生物化学和分子生物学：癌基因、肿瘤抑制基因与生长因子

第二十三章癌基因、肿瘤抑制基因与生长因子Oncogenes,Tumorsuppressorgene

andGrowthFactors正常细胞DNA损伤体细胞突变DNA损伤因素DNA修复DNA修复失败DNA修复基因突变癌基因活化肿瘤抑制基因失调、失活凋亡基因失调细胞增生超过死亡肿瘤形成血管生成和纤维增生炎症损伤细胞感染细胞凋亡p53活化癌基因、肿瘤抑制基因与生长因子的关系癌基因抑癌基因细胞生长因子正调控负调控产物癌基因和肿瘤抑制基因

在细胞增殖中的作用肿瘤细胞是一个累积了不同基因突变的体细胞，这些突变共同导致了细胞增殖的失控，结果形成大量细胞的集合——肿瘤。大量的证据表明，肿瘤的发生与遗传和环境有密切的关系，只是在不同肿瘤发生过程中，遗传因素或环境因素所起的作用不等。在基因水平上促使细胞增殖及凋亡失衡，导致细胞恶性变的原因有：①控制细胞增殖的原癌基因活化或肿瘤抑制基因失活②促细胞凋亡的基因失活或抑制凋亡的基因功能增强③DNA修复基因失活，使突变在细胞内积累，并且累及到调节细胞增殖及细胞凋亡的基因。基因组内正常存在的基因，其编码产物通常作为正调控信号，促进细胞的增殖和生长。癌基因的突变或表达异常是细胞恶性转化（癌变）的重要原因。癌基因

Oncogenes第一节癌基因最早在可导致肿瘤发生的病毒中被鉴定。后来的研究发现，这些基因原本就存在于大部分生物的正常基因组中，因而癌基因又被称为细胞癌基因（cellularoncogene，c-onc）或原癌基因（proto-oncogenes，pro-onc）。存在于病毒中的被称为病毒癌基因（virusoncogene，v-onc）。一、癌基因的基本概念凡能编码生长因子、生长因子受体、细胞内生长信号转导分子以及与生长有关的转录调节因子等的基因。广义的“癌基因”

原癌基因在进化上有高度保守性，从酵母菌到人类的正常细胞几乎都有与之类似的片段。表明它们具有重要的生物学意义。一旦这些基因在表达时间、表达部位、表达数量及表达产物结构等方面发生了异常，就可激活转变为癌基因，导致细胞无限增殖并出现恶性转化。

广泛存在于生物界基因序列高度保守表达产物对细胞正常生长、繁殖、发育和分化起着精确的调控作用。基因结构发生异常或表达失控，导致细胞生长增殖和分化异常（一）细胞癌基因特点:癌基因家族分类src家族：产物多具有酪氨酸蛋白激酶活性，能促进增殖信号的转导。

ras家族：编码小G蛋白p21，参与cAMP水平的调节。

myc家族：编码核内DNA结合蛋白，调节其他基因转录的作用。sis家族：编码的p28，能刺激间叶组织的细胞分裂繁殖。myb家族：核内转录因子类别癌基因名称作用生长因子类SISPDGF-2INT-2FGF同类物，促进细胞增殖蛋白酪氨酸激酶类生长因子受体EGFREGF受体，促进细胞增殖HER-2EGF受体类似物，促进细胞增殖FMS、KITM-CSF受体、SCF受体，促增殖膜结合的蛋白酪氨酸激酶SRC、ABL与受体结合转导信号细胞内蛋白酪氨酸激酶TRK在细胞内转导信号细胞内蛋白丝/苏氨酸激酶RAFMAPK通路中的重要分子与膜结合的GTP结合蛋白RASMAPK通路中的重要分子核内转录因子MYC促进增殖相关基因表达FOS、JUN促进增殖相关基因表达人体内细胞癌基因的分类及功能举例

