《肿瘤分子生物学》PPT课件.ppt

第十五章第十五章 肿瘤分子生物学肿瘤分子生物学第一节第一节 肿瘤发生的分子机制肿瘤发生的分子机制 肿瘤发生是内因和外因相互作用的结果肿瘤发生是内因和外因相互作用的结果是一个受多因素作用、涉及多基因、表现为是一个受多因素作用、涉及多基因、表现为多阶段的十分复杂的过程多阶段的十分复杂的过程直接致癌物〔直接致癌物〔direct carcinogen〕进入机体后，〕进入机体后，不需体内代谢活化而直接与细胞生物大分子〔不需体内代谢活化而直接与细胞生物大分子〔DNA，，RNA，蛋白质〕作用而诱导细胞癌变蛋白质〕作用而诱导细胞癌变 各种致癌性烷化剂和金属致癌物各种致癌性烷化剂和金属致癌物一、概述一、概述〔一〕环境因素致癌〔一〕环境因素致癌1.1.化学物质致癌机制化学物质致癌机制化学致癌物分化学致癌物分直接致癌物直接致癌物和和间接致癌物间接致癌物间接致癌物〔间接致癌物〔indirect carcinogen〕〕 这类化合物这类化合物进入机体后需经细胞内微粒体混合功能氧化酶代进入机体后需经细胞内微粒体混合功能氧化酶代谢活化后才具有致癌性谢活化后才具有致癌性 多环芳烃类、芳香胺类、亚硝胺类、致癌多环芳烃类、芳香胺类、亚硝胺类、致癌性霉菌毒素和某些食物的热裂解产物等。

性霉菌毒素和某些食物的热裂解产物等以氧化过程为主，形成的终致癌物具以氧化过程为主，形成的终致癌物具有亲电子性，能与有亲电子性，能与DNADNA结合，造成结合，造成DNADNA损伤，引起突变，诱发肿瘤损伤，引起突变，诱发肿瘤〔〔2 2〕紫外线照射〕紫外线照射: :形成嘧啶二聚体，皮肤癌形成嘧啶二聚体，皮肤癌2.物理致癌分子机制物理致癌分子机制〔〔1〕离子辐射〕离子辐射:x、、γ射线射线→染色体易位点染色体易位点 突变突变→白血病白血病.〔〔1〕〕DNA致瘤病毒：人乳头状病毒〔致瘤病毒：人乳头状病毒〔HPV〕〕 生殖器区域鳞癌生殖器区域鳞癌 EBV:淋巴瘤、鼻咽癌淋巴瘤、鼻咽癌 HBV:肝细胞性肝癌肝细胞性肝癌 通过活化细胞癌基因、灭活抑癌基因或调通过活化细胞癌基因、灭活抑癌基因或调节细胞信号转导而发挥致癌作用节细胞信号转导而发挥致癌作用3.3.病毒致癌病毒致癌〔〔2 2〕〕RNARNA致瘤病毒致瘤病毒: : T T细胞白血病细胞白血病/ /淋巴瘤病毒〔淋巴瘤病毒〔HTLV-1HTLV-1〕〕→→淋巴淋巴瘤。

瘤 主要通过转导细胞癌基因和插入主要通过转导细胞癌基因和插入活化细胞癌基因等机制使宿主细胞癌变活化细胞癌基因等机制使宿主细胞癌变〔二〕肿瘤发生的遗传机制〔二〕肿瘤发生的遗传机制 肿瘤的发生不仅与环境因素有关，也与遗传因素肿瘤的发生不仅与环境因素有关，也与遗传因素有关 存在某些遗传缺陷即生殖细胞突变或基因多态性存在某些遗传缺陷即生殖细胞突变或基因多态性改变的个体在相同条件下具有更易发生肿瘤的倾向性改变的个体在相同条件下具有更易发生肿瘤的倾向性称为肿瘤遗传易感性称为肿瘤遗传易感性 肿瘤遗传易感性反映了遗传变异对环境致癌因素肿瘤遗传易感性反映了遗传变异对环境致癌因素的敏感程度，彰显出肿瘤发生是环境因素和遗传因素的敏感程度，彰显出肿瘤发生是环境因素和遗传因素共同作用的结果共同作用的结果1971年，年， Alfred Knudson提出二次突变假说提出二次突变假说连续两次基因突变使正常细胞转化为癌细胞连续两次基因突变使正常细胞转化为癌细胞生殖生殖细胞突变细胞突变+ +体体细胞突变细胞突变 　　 遗传性肿瘤遗传性肿瘤正常体细胞正常体细胞两次两次突变突变 散发性肿瘤散发性肿瘤1.1.二次突变假说二次突变假说2020世纪世纪8080年代后期，人们发现年代后期，人们发现RbRb患者外周患者外周血淋巴细胞和肿瘤细胞存在血淋巴细胞和肿瘤细胞存在1313号染色体长号染色体长臂局部缺失的根底上成功别离到臂局部缺失的根底上成功别离到Rb1Rb1的的mRNAmRNA并完成了序列分析。

