第十七章 肿瘤的生化基础课件

第十七章肿瘤的生化基础生物化学17第十七章肿瘤的生化基础第一节

概述

生物化学17第十七章肿瘤的生化基础

1911年，PeytonRous发现鸡肉瘤病毒可以致癌。产生“肿瘤源于体细胞基因改变”的概念。

1947年，CharlotteAuerbach和J.M.Robson证明化学物质可以引起DNA损伤，破坏基因组稳定性，诱发肿瘤。

1970年代，基因克隆、基因转移等各种基因操作技术迅速发展，并与肿瘤学（oncology)研究相结合。

1979年发现了第一个细胞癌基因。癌基因、抑癌基因相继发现，确认“肿瘤是一种基因病（geneticdisease）”。肿瘤分子研究史:生物化学17第十七章肿瘤的生化基础促进正常细胞向肿瘤细胞转化的因素生物化学17第十七章肿瘤的生化基础癌基因、抑癌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生物化学17第十七章肿瘤的生化基础第二节

癌基因

Oncogenes癌基因(oncogene)细胞内控制细胞生长和分化的基因，它的结构异常或表达异常，可以引起细胞癌变。生物化学17第十七章肿瘤的生化基础对人、动物有感染性。DNA病毒的DNA可以整合到宿主靶细胞的DNA分子上。某些病毒基因中含有病毒癌基因（V-onc）的序列，编码的转化蛋白可使细胞癌变。生物性致癌主要指肿瘤病毒，包括DNA肿瘤病毒及RNA肿瘤病毒。致癌的病毒有DNA病毒和RNA病毒肿瘤病毒的特点：生物化学17第十七章肿瘤的生化基础（一）病毒癌基因(virusoncogene,v-onc)存在于病毒基因组中的癌基因，它不编码病毒的结构成分，对病毒复制也没有作用，但可以使细胞持续增殖。一、病毒癌基因和细胞癌基因（二）细胞癌基因(cellular-oncogene,c-onc)存在于生物正常细胞基因组中的癌基因，或称原癌基因(proto-oncogenes,pro-onc)。生物化学17第十七章肿瘤的生化基础

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*病毒基因组结构生物化学17第十七章肿瘤的生化基础病毒癌基因（V-onc）与细胞癌基因差别只是V-onc无内含子，而C-onc常有内含子。有时一些V-onc序列与C-onc比较，常有碱基替代，缺失。正因为序列有同源性，一旦V-onc整合至细胞基因后，不需激活便可产生细胞转化作用。许多病毒癌基因与细胞癌基因序列同源如Rous肉瘤病毒的癌基因v-src编码p60src，具有TPK活性。生物化学17第十七章肿瘤的生化基础V-onc的形成示意图生物化学17第十七章肿瘤的生化基础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；作用通过其产物蛋白质来体现；被激活后，形成癌性的细胞转化基因。生物化学17第十七章肿瘤的生化基础细胞癌基因的分类及其产物根据原癌基因的表达产物在细胞中的定位和功能分为：1

src家族——酪氨酸蛋白激酶2.ras家族——p213.myc家族——核内DNA结合蛋白4.sis家族——p28(类人血小板源生长因子)5.erb家族——生长因子、蛋白激酶类6.myb家族——核内转录因子生物化学17第十七章肿瘤的生化基础细胞癌基因产物及其功能c-sisEGF受体基因ras基因家族H-rasK-rasN-rasc-srcc-myc血小板源生长因子（PDGF）β链。PDGF调节靶细胞正常生长与增生。相应的v-sis发现于猴肉瘤病毒中，产生p28sis蛋白，能使靶细胞过度增生EGF受体与EGF结合后转导细胞增生信号。相应的病毒癌基因v-erbB的产物为gp65erbB，缺失配体结合域，不需与EGF结合就可转导细胞增生信号产物Ras蛋白属于小G蛋白，与GTP结合后有活性，能转导细胞生长增生信号。突变的Ras蛋白不具有GTPase活性，结合GTP后持续活化产物为60kD的胞质酪氨酸蛋白激酶，转导细胞生长与增生信号，v-src产物能使细胞转化产物为49kD的核内转录因子，与Max蛋白形成异二聚体，与特异的顺式作用元件结合，活化靶基因转录二、细胞癌基因产物的功能生物化学17第十七章肿瘤的生化基础癌基因与生长因子信号的转导生物化学17第十七章肿瘤的生化基础（一）获得启动子与增强子（二）基因易位（三）原癌基因扩增（四）点突变（五）DNA重排出现新的表达产物出现过量的正常表达产物出现异常、截短的表达产物三、原癌基因激活的机制癌基因被激活的结果生物化学17第十七章肿瘤的生化基础第三节

