细胞组织和肿瘤动力学

关于细胞组织和肿瘤动力学15.11.20221第1页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.20222第7章细胞、组织和肿瘤动力学7.1细胞增殖周期7.2生长比例7.3细胞丢失7.4肿瘤生长的全貌第2页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.20223第7章细胞、组织和肿瘤动力学7.1细胞增殖周期用普通显微镜观察，只能见到有丝分裂的过程在细胞周期的大部分时间内，染色体分散于细胞内，无法观察到。细胞周期：两次有丝分裂之间的时间第3页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.20224第7章细胞、组织和肿瘤动力学7.1细胞增殖周期脉冲标记：使细胞与一定量的3H标记的胸腺嘧啶或溴脱氧尿嘧啶接触一段时间。该标记的DNA前期化合物在细胞进入S期时通过DNA复制被结合进DNA。该3H标记的胸腺嘧啶可用放射自显影辨别。3H标记的溴脱氧尿嘧啶可用特殊染色或特定抗体辨认。第4页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202257.1细胞增殖周期7.1.1细胞周期的组成部分的定量评估7.1.2潜在倍增时间第5页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202267.1.1细胞周期的组成部分的定量评估有丝分裂指数（mitoticindex,MI指数）第6页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202277.1.1细胞周期的组成部分的定量评估标记指数（labelingindex,LI指数）注：分裂期的细胞才能被标记第7页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202287.1.1细胞周期的组成部分的定量评估1.百分标记有丝分裂细胞技术（PLM）最易标记的时相是：S期最易观察的是：M期PLM标记技术：将处于S期的细胞群标记上核素，并观察这些被标记的细胞在细胞周期中从S期向M期运动中在M期的出现时间技术特点：费时费事需要大量的系列样本观察离体细胞方便第8页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202297.1.1细胞周期的组成部分的定量评估1.百分标记有丝分裂细胞技术（PLM）观察离体细胞（1）用3H标记的胸腺嘧啶加入细胞培养液内；理论上必须在很短的时间内供应足够量的被标记细胞实践中一般用20分钟进行标记（2）带脉冲标记时间结束后，弃去有放射性的培养液，加入新鲜培养液在体实验（1）腹腔注射将3H标记的胸腺嘧啶导入体内；（2）20分钟后用腹腔注射大量的“冷”胸腺嘧啶清除3H标记的胸腺嘧啶第9页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022107.1.1细胞周期的组成部分的定量评估1.百分标记有丝分裂细胞技术（PLM）体内3H胸腺嘧啶作用的S相的细胞将放射活性结合进细胞内；标记结束后，细胞在周期内前进定期取材：将标本固定、染色并准备自显影。对每个样本中有放射性标记的有丝分裂细胞百分比进行计数（标记的有丝分裂百分比）LM：标记的有丝分裂相UM：未标记的有丝分裂相第10页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202211第11页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022127.1.1细胞周期的组成部分的定量评估1.百分标记有丝分裂细胞技术（PLM）LM：标记的有丝分裂相UM：未标记的有丝分裂相只有1%-2%的细胞处于分裂状态其中只有部分被标记上理想细胞群体：细胞周期一致；第12页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022137.1.1细胞周期的组成部分的定量评估理想细胞群体：细胞周期一致；细胞群处于S期时，刚好被标记上（标志细胞群）；标记结束后，细胞周期继续前进；开始几个小时内取的材料没有被标记的有丝分裂相；标志细胞群到M期时，出现被标记的有丝分裂相（b）；M期末期，有丝分裂细胞数最多（所有）（c）；有丝分裂过程（c-d）；有丝分裂完毕，标记细胞数很快下降为零（d-e）。第13页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202214第7章细胞、组织和肿瘤动力学7.1细胞增殖周期第14页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202215第15页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022167.1.1细胞周期的组成部分的定量评估2.离体和在体实验性细胞周期时间的测定结论：缺乏第二峰，则细胞周期时间范围很宽恶性细胞有较短的周期时间G2、M和S时相相对固定G1时相差异决定了细胞周期的差异第16页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022177.1.2潜在倍增时间方法：流式细胞仪（flowcytometer;FCM）将流体喷射技术、激光技术、空气技术、γ射线能谱术及电子计算机等技术与显微荧光光度计密切结合的一种非常先进的检测仪器。通过测量细胞及其他生物颗粒的散射光和标记荧光强度，来快速分析颗粒的物理或化学性质，并可以对细胞进行分类收集，可以高速分析上万个细胞，并能同时从一个细胞中测得多个细胞特征参数，进行定性或定量分析，具有速度快、精度高、准确性好等特点。第17页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202218多数流式细胞计是一种零分辨率的仪器它只能测量一个细胞的诸如总核酸量，总蛋白量等指标而不能鉴别和测出某一特定部位的核酸或蛋白的多少也就是说，它的细节分辨率为零第18页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022197.1.2潜在倍增时间方法：流式细胞仪（flowcytometer;FCM）流式细胞仪主要由四部分组成。流动室和液流系统激光源和光学系统光电管和检测系统计算机和分析系统第19页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202220第20页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202221第21页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022227.1.2潜在倍增时间定义：测定能持续增值的细胞的增长速度目的：获得细胞周期内不同时相的细胞分布，为预测一个分次照射的放疗计划可能得到的结果提供一个参考方法：流式细胞仪（FCM）第22页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022237.1.2潜在倍增时间Potentialdoublingtime,Tpot结果：将病人分为两组Tpot小于四天，肿瘤生长快Tpot大于四天，肿瘤生长慢第23页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022247.1.2潜在倍增时间将病人分为两组Tpot小于四天，肿瘤生长快Tpot大于四天，肿瘤生长慢治疗组：常规治疗组70Gy/7周加速超分割治疗组72Gy/5周肿瘤生长慢，两个治疗组没区别；肿瘤生长快，加速治疗组效果更好。第24页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022257.2生长比例肿瘤细胞分两类：增殖细胞（proliferatingcell,P）静止细胞（quiescentcell,Q）生长比例第25页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022267.2生长比例补充肿瘤内的细胞有：①分裂细胞②静止细胞③无增殖能力的细胞④破碎细胞

