外科学与分子生物学

1、外科学与分子生物学Definition:Definition:是在分子水平阐述核酸与蛋白质，蛋白质与蛋白质的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相互作用，阐述基因表达与调控机理的科学DNADNA分子双螺旋结构：分子双螺旋结构：golden helixgolden helixCrick (物理学家物理学家), Watson(生物学家生物学家).Nature, 1953 1962年荣获诺贝尔生理学与医学奖年荣获诺贝尔生理学与医学奖 现代分子生物学诞生现代分子生物学诞生DNADNA：d deoxyriboeoxyribon nucleicucleic

2、a acidcid：是具有保存、复制信息，并可在细胞是具有保存、复制信息，并可在细胞与细胞之间，亲代与子代之间传递信与细胞之间，亲代与子代之间传递信息的生物大分子息的生物大分子结构：两条缎带样结构盘绕成梯形双结构：两条缎带样结构盘绕成梯形双螺旋结构，呈致密线圈状存在于细胞螺旋结构，呈致密线圈状存在于细胞核的染色体内。缎带结构是核糖与磷核的染色体内。缎带结构是核糖与磷酸构成的骨架；内部阶梯是碱基对酸构成的骨架；内部阶梯是碱基对碱基对：碱基对：A-TA-T，C-GC-GA: adenine T: thymine A: adenine T: thymine C: cytosine G: guanin

3、eC: cytosine G: guanineDNADNA的半保留复制：的半保留复制：子代子代DNADNA双链一条来自亲代，另一条为双链一条来自亲代，另一条为新合成的互补链，子链是母链的准确抄本，由此构成了遗传新合成的互补链，子链是母链的准确抄本，由此构成了遗传保守性保守性DNA DNA 半保留复制半保留复制分子生物学中心法则分子生物学中心法则 central dogma：DNADNA指导指导RNARNA合成，合成，RNARNA指导蛋白质合成，而特异性蛋白质又反过来催化指导蛋白质合成，而特异性蛋白质又反过来催化DNADNA、RNARNA合成合成DNADNA的每条单链由很多字母组成：的每条单链由

4、很多字母组成：ATGCTCGAATAAATGTGAATTTGAATGCTCGAATAAATGTGAATTTGA以上字母组成多个词：以上字母组成多个词：ATG CTC GAA TAA ATG ATG CTC GAA TAA ATG TGA ATT TGATGA ATT TGA以上单词构成了句子：以上单词构成了句子：ATG CTC GAA TAA ATG CTC GAA TAA ATG TGA ATT TGA ATG TGA ATT TGA以上句子就是基因以上句子就是基因基因：是负载特定遗传信息的基因：是负载特定遗传信息的DNADNA分子片段。分子片段。是编码一个是编码一个RNARNA分子所必须的

5、分子所必须的DNADNA序列序列 ，RNARNA是是充当充当DNADNA与蛋白质合成间的信使，与蛋白质合成间的信使，DNADNA发布制造发布制造蛋白质（蛋白质（ProteinProtein）的命令）的命令 基因组（基因组（genomegenome）：构成细胞）：构成细胞DNADNA的大约的大约6060亿个碱基，组成的亿个碱基，组成的全套基因。除了同卵双胞胎外，每个各体碱基序列均不相同，全套基因。除了同卵双胞胎外，每个各体碱基序列均不相同，使得每一各体都有各自的特点使得每一各体都有各自的特点染色体：染色体：chromosomechromosome：是基因的载体，人类体细胞是基因的载体，人类体细胞

6、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字母发生改变。字母发生改变。与基因突变的差别在于，突变在与基因突变的差别

7、在于，突变在群体中的发生频率小于群体中的发生频率小于1%1%，而多，而多态性在群体中的出现频率大于态性在群体中的出现频率大于1%1%Gene expression真核生物的基因真核生物的基因 由编码序列和非编码序列组成。前者称为外由编码序列和非编码序列组成。前者称为外显子（显子（exonexon）；后者称为内含子（）；后者称为内含子（intronintron）。）。两者相嵌排列。内含子被切掉后外显子拼接起两者相嵌排列。内含子被切掉后外显子拼接起来转录为基因产物。每一个基因首位和末位外来转录为基因产物。每一个基因首位和末位外显子外侧均有一段不被转录与翻译的非编码区，显子外侧均有一段不被转录与翻译

8、的非编码区，参与转录与翻译的调控。此区含有与参与转录与翻译的调控。此区含有与RNARNA聚合酶聚合酶结合并启动基因转录的启动子（结合并启动基因转录的启动子（promotorpromotor），），使基因高效转录的增强子（使基因高效转录的增强子（enhancerenhancer），使转），使转录终止的终止子（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的控制创伤与感染 外科研究的主体

9、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，揭示细胞周期失控肿瘤为主要研究对象，揭示细胞周期失控的类型与机制，为分子诊断与基因治疗提的类型与机制，为分子诊断与基因治疗提供依据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，原本存在于正常细胞中，表示，

