癌与基因表达课件

11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达第十二章癌与基因表达癌症是致人死亡的主要原因之一

现在癌症发病率越来越高。根据世界卫生组织针对全球癌症状况所作的一份报告，到2020年全球癌症患病率可能会增加50%。报告说，癌症病例增加的最主要原因是由抽烟引起的。抽烟不但导致肺癌，也影响膀胱癌、胃癌和肾癌等其它癌症的生长。在发展中国家，23%的癌症是由于感染疾病，例如B型和C型肝炎和乳头瘤等病毒所导致的。较为完善的体检和疫苗项目将可以改善染病的情况。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达中国的癌症发病率迅速上升

中国癌症的发病率正在显著增加，目前已成为仅次于冠心病的第二位死因，癌症的模式也在西方化。在中国，对癌症实施预防控制迫在眉睫。有资料显示，1991年至2000年，我国肿瘤总死亡水平上升了31％，其中肺癌、肝癌和乳腺癌分别上升了56％、40％和38％。从1996年起，肺癌取代了胃癌成为癌症中第一位死因。目前，我国人群主要癌症发生部位依次为肺、肝、胃、食道、乳腺、结肠/直肠等。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达生活方式影响人的健康

发生这些变化的原因是，随着国民经济的快速发展，人们的生活方式发生了改变，包括吸烟和饮酒的增加、膳食改变和身体活动减少。而要维持传统的以植物性食品为主的膳食结构及重新增加身体活动，对于正在不断提高收入和改善生活的中国人来说，是一个巨大的挑战。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达预防癌症必须注意生活方式

如果想预防癌症，就要采取一定的措施，改变不良生活习惯。如不吸烟，不饮酒，少吃腌制、熏制、烧焦烧糊、发霉变质的食物，注意饮食结构，避免肥胖，这样患癌的可能性就会大大减少。大约有三分之一的癌症死亡可以用实际可行的膳食方法避免。

11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达癌是细胞分裂失控所致

肿瘤和癌是不受控制的细胞分裂的结果。通常细胞分裂受一个细胞外生长因子家族的调节，这些细胞外生长因子是蛋白质，它们引起静止的细胞分裂，在某些情况下使细胞分化。如果生长因子的合成、调节或识别有了缺陷，就会致癌。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达肿瘤的分类

肿瘤=良性肿瘤+恶性肿瘤（癌症）恶性肿瘤（癌症）=癌+肉瘤+癌肉瘤如果恶性肿瘤是上皮组织来源的，则在上皮名称后面加一“癌”字。如果是间叶组织来源的，则被称为肉瘤。如果一恶性肿瘤既有癌的成分，又有肉瘤成分，则被称为癌肉瘤。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达癌症为什么会导致人死亡？

主要原因有两方面：其一，癌细胞在形成的过程中，增殖的癌细胞需要消耗人体大量的营养物质，破坏了人体的免疫力、抵抗力。其二，由于病变发生的脏腑部位器官不同，病变发生在哪个脏腑或器官，就破坏哪个脏腑器官的本身功能。于是就出现了疼痛，下咽困难、呕吐、不思饮食、胀满、咳嗽、出血、积水、腹水、发烧、大小便失常、出汗、下坠感、骨坏死等症状，出现脏腑功能退化、紊乱失调的现象。癌症即破坏了人体本身的脏腑功能，又破坏了人体的免疫功能，使人体阴阳失去平衡，导致脏腑功能衰竭，从而致人死亡。

11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达一、癌是基因突变的结果

通过比较癌细胞和正常细胞，我们能够分辨出因突变改变了的基因。这些对癌的发生有直接作用的基因可以分为癌基因（oncogenes，突变活化了一个基因，导致肿瘤状态）和抑癌基因（tumorsuppressors）（突变灭活了一个基因，这种基因的功能是拮抗肿瘤状态）。在大多数情况下，癌发生是因为在一个体细胞中积累了一系列突变，活化了癌基因或灭活了抑癌基因。

基因与癌的关系11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达基因与癌的关系

另外，对癌的易感性还受许多其它位点的影响，这些位点一般称为肿瘤修饰基因。这些位点的产物直接或间接影响癌基因或抑癌基因的功能，但它们本身并没有任何直接的效应。

11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达原癌基因

原癌基因（proto-oncogenes）编码生长调节蛋白。染色体重排、化学试剂和辐射都能够引起突变，使原癌基因变成癌基因。产生癌基因的突变一般是显性的，如果一对染色体中有一个含有缺陷基因，这个基因的产物发出“分裂”的信号，就会产生肿瘤。癌基因缺陷可以是涉及“分裂”信号传递的任何蛋白质。我们知道的癌基因编码分泌蛋白、生长因子、跨膜蛋白（受体）、细胞质蛋白（G蛋白和蛋白激酶）和控制细胞分裂必需基因表达的核转录因子（Jun，Fos）。已经鉴别出了约100个癌基因。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达癌基因举例(erbB)

