能否通过抑制端粒酶活性，抗肿瘤细胞增殖？4. 核苷酸乃至核酸代谢异常旺盛核苷酸乃至核酸代谢异常旺盛肿瘤生化与分子生物学基础5 5表达胎型同工酶表达胎型同工酶 恶性肿瘤组织往往表达胎儿期存在的同工酶，称恶性肿瘤组织往往表达胎儿期存在的同工酶，称

25、为为胎儿型同工酶胎儿型同工酶(异常高表达异常高表达HK、PyrKPyrK、醛缩酶、醛缩酶A A)； 或表达胎盘中存在的同工酶，称或表达胎盘中存在的同工酶，称胎盘型同工酶胎盘型同工酶； 还可以表达其他成年组织中存在的同工酶，称还可以表达其他成年组织中存在的同工酶，称异异位型表达。位型表达。 肝细胞癌变后表达胎型同工酶肝细胞癌变后表达胎型同工酶 高表达异位型肌型同工酶（高表达异位型肌型同工酶（CK）肿瘤生化与分子生物学基础（二）肿瘤细胞生物学特点（二）肿瘤细胞生物学特点1）肿瘤细胞膜性质改变）肿瘤细胞膜性质改变2）肿瘤细胞增殖能力强）肿瘤细胞增殖能力强3）肿瘤细胞分化障碍）肿瘤细胞分化障碍4）肿瘤

26、细胞周期失控）肿瘤细胞周期失控肿瘤生化与分子生物学基础 1. 肿瘤细胞膜性质改变肿瘤细胞膜性质改变 肿瘤细胞膜的通透性明显比正常细胞大肿瘤细胞膜的通透性明显比正常细胞大营养物通透营养物通透 组织癌变时组织癌变时: 细胞基质（细胞基质（ECM） , 细胞黏附分子（细胞黏附分子（CAM）异常异常细胞之间的黏附异常细胞之间的黏附异常细胞间失去接触抑制细胞间失去接触抑制易从原发部位脱易从原发部位脱落落迁移、侵袭其他组织。迁移、侵袭其他组织。 肿瘤细胞膜肿瘤细胞膜: 糖链改变，酸性粘多糖糖链改变，酸性粘多糖， 转移癌的细胞表面唾液酸转移癌的细胞表面唾液酸负电性负电性 膜上含肿瘤纤溶酶膜上含肿瘤纤溶酶使使

27、血液纤溶酶原转变为纤溶酶血液纤溶酶原转变为纤溶酶使使纤维纤维蛋白分解蛋白分解，降解细胞间基质降解细胞间基质促进肿瘤向周围侵袭、转移。促进肿瘤向周围侵袭、转移。肿瘤生化与分子生物学基础 肿瘤细胞增殖能力强肿瘤细胞增殖能力强1）与细胞增殖相关的酶活性增高：）与细胞增殖相关的酶活性增高： 核苷酸合成酶、核苷酸合成酶、DNA聚合酶、拓扑异构酶、氨基酸活化聚合酶、拓扑异构酶、氨基酸活化酶、蛋白质合成酶系均增高酶、蛋白质合成酶系均增高细胞增殖细胞增殖2）细胞信号转导通路中的蛋白激酶活性改变：）细胞信号转导通路中的蛋白激酶活性改变： PKA活性活性 细胞分化，良性生长细胞分化，良性生长 PKC、TPK使信号

28、转导使信号转导蛋白发生磷酸化修饰蛋白发生磷酸化修饰 细胞增殖细胞增殖 TPK属于生长因子受体型酪氨酸激酶，接受生长因子属于生长因子受体型酪氨酸激酶，接受生长因子信号信号 细胞增殖细胞增殖肿瘤生化与分子生物学基础 3. 肿瘤细胞分化障碍肿瘤细胞分化障碍 肿瘤细胞增殖程度高、分化程度低，或发生趋异肿瘤细胞增殖程度高、分化程度低，或发生趋异性分化，出现多向分化：性分化，出现多向分化： 如髓母细胞瘤可见有神经元分化成分、各种胶质如髓母细胞瘤可见有神经元分化成分、各种胶质细胞分化成分、甚至出现肌细胞成分，称此为细胞分化成分、甚至出现肌细胞成分，称此为趋异性趋异性分化分化 。这种在一种类型肿瘤组织中出现另

