基础医学肿瘤分子基础课件

1、肿瘤的分子基础肿 瘤 的 分 子 基 础 肿瘤的一般生物学特征 肿瘤发生的致病因素 癌基因 抑癌基因 生长因子与细胞增殖 肿瘤发生的新机制肿瘤组织的生物学特征细胞正常增殖是有目的、受机体生长信号控制的增殖静止分化衰老凋亡ApoptosisSenescence正常细胞的五大命运细胞非正常增殖是无目的不受机体生长信号控制的增殖Quiescence分化衰老凋亡XXX肿瘤细胞命运轨迹的改变Cancer is a loss of growth regulationCells grow when they shouldnt, forming a tumorCells grow where they sho

2、uldnt invase, metastasize.Cancer Cell PhenotypesImmortalizationindefinite growth (no other phenotype changes)Transformationindependence of factors normally required for growthMetastasiscells are mobile; invade normal tissuenormal and transformed cellsNORMALTRANSFORMED肿瘤组织的生物学特征无限增殖能力抗凋亡能力持续血管生成组织的侵袭

3、与转移抗增殖信号的不敏感实体肿瘤的发生与发展与治疗传统方法: 手术 ；化疗； 放疗；现代方法： 靶向治疗；免疫治疗治疗方式：肿瘤发生的致病因素What factors are involved ?How cells are transformed into malignancy ?疼痛是什么？个体易感因素Cancer is a genetic disease of somatic cellsMutations in specific genes can cause a normal cell to become cancerousAlexander Hadddow (1937)分子肿瘤学阶段的

4、肿瘤诊断黄曲霉素、尼古丁、亚硝胺等乙肝病毒、RNA病毒等紫外线，射线哲学的观点：“外因是变化的条件，内因是变化的根据， 外因通过内因而起作用”。ProliferationApoptosis细胞增殖和凋亡的平衡点移动是导致肿瘤发生的重要原因癌基因抑癌基因 癌 基 因（oncogene） History最初的定义：体外引起细胞转化，体内诱发肿瘤的基因 1911年 Peyton Rous应用含有肉瘤病毒的鸡 肉瘤无细胞滤液接种正常鸡诱发新的肿瘤 该肿瘤病毒命名为Rous肉瘤病毒（RSV） History RSV中src癌基因从何而来？ 1970年，Martin从RSV中分离出第一个病毒癌基因src。

5、 src：sarcoma肉瘤 RSV本身； 患有恶性肉瘤鸡； 其它地方？ History1976年,Harold Varmus和J.Michael Bishop利用Southern blot技术发现：答案：1.不仅鸡DNA含Src，它普遍存在动物细胞基因组DNA中。2.RSV从宿主细胞基因组处剽窃了Src 基因。 Rous肉瘤病毒的生活周期图1 RNA病毒和生活周期示意图（1）病毒癌基因(v-onc),它起源于细胞癌基因(c-onc)图2 RNA病毒与宿主细胞整合过程示意图病毒癌基因vs细胞癌基因（联系）C-SrcV-Src（2） c-onc有内含子存在，而v-onc是连续的； 病毒癌基因vs

6、细胞癌基因（区别）（2）相对c-onc，v-onc调控区中启动子和增强子活性增强； 病毒癌基因vs细胞癌基因（区别）病毒癌基因（viral oncogene）：由病毒携带并传播的，可以引起宿主正常细胞发生恶性转化的基因。细胞癌基因（cellular oncogene）：亦称原癌基因(proto-oncogene)，是细胞内正常存在的基因，通常参与调节细胞的增殖和生长。它的突变或不恰当表达会引起细胞的癌变。病毒癌基因 vs 细胞癌基因概念：细胞癌基因的分类与功能 类别 癌基因 表达产物 src家族 abl、fes 、fgr 、fps 、fym 、 多具有酪氨酸蛋白激酶活性并与 kek 、lck

7、、yes 、src 胞膜结合，多有同源性 ras家族 H-ras、K-ras、N-ras 为21kD的小G蛋白，即p21 myc家族 c-myc、l-myc、m-myc DNA结合蛋白 sis家族 sis p28,与PDGF-同源 erb家族 erb-A、erb-B、fms 、trk 细胞骨架蛋白类 myb家族 myb 、myb-et 核内转录调节因子 细胞癌基因的功能：参与调控细胞的生长和增殖.细胞癌基因表达产物的种类生长因子（ sis、int-2 ）生长因子受体（ HER-2、fms、kit ）胞内信号转导分子（ ras、src、fyn、raf、abl ）核内转录因子（ myc、c-jun

8、、fos ）Oncogenes as Signal TransducersGrowth Factorsv-sis, int-1, int-2, hst, fgf-5Growth Factors Receptorsv-erb-B, v-fms, v-kit, v-ros Signal Transducersv-ras, v-src, v-raf/mil, v-abl, v-mos, v-crk Transcription Factorsv-ets, v-myc, v-myb, v-rel, v-ski, v-erb-ACYTOPLASMEXTRACELLULARNUCLEUS原癌基因的产物与功能