调节和启动转录LTRgagpolenv

srcLTR

长末端重复序列癌基因正常的病毒基因产生病毒核心蛋白产生逆转录酶和整合酶

产生病毒外膜蛋白产生酪氨酸激酶病毒基因组结构癌基因最早发现于逆转录病毒中。1911年，F.Rous医生首次提出病毒引起肿瘤，但直到上一世纪50年代才得到实验证实，命名为罗氏肉瘤病毒（RousSarcomaVirus，RSV）。（二）病毒癌基因病毒癌基因v-src来源于宿主细胞的C-SRC基因病毒癌基因与细胞癌基因的关系：序列上高度同源；c-onc有内含子，v-onc无内含子；v-onc有致癌能力，而c-onc无，但突变后可能致癌；v-onc来源于c-onc。（一）获得启动子与增强子二、癌基因活化的机制逆转录病毒感染细胞后，病毒基因组所携带的长末端重复序列（LTR内含较强的启动子和增强子）插入到细胞原癌基因附近或内部,启动下游邻近基因的转录和影响附近结构基因的转录水平，使原癌基因过度表达或由不表达变为表达，从而导致细胞发生癌变。8q24.1:C-MYC14q32:IgH（二）染色体易位在染色体易位的过程中发生了某些基因的易位和重排，使原来无活性的原癌基因移至强的启动子或增强子附近而被活化，原癌基因表达增强，导致肿瘤的发生。如：Burkitt淋巴瘤(BL)例：慢性粒细胞白血病9：22易位，形成了一种结构与功能异常的融合基因bcr-abl。其编码的蛋白能促成细胞的恶性转化。9q34:abl22q11:bcrPh1(22q-):Bcr/abl（三）基因扩增原癌基因可通过基因扩增（geneamplification）使基因拷贝数可升高几十甚至上千倍不等，发生扩增的机制目前尚不清楚。基因扩增可致编码产物过量表达，细胞发生转化。（四）点突变原癌基因在射线或化学致癌剂作用下，发生单个碱基的替换——点突变(pointmutation),从而改变了表达蛋白的氨基酸组成，造成蛋白质结构的变异。例如：膀胱癌，ras12位密码子GGC→GTC，甘氨酸→缬氨酸，结果导致细胞具有转化细胞的特征。出现新的表达产物出现过量的正常表达产物出现异常、截短的表达产物癌基因激活的结果：作用于细胞膜上的受体系统或直接被传递至细胞内，通过蛋白激酶活化转录因子，引发一系列基因的转录激活。三、原癌基因的产物与功能sis表达蛋白P28同PDGF：促进血管生长（一）细胞外生长因子例如：（二）跨膜的生长因子受体：接受细胞外的生长信号并将其传入胞内。受体的胞质结构区具有特异的蛋白激酶活性，通过磷酸化作用使其结构发生改变，增加激酶对底物的活性，促进生长信号在胞内的传递。c-src、c-abl有酪氨酸特异的蛋白激酶活性。c-mos和raf所编码的激酶使丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化。例如：非受体酪氨酸激酶(src，abl)、丝氨酸/苏氨酸激酶(raf)，ras蛋白(H-ras，K-ras和N-ras)及磷脂酶(crk产物)。原癌基因的产物作为胞内信息传递体系成员，或者通过影响第二信使作用，将接受到的信号由胞内传至核内，促进细胞生长。例如：（四）核内转录因子（三）细胞内信号传导分子某些癌基因表达蛋白定位于细胞核内，与靶基因的顺式调控元件相结合直接调节靶基因的转录活性。例如：c-fos是一种即刻早期反应基因(immediateearlygene，IEG)，作为传递信息的第三信使。Harvey、Kirsten两株大鼠肉瘤病毒中克隆出的转化基因N-ras:人神经母细胞瘤中分离得到原癌基因BRAF所编码的蛋白质属于丝/苏氨酸激酶，是MAPK信号通路的重要组成分子，在调控细胞增殖、分化等方面发挥重要作用。四、癌基因表达产物促进肿瘤发生发展约60%的黑素瘤中BRAF发生突变，其第600位氨基酸从缬氨酸突变为谷氨酸（V600E）最为常见，导致B-Raf的持续激活。（一）BRAF例如：EGFR介导的信号转导过程HER2是表皮生长因子受体家族成员，具有蛋白酪氨酸激酶活性，能激活下游信号通路，从而促进细胞增殖和抑制细胞凋亡。在30%的乳腺癌中HER2基因发生扩增或者过度表达，其表达水平与治疗后复发率和不良预后显著相关。（二）HER2例如：慢性粒细胞白血病患者的9号染色体与22号染色体之间发生易位，从而融合产生了癌基因BCR-ABL，编码的蛋白质Bcr-Abl具有持续活化的蛋白酪氨酸激酶活性，能促进细胞增殖，并增加基因组的不稳定性。在95%的慢性粒细胞白血病患者中都伴随有BCR-ABL融合基因的产生，在一些急性淋巴白血病患者中也有发现。（三）BCR-ABL例如：也称抗癌基因（anticancergene）或抑癌基因，是调节细胞正常生长和增殖的基因。当这些基因不能表达，或者当它们的产物失去活性时，细胞就会异常生长和增殖，最终导致细胞癌变。反之，若导入或激活它则可抑制细胞的恶性表型。肿瘤抑制基因