29、一种肿瘤这种在一种类型肿瘤组织中出现另一种肿瘤成分的现象，被称为成分的现象，被称为肿瘤的化生肿瘤的化生。 肿瘤细胞的趋异性分化，使胞核核型不规则、大小不均肿瘤细胞的趋异性分化，使胞核核型不规则、大小不均肿瘤的趋异性可能又是肿瘤细胞具有侵袭性、转移性的原因。肿瘤的趋异性可能又是肿瘤细胞具有侵袭性、转移性的原因。肿瘤生化与分子生物学基础 最近有人提出了最近有人提出了“肿瘤干细胞肿瘤干细胞”概念：概念： 肿瘤干细胞是指具有恶性增殖能力的、能促进肿瘤干细胞是指具有恶性增殖能力的、能促进肿瘤生长的细胞群。肿瘤生长的细胞群。 肿瘤干细胞在肿瘤组织中只占一小部分，这类肿瘤干细胞在肿瘤组织中只占一小部分，这类

30、细胞具有形成并维持肿瘤生长和异质性的能力，与细胞具有形成并维持肿瘤生长和异质性的能力，与肿瘤转移与肿瘤复发有关，若要彻底治愈肿瘤，必肿瘤转移与肿瘤复发有关，若要彻底治愈肿瘤，必须清除这类细胞。须清除这类细胞。 提出提出“肿瘤干细胞肿瘤干细胞”的策略！的策略！ 肿瘤生化与分子生物学基础2021-10-1038G1/S调控点调控点4. 细胞周期失控是肿瘤形成的重要原因细胞周期失控是肿瘤形成的重要原因受受Cyclin/cdk调控调控cyclin、CDI(P21、P16)E2F、 Rb、P53肿瘤生化与分子生物学基础 细胞周期的不同阶段受细胞周期的不同阶段受 Cyclin/Cdk的调控。的调控。Cyc

31、lin作为调节亚基，作为调节亚基，Cdk作为催化亚基，通过两作为催化亚基，通过两者形成者形成Cyclin-Cdk复合物而激活复合物而激活Cdk活性活性，调节，调节细胞周期进程。细胞周期进程。 与与Cyclin相反，相反，Cdk抑制蛋白（抑制蛋白（CKI）抑）抑制制Cdk活性。活性。 肿瘤生化与分子生物学基础 (P21、p16)Rb不被磷酸化不被磷酸化 细胞周期细胞周期停止在停止在G1期期 Rb-E2F（E2F失活失活）cyclin (+)Rb-PRb-P不与不与E2F结合结合CDI(-)cyclin/CDKE2F发挥转录发挥转录因子作用因子作用促进细胞增殖促进细胞增殖P53(+)肿瘤生化与分子

32、生物学基础 CKI分两大家族：包括分两大家族：包括p21家族和家族和p16家族。家族。2) p21抑制抑制Cyclin-Cdk活性活性 Rb不被磷酸化修饰而活化不被磷酸化修饰而活化 活性活性Rb蛋白与蛋白与E2F结合结合 细胞周期停在细胞周期停在G1 细胞增殖细胞增殖3) P16蛋白蛋白抑制抑制Cdk4、Cdk6活性活性Rb蛋白不被磷酸蛋白不被磷酸 化而活化化而活化 Rb蛋白蛋白与与E2F结合结合使细胞周期停留在使细胞周期停留在G1期期 细胞增殖细胞增殖 1) Cyclin促进促进CDK活性活性Rb-P而失活而失活E2F活化活化细胞进程细胞进程4) P21又受又受P53的促进的促进肿瘤生化与分

33、子生物学基础正常时正常时：p53蛋白蛋白 促进促进p21蛋白表达蛋白表达 抑制抑制Cyclin/CDK活性活性 P16蛋白蛋白 Rb非磷酸化非磷酸化 （有抑制有抑制E2F的活性的活性）肿瘤生化与分子生物学基础正常时：正常时：非磷酸化非磷酸化-Rb与与E2F结合（形成结合（形成Rb-E2F）使）使E2F失活失活细胞停留在细胞停留在G1细胞癌变时：细胞癌变时： Rb-p E2F活性活性细胞周期越过细胞周期越过G1/S期关卡期关卡细胞细胞增殖增殖肿瘤生化与分子生物学基础 由上所知，肿瘤的发生是多因素事件，往往累由上所知，肿瘤的发生是多因素事件，往往累及到肿瘤细胞内有多种物质代谢发生改变，细胞多及到肿

