非整倍体与肿瘤发生.课件

1、非整倍体与肿瘤发生以及肿瘤遗传型不稳定关系的初步研究第1页，共29页。基因突变假说认为肿瘤的产生是由于细胞内一些特定基因突变的结果，这个假说现在已经被人们广泛接受。但是最近美国科学院院士Duerberg等提出基因突变不可能导致肿瘤发生，相反，一向被认为是基因突变的结果非整倍体，才可能是肿瘤发生的主要原因。第2页，共29页。非整倍体假说主要观点是：致癌因素导致细胞产生非整倍染色体，非整倍体引起有丝分裂相关基因表达异常，产生异常比例的纺锤体蛋白、甚至异常数目的中心粒。不平衡的纺锤体可导致一些染色体的随机丢失或获得。每次细胞分裂时这些非整倍染色体被随机分组并不对称地分配给子代细胞，这样恶性循环，非整

2、倍体自身催化细胞核型的变化和进化，最终导致肿瘤细胞核型的产生。因此，肿瘤的产生是非整倍体自身催化的结果，与基因突变没有直接的关系。 第3页，共29页。Duerberg等将肿瘤遗传突变归于非整倍体而非特定基因是因为：1）100%的实体瘤都是非整倍体；2）只有染色体的异常才可以瞬间改变细胞内成千上万基因的表达水平，从而可能解释肿瘤细胞表型的异质性现象；而且同时可以成功地解释肿瘤细胞遗传性不稳定的特征原因；第4页，共29页。3）肿瘤细胞的最大特征永生化可以解释为：自然选择压力只给了非整倍体细胞选择永生化机制的机会，因为只有非整倍体细胞才具有通过自身催化随机丢失或获得不同染色体从而最终获得永生化细胞核

3、型的机会。由于这样的机会很少，因此在致癌因素作用后经过数年或数十年肿瘤才发生；进一步推测可以认为除了病毒转化的细胞外，所有没有经过处理或不受调节而具有永生化能力的细胞都应当是非整倍体细胞；4）肿瘤的其它特征（例如转移能力、去分化、高耐药性等等）也可以应用非整倍体假说来解释。 第5页，共29页。总之，肿瘤最大的特征是非整倍体，肿瘤的各种表型是由于非整倍体自身催化导致大量正常基因表达量和表达比例异常的结果，而不是某些特定基因活性增强或减弱的结果。 第6页，共29页。非整倍体怎样产生的呢？ Duerberg等认为致突变和非致突变因素可能通过物理或者化学过程改变了一个或多个染色体，或者通过改变参与纺锤

4、体蛋白分子从而导致非整倍体产生；对于基因变异和非整倍体产生的关系需要进一步研究。 第7页，共29页。是否肿瘤细胞的非整倍体都与基因变异有关呢？ 1如果非整倍体都是由基因变异引起，则某些由非致突变因素引起的肿瘤细胞中不应该总是有非整倍体染色体的出现，但是实验表明所有的由非致突变因素引起的肿瘤细胞都是非整倍体核型。2 “细胞有丝分裂检测点基因”的变异应当导致非整倍体产生，例如：p53、细胞有丝分裂检测点基因以及SKT15等。但是p53在肿瘤中的变异率不超过50%；细胞有丝分裂检测点基因在结肠癌细胞中只有11%；SKT15在乳腺癌中也只有12%。 第8页，共29页。3多环芳烃是弱效致突变剂，在微摩尔

5、浓度下可以导致20-80%的细胞发生非整倍体核型。由多环芳烃转化的强致突变物质在50%致死剂量下引起特定基因变异的几率为10-4-10-7，也就是说由多环芳烃通过特定位点（比如有丝分裂基因）诱导非整倍体几率也只有10-4-10-7。4 如果基因突变可以独立导致肿瘤发生，那么由于基因突变导致非整倍体和肿瘤发生的几率都很低，因此它们同时出现在同一个肿瘤细胞中的几率会更小，所以我们应该看见一定比例的二倍体肿瘤细胞，但是所有的实体瘤细胞都是非整倍体。因此即使基因变异与肿瘤有关也不能完全排除非整倍体在肿瘤发生过程中的作用。 第9页，共29页。非整倍体就一定能导致肿瘤发生？ 由于大多数肿瘤细胞是多倍体，一