取得了癌变机理并完成了序列分析取得了癌变机理研究的重大突破研究的重大突破这一理论突破的重要意义这一理论突破的重要意义1 1、证明克努森提出二次突变假说的正确性证明克努森提出二次突变假说的正确性2 2、为肿瘤易感基因的染色体定位提供了理论、为肿瘤易感基因的染色体定位提供了理论与实验依据与实验依据3 3、开创了抑癌基因参与肿瘤发生研究的先例、开创了抑癌基因参与肿瘤发生研究的先例4 4、使、使RbRb疾病预防、预测和早期诊断成为可能疾病预防、预测和早期诊断成为可能2 2、肿瘤易感基因、肿瘤易感基因 肿瘤易感基因是指通过遗传获得的，在肿瘤易感基因是指通过遗传获得的，在细胞癌变中起关键作用，对环境致癌因素敏细胞癌变中起关键作用，对环境致癌因素敏感性增高，以及利于癌变克隆选择和生长的感性增高，以及利于癌变克隆选择和生长的突变基因突变基因 这类基因导致携带者对肿瘤发生的易感这类基因导致携带者对肿瘤发生的易感性增强研究较清楚的、数量较多的是一些性增强研究较清楚的、数量较多的是一些抑癌基因至今已克隆抑癌基因至今已克隆3030个肿瘤易感基因个肿瘤易感基因〔三〕癌变多阶段的分子根底〔三〕癌变多阶段的分子根底癌变过程大致分激发、促进、进展和转移等癌变过程大致分激发、促进、进展和转移等““多阶段〞；肿瘤病理学将癌变病理过程的多阶段〞；肿瘤病理学将癌变病理过程的增生、不典型增生、原位癌、侵润癌等序贯增生、不典型增生、原位癌、侵润癌等序贯性、演进性变化列为性、演进性变化列为““多阶段〞证据；癌基多阶段〞证据；癌基因、抑癌基因、因、抑癌基因、DNADNA错配修复基因的时序性变错配修复基因的时序性变化和交替作用那么从分子水平说明了癌变的化和交替作用那么从分子水平说明了癌变的““多阶段〞开展的本质。

多阶段〞开展的本质 结肠癌发生演进分子模型结肠癌发生演进分子模型　　 突变突变 突变突变 突变突变 ＡＰＣＡＰＣ　　 ＤＮＡＤＮＡ　　 Ｋ－Ｋ－ras ras ＤＣＣＤＣＣ p p５３５３ 转移转移 ＬＯＨＬＯＨ　　甲基化甲基化 突变突变　　 ＬＯＨＬＯＨ　　　　 ＬＯＨＬＯＨ　　 相关基因相关基因 〔〔5q5q〕〕 〔〔12p12p〕〕 〔〔18q18q〕〕 〔〔17p17p〕〕 结肠腺结肠腺 早期腺瘤早期腺瘤　　中期腺瘤中期腺瘤　　 晚期腺瘤晚期腺瘤　　 结肠癌结肠癌　　 转移转移 上皮增生上皮增生 <1cm >1cm <1cm >1cm无灶无灶 >1cm >1cm有灶有灶 结肠癌发生的分子事件结肠癌发生的分子事件二、癌基因二、癌基因〔一〕根本概念〔一〕根本概念 癌基因是存在于病毒或细胞基因组中的癌基因是存在于病毒或细胞基因组中的一类在一定条件下能使正常细胞发生恶性转一类在一定条件下能使正常细胞发生恶性转化的核苷酸序列。

