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1、1,肿瘤遗传学（Cancer Genetics)应用遗传学的基本原理、方法，从不同的角度探讨肿瘤与遗传的 关系，逐渐形成的一个新的学科。,2,每一个正常细胞中有一种特殊的排列可以抑制细胞分裂，假定存在一些抑制分裂确定的染色体，它的丢失将引起肿瘤细胞的无限生长，另一方面，假定还存在促进分裂的染色体，当受到某种刺激激活时，细胞就发生分裂，由此可推断恶性肿瘤细胞的快速无限增殖的趋势，是由于促进分裂的染色体的持久优势所致。Theodor Boveri，1911 今天，大量的科学证据表明：抑制细胞生长的染色体 抑癌基因 促进细胞生长的染色体 癌基因,3,几个观点,癌（肿瘤）的发生与常见的复杂性疾病一样，
2、也是由遗传因素（基因变化）和环境相互作用的结果。癌是由细胞内基因变化所致，故是一种基因病。细胞水平：体细胞遗传病 基因水平：多个基因的变化，多基因病癌是由单个正常细胞转化无限增殖的细胞克隆。癌是基因多次突变（缺失）的累积，其发展是一个多阶段的过程。,4,一、遗传病与肿瘤及遗传性肿瘤,（一）遗传病与肿瘤1、染色体病的癌变倾向Down综合征患者急性淋巴细胞性白血病的发病率高达1/95（群体发病率为1/3 000）Klinefelter综合征病人易继发乳房癌或性腺母细胞瘤Turner综合征病人的条索状卵巢倾向于恶变为卵巢癌,5,2、单基因病的癌变倾向,6,(二)遗传性肿瘤,少数来源于神经或胚胎组织的
3、肿瘤常为遗传性肿瘤。这些肿瘤按常染色体显性遗传方式遗传，常为双侧性或多发性，发病早于散发型病例。遗传性肿瘤虽然少见，但在肿瘤病因学研究上有重要意义。,7,1、单基因遗传的癌肿1)视网膜母细胞瘤（retinoblastoma)可根据受累眼睛的不同，分为单侧性和双侧 性两种。约40%患者为遗传型，呈AD遗传。遗传型患者发病较早，且多为双侧受累。,8,视网膜母细胞瘤的典型家系,9,临床表现：1)多为1-5岁发病2)瞳孔出现黄白色反光3)眼底镜可见瘤体4)双侧发病为遗传型 单侧发病多为非遗传5)恶性程度高 基因定位：13q14 相关基因：RB,10,2.肾母细胞瘤（Wilms瘤，WT),Wilms瘤是
4、一种婴幼儿恶性胚胎肿瘤，发病率为1/10000，3/4的肿瘤发生在4岁以前，90%在20岁前发生。可分为遗传型和非遗传型。遗传性 非遗传性（散发型）AD遗传 散发 双侧 单侧 早发 晚发 38%62%,11,Wilms瘤如伴有无虹膜，泌尿生殖道畸形，智力低下，则称为WAGR综合征。该综合征患者有11号染色体短臂的中间缺失，del(11)(p13),因此认为11p13位点载有肿瘤抑制基因。近来研究表明，Wilms瘤基因(WT)是一种抑癌基因，其基因产物为一种有锌指结构的蛋白质，可与早期生长反应基因（EGR-1)的DNA相结合而抑制其转录激活作用。患者的肿瘤组织中有WT的纯和缺失，其正常组织中则为
5、杂合子。Wilms瘤发生机理可能与视网膜母细胞瘤相同。,12,3.神经母细胞瘤（Neuroblatoma，NB)神经母细胞瘤是一种儿童常见的恶性胚胎瘤，起源于神经嵴，发病率约1/10000。有的NB还并发神经纤维瘤，神经节瘤，嗜铬细胞瘤等。可分为遗传型和非遗传型。遗传性 非遗传性（散发型）AD遗传 散发 早发 晚发 多发 单发 20%80%致病基因定位于1p36。该基因的第一次突变可能只干扰神经嵴的正常发育，第二次突变才导致恶性肿瘤的发生。,13,2.癌家族（Cancer family）某些癌症具有家族性聚集现象，表现为 一个家系 几代人 同一/不同器官 恶性肿瘤 多个成员 如：Lynch癌家