10、原本存在于正常细胞中，表示C-C-mycmyc癌基因：癌基因：oncogeneoncogene，具有使正常细胞转化为肿瘤的基因，或称，具有使正常细胞转化为肿瘤的基因，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，正常细胞转他们的失活或功能丢失，使细胞周期失去负性调控，正常细胞转变为肿瘤细胞变为肿瘤细

11、胞OncogeneTumor suppressor geneDNADNA损伤：损伤：生物体的内外环境可造生物体的内外环境可造成成DNADNA损伤，引起碱基序损伤，引起碱基序列改变或断裂，若不加列改变或断裂，若不加以纠正，则将转录翻译以纠正，则将转录翻译出错误蛋白质，是衰老、出错误蛋白质，是衰老、疾病、癌症发生的原因疾病、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 diseasecell cycle disease）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肿瘤发病机制研究：肿瘤是多

12、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，分析基因以探测基因存在，分析基因类型和缺陷以及功能是否正常从而达到诊断类型和缺陷以及功能是否正常从而达到诊断疾病的方法疾病的方法 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基利用核苷酸单链作为分子探针检测待测基因的过程。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（polymerase chain r

13、eaction, PCR）：由）：由DNADNA聚合酶催化，利用聚合酶催化，利用极微量极微量DNADNA片段扩增，经过多个循环周而复始，片段扩增，经过多个循环周而复始，使目的使目的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千上在固相膜片上制成成千上万个寡核苷酸点阵，以待测样本万个寡核苷酸点阵，以待测样本DNA DNA 、RNARNA用用荧光标记后与之杂交，利用激光共聚焦显微镜荧光标记后与之杂交，利用激光共聚焦显微镜对芯片扫描，计算机进行信息分析对芯片扫描，计算机进行信息分析 1 人类基因组计划：人类基因组计划：human genome pro

14、ject,HGP由美国科学家提出，目的由美国科学家提出，目的是将细胞内基因组是将细胞内基因组DNADNA序序列全部分析出来。美国列全部分析出来。美国19901990年正式启动，英、法、年正式启动，英、法、德、日、中等国科学家共德、日、中等国科学家共同参与，同参与，20032003年年4 4月已宣月已宣布完成人类基因组序列图布完成人类基因组序列图后基因组计划或功能基因后基因组计划或功能基因组学组学：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，目前已知功能的基功能，目前已知功能的基因仅占小部分，大量基因因仅占小部分

15、，大量基因功能尚待阐明功能尚待阐明Homogenization PCR：polymerase chain reaction 是在模板是在模板DNADNA、引物、四种脱、引物、四种脱氧核苷酸（氧核苷酸（dNTP）存在条件下由）存在条件下由耐热耐热DNADNA聚合酶在体外酶促合成双聚合酶在体外酶促合成双链链DNADNA反应。其特异性取决于引物反应。其特异性取决于引物和模板和模板DNADNA的特异性的特异性PCRPCRPCR Southern blotIn situ hybridizationMicroarrayGene diagnosis technique:microarray基因治疗：基因治疗

16、：gene therapy, 指将人的正常基因或有治疗作用的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或发挥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治疗作用向免疫细胞导入细胞因子基因，增强机体免疫功能。包括肿瘤向免疫细胞导入细胞因子基因，增强机体免疫功能。包括肿瘤 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）导入主要组织相容性复合物抗原基因（导入主要组织相容性复合物抗原基因（MHCMHC），提高肿瘤抗原），提高肿瘤抗原性，诱导特异性细胞毒性杀伤作用性，诱导特异性细胞毒性杀伤作用导入抑癌基因。如

17、野生型导入抑癌基因。如野生型P53P53基因，诱导肿瘤凋亡并丧失致瘤性基因，诱导肿瘤凋亡并丧失致瘤性遏制癌基因的表达。采用反义核苷酸序列在癌基因表达时与遏制癌基因的表达。采用反义核苷酸序列在癌基因表达时与mRNAmRNA特特异性结合，以阻遏癌基因表达（基因封闭）异性结合，以阻遏癌基因表达（基因封闭）导入自杀基因，将某些病毒、细菌中的前药转换酶基因导入自杀基因，将某些病毒、细菌中的前药转换酶基因自杀基因自杀基因导入癌细胞，自杀基因编码的酶类将药物前体在癌细胞内转换为毒性导入癌细胞，自杀基因编码的酶类将药物前体在癌细胞内转换为毒性产物，达到杀伤肿瘤目的产物，达到杀伤肿瘤目的外科学与免疫学外科学与免

18、疫学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：参与免疫应答，执行免疫功能的独立解剖学结参与免疫应答，执行免疫功能的独立解剖学结构。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 cell Immunoglobulin, compl

