第二十八与章 致癌基因与癌症.pdf

1 第二十八章 致癌基因与癌症 所有高等真核生物一个主要的特征是机体生命期的有限性，即便是生长和分裂规律性极强的单个体细胞也是如此然而，癌细胞却是一个特例，它们是失去正常生长控制的一类变种细胞癌细胞可以在不适宜的位点生长或无限繁殖这对于它们的宿主机体可能是致命的 当细胞永生(Immortalization)时会发生三种类型的变化(图28.1): •无限繁殖(Metastasis)，即具有无限生长的特性(此时在表型中不一定有其它变化) •转化(Transformation)指难以观察到生长的正常限制因素例如，转化细胞不再需要细胞生长所需的一些因子 •转移(Matestasis)指癌细胞获得侵染正常组织的能力，这样癌细胞才能从原组织中转移并在体内的其它细胞或组织中生长 为了研究使细胞不受正常控制产生肿瘤的异常特征，我们需要在体外比较正常细胞和转化细胞的生长特点转化细胞的体外培养比较容易，但它们对应的正常细胞的体外培养则非常困难 当细胞被从脊椎动物的体内取出转移到培养基上培养时，它们会分裂几个循环，但此后会进入衰老(Senescent)阶段，细胞生长终止随后细胞进入危机期(Crisis)而死亡。

能生存下来的细胞具有了无限分裂的能力，但在这一过程中它们的特性已经发生了改变危机期的特点了解甚少，而且也不了解那些使细胞适应在培养基上生长的分子变化，但原则上，这些构成了无限繁殖的过程(转择的特性因种和组织的不同而异一般来说，鼠细胞在～12代度过危机期尽管人细胞很少能体外生长，而仅有某些特殊种类的人细胞能够生长，事实上人细胞在～40代进入危机期) 由于危机期存在，大多细胞有有限的生命期，这可使我们从两方面研究未转化细胞，但均不完美： •原始细胞是直接从机体中取出的细胞的下一代它们如实地模仿体外表型，但大多情况下只能存活很短一段时期，因为培养基在危机期被用尽 •度过危机期的细胞形成非致癌细胞系(Nontumorigenic cell line)它们能无限繁殖，但经过危机期时其特性发生了改变，可能在适应培养基时会持续改变这些变化可能部分类似于肿瘤形成(Tumor formation)中发生的变化肿瘤形成减少了细胞的用处 已建立的无限繁殖细胞系通常是非致癌的非致癌细胞系在同源培养基上显示出相似的细胞特征，包括: •贴壁依赖性(Anchorage dependence)——细胞需要贴附在固体或坚硬表面。

•血清(或生长因子)依赖性(Serum dependence)——血清提供必需的生长因子 •密度依赖性抑制(Density-dependent inhibition)——细胞仅生长到一定密度，可能由于细胞间的接触使细胞生长受到抑制 •细胞骨架组构(Sytoskeletal organization)——细胞是扁平的，在生长附着物表面延生，并形成紧纤维(肌动蛋白质丝组成)组成的典型延长的网络结构 由于这些特征的结果是细胞呈单细胞层(Monolayer)生长 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version 2 通过参考以上特征我们可以判断正常状态的细胞当然，任何已确立的细胞系提供的是体外控制的类似情形由于这些细胞能发生染色体数目的变化而非双倍体，我们必须十分谨慎的分析它们生长控制的遺传因素染色体组发生变化的这些细胞称为非整倍体(Aneuploid) 从肿瘤中培养出来的细胞发生了以上特征的部分或全部变化，称为转化(Transformed)细胞转化后的细胞生长很少受到限制，减少了血清依赖性，不需要附着在固体表面(使细胞呈聚集生长而非单层)和成堆状生长。