第26页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202227

S期：DNA合成期；G2期：分裂前期；

G1期：DNA合成前期；M期：分裂期。

细胞周期与肿瘤细胞生长分数第27页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022287.2生长比例将标记的胸腺嘧啶注入带肿瘤的动物，经过几个细胞周期后取出肿瘤，切片做自显影假设肿瘤内细胞有两个明显的亚群：一个群具有一致的细胞周期另一个群根本不生长（没死or没死）第28页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022297.2生长比例第29页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022307.2生长比例第30页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022317.3细胞丢失肿瘤生长是因细胞分裂致细胞数增长和各种类型的细胞丢失平衡的结果。后果：肿瘤的生长速度比根据所了解的个体细胞周期时间和生长比例所作出的预计慢得多。测量：比较新细胞的产生速度和观察到的肿瘤生长速度来得到。细胞丢失因子：第31页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022327.3细胞丢失细胞丢失因子：细胞丢失因子代表细胞丢失率和新细胞产生率之比，它代表了肿瘤所丢失的生长潜力。第32页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022337.3.1细胞丢失的途径1.营养不足而死亡。最常见，最主要2.凋亡或程序性细胞死亡。有孤立的退化细胞核远离于明显的坏死区3.死于免疫攻击。4.转移。如通过血液和淋巴系统扩散5.剥落。主要存在人的肿瘤，如肠道第33页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202234肿瘤细胞群的增殖动力学第34页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022357.3.2在实验肿瘤内测定细胞丢失实验测量细胞丢失因子：第35页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022367.3.2在实验肿瘤内测定细胞丢失第36页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022377.3.2在实验肿瘤内测定细胞丢失实验测量细胞丢失因子特点：肉瘤有低的细胞丢失因子值；<30%癌有高的细胞丢失因子值。>70%临床反应：照射后，细胞产生减少（相同）癌可能在照射一个剂量后很快就有戏剧性的缩小；肉瘤则不会不明显。第37页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022387.4肿瘤生长的全貌决定肿瘤生长速度的因素有三个：1.群体中增殖细胞的细胞周期时间；2.生长比例，处于增殖状态的细胞群；3.因细胞死亡或细胞从肿瘤内丢失所致的细胞丢失率。第38页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022397.4肿瘤生长的全貌7.4.1人体肿瘤的生长动力学7.4.2实体瘤和其对应正常组织细胞周期时间的比较第39页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202240肿瘤生长概貌膨胀性生长外生性生长浸润性生长第40页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022417.4.1人体肿瘤的生长动力学肿瘤生长速度特点：1.同样组织类型的肿瘤长在不同病人身上，其生长速度不同；2.同一病人身上的所有转移炤有类似的生长速度；3.组织类型和生长速度之间有相关性；4.分化程度似乎和倍增时间有关。第41页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022427.4.1人体肿瘤的生长动力学肿瘤生长速度特点：已证实，人体肿瘤中那些有最快的平均生长速度和最高的生长比例以及细胞更新率的组织类型的肿瘤是放射最敏感的；唯一用化疗能获得治愈的是那些组织类型有高标记指数的人体肿瘤；细胞丢失高的肿瘤有利于对化疗的反应，并出现在高标记指数的肿瘤中。第42页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022437.4.2实体瘤和其对应正常组织细胞周期时间的比较一般结论：恶性细胞的细胞周期时间明显比它们的正常对应组织为短。例外：发生于快增殖正常组织的肿瘤，如白血病或胃肠道的肿瘤。受到照射后，结果如何？第43页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022447.4.2实体瘤和其对应正常组织细胞周期时间的比较受到照射后：1.引起肿瘤细胞繁殖周期的延长。2.正常组织的细胞周期被缩短。也存在例外第44页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202245四、肿瘤对电离辐射的反应（一）肿瘤快增殖细胞反应（二）肿瘤细胞群反应（三）肿瘤内血管的反应（四）肿瘤的辐射剂量-效应曲线（五）照射后肿瘤组织的恢复与生长（六）电离辐射与肿瘤细胞凋亡（七）肿瘤放射敏感性及其预测第45页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202246（一）肿瘤快增殖细胞反应1.早反应组织：照射以后损伤很快便表现出来。如果肿瘤周围是早反应组织，应适当延长放射治疗的时间。因为治疗速度过快会引起早反应组织的严重反应，影响疗效。