6、般介于3倍体和4倍体之间，这提示可能存在一个上限；而一些肿瘤为近2倍体，因此也可能存在一个下限。因此Duerberg等认为在特定的范围内非整倍体才可能导致肿瘤产生，超过上限或者低于下限都不可能使肿瘤产生。 第10页，共29页。非整倍体假说虽然在逻辑上能够比较全面地解释有关肿瘤方面的问题，但是事实证据呢？ 第11页，共29页。1）致癌剂都能使细胞产生非整倍体；2）Weinberg等用三个互不相关的癌基因转化的肿瘤细胞被Duesberg等推测并证明这些细胞100%是非整倍体核型； 3）Duesberg等根据非整倍体假说推测肿瘤细胞对化疗药物具有很高的“突变率和多药耐药性”是由非整倍体染色体催化染色

7、体重新分组的结果，而不是基因突变的结果，这个推测被证实； 第12页，共29页。4）Duesberg 等证明：用致癌剂转化的肿瘤细胞100%是非整倍核型；肿瘤细胞遗传性不稳定的程度与被转化细胞的非整倍程度呈正比关系；非整倍体而不是个别基因变异能够通过改变细胞的代谢和染色体的不对称分裂导致肿瘤表型的出现；被转化的细胞首先发生非整倍核型，其次才演化为肿瘤细胞；推测并证实被转化的肿瘤细胞在某一阶段具有特定的核型； 第13页，共29页。5）Lengauer等实验结果表明非整倍体确实可以导致细胞基因组不稳定，与Duesberg的实验结果一致，最近他们的数学模型表明细胞转化前首先发生非整倍体核型然后才发生抑

8、癌基因的变异；6）推测并证实非肿瘤性永生化细胞的永生化机制也是通过染色体的重新分组而获得的，是非整倍体核型并且是癌前细胞。 第14页，共29页。上述说明非整倍体假说在逻辑和实验证据方面都难以找出缺点，最重要的是不但它的预测结果能被证实而且以前没能解释的实验现象它还可以解释清楚。从这些方面看，非整倍体假说可能确实有它自己存在的道理，但是这些能说明基因变异假说就不可靠吗？Duesberg等提出下列疑问： 第15页，共29页。1基因变异假说认为致癌因素都是通过基因突变导致肿瘤发生，但是现在发现许多不能引起基因突变却可诱导肿瘤发生的化学物质；2 肿瘤的最主要的特征是基因变异，但是20多年的研究并没有发

9、现肿瘤存在特定的变异基因；3 一些遗传性疾病（如错配修复缺失的硬皮病和与遗传有关的大肠癌患者）为什么只产生特定类型的肿瘤（例如皮肤和大肠癌），而不发生其他类型的肿瘤；为什么遗传性的染色体不平衡疾病如Blooms综合征患者发生肿瘤的几率升高100倍； 第16页，共29页。4基因变异假说认为肿瘤细胞具有很高的突变几率，是“基因变异集合体”，但是一些实验表明肿瘤的突变率正常，只有少数肿瘤突变率中度增高；5肿瘤细胞的表型应当与基因变异一样稳定。但大多数肿瘤表现为遗传型和表现型不稳定；6在肿瘤耐药方面，基因变异假说认为肿瘤细胞产生耐药性是药物代谢基因的失活或多药耐药基因的激活的结果，但是为什么正常二倍体

10、细胞的基因变异率非常地低（10-12），但是肿瘤细胞对化疗药物的变异率和多药耐药率却出奇的高（10-3-10-6）？为什么耐药基因只在肿瘤细胞中存在很高的变异率？ 第17页，共29页。7 虽然一些逆转录病毒和人工制造的癌基因确实可以使正常细胞转化，但这个过程主要依赖病毒的高表达启动子；另外，病毒制造使细胞转化的蛋白质不依赖特定的前体蛋白和酶的作用，只需要宿主细胞提供足够的氨基酸和核苷酸。由于原癌基因不具备这些特点，因此只是根据原癌基因和病毒癌基因之间序列的相似来推测原癌基因的激活可以导致肿瘤的假设存在缺陷；8 以前人们认为细胞的生物化学反应受一些特定限速酶的控制，但是近25年研究表明复杂系统并