9、1细胞外生长因子 (sis PDGF)sis原癌基因的产物与功能2跨膜的生长因子受体 (erbB家族) 原癌基因的产物与功能3细胞内信号转导体 (Src) 原癌基因的产物与功能4 核内转录因子 (Myc) p14(ARF)MycProliferationApoptosisp53?Damage SentinelDifferentiationDNA damage stressTrophic Sentinel Cytochrome CSurvival factorsBcl-2/Bcl-XLMyc is an on-off molecule in cell differentiation and pr

10、oliferation C-Myc, N-Myc, L-MycSwitching the Myc gene on and off controls whether mice liver cells become cancerous. When switched on, the liver cells in mice form a tumor. When Myc is turned off, the cells are transformed into normal liver tissue. Switching off gene turns cancer cell healthy in mic

11、eMyc Target Genes a -ProthymosinUnkown functionODC Polyamine biosynthesisCdc25A Cell cycleCyclin D1Cell cycleeIF-2Protein SynthesiseIF4EProtein syntheisARF or p19 Apoptosis/Checkpoint controlCdc2Cell cycleCyclin ACell cycleCyclin ECell cycleTaken from Dang, Mol Cell Biol 19:1-11 肿瘤的种子？ 病毒基因启动子及增强子的插

12、入 染色体易位 (chromosomal translocation) 原癌基因扩增 (c-oncogene amplification) 点突变 (point mutation) 癌基因活化的机制- 1 病毒基因启动子及增强子的插入 癌基因活化的机制- 1A.B. 病毒基因启动子及增强子的插入 染色体易位 (chromosomal translocation) 原癌基因扩增 (c-oncogene amplification) 点突变 (point mutation) 癌基因活化的机制- 2 染色体易位 (chromosomal translocation) 癌基因活化的机制- 2mycBu

13、rkitts Lymphoma8:14 translocation淋巴瘤 病毒基因启动子及增强子的插入 染色体易位 (chromosomal translocation) 细胞癌基因扩增 (c-oncogene amplification) 点突变 (point mutation) 癌基因活化的机制- 3 原癌基因扩增 (c-oncogene amplification) 癌基因活化的机制- 3Normal chrm 1neuroblastoma Chrm1 AmplifiedN-myc gene 细胞内一些基因通过不明原因的复制成多拷贝，这些DNA或以游离的形式存在；或再次整合入染色体形成均

14、染区 病毒基因启动子及增强子的插入 染色体易位 (chromosomal translocation) 原癌基因扩增 (c-oncogene amplification) 点突变 (point mutation) 癌基因活化的机制- 4 点突变 (point mutation) -癌基因活化的主要方式 癌基因活化的机制- 4Ras(p21ras)是一种小分子G蛋白，在信号转导中起重要作用。正常Ras的作用因其自身的GTP酶活性而受到严格控制。突变了的Ras其GTP酶活性丧失，失去了原有的控制，致使增殖信号持续作用，细胞发生恶性转化。例如：细胞癌基因活化协同作用的结局 出现新的表达产物 出现过量

15、的正常表达产物 出现异常、截短的表达产物 肿瘤的发生(tumorigenesis)阴阳：Oncogenes （癌基因）Promote ProliferationPromote SurvivalInhibit ApoptosisInhibit DifferentiationTumor Suppressor Genes（抑癌基因）Inhibit ProliferationInhibit SurvivalStimulate ApoptosisInduce Differentiation 抑 癌 基 因 （tumor suppressor gene） History1969年 Henry Harris

16、 体细胞杂交实验肿瘤细胞(Hela)正常细胞(成纤维细胞)杂交细胞正常表型 正常细胞中可能存在肿瘤抑制基因抑癌基因（tumor suppressor gene）：也称为肿瘤抑制基因，这类基因在调控细胞生长、增殖和分化过程中起着重要的调节作用，并能潜在地抑制肿瘤生长。抑癌基因的定义确定抑癌基因的三个基本条件在恶性肿瘤相应的正常组织中，该基因必须正常表达123在恶性肿瘤中，该基因有功能失活或结构改变或表达缺陷将这种基因的野生型导入基因异常的肿瘤细胞中，可部分或完全改变其恶性表型常见的抑癌基因 名称 相关肿瘤 作用 P53 多种肿瘤 编码p53蛋白（转录因子） Rb 视网膜母细胞瘤，骨肉瘤，肺癌 编

17、码Rb蛋白（转录因子） P16 黑色素瘤 编码P16蛋白 DCC 结肠癌 编码表面糖蛋白（细胞黏着分子） VHL 小细胞肺癌，宫颈癌 编码转录调节蛋白 WT1 肾母细胞瘤 编码锌指蛋白（转录因子）一、视网膜母细胞瘤基因 (retinoblastoma gene, Rb) 视网膜母细胞瘤 Rb蛋白的作用机理负调控E2F的转录活性。抑制细胞增殖。二、抑癌基因 p53抑癌基因可以是肿瘤特异性的： 视网膜母细胞瘤 Rb基因 乳腺癌 BRCA基因抑癌基因可以是各种肿瘤广泛存在的： 50肿瘤有p53突变抑癌基因p53 - 四聚体结构 分子量：半衰期：2030分钟细胞周期的调控：P21 决定是否启动DNA合