6、族综合征 Li-Fraumeni综合征,14,Lynch癌家族综合征,特点：1.肿瘤发生率高；2.某种肿瘤发病率高；3.肿瘤有多发性；4.发病年龄早；5.符合常染色体显性遗传特点。,15,Li-Fraumeni综合征（LFS）是以乳腺癌为主的癌家族综合征，呈AD，还患有脑瘤，骨肉瘤，横纹肌肉瘤，白血病，肺癌，结肠癌，肾上腺皮质癌等。,16,3.同卵双生子发病一致率研究 77对白血病患者双生子调查:同卵双生者发病一致率高 遗传因素 20对同卵双生子发病部位调查:患者均患同一部位的同样肿瘤 遗传因素,17,4.肿瘤发生率的种族差异 不同种族中某些肿瘤发病率有明显差异 例如：鼻咽癌 中国人 马来人
7、印度人 发病率 13.3 3 0.4 移居到美国的华人比美国人高34倍。日本妇女患乳癌比白人少，但松果体瘤比其他民族高十余倍。不同种族差异主要是遗传差异，这种差异也在肿瘤发生中起作用。,18,5 多基因遗传的肿瘤,多基因遗传的肿瘤大多是一些常见的恶性肿瘤，这些肿瘤的发生是遗传因素和环境因素共同作用的结果。如乳腺癌、胃癌、肺癌、前列腺癌、子宫颈癌等。,19,江苏启东地区肝癌的遗传度（一级亲）达 53.08%乳房癌：母亲和女儿均于绝经期前患双侧乳房癌者，其一级亲属再发风险将高达40-60%,例如,20,二.体细胞癌变易 感性的遗传基础,21,1.染色体异常与肿瘤,22,正常的人体细胞为二倍体细胞，
8、肿瘤细胞则多为非整倍体。一般恶性肿瘤的染色体数目多在二倍体到四倍体之间，并有集中在二倍体附近或在三倍体与四倍体之间的两种倾向。个别细胞染色体数可高达100以上。,肿瘤染色体数目的异常,23,在56种人类肿瘤中已发现3152种染色体的结构异常，包括易位、缺失、重复、环状染色体和双着丝粒染色体等。如果一种染色体的结构异常经常出现于某一种肿瘤细胞中，可以作为该种肿瘤染色体的特殊结构，则称之为标记染色体。若能稳定遗传，则形成了特异性标记染色体。重要的特异标记染色体有：,肿瘤染色体的结构异常,24,1.Ph 染色体（费城染色体）t(9;22)(q34;q11),Ph染色体为22号染色体长臂缺失形成的.缺
9、失的易位至9号染色体长臂末端，是一种相互易位。95%慢性粒细胞白血病(CML)细胞中存在Ph染色体。,1,25,90的 Burkitt 淋巴病例中14号染色体(14q+)。,26,其他标记染色体:,染色体异常将导致不同分子事件的发生，包括基因激活、失活、转录异常、扩增等，继而导致细胞代谢、生长、分化、增殖等功能的失常而引发肿瘤。,视网膜母细胞瘤 del（13）（q14）Wilms瘤 del(11）（p13)甲状腺瘤 inv(10)(q11q21),27,脆性部位是染色体重排的易感点或“纵容”部位。由于染色体重排而引起的癌基因的位置改变,导致了位置效应,或基因重组,或基因活性增强等，就为细胞的癌
10、变提供了激发条件。,3.脆性部位,28,2.癌基因(oncogene),29,1910年Rous首次提出病毒是癌症的病因。二次世界大战期间直到60年代进一步确认“癌是病毒引起”，NCI提出：病毒癌计划（virus cancer progarm VCP)，1966年劳氏85岁获得诺贝尔奖，被称为劳氏肉瘤病毒(RSV)。,癌基因理论的建立,30,RSV是一种RNA病毒:RNA(病毒)DNA(病毒)DNA(宿主)+病毒蛋白 病毒 mRNA(病毒),这种RNA肿瘤病毒必须有反向转录酶的存在才能产生肿瘤，反转录酶能催化以病毒RNA为“模板”，合成DNA；并能引起宿主细胞的转化.,1975年获得诺贝尔奖,