此外，这些细胞在注入到一些适宜试验动物体内后能形成肿瘤图 28.2表示正常成纤维细胞(Fibroblast)与转化细胞在培养基上生长的对比状况 图28.1 三种辨别癌细胞和正常细胞的方法：在培养细胞中的顺序变化与肿瘤特性相关 图28.2 正常的成纤维细胞培养时沿壁形成一薄层，而转化的成纤维细胞相互堆叠挤压长成细胞团图中左边为含正常细胞的培养物，右边为转化细胞培养物上图是用光学显微镜显示的效果，下图为用扫描电镜显示的效果 认为癌细胞的形成具有单一的基础是不太可能的相反，许多细胞的组成变化赋予了细胞转化为肿瘤的能力然而，培养基中细胞无限繁殖和转化特性的联合变化为动物肿瘤的形成提供了标准通过比较转化细胞和正常细胞，我们希望认识肿瘤形成的遗传基础并了解转化过程中发生的表型过程 一些事件使正常细胞转化为转化细胞，为肿瘤形成中的一些过程提供了模型通常，多样的遗传变化是产生癌变的必要因素；并且有时肿瘤在经过一系列渐进变化后其病毒性大大增强随年龄增长发生的人类癌症证实，在20～40年期间发生大概6～7个事件才能诱发产生癌症极少情况下，肿瘤形成会按孟德尔定律遗传这表明单一的遗传变化是重要和不可缺的组成成分(尽管许多其它变化也是必需的)。

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version 3 许多基因影响这细胞变为转化形式的频率，这些因素称为致癌因素(Carcinogens)有时这些致癌因素被分为“起始”和“启动”肿瘤形成，表明在癌发生过程中存在不同阶段致癌因素可能导致后天变化或经常性的起作用，直接或间接的改变细胞的基因型(Genotype) 有两类基因突变可引发转化： •致癌基因(Oncogenes)最初是定义为病毒携带的、能够引起靶细胞的转化基因大部分病毒性癌基因具有细胞副本，参与正常细胞功能，这些细胞基因称为原癌基因(Proto-Oncogenes)，并在特定情况下它们在细胞中的变异或异常活性与肿瘤形成息息相关目前已有100种癌基因被鉴定这些致癌基因分为几个类群，分别代表从跨膜蛋白质到转录因子的不同活性类型，其功能的确定可能会解释肿瘤形成种许多类型的变化一个癌基因的产生代表一种功能的获得，其中细胞原癌基因被异常激活这可能是蛋白质或组成活性发生了变异、过量表达或适当时候停止表达 •抑癌基因(Tumor suppressors)是在肿瘤形成缺失突变体(或其它失活变异)中鉴定的。

证明其特性的最有力证据是通过对特定遗传癌症的研究获得的癌症患者体内产生肿瘤，它们丢失了某种遗传因子，因而缺乏某种活性基因有证据表明，这些抑癌基因的突变可能伴随癌症的大范围进攻目前已知大约10种抑癌基因它们代表在细胞周期或细胞生长中加强限制作用而使肿瘤基因丧失功能的基因类群 前面我们讨论了这两类基因如何鉴定、致癌基因如何激活和抑癌基因如何失活现在我们将考虑这些事件的分子基础和癌基因如何从细胞表面信号传导扩展到细胞核中激活转录因子的途径相联系 28.1 转化病毒携带致癌基因 转化可自然发生，可由一些化学因素诱导产生，更多的是由于肿瘤病毒(Tumor virus)的感染引起现在已知有许多类型的肿瘤病毒，包括 DNA 和 RNA 病毒，并且它们广泛的发生在鸟和动物王国 一种肿瘤病毒的转化活性来自特定的基因或病毒基因组中的基因致癌基因由于它们的致癌性或致癌性而被命名一个致癌基因能起始一系列有细胞蛋白质执行的事件最终，病毒通过有规律的开关来改变靶细胞的生长特性图 28.3概括了主要转化病毒类型的一般性质DNA 病毒携带的致癌基因指定了用于失活肿瘤抑制的蛋白质，所以它们的行为部分模仿了肿瘤抑制因子功能的丧失。

