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1、第十五章 肿瘤分子生物学,第一节 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。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。,直接致癌物（direct carcinogen）进入机体后，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。各种致癌性烷化剂和金属致癌物,一、概述,（一）环境因素致癌,1.化学物质致癌机制,化学致癌物分直接致癌物和间接致癌物。,间接致癌物（indirect carcinogen）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、致癌性霉菌毒素和某些食物
2、的热裂解产物等。,以氧化过程为主，形成的终致癌物具有亲电子性，能与DNA结合，造成DNA损伤，引起突变，诱发肿瘤。,（2）紫外线照射:形成嘧啶二聚体，皮肤癌,2.物理致癌分子机制,（1）离子辐射:x、射线染色体易位点 突变白血病.,（1）DNA致瘤病毒：人乳头状病毒（HPV）生殖器区域鳞癌 EBV:淋巴瘤、鼻咽癌 HBV:肝细胞性肝癌 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。,3.病毒致癌,（2）RNA致瘤病毒:T细胞白血病/淋巴瘤病毒（HTLV-1）淋巴瘤。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。,（二）肿瘤发生的遗传机制,肿瘤的发生不仅与环
3、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。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共同作用的结果。,1971年，Alfred Knudson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。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,1.二次突变假说,20世纪80年代后期，人们发现Rb患者外周血淋巴细胞和肿瘤细胞存在13号染色体长臂部分缺失的基础上成功分离到Rb1的mRNA并完成了序列分析。取得了癌变机理研究的重大突破。
4、,这一理论突破的重要意义,1、证明克努森提出二次突变假说的正确性。2、为肿瘤易感基因的染色体定位提供了理论与实验依据3、开创了抑癌基因参与肿瘤发生研究的先例4、使Rb疾病预防、预测和早期诊断成为可能,2、肿瘤易感基因,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，对环境致癌因素敏感性增高，以及利于癌变克隆选择和生长的突变基因。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、数量较多的是一些抑癌基因。至今已克隆30个肿瘤易感基因。,（三）癌变多阶段的分子基础,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增生、不典型增生、原位癌、侵润癌等序贯性、演
5、进性变化列为“多阶段”证据；癌基因、抑癌基因、DNA错配修复基因的时序性变化和交替作用则从分子水平阐明了癌变的“多阶段”发展的本质。,结肠癌发生演进分子模型 突变 突变 突变 ras p 转移 甲基化 突变 相关基因（5q）（12p）（18q）（17p）结肠腺 早期腺瘤中期腺瘤 晚期腺瘤 结肠癌 转移 上皮增生 1cm无灶 1cm有灶,结肠癌发生的分子事件,二、癌基因,（一）基本概念 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化的核苷酸序列。根据其来源不同分病毒癌基因(viral oncogene,v-onc)和细胞癌基因(cellular oncogene,c-
6、onc),1.病毒癌基因,致瘤病毒中存在的某些核苷酸序列称为癌基因,即病毒癌基因(v-onc)病毒癌基因：RNA病毒癌基因 人类T淋巴性病毒(HTLV-)DNA病毒癌基因 EBV,HSV,HCMV,Ad习惯上,将逆转录病毒上所含的致癌基因称为v-onc，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。,2.细胞癌基因,1972年Bishop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，都有和v-onc相似的DNA序列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,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存在，故又称原癌基