有些癌基因编码有缺陷的或失去了信号分子结合位点的受体，导致它们内在的Tyr激酶活性不受调节。例如，蛋白质ErbB（突变的EGFR）和正常的表皮生长因子（EGF）受体（EGFR）基本上是一样的，但ErbB缺少结合EGF的氨基端结构域，结果不管有无EGF，ErbB都发出“分裂”信号。与受体Tyr激酶相关的ErbB的基因erbB2突变，通常与乳腺癌、胃癌和卵巢腺上皮癌相关。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达EGFR与ErbB的差异11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达癌基因举例(ras）

G蛋白Ras的突变形式是肿瘤细胞中常见的。ras癌基因编码一个蛋白，此蛋白能正常结合GTP，但没有GTP酶活性。因此突变的Ras蛋白总是处于活性形式（GTP结合），而不管是否有信号到来，结果是不受调节的生长。ras突变与30%~50%的肺癌和结肠癌及超过90%的胰腺癌相关。钙及肌醇三磷酸途径DAG：二酯酰甘油PS：磷脂酰丝氨酸11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达抑癌基因

抑癌基因编码在正常情况下抑制细胞分裂的蛋白质。一个或更多个这些基因突变会导致肿瘤形成。与癌基因不同，由于缺陷的抑癌基因导致的不受调节的生长，在遗传上是隐性的，只有一对染色体上都含缺陷基因才会发生肿瘤。当一个人通过遗传获得了一个正常的拷贝和一个缺陷的拷贝，他的每一个细胞都有一个缺陷的基因拷贝。如果他的1012个体细胞中的任何一个的正常拷贝发生突变，就可能由这个双突变细胞形成肿瘤。pRb，p53或p21这些基因的双拷贝突变的细胞，失去对细胞分裂的正常抑制，形成肿瘤。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达抑癌基因举例（Rb)

Rb基因即成视网膜细胞瘤基因，Rb基因的蛋白质产物是多种转录因子的抑制剂，RB蛋白可控制驱使细胞进入分裂过程的重要基因表达。成视网膜细胞瘤发生于有两个缺陷的Rb等位基因的儿童。患有成视网膜细胞瘤的幼童通常双眼有多个肿瘤。每一个肿瘤来自于单个视网膜细胞，这个细胞的Rb基因正常拷贝发生了突变（两个等位基因都突变的胎儿不能存活）。成视网膜细胞瘤患者也有很高的肺癌、前列腺癌和乳腺癌发病率。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达抑癌基因的两个正常拷贝先后发生突变致癌

罕见的事件是一个具有两个正常拷贝的人，在同一个细胞里同一基因的两个正常拷贝各自独立地发生了突变，但这种情况确实会发生。有些人在童年后期发生成视网膜细胞瘤，通常只在一只眼睛里有一个肿瘤。推测这些人出生时每一个细胞里都拥有两个正常拷贝，但是在一个视网膜细胞里两个Rb基因都发生了突变，导致肿瘤形成。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达抑癌基因举例（p53)

p53是一种肿瘤抑制基因。由这种基因编码的蛋白质是一种转录因子，它控制着细胞分裂周期的启动。如果这个细胞受损，又不能得到修复，则p53蛋白将参与启动细胞凋亡过程，使这个细胞在细胞凋亡（apoptosis）中死去。有p53缺陷的细胞没有这种控制，甚至在不利条件下继续分裂。p53蛋白会判断DNA变异的程度，如果变异较小，这种基因就促使细胞自我修复，若DNA变异较大，p53蛋白就诱导细胞凋亡。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达抑癌基因举例（p53)

p53基因突变也会引起肿瘤，在超过90%的人类皮肤鳞状上皮细胞癌（皮肤癌）和约50%的其它人类癌症中，p53有缺陷。很罕见的遗传了一个缺陷的p53拷贝的人通常有Li-Fraumeni癌综合征，幼年时高频率地发生多种癌症，包括乳腺癌、脑癌、骨癌、血癌、肺癌和皮肤癌。对此的解释和对Rb突变相同：出生时每一个体细胞携带了一个缺陷p53基因的人，在他的一生中很可能在不止一个细胞中遭受第二个p53基因突变。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达癌症是突变积累的结果

癌基因和抑癌基因突变并不是全或无的效应。在某些癌中，也许是在所有的癌中，从一个正常细胞到恶性肿瘤的发展中，需要突变的积累（有时经过几十年），没有哪一个突变可以单独造成最终结果。估计产生癌症需要发生4～10个随机的事件。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达癌症发病率与年龄的关系11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达结直肠癌

