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1、第六章 癌变的分子遗传学,负调节失控，体细胞的增殖动力学就发生改变，导致癌变形成肿瘤。肿瘤细胞最突出的特征就是恶性增殖。正负调控相关基因及作用机理的研究大体上属于癌基因和抑癌基因的领域。肿瘤细胞恢复并活化了胚胎细胞特有的基因及功能，并能传递给子细胞，因此肿瘤或癌变的形成属于发育的分子遗传学范畴,一、概述,癌基因,癌基因与抑癌基因的作用机制涉及基因表达调控及细胞分裂、分化过程。癌基因编码类生长因子多肽及其受体分子，通过细胞内信息传递系统刺激细胞增殖。,癌基因、抑癌基因与生长因子的关系,癌基因与抑癌基因突变就会导致细胞的恶性增殖,1、概念指具有致癌能力或致癌潜能的基因的总称。它是细胞内总体遗传物质
2、的组成部分。,（一）、癌基因的概念及其发现,二、癌 基 因 oncogene,2、癌基因的发现,1910年Rous 发现鸡肉瘤病毒(RSV-RNA反转录病毒）。1963年Dulbeco发现正常细胞感染病毒可恶变为癌细胞。1970年Baltimore发现病毒感染宿主时，RNA经逆转录酶合成DNA并整合到宿主DNA，从而导致宿主细胞的恶性转化。1970年Marein证明细胞恶性转化与RSV基因组中一个特定的基因src相关，该基因被命名为病毒癌基因（viral oncogene,v-onc）,即v-src。,1976年Bishop证明动物正常细胞中存在与v-oncogene同源序列细胞癌基因(cel
3、lular oncogene,c-onc)。与v-src对应者名为c-src。80年代初Weinberg等几个实验室通过转染实验证明人体细胞中的癌基因H-ras。现已发现100多种的oncs。,（二）、癌基因的分类,1、病毒癌基因2、细胞癌基因或原癌基因在正常情况下，这些基因处于静止或低表达的状态，对细胞无害，对维持细胞正常功能有重要作用。当其受到致癌因素作用被活化并发生异常时，则导致细胞癌变。,1、病毒癌基因,病毒癌基因（virus oncogene,v-onc）：存在于病毒基因组中的一段核苷酸片段（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、转化。如src
4、,*病毒基因组结构,src能导致所培养的细胞转化并呈恶性表型，也能在动物中引起恶性肿瘤,2、细胞癌基因,细胞癌基因(cellular-oncogene,c-onc)或称原癌基因(proto-oncogenes,pro-onc)在人类、哺乳动物乃至酵母、果蝇中发现的与病毒癌基因同源的序列。正常情况：静止或低表达，维持细胞正常功能。活化癌基因细胞发生癌变。,序列上高度同源；v-onc通常丢失c-onc两端的某些序列；c-onc有内含子，v-onc无内含子；v-onc有致癌能力，而c-onc无，但突变后可能致癌；,1）、细胞癌基因与病毒癌基因比较,2）、细胞癌基因的特点:1、广泛存在于生物界中；2、
5、基因序列高度保守；3、它的作用通过其产物蛋白质来体现；4、被激活后，可形成癌性的细胞转化基因。,原癌基因/细胞癌基因的二面性,通过转染实验证明人体细胞中的癌基因H-ras。,目前认为广义的“癌基因”应当是：凡能编码生长因子、生长因子受体、细胞内生长信息传递分子，及与生长有关的转录调节因子的基因均应归属癌基因的范畴。,3）、细胞癌基因的分类及其产物,按其表达蛋白的功能分为：生长因子类-sis家族生长因子受体/酪氨酸蛋白激酶类-erb-B、fms、src家族等GTP结合蛋白类-ras家族核内转录因子类-myc、myb、fos、jun细胞周期蛋白/细胞凋亡控制因子-bcl-1、bcl-2,癌基因在细
6、胞内的分布,（三）、癌基因活化的机制,1、点突变2、基因扩增3、基因易位、重排4、获得启动子与增强子,1 点突变（point mutation）,单个碱基突变而改变了编码蛋白质的功能使癌基因激活,与人类肿瘤相关的ras基因家族有三种H-ras、K-ras和N-ras，分别定位在11、12和1号染色体上 12、13、61 codon突变,非活化状态下的ras蛋白特征是具有能够与GDP相结合的构象。在它们受到信号传递通道上游某一外界因子的刺激时，便使GDP变成GTP，随后ras蛋白发生构象改变，成为活化状态。活化的ras蛋白与效应分子相互作用，实现生长信号的不断传递，导致细胞大量增殖，从而发生恶性