11、31,1976年，Bishop从Rous病毒中分离出癌基因src,并在动物正常细胞中发现有同源序列。以后在许多病毒癌基因都在细胞中都发现了它的同源序列，这些序列被称为细胞癌基因。病毒癌基因源于细胞癌基因。,32,v-onc&c-onc,src编码一种胞质酪氨酸激酶，参与细胞增殖相关的信号转导，是细胞的正常组分。由于RSV反转录病毒的基因组是整合在宿主基因组上复制的，会将宿主的某些基因复制到了自身的基因组中，因此被这样的病毒感染的细胞.,33,细胞癌基因的根本原因既不是病毒，也不是其他的致癌因素，而是存在于细胞自身基因中。-创立了癌基因理论，1989年获得诺贝尔奖。,（毕晓普)Bishop,瓦穆
12、斯（Vamus),34,癌基因,abl bclerbfosmycrassissrc 等100多种。,35,癌基因致癌机制,点突变 原癌基因ras 编码189个氨基酸的蛋白是一个细胞 信号传导中起着开关作用的蛋白，当ras gene突变时，ras蛋白一直处于开的状态，细胞生长。,36,37,癌基因：能引起细胞癌变的核苷酸序列。首先发现于病毒的基因组中。（一）细胞癌基因与病毒癌基因 细胞癌基因（cellular oncogene，c-onc）：指存在于正常细胞中，与病毒癌基因高度同源的，具有使细胞转化潜能的基因，也称为原癌基因（proto-oncogene）。病毒癌基因（visal oncogen
13、，v-onc）：指在病毒基因组中可使细胞发生恶性转化的基因。,38,病毒癌基因与细胞癌基因的关系（1）序列上高度同源（2）c-onc有内含子，v-onc无内含子（3）v-onc有致癌能力，而c-onc无，但突变后 可能致癌（4）v-onc来源于c-onc,39,v-onc&c-onc,v-onc c-onc功能 非病毒的生长、细胞正常生长分化 繁殖所必需。绝对必需，不致癌，有急性致癌作用。激活后致癌。,40,癌基因的分类,分类：根据产物及功能分为四类1）src族：酪氨酸激酶及激酶抑制因子，abl,fes,mos,rat,ros,yes,et al.2）ras族：与GTP结合的蛋白激酶，H-ra
14、s,K-ras,N-ras.3)myc族：与DNA结合的核内蛋白质，myc,fos,jun,myb,ski,et al.4)sis族：生长因子，fms,erbB1.,41,42,43,44,45,原癌基因激活,1）点突变,2)启动子插入激活,基因扩增,3）染色体断裂与重排,慢性粒细胞白血病(CML),Burkitt 淋巴瘤,(过量表达),(质的改变),癌基因协同作用,46,9号染色体上原癌基因abl基因和22号染色体上bcr基因引起的，形成一个融合基因，产生210kD的融合多肽.,abl,Ig,bcr,c-cis,9,22,abl,Ig,bcr,融合基因,9,c-cis,22,慢性粒细胞白血病
15、,47,48,49,在原癌基因的5端邻近处插入了其他基因的启动子，可以提高原癌基因的转录活性。使细胞中8号染色体上的c-myc移到14号染色体免疫球蛋白重链基因的调节区附近，与该区活性很高的启动子连接促使myc基因的异常表达。,Burkitt淋巴瘤,50,51,52,3.肿瘤抑制基因(抑癌基因)(tumor supressor gene,TSG),53,参与细胞周期调控有关的基因，当这些基因正常表达时，具有抑制细胞分裂的功能。这些基因的失活或缺失，会导致细胞非正常的分裂，正常细胞有可能转化为肿瘤细胞。,54,1971年Harris实验：癌细胞系 X 正常细胞(杂交细胞）无恶性表型细胞 正常 癌