逆转录病毒携带的致癌基因源于细胞的基因，因此它们可能模仿动物原癌基因中功能获得突变的行为 多瘤病毒(多瘤病毒)和腺癌病毒(Adenovirus)已从许多类哺乳动物中分离出来尽管一种病毒在野生中仅在某单一宿主体内生存，但它们可能在许多其它种的细胞中生长细胞对感染的反应取决于细胞种类和表型，可分为两类如图28.4所示: •许可(Permissive)细胞高效地被感染病毒继续完成早期和晚期阶段的裂解周期周期以子病毒的释放结束并且导致(最终)细胞死亡 •非许可(Nonpeimissive)细胞不能高效地被感染，并且病毒的表现受阻一些感染的细胞被转化在这种情况下，单个细胞表型变化并且培养物以一种无限制的方式永久存在 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version 4 普遍的机制来自DNA肿瘤病毒的转化致癌基因的潜力存在于单个功能或病毒的裂解周期早期活跃的相关功能中当转化发生时，相关的基因整合到转化的细胞基因组并组成型(Constitutive)表达这揭示这些病毒转化的一般模型(图 28.5)，致癌基因的组成型表达产生转化蛋白质(致癌蛋白质)。

图28.3 用于转化的病毒中可能含有癌基因 图28.4 一个进入裂解循环的DNA肿瘤病毒感染细胞后，受感染的许可细胞会持续增殖，而受转化的非许可细胞则发生表型的改变 图28.5 被多瘤病毒和腺病毒转化的细胞，其基因组整合有病毒早期区域的序列整合位点是随机的 多瘤病毒很小，在鼠类中很普遍，类似的病毒猿病毒40(Simianvirus 40，SV40)从恒河猴(Rhesus monkey)细胞中分离的，并且最近对人类病毒BK和JC比较深入的研究当注射到初生啮齿类动物时，所有多瘤病毒都能引起肿瘤 在生产性感染期间，每个病毒的早期区域采用选择性剪接方式合成重叠性蛋白质——T 抗原(名字原反映它们分离自肿瘤细胞)各种各样的 T 抗原在裂解周期有许多功能它们是晚期区域的表达和病毒DNA复制所必需的 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version 5 多瘤病毒转化的细胞包含部分或所有病毒染色体整合拷贝，整合的序列总是包括早期区域T 抗原有转化活性，它们能与细胞的蛋白质相互作用具有独立地直接与病毒染色体相互的能力SV40要求大T和“小t”抗原，并且多瘤要求“T”和“中T”为转化的抗原。

乳头瘤病毒(Papillomaviruses，HPVs)是引起上皮(Epithelial)肿瘤的小 DNA 病毒有约75种人乳头瘤病毒，大多数与良性的生长有关(例如疣)，但有些与癌症有关，特别是宫颈(Cervical)癌宫颈癌表达产生两种病毒相关的产品：E6和E7 蛋白质，它能使靶细胞永生 腺病毒(Adenoviruses)最初从人的腺样增殖组织中分离，类似的病毒也已从另外的哺乳动物中获得它们组成一个相互关联的病毒的家族，有 80 多个成员人类腺病毒研究的最详细，并且与呼吸道疾病有关它们能感染一个范围内不同种的细胞 人细胞是许可细胞并且能高效地被腺病毒感染，病毒在感染细胞内复制但是一些啮齿类动物的细胞是非许可细胞所有的腺病毒都能转化培养的非许可细胞，但不同病毒的致癌力不同，烈性病毒是当它们被注射进初生啮齿类动物时就能引起肿瘤腺病毒转化细胞基因组，使之获得包含 E1A 和 E1B 基因的早期病毒区域的一部分，它们编码若干核蛋白质 人疱疹病毒(Epstein-Barr virus，EBV)与人类许多疾病有关，包括传染性单核血球增多症(Mononucleosis)、鼻咽癌(Nasopharyngeal carcinoma)、非洲 Burkitt 淋巴瘤(Lymphoma)和其它淋巴增生紊乱。

EBV的宿主范围有种和细胞表型的局限性在转化细胞中发现了病毒 DNA，尽管在有关它是否是完整的方面存在争议但具体是哪些病毒基因是转化所必须的仍然不清楚 逆转录病毒代表一种与 DNA 肿瘤病毒不同的情况它们能水平和垂直地传递遗传信息，如图 28.6 所示病毒感染的正常进程。