7、转化。,细胞学：均质染色区（HSR）染色体某个节段、相对解旋、浅染区,染色体增长。双微体（DM）扩增的DNA脱离染色体、分散、成双的染色质小体。分子水平：基因拷贝倍增。神经母细胞瘤 N-myc。,2 基因扩增（gene amplification）,染色体基因扩增的机制,双微（DM）和均质染色区（HSR）,3 染色体易位，基因重排 染色体断裂与重排导致细胞癌基因在染色体上的位置发生改变,易位到启动子或增强子附近而被激活,或与其他高表达基因形成融合基因。CML t（9；22）9q+和 22q-（Ph1）BL t（8；14）8q-和 14q+CML-慢性粒细胞白血病 BL-Burkitt 淋巴瘤,
8、白血病融合基因BCR-ABL,淋巴瘤基因,4 RNA病毒启动子插入（promoter insertion）接种 412个月 ALV 鸡（1日龄）B.C淋巴瘤（ALV-鸟类白细胞组织增生病毒,含有LTR,具有启动子,一旦整合到细胞癌基因c-MYC旁可使之激活）,前癌基因作用 癌基因活化机制 亚细胞定位 肿瘤生长因子：PDGF-链 sis 过度表达 细胞外 星形细胞/骨肉瘤 乳腺癌等FGF hst-1 过度表达 细胞外 胃癌/胶质母细胞癌生长因子受体：（具蛋白质激酶活性）EGFR家族 erb-B1 过度表达 透膜 肺鳞癌/脑膜瘤 卵巢癌等 erb-B2 扩增 透膜 乳腺癌/卵巢癌 肺癌，胃癌等 e
9、rbB-3 过度表达 透膜 乳腺癌csf-1受体 fms 点 突 变 透膜 白血病,（四）、人类肿瘤的代表性癌基因及其分类,前癌基因作用 癌基因 活化机制 亚细胞定位 肿瘤参与信息转导蛋白质：结合GTP H-ras 点突变 胞膜内 甲状腺癌/膀胱癌等 K-ras 点突变 胞膜内结肠癌/肺癌/胰腺癌等 N-ras 点突变 胞膜内 白血病/甲状腺癌细胞核调节性蛋白质：转录活化物c-myc 易位 核内 Burkitt淋巴瘤 N-nyc 扩增 核内 神经母细胞瘤/肺小细胞癌 L-myc 扩增 核内 肺小细胞癌,三、肿瘤抑制基因（Tumor Suppressor Gene，TSG）或抑癌基因(Anti-
10、oncogene),（一）概述,正常细胞中存在的一类调节细胞生长增殖分化的基因，具有抑制肿瘤细胞增殖作用。,正常细胞中存在抑癌基因或肿瘤抑制基因（TSG）,实验表明：,与原癌基因（细胞癌基因）的区别：原癌基因是显性基因，一个等位基因突变即可显示致癌效应；肿瘤抑制基因的突变，则是隐性的。一个肿瘤抑制等位基因发生突变，不会发生致癌效应。只有当一对基因拷贝失活、丧失功能后，形成隐性状态才失去抑制肿瘤发生的作用，故亦称隐性癌基因。,细胞的原癌基因是细胞内与细胞增殖相关的基因，是维持机体正常生命活动所必须的。抑癌基因的作用是抑制细胞增殖，抑制细胞迁移，促进细胞分化，也是维持机体正常生命活动必需的功能基因
11、。原癌基因激活或抑癌基因失活，便会促进细胞转化，癌变。,（二）抑癌基因的产物与功能,1、产物转录调节因子-Rb、p53、WT等周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CKI）-p15、p16、p21等信号通路的抑制因子-NF-1、PTEN等DNA修复因子-BRCA1、BRCA2 发育和干细胞增殖相关的信号途径组分-APC、Axin等,2、功能诱导终末分化；维持基因的稳定。触发衰老，诱导细胞程序化死亡。调节细胞的生长，抑制蛋白酶活性。改变DNA甲基化酶的活性（甲基化酶可以打开、关闭基因，甲基化酶也可以引起基因的突变）。促进细胞间的联系。,3、常见的抑癌基因及其相关肿瘤,短臂(p)，长臂(q)。Rb(13q1
12、4):13号染色体长臂1区4带,（三）抑癌基因失活的途径等位基因隐性作用：一个拷贝失活，另一个拷贝仍以野生型存在，细胞呈正常表型。只有当另一个拷贝失活后才导致肿瘤发生，如Rb基因。抑癌基因的显性负作用：突变的拷贝在另一野生型拷贝存在并表达的情况下，仍可使细胞出现恶性表型和癌变，并使野生型拷贝功能失活。这种作用称为显性负作用或反显性作用。如p53和APC蛋白。单倍体不足：某些抗癌基因的表达水平十分重要，如果一个拷贝失活，另一个拷贝就可能不足以维持正常的细胞功能，从而导致肿瘤发生。如DCC基因。,1、Rb基因(retinoblastoma gene)第一个被克隆的TSG：视网膜母细胞瘤基因,位于1