tumorsuppressorgene第二节早在20世纪20年代，T.Boveri就提出正常细胞中存在特异的抑制细胞增殖的因素，并假定与染色体有关。20世纪60年代，H.Harris开创了杂合细胞的致癌性研究A.Knudson在研究视网膜母细胞瘤（reti-noblastoma，Rb）的流行病学中发现并提出遗传性和散发性Rb均与一个基因的失活有关一、肿瘤抑制基因的发现细胞杂交试验正常细胞肿瘤细胞非肿瘤型杂交细胞杂交融合肿瘤细胞1肿瘤细胞2杂交融合非肿瘤型杂交细胞正常细胞失去某些基因肿瘤细胞二、肿瘤抑制基因的功能名称染色体定位相关肿瘤编码产物及功能TP5317p13.1多种肿瘤转录因子p53，细胞周期负调节和DNA损伤后凋亡RB13q14.2Rb、骨肉瘤转录因子p105RbPTEN10q23.3胶质瘤、膀胱癌、前列腺癌、子宫内膜癌磷脂类信使的去磷酸化，抑制PI3K-Akt通路P169p21肺癌、乳腺癌、胰腺癌、食道癌、黑素瘤p16蛋白，细胞周期检查点负调节P216p21前列腺癌抑制Cdk1、2、4和6APC5q22.2结肠癌、胃癌等G蛋白，细胞粘附与信号转导DCC18q21结肠癌表面糖蛋白（细胞黏附分子）NF17q12.2神经纤维瘤GTP酶激活剂NF222q12.2神经鞘膜瘤、脑膜瘤连接膜与细胞骨架的蛋白VHL3p25.3小细胞肺癌、宫颈癌、肾癌转录调节蛋白WT111p13肾母细胞瘤转录因子常见的某些肿瘤抑制基因及其功能（一）视网膜母细胞瘤基因（Rb基因）G0G1期Rb蛋白E-2FS期E-2FDNAmRNADNA三、肿瘤抑制基因失活促进肿瘤发生发展

PRb蛋白Rb磷酸化与细胞周期控制RB基因与视网膜母细胞瘤

视网膜母细胞瘤（retinoblastomaRb）是儿童眼内恶性肿瘤，发生率1/21000－1/10000，多于4岁前发病。是RB基因突变所致。RB基因位于13q14，全长约200kb，有27个外显子，mRNA长4.7kb，编码928个氨基酸残基的转录因子(Rb蛋白)，分子量为105kD。低磷酸化形式为活化型，促进细胞分化。A.Knudson(1971)二次打击学说主要论点：一个正常细胞转化为癌细胞，必须经历两次或两次以上的突变。第一次突变可能发生在生殖细胞或由父母遗传而来，也可能发生在体细胞；第二次突变则均发生在体细胞。生殖细胞突变I个体体细胞（突变基因）突变II恶性细胞增殖优势恶性肿瘤AlfredKnudson两次打击（twohit）学说：连续两次基因突变使正常细胞转化为癌细胞。生殖细胞突变+体细胞突变遗传性肿瘤正常体细胞两次突变散发性肿瘤TP53基因定位于17p13，全长16～20kb，含11个外显子，转录2.8kb的mRNA，编码375个氨基酸残基的53kD蛋白。

P53基因的变异与50～60%%的肿瘤发生相关。

P53为核内磷酸化蛋白，作为转录因子调控其他蛋白的活性，达到对细胞周期和细胞凋亡的控制。

P53蛋白的失活导致细胞保护功能的丧失而导致细胞周期的紊乱。（二）TP53P53蛋白解链酶复制因子AP21蛋白细胞停滞于G1期细胞调亡酸性区核心区碱性区P53蛋白DNA损伤P21基因P53蛋白抑制P53蛋白成功修复修复失败p53的结构及其在清除DNA损伤细胞中的作用