抑癌基因

tumorsuppressorgene

生物化学17第十七章肿瘤的生化基础抑癌基因(tumorsuppressivegene,anti-oncegene)抑制细胞过度生长、增殖从而遏制肿瘤形成的基因。一、抑癌基因的概念生物化学17第十七章肿瘤的生化基础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生物化学17第十七章肿瘤的生化基础抑癌基因染色体定位产物定位功能相关肿瘤DPCD4NF1NF2WT1APC（FA0）RBp53p16DCCMEN-118q21.117q11.222q12.211q135q21-2213q1417q12-13.39p2111p15.511q13细胞表面胞膜内面细胞骨架细胞核细胞质细胞核细胞核细胞核细胞膜未定转导TGFβ信号抑制Ras信号转导抑制Ras信号转导转录因子抑制信号转导负调节细胞周期负调节细胞周期DNA损伤后的细胞凋亡负调节细胞周期细胞黏附与TGFβ信号有关胰腺癌、结肠癌等施万细胞瘤脑膜瘤等Wilms’瘤胃癌、结肠癌等视网膜母细胞瘤、肺癌、骨肉瘤等大多数癌症胰腺癌、食管癌等大肠癌、胰腺癌等多发内分泌肿瘤某些抑癌基因及其功能丧失后导致的相关肿瘤

生物化学17第十七章肿瘤的生化基础1.视网膜母细胞瘤基因（Rb基因）G0G1期Rb蛋白E-2FS期E-2FDNAmRNADNA抑癌基因的作用机制PRb蛋白生物化学17第十七章肿瘤的生化基础pRb的磷酸化与细胞周期生物化学17第十七章肿瘤的生化基础2.p53蛋白p53蛋白解链酶复制因子Ap21蛋白细胞停滞于G1期细胞自杀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生物化学17第十七章肿瘤的生化基础在G1期监视细胞基因组完整性，阻滞DNA损伤细胞停留在G1期，使细胞有足够的时间进行DNA损伤修复，抑制肿瘤发生。损伤不能修复，则诱导细胞凋亡，即抑制细胞生长从而避免产生具有癌变倾向的突变细胞。p53蛋白生物化学17第十七章肿瘤的生化基础p53蛋白通过诱导p21基因转录，抑制各型Cyclin-Cdk复合体对Rb的磷酸化，使Rb处于非磷酸化状态，从而抑制细胞G1期→S期转换。通过诱导GADD45基因表达，引起G1期停滞，修复DNA损伤。

p53蛋白与TATA结合蛋白（TATAboxbindingprotein,TBP）结合，抑制c-fos、c-jun、PCNA及p53自身基因的转录，抑制细胞增殖。

p53蛋白与复制因子A相互作用，抑制DNA复制。p53蛋白诱导G1期停滞途径：生物化学17第十七章肿瘤的生化基础二、癌基因、抑癌基因与肿瘤的发生原癌基因可在某些因素作用下被激活而具有转化细胞的性质，通过干扰正常的细胞信号转导过程造成细胞异常分化和增殖。

抑癌基因功能的缺失或失活也是细胞癌变的重要原因。生物化学17第十七章肿瘤的生化基础

基因缺失或自身突变，使表达产物失去活性表达蛋白质的磷酸化状态抑癌基因与癌基因的表达蛋白相互作用。抑癌基因的失活常见的几种途径：生物化学17第十七章肿瘤的生化基础第四节

生长因子

Growthfactors

生物化学17第十七章肿瘤的生化基础生长因子（growthfactor,GF）是一类能促进细胞增殖的肽类，通过与质膜上的特异受体发挥作用。生长因子发挥作用的方式有几种：①内分泌（endocrine）②旁分泌（paracrine）③自分泌（autocrine）一、生长因子概念及其功能