16、细胞（染色体部分丢失）,抑癌基因发现,55,首先发现视网膜母细胞瘤（Rb）发现Rb基因缺失呈杂合体时，细胞是正常的，缺失纯合体时细胞转化。显示该基因是纯合隐性致癌。Rb纯合缺失后致癌表明Rb基因存在时对肿瘤细胞有抑制作用，因此Rb是肿瘤抑制基因。del(13)(q14),56,以参与细胞周期调控的形式，对正常细胞的增殖起负调控作用，抑制细胞的恶性转化。特点 oncogene anti-oncogene基因属性 cell增殖基因 组织分化基因致癌方式 激活，异常表达 基因丢失或失活诱发机理 突变或易位 突变或缺失致癌机理 显性 隐性肿瘤类型 白血病，淋巴瘤 实体瘤,57,在功能上，抑癌基因在细胞
17、生长中起负调节作用，抑制增殖，促进分化发育、成熟和衰老。原癌基因的作用则相反。在遗传方式上，原癌基因表现为显性，激活后便参与促进细胞增殖和癌变进程；抑癌基因在细胞水平上的表达则是隐性的，即只有当两个等位基因都失活才丧失其抑癌作用，若只有一个等位基因失活并不影响其抑癌作用。在突变发生的细胞类型上，抑癌基因的突变既可发生在体细胞中，又可发生在生殖细胞中，并可通过生殖细胞遗传突变，而原癌基因却只能在体细胞中产生突变。,抑癌基因和原癌基因的差异：,58,Humans anti-oncogene,名 称 定位 肿 瘤 Rb 13q14.1 视网膜母细胞瘤,肺癌,膀胱癌 p53 17p13.1 肺癌，乳腺
18、癌，肝癌p21 6p21.2 乳腺癌，肺癌，前列腺癌 p16 9p21 肝癌，肺癌，乳腺癌NF1 17q11.21 神经纤维瘤DCC 18q21 结肠癌MCC 5q21 结肠癌nm23 17q21.3 癌转移,59,Rb 基因异常与视网膜母细胞瘤,60,Rb 基因及生物学活性,Rb 基因位于人13号染色体q14，含有27个外显子，编码蛋白质为P105，定位于核内，有磷酸化和非磷酸化两种形式，非磷酸化形式称活性型，能促进细胞分化，抑制细胞增殖。,61,Rb基因对肿瘤的抑制作用与转录因子（E-2F）有关。E-2F是一类激活转录作用的活性蛋白，在 G0、G1期，低磷酸化型的Rb蛋白与E-2F结合成复
19、合物，使E-2F处于非活化状态；在S期，Rb蛋白被磷酸化而与E-2F解离，结合状态的E-2F变成游离状态，细胞立即进人增殖阶段。当Rb基因发生缺失或突变，丧失结合、抑制E-2F的能力，于是细胞增殖活跃，导致肿瘤发生。,62,63,p15,p18,p19,p57,P57,64,在遗传方式上，Rb基因在发病前已有一个等位基因失活。如果突变使另一个等位基因也失活，那么，将发生肿瘤。正常组织的等位片段是杂合的，而癌组织的等位片段是纯合的。视网膜细胞瘤就是在患者的非瘤细胞中的Rb基因呈杂合状态Rb/rb，而在肿瘤细胞中呈纯合状态rb/rb.,当等位基因处于杂合时，会出现丢失或 突变另一个基因的趋势，称为
20、杂合性丢失.（loss of heterozygosity,LOH）,65,二次突变假说（Two-hit),1971年，Knudson在研究视网膜母细胞瘤时提出了“二次突变”假说。,66,假说认为，无论是遗传性肿瘤还是散发性肿瘤的发生均需两次或两次以上的突变才能使细胞癌变，所不同的是遗传性肿瘤的第一次突变发生在生殖细胞中或由亲代遗传而来，而第二次突变发生于体细胞中，并且导致细胞癌变；而在散发性肿瘤中，两次突变都是在体细胞中发生的。Knudson AG Jr.Mutation and cancer:statistical study of retinoblastoma.Proc Natl Aca
21、d Sci U S A.1971 Apr;68(4):820-3.,67,68,69,“二次突变”假说的意义,1)为解决遗传性和体细胞突变通过何种机制在肿瘤发生过程中起作用提供了思路。2)肿瘤细胞发生过程中隐性遗传性决定因素与体细胞表型连接起来。,70,P53 作为转录因子调控其他蛋白的活性，达到细胞周期和细胞凋亡的控制。P53蛋白的失活导致细胞保护功能的丧失而导致细胞周期的紊乱。,p53 基因及生物学特性,p53基因的变异与50%的肿瘤发生相关,p53基因全长20kb，定位于人类染色体17p13.1，由11个外显子组成，编码393个氨基酸组成的53kd的核内磷酸化蛋白.,71,突变的形式是：