P53基因突变不仅失去野生型p53抑制肿瘤增殖的作用，而且突变本身又使该基因具备癌基因功能。突变的P53蛋白与野生型P53蛋白相结合，形成的这种寡聚蛋白不能结合DNA，使得一些癌变基因转录失控导致肿瘤发生。（三）PTENPTEN基因（phosphataseandtensinhomologdeletedonchromosometen，第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因）是继TP53基因后发现的另一个与肿瘤发生关系密切的肿瘤抑制基因。PTEN基因：PTEN基因定位于染色体10q23.3,由9个外显子和8个内含子组成,全长约200Kb。编码5.15kb的mRNA。

PTEN基因高度保守,人、鼠及果蝇的PTEN蛋白有99.75%的同源性。

PTEN蛋白：403个氨基酸残基，56kD。包括3个结构功能区：N-端磷酸酶区（1～185）,与脂质结合的C2区（186～351）和由约50个氨基酸组成的羧基端区。PTEN通过阻断PI3K/AKT信号通路抑制细胞的生长具有双特异磷酸酶活性四、肿瘤抑制基因与疾病RBAPCVHL肿瘤抑制基因在细胞增殖、生长、分化过程中发挥重要作用，其功能缺失会导致肿瘤等相关疾病的发生，研究肿瘤抑制基因发挥作用的相关分子机制能够为分子靶向治疗策略提供理论依据，也为攻克癌症等顽疾带来曙光。五、癌基因与肿瘤抑制基因在肿瘤发生中的作用特点在基因水平上，或通过外界致癌因素，或由于细胞内环境的恶化，突变基因数目增多，基因组变异逐步扩大；在细胞水平上则要经过永生化、分化逆转、转化等多个阶段，细胞周期失控细胞的生长特性逐步得到强化。结果组织从增生、异型变、良性肿瘤、原位癌发展到浸润癌和转移癌。（一）细胞癌变的多基因协同正常细胞转化为恶性细胞需要一次以上的突变事件的发生正常人约有1014个细胞，在人的整个一生中约进行1016次细胞分裂，人体的自发突变频率约为1.4×10-10，实际上加上辐射和自然界普遍存在的致突变剂的影响，突变频率要远高于这个数值。如果单个突变可以致癌，仅据自发突变率计算，人一生中大约有28％细胞将癌变，那么癌症将是日常事件。从基因角度认识结肠癌的发生和发展正常结肠细胞APC,MCC细胞生长增强K-ras腺瘤Ⅰras突变腺瘤Ⅱ10q缺失DCC腺瘤Ⅲ17q缺失p53癌（二）细胞周期和细胞凋亡的分子调控是肿瘤进展的关键癌基因和肿瘤抑制基因与细胞周期细胞周期调控体现在细胞周期驱动和细胞周期监控两个方面，后者的失控与肿瘤发生发展的关系最为密切。细胞周期监测机制由DNA损伤感应机制、细胞生长停滞机制、DNA修复机制和细胞命运决定机制等构成。

癌基因、肿瘤抑制基因与细胞凋亡细胞除了生长、增生和分化等现象之外，还存在细胞死亡现象，即程序性细胞死亡或凋亡。有些肿瘤抑制基因的过量表达可诱导细胞发生凋亡，而与细胞生存相关的癌基因的激活则可抑制凋亡，细胞凋亡异常与肿瘤的发生发展的密切相关。

促进正常细胞向肿瘤细胞转化的因素

发生肿瘤通常不能归因于单一基因的异常。每一个人类细胞携带非常复杂且高度调节的遗传程序，调节正常的细胞生长和分化。癌症通常起因于这个正常调节方式被破坏，导致细胞无限制生长和增殖，形成肿瘤。癌症的充分发展通常需要在一个特定的体细胞内多个、连续的遗传突变的积累。体细胞突变仅发生于肿瘤中，而不存在于此个体的正常细胞中。