结直肠癌（colorectalcancer）的发展有几个可识别的阶段，每一个阶段都与突变有关。如果一个正常结肠上皮细胞的抑癌基因APC（adenomatouspolyposiscoli）两个拷贝都突变，它开始比正常时分裂更快，产生自身的一个克隆，形成良性的息肉（早期的腺瘤）。由于尚不清楚的原因，APC突变导致染色体不稳定；在细胞分裂期间，染色体整段丢失或重排。这种不稳定可以导致另一个突变，通常是ras发生突变，这使得克隆转变成中期腺瘤。第三个突变（可能发生在抑癌基因DCC）导致晚期腺瘤。只有当p53的两个拷贝都成为缺陷型的，这个细胞团才变成癌，恶性的、威胁生命的癌。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达导致结直肠癌的基因突变过程正常结直肠表皮早期腺瘤中期腺瘤晚期腺瘤结直肠癌浸润性癌转移性癌11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达导致结直肠癌的基因突变过程

因此，整个过程（最终导致癌症）至少需要七个遗传学的“巧合”：三个抑癌基因（APC，DCC，和p53）中的每一个有两个（形成双突变），原癌基因ras有一个。也可能有别的途径导致结直肠癌，但是完全恶变来自多个突变的原理可能是相同的。当在早期腺瘤阶段检查到了息肉，含有第一个突变的细胞被手术除去，就不会发展到晚期腺瘤和癌。因此，早期检查非常重要。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达二、导致基因突变的原因物理因素：辐射化学因素：致癌物质生物因素：病毒感染11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达致癌物质黄曲霉素对DNA的修饰作用与细胞色素P450相偶联的氧化反应黄曲霉素黄曲霉素-2,3-环氧化物致癌因子与DNA中的鸟嘌呤残基结合11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达增变基因

增变基因（mutator）是一种突变的基因，它增加突变的基础水平，这些基因常常编码涉及DNA损伤修复的蛋白质。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达增变基因突变对突变率的影响11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达三、癌细胞的培养特性

用来自肿瘤的细胞进行培养，与正常细胞相比，某些培养性质或所有培养性质发生了变化。它们被称为转化。转化细胞的生长受到的限制少得多。它减少了血清依赖，不需要附着到固体表面（所以细胞“聚集”而不是铺开），细胞堆积成一团（称为转化灶）而不是长成表面单层。而且，当把这些细胞注射到试验动物体内时，可以形成肿瘤。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达培养的“正常”和转化的成纤维细胞在常规显微镜下的照片11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达培养的“正常”和转化的成纤维细胞在扫描电子显微镜下的照片11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达正常细胞和转化细胞的培养特性

为了弄清发生了什么异常事件使得细胞能够绕过正常的控制成为肿瘤，我们需要比较正常细胞和转化细胞在体外的生长特性。转化细胞能够迅速生长，但相应的正常细胞生长要困难得多。当从脊椎动物体内取出细胞进行培养时，它们分裂几次，但随后就进入衰老阶段，生长停止。接着进入危机期，这时大多数细胞死亡。在这之前分裂的次数有时称为Hayflick限制，因为是Hayflick发现了这种现象。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达正常细胞和转化细胞的培养特性

渡过危机期的幸存细胞能够独立地分裂，但它们的性质在渡过危机期时发生了变化。这包括获得无限增殖（永生）能力的过程。危机期的特征依赖于物种和组织。典型的小鼠细胞约12代通过危机期。人细胞约40代进入危机期，虽然人细胞很少能渡过危机期，只有某些类型的人细胞能够渡过危机期。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达正常细胞的培养特性贴壁依赖——细胞需要附着到固体或坚固的表面。血清依赖（也叫生长因子依赖）——需要血清提供必要的生长因子。密度依赖抑制——细胞仅仅生长到有限的密度，也许是因为细胞间的接触，生长被抑制。细胞骨架组织——细胞是扁平的，在生长的表面铺开，有伸长的应力纤维网架（由机动蛋白纤丝组成）。这些性质的后果是细胞在培养基上生长成一单层（即一个细胞厚的一层）。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达永生细胞和转化细胞的培养特性永生细胞（immortalizedcells）获得了无限分裂的能力，它们通常有染色体的变化以适应在培养条件下生长，培养特性与正常细胞相似。转化细胞（transformedcells）失去了贴壁依赖、生长因子依赖、密度依赖抑制的特性，细胞形态也不是扁平的。转化细胞长成一团密集的细胞团，互相堆积在一起。它们在培养皿中形成一个独特的转化灶（focus）。而正常细胞在培养皿中长成铺开的单层。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达四、致癌病毒