22、点突变、缺失突变、插入突变、移码突变、基因重排。绝大多数突变集中在第5-8外显子处，即“热点突变”。少数突变存在于其它外显子或内含子的剪切位点上。,p53大多数点突变是引起蛋白功能改变的错义突变，少数是无义突变或终止码突变。,肿瘤中p53 的突变,72,73,74,三.肿瘤发生的遗传学说,（一）癌肿的单克隆起源（二）细胞凋亡学说（三）Knudson两次击中学说（四）癌肿发生的多步骤遗传损伤学说,75,单克隆起源学说：肿瘤细胞群体来自单一细胞的克隆。,最初一个关键基因或一系列事件导致某一细胞向肿瘤方向转化，形成不可控制的细胞增殖，最后形成肿瘤。,学说的证实：1.女性G6PD基因在肿瘤中表现出均失
23、活或均不失活。2.同一肿瘤所有细胞具有相同的标记染色体。,76,1)在G-6-PD缺乏症杂合子女性癌肿患者中的分析表明，癌肿细胞只表达G-6-PD等位基因中的一个，而不是二个都表达。2)在B细胞淋巴瘤Ig基因的分析中，癌肿细胞的重组Ig只显示一条同一的重组带。3）慢性粒细胞性白血病病人恶变细胞均带有特异的Ph1染色体,77,细胞凋亡学说,凋亡诱导基因：bax,bak,bad,badm bik,凋亡抑制因子：BCL-2,BCL0Xl,端粒酶（主要存在于生殖细胞）,78,Knudson两次击中学说,无论是遗传性癌肿还是散发性癌肿的发生均需二次或二次以上的突变。遗传性癌肿：第一次突变发生在生殖细胞，
24、或由亲代遗传而来。第二次突变发生于体细胞中，从而使细胞癌变。散发性癌肿：两次突变均发生在体细胞中,79,学说的证实：,遗传性视网膜母细瘤,散发性视网膜母细胞瘤,双侧早发家族性,单侧晚发散发性,二次突变论在其他肿瘤的研究中也得到证实。,神经母细胞瘤，神经纤维瘤，Wilms瘤等。,80,细胞癌变需要多个肿瘤相关基因的协同作用，须经过多阶段的演变，这些基因的激活/失活在时间上有先后顺序，在空间位置上有一定配合。肿瘤的起始阶段原癌基因激活（逆转录病毒的插入和原癌基因的点突变）。肿瘤的演进阶段染色体重排、基因重组、基因扩增。,癌肿发生的多步骤遗传损伤学说,81,1）始动阶段：某些癌基因或抑癌基因的功能
25、异常，使细胞具有发生恶性转化的可能性；2）促进阶段：处于始动状态的细胞发生新的 基因突变，使细胞获得动力，导致快速增殖；3）恶性转移阶段：肿瘤细胞表达肿瘤转移基因 和/或肿瘤抑制基因失活，肿瘤发生转移。,肿瘤发生的多步骤学说：,82,癌肿的发生是一个多因子加入的多步骤过程。,结肠直肠癌,83,同是一种肿瘤,为什么既有遗传型又有散发型?发病年龄又不同呢?1971年Knudson提出二次突变学说,解释这种现象。,恶性肿瘤的发生需经两次以上的突变。遗传性病例中，第一次突变发生于生殖细胞，结果个体每一个细胞均带有一个突变，成为突变的杂合子。在此基础上发生的第二次突变是体细胞突变（somatic mutation)。两次突变相加，即可完成始动（imitation)，而从良性细胞变成恶性细胞。,84,恶性细胞在一定条件下，形成增殖优势，即可完成促进,形成恶性细胞克隆，构成恶性肿瘤。因此，遗传型病例常为双侧或多发且发病较早。在非遗传性病例中，两次突变都是体细胞突变，而且必须在同一细胞中先后两次发生才能完成始动的过程。这种机会比较少，需要经过漫长过程的积累。因此非遗传性肿瘤多为单发，且发病较晚。,Alfred Knudson 两次打击（two hit）学说：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,