34、瘤细胞内有多种物质代谢发生改变，细胞多种性质发生变化。种性质发生变化。 能否寻找一些特异性的肿瘤标志物，用于肿瘤能否寻找一些特异性的肿瘤标志物，用于肿瘤的诊断、分类、预后判断及治疗？的诊断、分类、预后判断及治疗？ 如：如： AFP、 CEA、 PAP、NSE、 -GT等等肿瘤生化与分子生物学基础 肿瘤组织疯长：肿瘤组织疯长： 是与癌基因与抑癌基因的调控作用发生异常有关是与癌基因与抑癌基因的调控作用发生异常有关！ 癌基因与抑癌基因如何实现对细胞生长的癌基因与抑癌基因如何实现对细胞生长的调控？调控？通过其表达产物来实现！通过其表达产物来实现！肿瘤生化与分子生物学基础三、癌基因表达产物及其作用三、癌

35、基因表达产物及其作用 癌基因表达产物：癌基因表达产物： 生长因子类，生长因子受体，生长因子类，生长因子受体，G蛋白类，蛋白类，蛋白激酶类，转录因子类等，蛋白激酶类，转录因子类等， 上述产物与细胞生长、增殖关系密切上述产物与细胞生长、增殖关系密切肿瘤生化与分子生物学基础生长因子类生长因子类 sis PDGF链链 int-2 FGF成员成员 hst FGF成员成员 癌基因表达产物及其作用（癌基因表达产物及其作用（1 1） 类别类别 癌基因癌基因 表达产物表达产物 生物学功能生物学功能通过自通过自/ /旁分泌作用与相应旁分泌作用与相应受体结合，参与调控细胞受体结合，参与调控细胞生长、增殖等生长、增殖

36、等生长因子生长因子 erb-B EGFR胞内区胞内区受体类受体类 fms CSF-1R trk NGFR kit PDGFR 大多为横跨质膜的大多为横跨质膜的RTPK, 当被相应生长因子识别并当被相应生长因子识别并活化后，可进一步参与调活化后，可进一步参与调控细胞生长、增殖等控细胞生长、增殖等肿瘤生化与分子生物学基础蛋白激酶类蛋白激酶类 src Tyr蛋白激酶蛋白激酶 mos Ser/Thr蛋白激酶蛋白激酶 raf Ser/Thr蛋白激酶蛋白激酶癌基因表达产物分类（癌基因表达产物分类（2 2） 类别类别 癌基因癌基因 表达产物表达产物 生物学功能生物学功能在胞质内可以分别催化下在胞质内可以分别

37、催化下游效应蛋白游效应蛋白Tyr/Ser/Thr残基发生磷酸化修饰残基发生磷酸化修饰小小G G蛋白蛋白 H/K/N-ras Ras蛋白蛋白位于胞内侧，在位于胞内侧，在RasMAPK途径中，介导多途径中，介导多种生长因子的信息传递种生长因子的信息传递肿瘤生化与分子生物学基础核内转录核内转录 myc Myc蛋白蛋白因子类因子类 myb Myb蛋白蛋白 fos Fos蛋白蛋白 jun Jun蛋白蛋白癌基因表达产物及其作用（癌基因表达产物及其作用（3 3） 类别类别 癌基因癌基因 表达产物表达产物 生物学功能生物学功能其他其他 erb-A 甲状腺激素受体甲状腺激素受体 crk 磷脂酶磷脂酶C在核内发生

38、磷酸化修饰在核内发生磷酸化修饰后，参与调控基因表达后，参与调控基因表达在核内形成在核内形成Fos-Jun二聚体，二聚体，作为转录因子调节基因转录作为转录因子调节基因转录活性活性在核内接受甲状腺激素信在核内接受甲状腺激素信号，促进细胞生长、增殖号，促进细胞生长、增殖被被RTPK结合到质膜中，催结合到质膜中，催化化PIP2水解，生成水解，生成IP3和和DAG肿瘤生化与分子生物学基础 从上表看出，从上表看出，癌基因表达产物位于信号通路中的不同环节癌基因表达产物位于信号通路中的不同环节，参与了许多重要的细胞活动参与了许多重要的细胞活动 ，包括细胞生长、分化、基因表达，包括细胞生长、分化、基因表达调控、