13、3q14200 kb，27个外显子，mRNA长4.7 kb，编码928个氨基酸、105 kD的蛋白产物（P105-RB）P105-RB为转录因子功能：促进细胞分化，抑制细胞增殖 能结合并抑制转录因子E-2F基因失活原因主要为基因缺失与突变,（四）几个重要的抑癌基因,1）Rb基因的作用机制,G0 G1期,S期,E-2F,DNA,mRNA,DNA,在G1/S期Rb被细胞周期蛋白依赖性激酶2(CDK2）磷酸化失活而释放出转录因子E2F，促进蛋白质的合成，使细胞周期运行。,在G1期Rb与E2F结合，抑制E2F的活性。,2）、Rb基因的突变,a)偶发性视网膜细胞瘤,b)遗传性视网膜细胞瘤,2、p53基因
14、基因卫士,位于17p1320 kb，11个外显子，mRNA长2.5 kb，蛋白产物53 kD，故称p53基因P53为转录因子功能：1)激活一些抑制细胞分裂的基因（如p21）；2)抑制解链酶活性；3)参与DNA的复制与修复；4)在DNA修复失败时启动细胞程序性死亡过程等基因失活原因主要为基因突变与缺失,P53基因是迄今为止发现的与人类肿瘤相关性最高的基因。过去一直将P53基因认为癌基因，后来证实野生型P53基因是一种抑癌基因。,p53基因的作用机制,P53蛋白,解链酶,复制因子A,P21蛋白,细胞停滞于G1期,细胞自杀,DNA损伤,P53蛋白,P53蛋白,3、P16基因多肿瘤抑制基因,位于9P2
15、1长8.5Kb,3 个外显子和2 个内含子。蛋白产物约16KD，称p16。功能：p16 蛋白为细胞周期依赖激酶CDK4的抑制物,参与正常细胞周期G1S 期的调控,并与Rb、p53 等抑癌基因有着密切联系P16的失活1）点突变2）转录和翻译异常：异常甲基化3）与Rb 基因改变或CDK4 增加有关4）基因缺失、重排、染色质的凝集等,TSG与细胞周期：,G1,S,G2,M,RB,E2F,Cyclin/cdk,E2F,磷酸化,P16、P21、P27等,b及其产物在细胞周期的G1期发挥调控,P16等基因参与RB基因对细胞周期的调控,四、肿瘤发生的遗传学说（一）、体细胞突变(somatic mutatio
16、n)或者单克隆起源假说（二）、二次突变论（三）、肿瘤发生中的多步骤遗传损伤假说,肿瘤大多数不是由生殖细胞得来的，而是在体细胞中新发生的基因突变所致。发生突变的癌前细胞在一些促癌因素的作用下发展为肿瘤。因此大多数肿瘤可以看作一种体细胞遗传病。,（一）、体细胞突变(somatic mutation)或者单克隆起源假说,肿瘤既然是体细胞突变的结果，它应该是起源于单个细胞（单克隆）。许多肿瘤细胞具有相同的染色体畸变和同工酶。说明肿瘤发生是单克隆起源的。,肿瘤单克隆起源 致癌因子 促癌因素 细胞 突变 细胞转化 癌细胞 克隆证据：1/特异性标记染色体 2/G6PD活性的检测,女性巴氏体（X失活）证明肿瘤
17、起源于单克隆,女性在胚胎发育时期细胞中的一个X染色体随机失活具有组织异质性，如某些X染色体连锁的酶在不同细胞中表达不同，而在肿瘤细胞中却是相同的，从这一点上来看一个肿瘤中的细胞具有相同的起源。,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,（二）、二次突变论,一个细胞的恶性转化至少需要两次以上的遗传损伤的打击。一次突变只能引起细胞某种程度的增殖，并不足以使细胞完全脱离正常的调控机制。随着进一步遗传损伤的发展，细胞获得更大的自主性，其繁殖能力增强，最后在多次遗传性损伤影响下，细胞完全癌变，并侵犯邻近的组织，
18、扩散到身体的其他部位。,（三）、肿瘤发生中的多步骤遗传损伤假说,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,五、肿瘤形成的外因-致癌物质,根据致癌物的性质可将其分为化学、生物和物理致癌物三大类。根据它们在致癌过程中的作用，可分为启动剂、促进剂、完全致癌物。启动剂:直接改变DNA的成分或结构促进剂:本身不能诱发肿瘤，但有促进剂作用，如糖精促进膀胱癌的发生，苯巴比妥促进肝癌的发生 完全致癌物：兼具启动和促进两种作用，如