2.晚反应组织：表现为形成广泛的纤维化。如果肿瘤周围是晚反应组织，则增加分次照射的次数，以得到缩短总治疗时间，加速治疗的目的。

放射反应的速度并不能衡量肿瘤的放射敏感性。放射反应的速度取决于①肿瘤内克隆原性细胞的增殖动力学；②肿瘤细胞的寿命。

第46页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202247（二）肿瘤细胞群反应肿瘤细胞对电离辐射的反应的相关因素：①增殖活跃的细胞对射线敏感；②细胞周期内不同时相放射敏感性不同；③潜在致死性损伤修复；④分次照射之间细胞的再增殖；⑤照射前生长慢的肿瘤，照射后体积退缩较慢；⑥肿瘤组织受照缩小后，可能有再生长加速现象；⑦受照射后肿瘤细胞恢复较慢。

第47页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202248（三）肿瘤内血管的反应肿瘤血管生成的过程第48页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202249新生血管形成与恶性肿瘤肿瘤细胞产生肿瘤组织形成肿瘤细胞的转移和浸润原癌基因和抑癌基因突变分泌血管生长因子分泌蛋白酶水解酶第49页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202250肿瘤与血管生成的关系

肿瘤组织大于1mm3时，需要生成新的血管为其继续增殖提供足够的氧气和营养物质，排除代谢产物，同时肿瘤细胞通过血管向四周组织和器官侵入，发生转移。因此，新血管的生成是肿瘤迅速增殖和转移的重要条件。第50页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202251放疗与肿瘤血管的关系肿瘤放疗时，血管分布与肿瘤细胞的乏氧和再氧合密切相关。在分次照射治疗时，肿瘤增长率的降低可使以往因供求不平衡造成的乏氧细胞趋向再氧合。第51页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202252Control

2Gy×62×(2Gy+0.075Gy×2)第52页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202253（四）肿瘤的辐射剂量-效应曲线1.S形剂量-存活曲线肿瘤局部控制率的正常组织并发症发生率与剂量的关系第53页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022542.体内照射的剂量存活曲线第1相（A）的存活率主要与肿瘤的有氧细胞有关；第2相（B）的存活率主要与乏氧细胞有关。表明有氧细胞的辐射敏感性比乏氧细胞强。WHT/Ht小鼠的鳞状上皮癌的存活曲线肿瘤的辐射剂量-效应曲线第54页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202255

存活率=有氧细胞存活数+

乏氧细胞存活数肿瘤中的细胞总数小剂量照射——死亡的细胞大部分是有氧细胞，乏氧细胞则死亡不多，所以存活率主要与有氧细胞的改变有关；大剂量照射——有氧细胞几乎全部死亡，所以在此情况下，存活率主要取决于乏氧细胞的变化。肿瘤的辐射剂量-效应曲线第55页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202256（五）照射后肿瘤组织的恢复与生长①正常组织受照射后细胞增殖周期的恢复较肿瘤细胞为快。②照射后肿瘤可能有暂时的加速生长，但这种生速度比不上正常组织为填补损伤而出现的增殖加速。③肿瘤细胞群内的生长比例原来就较正常组织为大，受照射损伤死亡较正常组织多，丢失比率大。第56页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202257影响放疗疗效的主要因素肿瘤的放射敏感性：淋巴类肿瘤,白血病,精源细胞瘤等＞鳞癌＞大多数腺癌组织的活跃性和分化程度与氧有关的因素照射剂量和照射剂量率其他人为因素的影响：射线的选择，分次照射时间的改变，放射防护剂，热疗等照射后肿瘤组织的恢复与生长第57页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202258（六）电离辐射与肿瘤细胞凋亡细胞凋亡过程（四个阶段）