19、ement, cytokine, 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 免疫应答是由多种免疫细胞和免疫分子免疫应答是由多种免疫细胞和免疫分子参与的复杂过程，根据参与主要免疫细胞参与的复杂过程，根据参与主要免疫细胞的不同分为的不同分为T T细胞介导的细胞免疫应答和细胞介导的细胞免疫应答和B B细胞介导的体液免疫应答。免疫应答效应细胞介导的体液免疫应答。免疫应答效应可保护机体免受抗原异物的侵害，但某种可保护机体免受抗原异物的侵害，但某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

20、： 识别相、激活相、效应相识别相、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 IMHC I分子分子- -抗原肽复合物共刺激信号或第二信号抗原肽复合物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颗粒胞吐机制：穿杀伤颗粒胞吐机制：穿孔素、颗粒酶、丝氨酸酯酶等受体介导机制：孔素、颗粒酶、丝氨酸酯酶等受体介导机制：Fas-Fas-FasLF

21、asL途径；途径；TNFTNF途径途径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

22、特点：无须抗原刺激，无特点：无须抗原刺激，无MHC限制，不依赖抗体，为限制，不依赖抗体，为自然杀伤性质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IgG Fc段；段； LFA-1 与靶细胞膜与靶细胞膜ICAM-1相相互作用互作用杀伤靶细胞穿孔素、颗粒酶机制杀伤靶细胞穿孔素、颗粒酶机制TNF机制机制NK细胞细胞毒因子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刺激更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，需要为强烈的应答反应，需要T T、B B细胞的共同参与细胞的共同参与T

23、 T细胞免疫记忆：终生存在。即初次免疫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，初次应答后有长细胞免疫记忆相似，初次应答后有长寿性记忆寿性记忆B B细胞存活，需要滤泡树突状细胞可持续低水细胞存活，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平保持抗原及抗原特异性CD4+TCD4+T细胞协调细胞协调免疫调节：免疫调节：immune regulationimmune regulation 指机体多种因素

24、对免疫应答过程的正负调指机体多种因素对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 抗感染免疫是机体识别、清除病原体的生理性防御机抗感染免疫是机体识别、清除病原体的生理性防御机制。免疫学基本理论是建立在感染免疫基础上制。免疫学基本理论是建立在感染免疫基础上 抗感染免疫特点：天然免疫和获得

25、性免疫共存；病原抗感染免疫特点：天然免疫和获得性免疫共存；病原体不同，免疫机制也不同；病原体可发生免疫逃避或体不同，免疫机制也不同；病原体可发生免疫逃避或抵抗；不恰当的免疫同样引起损伤与疾病抵抗；不恰当的免疫同样引起损伤与疾病 天然免疫：各种屏障，吞噬细胞，天然免疫：各种屏障，吞噬细胞，NKNK细胞，补体、细胞细胞，补体、细胞因子等因子等 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；免细胞免疫应答；免疫记忆（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

26、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 immunology 研究肿瘤的免疫源性、机体免疫功能与肿瘤发生发展关系、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免疫治疗的科学机体抗肿瘤效应机制以及免疫诊断和免疫治疗的科学 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 肿瘤特异性抗原：肿瘤特异性抗原：tumor-specific antigentumor-specific antigen， TSA TSA，指，指正常细胞不存在，肿瘤细胞所独有的抗原。如黑色素瘤抗正常细胞不存在，肿

27、瘤细胞所独有的抗原。如黑色素瘤抗原基因产物（原基因产物（ melanoma-antigen-encoding gene, MEGE melanoma-antigen-encoding gene, MEGE） 肿瘤相关抗原：肿瘤相关抗原：tumor-association antigentumor-association antigen， TAA, TAA, 指指可存在于正常细胞或胚胎组织，肿瘤细胞表达增高，如可存在于正常细胞或胚胎组织，肿瘤细胞表达增高，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: :

28、 细胞免疫占主导地位；体液免疫起一细胞免疫占主导地位；体液免疫起一定作用；定作用；NKNK细胞起一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；激发机体抗肿瘤免疫机理：提高肿瘤免疫源性；激发机体抗肿瘤免疫应答能力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

29、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

30、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, 指机体免疫系统可指机体免疫系统可以识别并消灭表达新抗原的以识别并消灭表达新抗原的“异己异己”成分或突变细胞，成分或突变细胞，保持机体内环境稳定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、转移的基法识别、消灭突变的细胞。

31、是肿瘤进展、转移的基础础 原因肿瘤抗原性低下；原因肿瘤抗原性低下；MHC IMHC I类分子表达减少、缺乏类分子表达减少、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-10IL-10宿主宿主T T细胞细胞发育或功能缺陷宿主血清中的封闭因子免疫豁免，即发育或功能缺陷宿主血清中的封闭因子免疫豁免，即肿瘤细胞表达肿瘤细胞表达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系列免疫反排异反应：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。应，最终造成移植器官