39、细胞周期调控等，并在细胞凋亡、衰老过程中也起着重调控、细胞周期调控等，并在细胞凋亡、衰老过程中也起着重要作用。要作用。 如果没有癌基因及其表达产物，细胞的生长、增殖就会受如果没有癌基因及其表达产物，细胞的生长、增殖就会受到影响，受精卵就不能分裂，胚胎不能发育，组织受损后不能到影响，受精卵就不能分裂，胚胎不能发育，组织受损后不能再生和修复，细胞不能正常生长，生物也就不能生存。再生和修复，细胞不能正常生长，生物也就不能生存。 生物生存依赖于癌基因的适度表达。生物生存依赖于癌基因的适度表达。 肿瘤生化与分子生物学基础四、细胞信号转导通路与肿瘤细胞的异常增殖四、细胞信号转导通路与肿瘤细胞的异常增殖 许

40、多癌基因表达产物作为细胞信号转导蛋白，参与细胞生许多癌基因表达产物作为细胞信号转导蛋白，参与细胞生长、增殖、分化的调控。长、增殖、分化的调控。 因此，近年来从细胞信号转导角度，研究肿瘤发生与发展因此，近年来从细胞信号转导角度，研究肿瘤发生与发展的机制，以及药物的作用及其靶点成为近年来肿瘤防治研究的机制，以及药物的作用及其靶点成为近年来肿瘤防治研究的热点。的热点。 （1）Ras-MAPK(ERK)途径；途径；（2）TGF-Smad途径；途径；（3）JAK-STAT途径等。途径等。肿瘤生化与分子生物学基础（1）Ras-MAPK(ERK)途径途径GFRTPKRasMAPK系统系统转录因子转录因子基因

41、表达细胞生长、增殖基因表达细胞生长、增殖肿瘤生化与分子生物学基础 TGF TGF-Smad-Smad信号转导途径信号转导途径 -转化生长因子（转化生长因子（TGF） TGF受体（受体（型、型、型型） Smad家族（家族（8个成员个成员/三类）三类） 受体调节受体调节SmadSmadR-SmadR-Smad 共配体共配体SmadSmadCo-SmadCo-Smad 抑制性抑制性SmadSmadI-Smad I-Smad 肿瘤生化与分子生物学基础R-Smad: (Smad1、2、3、5、8)Co-Smad: （Smad4）I-Smad: (Smad6、7)TGF-Smad传递途径传递途径肿瘤生化与

42、分子生物学基础 TGFTGF 是一种多功能细胞因子，参与免疫调节、肿瘤发生、是一种多功能细胞因子，参与免疫调节、肿瘤发生、造血调控、炎症反应、组织纤维化等多个方面调节作用。造血调控、炎症反应、组织纤维化等多个方面调节作用。 癌症早期：癌症早期： TGF抑制肿瘤细胞增殖、诱导其凋亡抑制肿瘤细胞增殖、诱导其凋亡 肿瘤进展期：肿瘤进展期： TGF对肿瘤细胞抑制作用逐渐消失，反而促进对肿瘤细胞抑制作用逐渐消失，反而促进肿瘤发展晚期：肿瘤发展晚期：抑制免疫、促进血管新生、细胞外基质分泌抑制免疫、促进血管新生、细胞外基质分泌 利于肿瘤细胞生长、转移、浸润。利于肿瘤细胞生长、转移、浸润。调节组织纤维化：调节

43、组织纤维化： Smad3/Smad7异常表达异常表达胶原蛋白基因异常表达胶原蛋白基因异常表达纤维化纤维化 TGF信号途径调节肿瘤的发生信号途径调节肿瘤的发生 ：肿瘤生化与分子生物学基础 最近几年还发现最近几年还发现细胞凋亡与增殖细胞凋亡与增殖的不平衡，的不平衡，新生新生血管的生成血管的生成等都可能引起细胞过度增殖，导致肿瘤的等都可能引起细胞过度增殖，导致肿瘤的形成。形成。 最近提出最近提出“多基因协同假说多基因协同假说”，认为细胞癌变是由，认为细胞癌变是由多个基因的异常激活或失活引起，而非单一基因。多个基因的异常激活或失活引起，而非单一基因。 对此，国内多个单位联合起来开展肿瘤基因组学研对此，国内多个单位联合起来开展肿瘤基因组学研究，期待探明肿瘤的发生究竟与那些基因突变或异常究，期待探明肿瘤的发生究竟与那些基因突变