生物化学17第十七章肿瘤的生化基础对某些细胞同时有促进和抑制作用肾、血小板转化生长因子β（TGFβ）类似于EGF转化细胞或肿瘤细胞的条件培养基转化生长因子α（TGFα）促进间充质及胶质细胞生长血小板血小板衍生生长因子（PDGF）对交感及某些感觉神经原有营养作用鼠唾液腺神经生长因子（NGF）刺激T细胞生长条件培养基白细胞介素2（IL-2）刺激T细胞生成白介素2条件培养基白细胞介素1（IL-1）促进多种细胞增殖各种细胞成纤维细胞生长因子（FGFs）（至少9个家族成员）调节早成红细胞增殖肾、尿液红细胞生长素刺激多种上皮和内皮细胞生长鼠唾液腺上皮生长因子（EGF）功能来源生长因子常见的生长因子及其功能生物化学17第十七章肿瘤的生化基础生长因子的作用生物化学17第十七章肿瘤的生化基础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、生长因子的作用机制生物化学17第十七章肿瘤的生化基础肿瘤细胞中常表现为促进增殖的信号增强。癌基因/生长因子信号转导异常与肿瘤异常增殖相关癌细胞能分泌更多的生长因子2.生长因子受体数量增多3.信号途径分子异常激活三、生长因子与肿瘤生物化学17第十七章肿瘤的生化基础转化生长因子β（Transforminggrowthfactor-β，TGF-β）信号途径对某些细胞（如成纤维细胞）起促进分裂的作用，但对大多数上皮细胞的生长起抑制作用。例：TGF-β途径抑制大多数细胞生长TGF-β受体是一Ser/Thr蛋白激酶。受体的底物为Smad家族蛋白。Smad与TOXO共同激活时能抑制促细胞生长的基因表达，对细胞的生长、凋亡起调控作用。Smad抑制myc的表达；myc抑制Smad的抑制生长作用。17第十七章肿瘤的生化基础TGF

受体介导的信号转导通路生物化学17第十七章肿瘤的生化基础第五节

细胞凋亡

apoptosis生物化学17第十七章肿瘤的生化基础一、细胞凋亡的概念

细胞凋亡(apoptosis)是由细胞内特定基因的程序性表达而介导的细胞死亡,又称程序性细胞死亡（programmedcelldeath，PCD

）。它一方面是生物个体胚胎发育过程中的程序化事件，另一方面是成熟个体在各种生理病理条件下维持组织中细胞数目平衡的反应。生物化学17第十七章肿瘤的生化基础隐性时相执行时相诱因不可逆转位点审判阶段定型阶段形态改变凋亡时相凋亡时相生物化学17第十七章肿瘤的生化基础凋亡细胞形态凋亡小体

细胞表面皱缩，与相邻细胞解离细胞核变小，伴有染色质固缩及分离细胞核裂解成被2层脂质膜包裹的分散碎片，并以出芽方式形成凋亡小体被周围的细胞所摄取并在它们的溶酶体内被消化生物化学17第十七章肿瘤的生化基础二、细胞凋亡的分子机制和凋亡相关基因

细胞凋亡是机体严格调控的清除不需要细胞的独特细胞死亡方式，细胞凋亡过程是一种特殊的凋亡信号触发，按严格程序转导而发生的过程，涉及多种基因的表达和多种凋亡相关蛋白的作用。生物化学17第十七章肿瘤的生化基础

Caspases家族成员拥有相似的氨基酸序列、结构和底物特异性，都以酶原(30kD～50kD）形式表达。

Caspase酶原由原结构域、大亚基（～20kD）和小亚基(～10kD）构成。原结构域的序列和长度高度可变，参与Caspase

活化的调节：结合底物和酶解反应所必需的氨基酸残基由整合的大、小亚基共同提供；在含有半胱氨酸活性位点的氨基酸残基是保守的均为五肽：Gln-Ala-Cys-Arg-Gly。（一）胱天蛋白酶（caspase）与细胞凋亡生物化学17第十七章肿瘤的生化基础胱天蛋白酶活化生物化学17第十七章肿瘤的生化基础

胱天蛋白酶的作用具有级联活化的特点

有些胱天蛋白酶位于级联活化途径的上游，属于起始者（initiatorcaspases），如胱天蛋白酶8和9，它们在死亡信号及其信号转导分子的作用下发生自我活化。

另有一些胱天蛋白酶属于效应者（effectorcaspase），位于胱天蛋白酶级联反应的下游，如胱天蛋白酶3，它的前体是胱天蛋白酶原8或9的底物，活化的胱天蛋白酶原3可以水解底物蛋白，导致细胞形态及功能变化。生物化学17第十七章肿瘤的生化基础（二）细胞凋亡的信号转导途径细胞凋亡的两条途径生物化学17第十七章肿瘤的生化基础（三）细胞凋亡相关基因bcl2基因家族