转化可以自发的发生，也可以由某些化学物质引起，最值得注意的是，可以由肿瘤病毒（tumorvirus）感染所致。肿瘤病毒包括DNA病毒和RNA病毒，肿瘤病毒通常携带癌基因，这些基因能改变靶细胞的生长性质，有转化动物细胞成癌状态的能力。肿瘤病毒的致癌能力11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达DNA肿瘤病毒的致癌机理

DNA肿瘤病毒导致细胞转化有一个共同的机制。致癌的潜能存在于单个功能或一组相关的功能中，这些功能在病毒裂解循环的早期是有活性的。当转化发生时，相关的基因整合到被转化细胞的基因组中，并且组成型表达。癌基因组成型表达产生转化蛋白（癌蛋白）。

11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达DNA肿瘤病毒的致癌机理11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达DNA肿瘤病毒的致癌机理

在增殖性感染期间，每一个病毒的早期区基因采用选择性剪接合成若干序列交叠的蛋白，叫T抗原（此名反映最早分离它们时是作为肿瘤细胞（tumorcell）中的蛋白）。病毒的T抗原在裂解循环中有多种功能，晚期区基因的表达和病毒DNA复制需要它们。多瘤病毒转化的细胞整合了部分或全部病毒基因组，整合的序列总是包括早期区。T抗原有转化活性，它能与细胞蛋白相互作用，使细胞转化。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达DNA肿瘤病毒致癌举例

乳头瘤病毒是小DNA病毒，它引起上皮细胞肿瘤；人乳头瘤病毒（HPVs）约有75种，大多数与良性生长相关（如疣），但也有一些与癌有关，特别是宫颈癌。在宫颈癌中表达两种病毒相关产物；它们是E6和E7蛋白，它们能使靶细胞无限增殖。

Epstein-Barr病毒是与各种疾病相关的人疱疹病毒，包括感染性单核细胞增多症，鼻咽癌，非洲Burkitt淋巴瘤，和其它淋巴组织增生病。体外感染的人B淋巴细胞变成永生。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达逆转录病毒的致癌性急性转化型病毒（acutetransformingvirus）携带有来源于细胞基因组的癌基因，这个基因不存在于祖先病毒（非转化型病毒）中；它本来是细胞基因，在感染周期中由病毒捕获，因为这些基因取代了病毒的序列，病毒失去了独立复制的能力。这些病毒在体内通常更迅速地诱导肿瘤形成，它们在体外能转化培养细胞。它的转化能力是其携带的癌基因表达的结果。每一个急性转化型病毒有针对特殊靶细胞类型的特异性，这些病毒根据它们在动物中引起肿瘤的类型来分类：白血病、肉瘤、癌等。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达急性转化型病毒的繁殖

急性转化型病毒通常不能自己复制，因为复制所需的病毒基因因与细胞序列交换而丢失。所以几乎所有这些病毒都是复制缺陷的，但它们能通过与野生型“辅助”病毒共感染而得到繁殖，由“辅助”病毒提供在重组事件中丢失的功能。RSV（劳斯肉瘤病毒）是一个例外，这种转导型病毒仍保留了复制能力。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达急性转化型病毒的基因结构11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达病毒癌基因和细胞原癌基因

病毒从细胞基因组获得一个原癌基因拷贝，有时这个拷贝与细胞序列不同，常见的是它被截短了。在某些情况下，这个差别有效地将原癌基因转变成了癌基因。在其它情况下，突变发生在获得原癌基因后的病毒序列中，使得拷贝成为癌基因。病毒癌基因和它们的细胞同源基因分别加上字首v和c来表示。由劳斯肉瘤病毒携带的癌基因称为v-src，细胞基因组中相应的原癌基因称为c-src。通过比较v-onc和c-onc可以鉴别产生致癌性的特点。11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达逆转录病毒获得细胞原癌基因，经突变再转化细胞突变11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达劳氏肉瘤病毒癌基因的来源11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达癌基因过量表达致癌

除了从c-onc到v-onc时发生突变会产生致癌性外，即使没有发生突变，v-onc的过量表达也会产生致癌性。一个很好的例子是c-myc，由转化型逆转录病毒携带的v-myc基因过量表达引起致癌性；细胞基因组中发生变化，使得c-myc的过量表达也会引起致癌性。

11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达逆转录病毒携带的癌基因11第十二章兰州大学分子生物学癌与基因表达逆转录病毒的致癌性非缺陷病毒（nondefectivevirus）指的是转化型逆转录病毒，它在复制等方面有全部的正常功能，遵循通常的逆转录病毒生活周期。非缺陷转化型病毒没有癌基