化的核苷酸序列根据其来源不同分病毒癌基因根据其来源不同分病毒癌基因(viral oncogene,v-onc)和细胞癌基因和细胞癌基因(cellular oncogene,c-onc)1.1.病毒癌基因病毒癌基因致瘤病毒中存在的某些核苷酸序列称为致瘤病毒中存在的某些核苷酸序列称为癌基因癌基因, ,即即病毒癌基因病毒癌基因(v-onc)(v-onc)病毒癌基因病毒癌基因：： RNARNA病毒癌基因病毒癌基因 人类人类T T淋巴性病毒淋巴性病毒Ⅰ(HTLV-Ⅰ(HTLV-Ⅰ)Ⅰ) DNA DNA病毒癌基因病毒癌基因 EBV,HSV,HCMV,Ad EBV,HSV,HCMV,Ad习惯上习惯上, ,将逆转录病毒上所含的致癌基因称为将逆转录病毒上所含的致癌基因称为v-v-onconc，而将宿主细胞基因组中的同源基因称为原，而将宿主细胞基因组中的同源基因称为原癌基因或细胞癌基因癌基因或细胞癌基因2. 2. 细胞癌基因细胞癌基因19721972年年BishopBishop通过核酸分子杂交法证实：通过核酸分子杂交法证实：几乎在所有高等动物细胞基因组中，都几乎在所有高等动物细胞基因组中，都有和有和v-oncv-onc相似的相似的DNADNA序列序列这些序列是细胞基因组的成员之一，其这些序列是细胞基因组的成员之一，其编码的产物具有重要的功能编码的产物具有重要的功能 细胞癌基因是指真核细胞中存在的一段核苷酸细胞癌基因是指真核细胞中存在的一段核苷酸序列，这段核苷酸序列在正常细胞中以非激活形式序列，这段核苷酸序列在正常细胞中以非激活形式存在，故又称原癌基因存在，故又称原癌基因(proto-onc)(proto-onc)。

细胞癌基因在正常情况下的表达有时间、空间细胞癌基因在正常情况下的表达有时间、空间限制，表达产物参与细胞分化、增殖限制，表达产物参与细胞分化、增殖 在某些特定条件下激活可致癌变在某些特定条件下激活可致癌变 原癌基因具有内含子和外显子原癌基因具有内含子和外显子3. 3. 癌基因的命名癌基因的命名用用3 3个斜体小写字母表示，如、个斜体小写字母表示，如、srcsrc、、ablabl、、 rasras等等 病毒癌基因：在其名称前冠以前缀病毒癌基因：在其名称前冠以前缀“v“v〞，〞，如如v-rasv-ras，，细胞癌基因：在其名称前冠以前缀细胞癌基因：在其名称前冠以前缀“c“c〞，〞，如如c-rasc-ras〔二〕癌基因的分类与功能〔二〕癌基因的分类与功能按癌基因的结构、性质、亚细胞定位以及功按癌基因的结构、性质、亚细胞定位以及功能的相似性分六类：能的相似性分六类：生长因子类生长因子类生长因子受体生长因子受体非受体酪氨酸蛋白激酶类非受体酪氨酸蛋白激酶类GTPGTP结合蛋白类结合蛋白类丝氨酸丝氨酸/ /苏氨酸激酶类苏氨酸激酶类核内蛋白质类核内蛋白质类1.1.生长因子功能：通过癌编码生长因子样活性物生长因子功能：通过癌编码生长因子样活性物质，刺激细胞分裂，直接参与细胞信号转导和生质，刺激细胞分裂，直接参与细胞信号转导和生长调节。