7、因(proto-onc)。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。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,3.癌基因的命名,用3个斜体小写字母表示，如、src、abl、ras等 病毒癌基因：在其名称前冠以前缀“v”，如v-ras，细胞癌基因：在其名称前冠以前缀“c”，如c-ras。,（二）癌基因的分类与功能,按癌基因的结构、性质、亚细胞定位以及功能的相似性分六类：生长因子类生长因子受体非受体酪氨酸蛋白激酶类GTP结合蛋白类丝氨酸/苏氨酸激酶类核内蛋白质类,1.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长
8、调节。2.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的功能。,其功能主要包括四个方面：,3.信号转导因子功能：非受体酪氨酸蛋白激酶：某些酶蛋白磷酸化(ser)GTP结合蛋白:细胞增殖、信号转导中起枢纽作用。丝/苏氨酸蛋白激酶:与信号转导密切相关。4.转录因子功能:结合DNA发挥转录调控作用,甚至影响复制。,(三)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,在某些特定因素作用下,其结构或调控发生异常,使之激活才具有致癌活性活化机制：1.基因突变 膀胱癌细胞株EJ和T24中,点突变激活C-rasH癌基因,造成细胞癌基因大量表达2.基因重排 染色体
9、异位 burkitt淋巴瘤 t(8;14)8q2414q32 C-myc被激活,3.基因扩增 原癌基因复制多个拷贝4.基因低/去甲基化 5.调节序列的插入 启动子，增强子 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,三、抑癌基因(tumor suppressor gene),（一）基本概念 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。确定一个抑癌基因须符合三个基本条件：恶性肿瘤中存在该基因的结构改变或表达缺陷恶性肿瘤对应的正常组织必须有该基因的正常表达野生型基因导入该基因异常的肿瘤细胞可部分或完全抑制其恶性表型。,抑癌基因存在的证据,细胞融合实验-1969年，
10、Henry Harrisd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长特性-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杂合子细胞丢失正常细胞某些染色体时，恢复恶性生长（Hela+长纤维细胞/11号染色体）,二次突变假说,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,遗传性肿瘤细胞中，特定染色体或染色体的某一部分丢失，丢失的这一部分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基因。1986年，视网膜母细胞瘤(retinoblastoma,Rb)隐性癌基因Rb被克隆并测序,抑癌基因首次被证实。已发现的抑癌基因有10余
11、种,都是通过缺失或失活而致细胞恶性转化的。,（三）抑癌基因的生理功能,(1)诱导终末分化(2)维持基因稳定(3)触发衰老，诱导细胞程序性死亡(4)调节细胞生长(5)抑制蛋白激酶活性(6)改变DNA甲基化酶活性(7)调节组织蛋白酶活性(8)调节血管形成(9)促进细胞间联系,（四）抑癌基因的失活机制,1.点突变2.等位基因丢失 分纯合性丢失和杂合性丢失，是抑癌基因失活的一种重要方式。纯合性丢失指两个等位基因均发生丢失；杂合性丢失是指呈杂合状态的基因位点上一个等位基因位点的丢失。3.与癌基因产物结合4.高甲基化,1、Rb基因定位于13p14，编码105kDa的核内磷酸化蛋白。是第一个被克隆的抑癌基因
12、，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。,（五）抑癌基因的抑癌机制,G0 G1期,S期,E-2F,DNA,mRNA,DNA,特异转录因子,2.p53基因,定位于17p13.1，编码53kDa的核内磷酸化蛋白,野生型p53基因称为抑癌基因,正常p53的生物功能好似“分子警察”:G1期检查DNA损伤点,监视细胞基因组的完整性.如有损伤,P53蛋白阻止DNA复制,以提供足够的时间让损伤DNA修复.如果修复失败,P53蛋白则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。,P53蛋白,解链酶,复制因子A,P21蛋白,细胞停滞于G1期,细胞调亡,DNA损伤,
13、P53蛋白,P53蛋白,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。,3.p16基因,p16基因定位于人染色体9p21，转录产生960bp的mRNA，单一ORF为444bp，编码由148个氨基酸组成的分子量15.8kDa的蛋白质。p16基因的异常主要表现为基因丢失，其抑癌机制主要源于其抑制CDK4/CDK6两种蛋白激酶的活性。降低或阻断CDK4/CDK6对pRB蛋白的磷酸化修饰，转录因子E2F不能从与pRB的结合中解离而抑制细胞周期进程。,