a.凋亡信号转导；

b.凋亡基因激活；

c.凋亡的执行；

d.凋亡细胞的清除。第58页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五1.凋亡过程+受体cAMPCa2+神经酰胺凋亡诱导因素死亡信号凋亡相关基因激活Dnase激活Caspases激活巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞信号转导基因激活执行凋亡凋亡细胞清除abcd第59页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202260正常细胞凋亡细胞胸腺细胞第60页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202261CTL正在诱导肿瘤细胞凋亡CTL肿瘤细胞第61页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022622.肿瘤凋亡的异质性对辐射诱导肿瘤细胞

凋亡的影响凋亡异质性：肿瘤细胞中一部分照射后即发生凋亡，而另一部分即使给予较高的剂量也不会发生凋亡的现象。

第62页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202263肿瘤：三种细胞分裂增殖的细胞处于G0期的细胞：复发根源无分裂增殖能力的细胞：无害

在分次放疗中随着细胞的增殖，出现新的凋亡敏感群，体现出凋亡与细胞增殖的密切关系。总之，凋亡敏感群体再现的分子生物学机制的揭示将有助于人们调节凋亡反应，增加肿瘤放疗的敏感性。

肿瘤凋亡的异质性对辐射诱导肿瘤细胞

凋亡的影响第63页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022643.氧诱导凋亡对辐射诱导凋亡的影响目的:探讨不同浓度氧对放射所致肿瘤细胞凋亡的影响方法:实验分为空气组、高氧组及低氧组。肿瘤细胞为小鼠自发性肺腺癌细胞,接种于纯系小鼠右后肢皮下，待荷瘤肢直径达10mm时照射22Gy，检测肿瘤细胞凋亡指数。结果:高氧可增加凋亡；低氧吸入0.5min后与空气组相近。结论:吸入高浓度氧后改吸低浓度氧的同时合并放疗的方法能够提高肿瘤细胞放射敏感性，这一现象可通过其增加肿瘤细胞凋亡的方式来解释.第64页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202265实验结果显示：在高浓度氧（95%）情况下所有人或鼠的肿瘤细胞系均出现较明显的凋亡反应，而在低氧情况下绝大多数细胞系没有出现凋亡；而且发现乏氧情况下肿瘤缩小较少，再生长也快。同时有c-jun、jun-D及c-fos等基因表达增强，考虑与bcl-2基因受抑制有关。氧诱导凋亡对辐射诱导凋亡的影响第65页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202266BcL-2族分子

BcL-2基因是细胞凋亡研究中最受重视的癌基因之一，其表达的蛋白质BcL-2蛋白最初发现于B-淋巴细胞瘤（Bcelllymphoma,BcL-2)而得名，具有抗凋亡作用。BcL-2的高表达能阻抑多种凋亡诱导因素所引发的细胞凋亡。如射线、糖皮质激素、热休克、多种化疗药物。第66页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202267

小鼠全身照射后胸腺细胞凋亡相关基因蛋白表达水平的变化蛋白分子0.075Gy2Gy峰值/低谷(h)峰值/低谷(h)p53a29.8(24)**129.1(12)*60.0(12)*233.3(12)**125.2(48)37.4(24)**63.3(24)*53.9(12)**194.0(8)**83.8(24)*140.0(12)**81.1(12)*16.1(48)**455.7(24)**149.9(48)**153.4(24)**Bcl-2BaxBcl-2/Bax比值Bcl-XLBadFasLGadd45注：表内数值为相当于假照射对照的％，n=4~5；与对照比较*P<0.05，**P<0.01；第67页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.202268（七）肿瘤放射敏感性及其预测1.肿瘤放射敏感性2.影响人体肿瘤放射敏感性的因素

（1）增殖动力学的差异（2）克隆源性细胞比例的变化（3）细胞内在放射敏感性（4）宿主和肿瘤之间的关系3.放射敏感性的预测

（1）肿瘤放射敏感性的预测方法（2）正常组织放射敏感性的检测第68页，共74页，2022年，5月20日，19点16分，星期五15.11.2022691.肿瘤放射敏感性放射感敏性肿瘤种类高敏感性肿瘤白血病、淋巴瘤、霍奇金病、骨髓瘤、髓母细胞瘤、精原细胞瘤、横纹肌肉瘤、