19、多环芳香烃、芳香胺、亚硝胺、致癌病毒等。,1、化学致癌物 1）亚硝胺类：变质的蔬菜及食品 2）多环芳香烃类：沥青、汽车废气、煤烟 3）芳香胺类：乙萘胺、联苯胺、4-氨基联苯等 4）烷化剂类：如芥子气、环磷酰胺等 5）氨基偶氮类：二甲基氨基偶氮苯 6）碱基类似物：5-溴尿嘧啶、5-氟尿嘧啶、2-氨基腺嘌呤等 7）氯乙烯及某些金属，如铬、镍、砷等,化学致癌物致癌机理：与DNA、RNA、蛋白质等分子中的亲核基团发生作用，引起碱基替代、缺失、DNA断裂、染色体畸变等。引起胞嘧啶甲基化水平降低。,2、生物性致癌因素,1）肿瘤病毒 逆转录病毒：T细胞淋巴瘤病毒（HTLV），T细胞白血病病毒（ATLV）和爱
20、滋病病毒（HIV）乙型肝炎病毒（HBV）乳头状瘤病毒（HPV）EpsteinBars病毒(疱疹病毒)（EBV）后三类都是DNA病毒 2）霉菌 黄曲霉毒素：以霉变的花生、玉米及谷类含量最多，其中黄曲霉毒素B1是已知最强的化学致癌物之一，导致肝癌,3、物理因素,1）电离辐射 引起染色体、DNA的突变，或激活潜伏的致癌病毒。放射线引起的肿瘤有：白血病、乳腺癌、甲状腺肿瘤、肺癌、骨肿瘤、皮肤癌、多发性骨髓瘤、淋巴瘤等。2）紫外线 引起细胞DNA断裂、交联和染色体畸变，抑制皮肤的免疫功能，诱发皮肤癌和基底细胞癌的发生。,六、生 长 因 子 growth factor,（一）、概 述,生长因子（growt
21、h factor）：通过质膜上特异的受体，将信息传递至细胞内部，调节细胞生长与增殖的多肽类物质。,根据生长因子产生细胞与接受生长因子作用的细胞相互之间的关系，可概括为三种模式：1、内分泌（endocrine）2、旁分泌（paracrine）3、自分泌（autocrine）,内分泌（endocrine）,人体的内分泌腺有甲状腺、肾上腺、垂体、胰岛等。内分泌腺分泌的分泌物称激素。其分泌物直接进入细胞周围的血管和淋巴，由血液和淋巴输送到各组织或器官中。,旁分泌（paracrine）和自分泌（autocrine）,旁分泌：细胞活动产生的代谢产物向细胞外排放，经组织液弥散至邻近的靶细胞，起局部调节作用。
22、自分泌：某种细胞因子的靶细胞也是其产生细胞，则该因子对靶细胞表现出的生物学作用。,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）、生长因子作用机制,发育相关的癌基因,myc基因较早发现的一组癌基因,包括C myc，N myc，L myc，分别定位于8号染色体,2号染色体和1号染色体。结构上由不编码蛋白质的第1外显子和编码蛋白质的第2,3外显子构成，myc基因属于编码核蛋白的癌基因，3个基因都编码一种与细胞周期调控有关的核内DNA结合蛋白。,myc基因家族及其产物可促进细
23、胞增殖，永生化（无限增值化），去分化和转化等，在多种肿瘤形成过程中处于重要地位。C-myc的扩增与肿瘤发生与转归密切相关，N-myc的扩增对肿瘤的预后判断有意义，L-myc扩增与肿瘤的易患性和预后在不同的肿瘤中表现不一样。,（三）癌基因、抑癌基因、生长因子与疾病的关系,1、细胞凋亡(apoptosis)在某些生理或病理条下，细胞接受到某种信号所触发的并按一定程序缓慢死亡的过程。,诱导细胞凋亡的因素：野生型P53基因（抑癌基因）抑制细胞凋亡的因素：突变型P53基因（癌基因）、神经生长因子(NGF),2、心血管疾病1）、原发性高血压：myc、fos的激活促平滑肌细胞增生 P53抑癌基因低表达或突变2）、动脉粥样硬化：PDGF过量产生3）、心肌肥厚：ras、myb、myc、fos等过量表达 IGF、TGF、FGF,小 结,癌基因可分为病毒癌基因和细胞癌基因。正常的原癌基因为生命活动所必需。当原癌基因被激活，可导致细胞恶变形成肿瘤。生长因子是细胞合成与分泌的一类多肽物质。,原癌基因的表达产物可以是生长因子、生长因子受体、信号转导分子、核转录因子等，被激活的原癌基因可能使这些表达产物发生结构及功能改变。抑癌基因缺失或突变不仅丧失抑癌作用，反而变成具备促癌效应的基因。,