11、不受限速酶的控制，所以建立在“限速酶”假说之上的肿瘤基因变异假说存在难以克服的缺陷。 第18页，共29页。Duesberg能够否定有数量庞大的实验依据支持的基因突变假说吗？问题的关键在于在肿瘤细胞中非整倍体作用是什么。除此之外，从两种对立假说的矛盾焦点出发也可能会发现问题的症结所在。因此需要明确下列问题： 第19页，共29页。是否某些非整倍体可以作为独立因素导致肿瘤细胞发生？ 人们按照基因变异假说转移癌基因来转化正常细胞，那么按照非整倍体假说用微细胞介导的染色体转移技术或非致突变剂人工制造非整倍体细胞是否也可以转化正常细胞？因为非整倍体假说认为非整倍体可以导致细胞遗传性不稳定从而引起非整倍体自

12、身催化现象，最终导致肿瘤细胞发生。 第20页，共29页。促癌剂是通过什么原因促进肿瘤发生？ 化学致癌作用一般分为激发和促进两个阶段。激发过程是由致癌物引起不可逆的DNA永久损伤（突变）过程。激发的细胞具有形成肿瘤的潜能。促癌剂本身不致癌，却可诱导激发的细胞发生肿瘤。那么促癌剂是通过什么原因促进肿瘤发生？是通过促进被激发的细胞产生附加突变？是促进非整倍体的产生？是促进被激发的非整倍体细胞向肿瘤细胞核型的转化速率？还是促癌剂本身可以产生并加速非整倍体产生和演化？ 第21页，共29页。特定基因变异的细胞和动物肿瘤发生率高是什么原因？ 实验表明p53等特定基因突变的细胞和动物的肿瘤发生率升高，那么原因

13、是什么呢？是由于这些基因突变增加了其它基因突变的几率？还是由于这些基因突变增加了细胞产生非整倍体的机会？第22页，共29页。肿瘤细胞的各种表型能否遗传？这些表型之间是否存在确定关系？ 基因变异假说和非整倍体假说最典型的区别是关于肿瘤表型能否遗传的问题。按照基因变异假说，在肿瘤的发生发展过程中肿瘤细胞的各种表型的获得是由于不可逆性的积累突变基因的结果，因此肿瘤细胞各种表型也应当具有遗传性、积累性和不可逆性特点。相反，非整倍体假说认为肿瘤细胞的各种表型获得是由于肿瘤细胞染色体的随机分组产生不同细胞核型的结果，由于非整倍体总是引起肿瘤细胞染色体的不对称分配造就不同的细胞核型，因此肿瘤细胞的表型除了只

14、受自然选择的控制外不具有遗传性、积累性和不可逆性特点。 第23页，共29页。是否存在二倍体的肿瘤干细胞和永生化细胞？ 肿瘤干细胞是指肿瘤组织中具有自我更新能力并能产生其它具有不同增殖能力肿瘤细胞的一类特殊肿瘤细胞。按照基因变异假说肿瘤干细胞可以是二倍体细胞，它们与正常二倍体细胞的区别只是含有一些突变的特定基因。相反，非整倍体假说认为非整倍体是肿瘤的最大特征，肿瘤细胞的克隆性就是非整倍体性，因此不存在整二倍体的肿瘤干细胞。而且，除了由病毒和人工转化的永生化细胞以及体内干细胞（假设人体组织不死）外，其他所有动物和人的永生化细胞都是非整倍体核型。 第24页，共29页。为了解决上述问题，我们决定应用微细胞介导的染色体转移技术、染色体分析技术、连续克隆形成实验等技术方法分析非整倍体与肿瘤发生发展以及与肿瘤细胞一些特征表型和遗传型之间的关系，为最终明确肿瘤发生发展机制提供实验依据。 第25页，共29页。项目的研究内容1） 人工制造非整倍体细胞诱导肿瘤发生； 2） 探讨促癌剂在促进肿瘤发生过程中非整倍体的作用；3） 细胞和动物的特定基因变异导致肿瘤发生率高与非整倍体的产生关系研究；4） 肿瘤细胞转移能力能否遗传研究；5） 肿瘤干细胞和永生细胞系是否存在二倍体细胞研究。 第26页，共29页。研究目标1） 明确非整倍体与肿瘤发生发展关系；2）