长调节2.2.生长因子受体功能：癌基因分别与一些受体基生长因子受体功能：癌基因分别与一些受体基因具有不同程度的同源性，其表达产物具有相似因具有不同程度的同源性，其表达产物具有相似的功能其功能主要包括四个方面：其功能主要包括四个方面：3.3.信号转导因子功能：信号转导因子功能：①①非受体酪氨酸蛋白激酶：某些酶蛋白磷酸化非受体酪氨酸蛋白激酶：某些酶蛋白磷酸化(ser)(ser)② GTP② GTP结合蛋白结合蛋白: :细胞增殖、信号转导中起枢纽作细胞增殖、信号转导中起枢纽作用③③丝丝/ /苏氨酸蛋白激酶苏氨酸蛋白激酶: :与信号转导密切相关与信号转导密切相关4.4.转录因子功能转录因子功能: : 结合结合DNADNA发挥转录调控作用发挥转录调控作用, ,甚至甚至影响复制影响复制( (三三) ) 癌基因的活化机制癌基因的活化机制 原癌基因正常情况下行使正常的调控功能原癌基因正常情况下行使正常的调控功能, ,在在某些特定因素作用下某些特定因素作用下, ,其结构或调控发生异常其结构或调控发生异常, ,使之使之激活才具有致癌活性激活才具有致癌活性活化机制：活化机制：1.1.基因突变基因突变 膀胱癌细胞株膀胱癌细胞株EJEJ和和T24T24中中, , 点突变激活点突变激活C-rasHC-rasH癌基因癌基因, ,造成细胞癌基因大量表达造成细胞癌基因大量表达2.2.基因重排基因重排 染色体异位染色体异位 burkitt burkitt淋巴瘤淋巴瘤 t(8;14) 8q24→14q32 C-myct(8;14) 8q24→14q32 C-myc被激活被激活3.3.基因扩增基因扩增 原癌基因复制多个拷贝原癌基因复制多个拷贝4.4.基因低基因低/ /去甲基化去甲基化 5 5. .调节序列的插入调节序列的插入 启动子，增强子启动子，增强子 癌变的发生是多阶段，不同阶段相继或同癌变的发生是多阶段，不同阶段相继或同时使不同癌基因激活时使不同癌基因激活三、抑癌基因三、抑癌基因(tumor suppressor (tumor suppressor gene)gene)〔一〕根本概念〔一〕根本概念 抑癌基因是存在于细胞基因组内的一抑癌基因是存在于细胞基因组内的一类能抑制细胞恶性转化的核苷酸序列。

类能抑制细胞恶性转化的核苷酸序列 确定一个抑癌基因须符合三个根本条件：确定一个抑癌基因须符合三个根本条件：①①恶性肿瘤中存在该基因的结构改变或表达恶性肿瘤中存在该基因的结构改变或表达缺陷缺陷②②恶性肿瘤对应的正常组织必须有该基因的恶性肿瘤对应的正常组织必须有该基因的正常表达正常表达③③野生型基因导入该基因异常的肿瘤细胞可野生型基因导入该基因异常的肿瘤细胞可局部或完全抑制其恶性表型局部或完全抑制其恶性表型抑癌基因存在的证据抑癌基因存在的证据细胞融合实验细胞融合实验---1969---1969年，年，Henry HarrisdHenry Harrisd等将肿瘤细等将肿瘤细胞与正常细胞融合，观察杂合子细胞形态特征与生胞与正常细胞融合，观察杂合子细胞形态特征与生长特性长特性------绝大多数杂合子细胞不在具有成瘤能力，绝大多数杂合子细胞不在具有成瘤能力，但仍与正常细胞不同：不贴壁与不密度依赖但仍与正常细胞不同：不贴壁与不密度依赖杂合子细胞丧失正常细胞某些染色体时，恢复恶性生杂合子细胞丧失正常细胞某些染色体时，恢复恶性生长〔长〔Hela+Hela+长纤维细胞长纤维细胞/11/11号染色体〕号染色体〕二次突变假说二次突变假说等位基因之一突变来自亲体，第二次突等位基因之一突变来自亲体，第二次突变是体细胞突变，纯合缺陷导致肿瘤变是体细胞突变，纯合缺陷导致肿瘤遗传性肿瘤细胞中，特定染色体或染色体的某一遗传性肿瘤细胞中，特定染色体或染色体的某一局部丧失，丧失的这一局部可能对细胞的恶性转局部丧失，丧失的这一局部可能对细胞的恶性转化有抑制作用，因此推测在此染色体上存在抑癌化有抑制作用，因此推测在此染色体上存在抑癌基因。

基因19861986年，视网膜母细胞瘤年，视网膜母细胞瘤(retinoblastoma,Rb)(retinoblastoma,Rb)隐性癌基因隐性癌基因RbRb被克隆并测序被克隆并测序, ,抑癌基因首次被证抑癌基因首次被证实已发现的抑癌基因有实已发现的抑癌基因有1010余种余种, ,都是通过缺失都是通过缺失或失活而致细胞恶性转化的或失活而致细胞恶性转化的〔三〕抑癌基因的生理功能〔三〕抑癌基因的生理功能(1) (1) 诱导终末分化诱导终末分化(2) (2) 维持基因稳定维持基因稳定 (3) (3) 触发衰老，诱导细胞程序性死亡触发衰老，诱导细胞程序性死亡(4) (4) 调节细胞生长调节细胞生长 (5) (5) 抑制蛋白激酶活性抑制蛋白激酶活性 (6) (6) 改变改变DNADNA甲基化酶活性甲基化酶活性 (7) (7) 调节组织蛋白酶活性调节组织蛋白酶活性 (8) (8) 调节血管形成调节血管形成 (9) (9) 促进细胞间联系促进细胞间联系〔四〕抑癌基因的失活机制〔四〕抑癌基因的失活机制1.1.点突变点突变2.2.等位基因丧失等位基因丧失 分纯合性丧失和杂合性丧失，是分纯合性丧失和杂合性丧失，是抑癌基因失活的一种重要方式。