18、成 决定细胞是否凋亡 DNA修复 细胞生长抑制 细胞凋亡P53蛋白的生物学功能 “基因卫士”p53 在肿瘤发生发展的各阶段均有作用NATURE BIOTECHNOLOGY VOL 22 （1 ） JANUARY 2004 China approves first gene therapyNature Biotechnology 2004 Jan; 22：3-4抑癌基因 p53的机制与功能-探索Ndrg2N-Myc downstream-regulated gene 2 (Ndrg2) is involved in p53-mediated apoptosis Nucleic Acids Res

19、earch 2008; 36(16):5535-49 P53信号通路图 生长因子与细胞增殖 癌基因、抑癌基因与肿瘤肿瘤的三大信号通路信号分子恶 性 肿 瘤多细胞生物基本的生命现象细胞增殖细胞凋亡调节特定靶细胞生长与分化主要为肽类生长因子是细胞的增殖信号大多为旁分泌化学信号生长因子是细胞的增殖信号分裂期间期静止期生长因子 生长因子：调控细胞生长和增殖的一类重要多肽类物质How a growth factor speaks to a cell ?细胞信号转导 Cell Signal Transduction生长因子的作用机制生长因子的概念生长因子：具有调节细胞生长和增殖作用的信号分子，通过其特异性

20、受体，经信号转导最终作用于细胞增殖相关基因，以影响细胞的生长和分化。主要生长因子的来源和靶细胞 名称 来源 主要靶细胞神经生长因子（NGF)颌下腺神经细胞类胰岛素样生长因子（IGF)肝脏多种组织细胞表皮生长因子（EGF)颌下腺表皮细胞血小板源生长因子（PDGF)血小板平滑肌细胞胶质细胞转化生长因子（TGF)肿瘤等恶性转化细胞上皮细胞促红细胞生成素（EPO)肾脏，肝脏红细胞 Stanley Cohen Rita Levi-Montalcini USA Vanderbilt University School of Medicine Nashville, TN, USA Institute of

21、Cell Biology of the C.N.R Rome, Italy b. 1922b. 1909(in Turin, Italy)第一个被发现的生长因子-神经生长因子 （nerve growth factor, NGF） Rita Levi Montalcini于1948年在实验中观察到：将小鼠肉瘤细胞注入鸡胚胎可促进神经节的生长，她假说肿瘤细胞分泌出一种促进神经生长的因子。并证明它对实验室内培养出来的其他动物神经组织也有相同的作用。 1953年，她与Stanley Cohen一起以化学方法自肉瘤、颌下腺中分离出神经生长因子。NGF的发现使人们找到许多疑难病的病因，为生物学研究开辟了新

22、的道路。为此，他们一起荣获1986年诺贝尔生理医学奖。主要生长因子的来源和靶细胞 名称 来源 主要靶细胞神经生长因子（NGF)颌下腺神经细胞类胰岛素样生长因子（IGF)肝脏多种组织细胞表皮生长因子（EGF)颌下腺表皮细胞血小板源生长因子（PDGF)血小板平滑肌细胞胶质细胞转化生长因子（TGF)肿瘤等恶性转化细胞上皮细胞促红细胞生成素（EPO)肾脏，肝脏红细胞主要的生长因子家族 神经生长因子家族 NGF在生理情况下具有神经营养作用；在神经损伤时则促进神经再生和神经功能的恢复。该家族还有脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor, BDNF）、神经营养素

23、3和4（neurotrophin 3, 4, NT3, NT4）等。(2) 表皮生长因子家族 EGF是由53个氨基酸组成的多肽，在细胞的分裂与分化过程中发挥重要作用。TGF是表皮生长因子家族的另一重要成员，主要是由肿瘤细胞自分泌产生,其结构与功能都与EGF十分相似,相当于胚胎期的EGF，亦存在于胚胎组织中。主要的生长因子家族(3) 转化生长因子家族 TGF 家族包括TGF13，骨形态发生蛋白（bone morphogenic protein, BMP）、活化素（activin）等。具有促进细胞生长与分化的作用。TGF超家族约有40余个成员。(4) 胰岛素样生长因子家族 目前已从血清中获得两种IGF，IGF的结构与胰岛素原十分相似(序列上有50%同源)，主要由肝细胞产生，具有更强的促细胞生长的作用。主要的生长因子家族（6）其他 促红细胞生成素、白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子以及其他一些细胞因子也具有生长调节作用。（2）蛋白丝氨酸和苏氨酸激酶受体 TGFI型受体和II型受体、骨形成蛋白受体主要的生长因子受体（1）蛋白酪氨酸激酶受体 EGF受体、FGF受体、PDGF受体、HGF受体、 VEGF受体、胰岛素受体