1985年Tsujimoto等从B细胞淋巴瘤染色体上因易位t(14;18)(q32;q21)而激活的基因中发现bcl-2(Bcelllymphoma/leukemia2)，易位后的bcl-2基因在14号染色体上受lgG启动子、增强子控制，导致过度表达。生物化学17第十七章肿瘤的生化基础Bcl-2蛋白质家族

bcl–2家族成员有两大结构域：羧基端的跨膜结构域（transmembraneregion,TM)，为bcl-2定位于细胞内膜所必需；数量不等（1～4）的bcl-2同源结构(bcl-2homology,BH)，是bcl-2家族成员之间或bcl-2家族成员和其他蛋白相互作用的分子基础。包括bcl-2、bcl-x、bax等。生物化学17第十七章肿瘤的生化基础

Bcl-2阻断细胞凋亡的机制bcl-2还可抑制c-myc

和p53等基因诱导的凋亡。阻断凋亡的最后共同通路。防止细胞死亡过程的发生，但对增殖过程似无影响bcl-2保护细胞不发生凋亡，涉及药物介导的DNA损伤程序的降低，增加DNA的修复，抑制药物介导的核苷酸库的变化，以及细胞周期中某些动力学方面的改变生物化学17第十七章肿瘤的生化基础p53抑癌基因表达产物WTp53的功能：诱导细胞周期停滞于G1期诱导细胞凋亡p53能上调bax的表达，下调bcl-2的表达，从而促进细胞凋亡其他凋亡相关基因生物化学17第十七章肿瘤的生化基础p53促进细胞凋亡的生化机制许多凋亡因子基因启动子区都有p53反应元件（PRE）结合p53后被激活转录表达—Fas、FasL、

Apaf-1、DR5和Bax等表达增高，促进凋亡；抑制bcl-2基因表达，降低其抗凋亡作用。生长阻止和DNA损伤诱导基因45（GADD45）启动子区亦有PRE，p53促进其表达结合增殖细胞核抗原（PCNA）减弱DNA的修复促进内质网释放TNF-

和Fas，加强凋亡p53结合DNA复制蛋白A（RPA）而阻止DNA的复制生物化学17第十七章肿瘤的生化基础c-myc原癌基因产物myc属于myc癌基因家族，所表达的蛋白质产物为DNA结合蛋白酶类。在许多情况下，c-myc诱导细胞凋亡需要缺乏生长因子。c-myc基因表达与其他致癌因素同在时表现为增殖作用，与其他抑癌条件共存时导致细胞走向死亡。生物化学17第十七章肿瘤的生化基础*多个不同的癌相关基因的异常激活或失活*原癌基因激活和抑癌基因失活同时存在*抑制凋亡基因表达增加、促凋亡基因表达减少

细胞癌变是多基因、多步骤、多因素的复杂过程三、细胞凋亡与肿瘤生物化学17第十七章肿瘤的生化基础它们的存在或量变能提示肿瘤的性质，并有助于了解肿瘤的起源、分化，从而有助于肿瘤的诊断、分类、预后判断及转导治疗。附录：肿瘤标记物肿瘤标记物（tumormarker）是指由肿瘤细胞产生、与肿瘤性质相关的一类分子，这类分子不存在于正常成人组织，而是在胚胎或肿瘤组织。意义：生物化学17第十七章肿瘤的生化基础肿瘤标记物应具有以下特点：①标记物的变化与肿瘤生长、转移等有直接的定性、定量的关系。②具有特异性，即能与正常细胞、良性肿瘤区别。③检测标记物的方法应简便。生物化学17第十七章肿瘤的生化基础

多发骨髓瘤

多发骨髓瘤、慢性淋巴性白血病

22.5~45kD

12kD蛋白质类

本固蛋白

β2微球蛋白

库兴综合征

胚胎绒毛膜、睾丸肿瘤

4.5kD45kD激素类

促肾上腺皮质激素

人绒毛膜促性腺激素

肝肿瘤

骨、肺、白血病、肉瘤

肝、胃、结肠肿瘤

肝、白血病

160kD

95kD

80k