第三节生长因子

Growthfactors

一类由细胞分泌的、类似于激素的信号分子，多数为肽类（含蛋白类）物质，具有调节细胞生长与分化的作用。内分泌

(endocrine)旁分泌

(paracrine)自分泌

(autocrine)作用模式：

一、生长因子的分类和功能（一）生长因子的分类生长因子名称组织来源功能表皮生长因子（EGF）唾液腺、巨噬细胞、血小板等促进表皮与上皮细胞的生长，尤其是消化道上皮细胞的增殖肝细胞生长因子（HGF）间质细胞促进细胞分化和细胞迁移促红细胞生成素（EPO）肾调节成红细胞的发育类胰岛素生长因子（IGF）血清促进硫酸盐参入到软骨组织促进软骨细胞的分裂、对多种组织细胞起胰岛素样作用神经生长因子（NGF）颌下腺含量高营养交感和某些感觉神经元、防止神经元退化血小板源生长因子（PDGF）血小板、平滑肌细胞促进间质及胶质细胞的生长、促进血管生成转化生长因子α（TGF-

）肿瘤细胞、巨噬细胞、神经细胞作用类似于EGF，促进细胞恶性转化转化生长因子β（TGF-β）肾、血小板对某些细胞起促进和抑制双向作用血管内皮生长因子（VEGF）低氧应激细胞促进血管内皮增殖和新生血管分化（二）生长因子的功能生长因子的生物学效应主要表现在促进细胞生长、分化、促进个体发育等方面。但是有些生长因子具有双重调节作用或负调节作用。同一生长因子对不同细胞的作用有所不同一种细胞也可受不同生长因子调节具有负调节作用的生长因子比较少，人们通常把这种负调节因子（negativegrowthfactor）称为细胞生长抑制因子。产生相应第二信使胞内相关蛋白质被磷酸化与膜受体结合酪氨酸激酶活化蛋白激酶活化核内转录因子活化基因转录与胞内受体结合生长因子-受体复合物，活化相关基因二、生长因子作用机制肿瘤的发生除了与癌基因的异常活化以及肿瘤抑制基因的异常失活密切相关外，其与生长因子及其受体的高度活化亦紧密相关，如EGF、VEGF、TNF及IGF、PDGF等的过度表达能导致相应的肿瘤发生。三、生长因子与疾病（一）生长因子与肿瘤myc、fos的激活促平滑肌细胞增生；p53低表达或突变。2.动脉粥样硬化：PDGF过量产生ras、myb、myc、fos等过量表达，有关的生长因子有IGF、TGF、FGF。（二）生长因子与心血管疾病3.心肌肥厚：1.原发性高血压：

癌基因病毒癌基因和细胞癌基因

原癌基因的产物与功能原癌基因激活的机制

肿瘤抑制基因重要的肿瘤抑制基因及其功能

癌基因、抑癌基因与肿癌的发生

生长因子

生长因子的作用机制

生长因子与临床

小结病毒癌基因和原癌基因比较

病毒癌基因无内含子,而原癌基因通常有内含子或插入序列。病毒癌基因较原癌基因有较强的转化细胞功能，病毒癌基因与同源的原癌基因在外显子序列中存在着微小的差别。病毒癌基因常会出现碱基取代或碱基缺失等突变,而原癌基因则较少发现这类突变。病毒癌基因通常丢失了原癌基因两端的某些调控序列，而在病毒高效启动子作用下有较高的转录活性。细胞癌基因的特点:

广泛存在于生物界中；基因序列高度保守,称为持家基因；限制性表达产物有促进细胞生长、增殖、分化和发育等生理功能；被激活后，形成癌性的细胞转化基因。原癌基因的产物（一）原癌基因点突变（二）原癌基因获得启动子与增强子（三）原癌基因甲基化程度降低（四）原癌基因的扩增（五）原癌基因的易位或重排原癌基因激活的机制1234RbTP53蛋白的生物学功能主要有：1.抑制细胞周期2.抑制某些癌基因对细胞的转化作用3.监测细胞DNA损伤4.诱发细胞凋亡P53蛋白——基因卫士P53蛋白解链酶DNA复制复制因子AP21蛋白细胞停滞于G1期细胞程序性死亡DNA损伤p21基因P53蛋白抑制P53蛋白-P修复失败成功修复S期抑癌基因的失活常见的几种途径：①基因缺失或自身突变，不表达或表达产物失去活性；②表达蛋白质的磷酸化状态；③抑癌蛋白与癌蛋白相互作用，使活性相互抑制。MSH2和MLH1基因失活染色体改变基因5q突变或缺失FAP、APC、MCC？12q突变K-ras18q缺失