纯合性丧失指两抑癌基因失活的一种重要方式纯合性丧失指两个等位基因均发生丧失；杂合性丧失是指呈杂合个等位基因均发生丧失；杂合性丧失是指呈杂合状态的基因位点上一个等位基因位点的丧失状态的基因位点上一个等位基因位点的丧失3.3.与癌基因产物结合与癌基因产物结合4.4.高甲基化高甲基化1 1、、RbRb基因基因定位于定位于13p1413p14，编码，编码105kDa105kDa的核内磷酸化蛋白的核内磷酸化蛋白是第一个被克隆的抑癌基因，是第一个被克隆的抑癌基因，通过抑制一系列能够导致正常细胞发生恶性转通过抑制一系列能够导致正常细胞发生恶性转化的癌基因转录表达而发挥作用化的癌基因转录表达而发挥作用〔五〕抑癌基因的抑癌机制〔五〕抑癌基因的抑癌机制G0 G1期期Rb蛋白蛋白E-2FS期期E-2FDNAmRNADNAP PRb蛋白蛋白特异转录因子特异转录因子2.p532.p53基因基因定位于定位于17p13.117p13.1，编码，编码53kDa53kDa的核内磷酸化蛋白的核内磷酸化蛋白, , 野生型野生型p53p53基因称为抑癌基因基因称为抑癌基因, , 正常正常p53p53的生物的生物功能好似功能好似““分子警察〞分子警察〞:G1:G1期检查期检查DNADNA损伤点损伤点, ,监监视细胞基因组的完整性视细胞基因组的完整性. .如有损伤如有损伤,P53,P53蛋白阻止蛋白阻止DNADNA复制复制, ,以提供足够的时间让损伤以提供足够的时间让损伤DNADNA修复修复. .如如果修复失败果修复失败,P53,P53蛋白那么引发细胞程序性死亡蛋白那么引发细胞程序性死亡, ,阻止具有基因损伤、可能诱发癌变的细胞产生。

阻止具有基因损伤、可能诱发癌变的细胞产生P53蛋白蛋白解链酶解链酶复制因子复制因子A AP21蛋白蛋白细胞停滞于细胞停滞于G G1 1期期细胞调亡细胞调亡酸性区核心区碱性区P53蛋白蛋白 DNA损伤损伤P21基因基因P53蛋白蛋白抑抑 制制P53蛋白蛋白成功修复成功修复修复失败修复失败ØP53P53基因突变基因突变不仅失去野生型不仅失去野生型p53p53抑制肿瘤增殖抑制肿瘤增殖的作用，而且突变本身又使该基因具备癌基的作用，而且突变本身又使该基因具备癌基因功能Ø突变的突变的P53P53蛋白与野生型蛋白与野生型P53P53蛋白相结合，形成蛋白相结合，形成的这种寡聚蛋白不能结合的这种寡聚蛋白不能结合DNADNA，使得一些癌变，使得一些癌变基因转录失控导致肿瘤发生基因转录失控导致肿瘤发生3.p163.p16基因基因 p16 p16基因定位于人染色体基因定位于人染色体9p219p21，转录产生，转录产生960bp960bp的的mRNAmRNA，单一，单一ORFORF为为444bp444bp，编码由，编码由148148个氨个氨基酸组成的分子量基酸组成的分子量15.8kDa15.8kDa的蛋白质。

的蛋白质p16p16基因的异常主要表现为基因丧失，其抑癌机制基因的异常主要表现为基因丧失，其抑癌机制主要源于其抑制主要源于其抑制CDK4/CDK6CDK4/CDK6两种蛋白激酶的活性两种蛋白激酶的活性降低或阻断降低或阻断CDK4/CDK6CDK4/CDK6对对pRBpRB蛋白的磷酸化修饰，蛋白的磷酸化修饰，转录因子转录因子E2FE2F不能从与不能从与pRBpRB的结合中解离而抑制细的结合中解离而抑制细胞周期进程胞周期进程。