第十七章肿瘤分子生物学

第十七章肿瘤的分子生物学第一节肿瘤的概念一、癌的生物学和细胞学特征1、癌（cancer）：表现为不受正常生长调控而繁殖的一群细胞。

2、肿瘤（tumor/neoplasm）：与癌相同3、良性肿瘤与恶性肿瘤的区别：良性：局限性生长，不侵浸，不转移、可恶性变恶性：浸润型生长，转移（淋巴路、血路） carcinoma (癌)，原位癌sarcoma （肉瘤）leukemia/lymphoma （白血病、淋巴瘤）4、人类肿瘤的组织学分类5、肿瘤的发生发展过程：①大多数肿瘤是由一个细胞产生的——克隆性生长②发展过程：复杂，多步骤癌前期→早期恶性→原位癌→恶性癌→转移（不典型增生）6、正常细胞与肿瘤细胞的区别表17.1人类肿瘤的组织学分类起源代表性肿瘤外胚层皮肤鳞状和基地细胞癌乳腺乳腺癌神经元细胞成神经细胞瘤神经胶质细胞恶性胶质瘤视网膜细胞成视网膜细胞瘤黑素细胞黑素瘤肾上腺髓质嗜铬细胞瘤中胚层骨骨肉瘤纤维组织纤维肉瘤软骨软骨肉瘤肌肉横纹肌肉瘤血管血管肉瘤脂肪细胞脂肪肉瘤红细胞红细胞白血病淋巴细胞淋巴细胞白血病和淋巴瘤血浆细胞骨髓瘤内胚层膀胱膀胱癌胰腺胰腺癌结肠结肠癌肺肺癌甲状腺甲状腺癌肝肝癌肝癌肝癌肝硬变第二节病毒癌基因一、肿瘤病毒具有致癌能力的病毒DNA病毒 RNA 病毒①乙肝病毒（HBV）反转录病毒②猴病毒（SV40），多瘤病毒③疱疹病毒④痘病毒⑤乳头瘤病毒⑥腺病毒1、乙型肝炎病毒：HBV→肝癌①HBx基因反式激活作用②HBV DNA整合→宿主细胞基因组→突变、染色体异常→癌基因激活，抑癌基因失活③HBV感染→组织损伤→增殖2、SV40和多瘤病毒：特点：① SV40和多瘤病毒在天然宿主中（鼠/猴）均不诱发肿瘤②在感染非许可性肿瘤时，病毒复制被阻断→转化病毒DNA早期基因的稳定整合和早期基因产物的持续表达 SV40的早期基因编码两个蛋白t抗原（非必须）抗原（致癌性）SV40T抗原结合并失活Rb肿瘤抑制基因结合并影响p53基因多瘤病毒中T：激活Src 和其它原癌基因→刺激细胞生长3、乳头瘤病毒良性：疣恶性：宫颈癌、Anogenital 癌症，影响Rb和p53的活性4、腺病毒5、疱疹病毒：EB病毒→非洲Burkitt’s淋巴瘤B细胞淋巴瘤鼻咽癌6、痘病毒：良性肿瘤、纤维瘤7、反转录病毒：在感染细胞中以原病毒形式存在→整合→宿主染色体DNA中→诱导癌症HTLV I—人T细胞白血病HTLV II—毛状细胞白血病HIV—AIDS由病毒癌基因引起二、反转录病毒癌基因急性转化病毒：在感染动物中迅速诱导肿瘤并高效转化培养细胞的反转录病毒1、RSV的Src基因RSV（Rous肉瘤病毒）的Src基因成纤维细胞转化肉瘤RSV的Src基因位于RSV RNA 3’ LTR的上游，在感染细胞中它作为起始于5’LTR一条拼接的mRNA表达2、其它反转录病毒癌基因急性转化病毒的基因组① RSV：Src + 全部病毒复制基因→诱导急性转化 + 复制②其它：复制缺陷（一个或多个复制基因缺陷）与辅助病毒共感染（含有功能gag.pol和 env复制基因）缺陷基因部分由病毒癌基因所取代（RSV除外）癌基因作为融合蛋白表达（如与gag序列融合）一些急性转化病毒含有两个不同癌基因→同时诱导肿瘤三、反转录病毒癌基因的起源急性转化病毒起源于细胞基因并掺入病毒基因组原癌基因：被病毒获得而成为病毒癌基因的正常细胞DNA序列原癌基因与癌基因的区别：原癌基因：正常细胞基因参与生长分化癌基因：异常表达，是正常细胞祖先DNA的突变形式，包括点突变、缺失、重组，或扩增→诱导细胞转化反转录病毒捕获细胞原癌基因：高频率重组的结果非转化原病毒整合→原癌基因旁边→通读转录（5’LTR起始）→延伸到原癌基因→异常拼接→病毒与细胞融合→新的融合原癌基因转录物（含有LTR和其它病毒序列，包括5’RNA包装信号）→有效地掺入子代病毒颗粒→新的模板病毒癌基因是原癌基因改变后的副本：①原癌基因掺入病毒基因组后就作为病毒的一部分表达②癌基因在病毒LTR的控制下表达水平高（缺少内含子）③原癌基因正常氨基酸就缺失掉④大多数癌基因积累了许多点突变→增加癌基因产物的转化能力反转录病毒癌基因见表17.3 p437图17.11 急性转化反转录病毒的产生模式第三节细胞癌基因和肿瘤抑制基因一、细胞癌基因●细胞中含有活性的细胞癌基因，具有与反转录病毒癌基因类似的生物学转化能力●正常细胞中含有具有潜在诱导转化能力的基因，在基因转移过程中DNA重排而被激活，行使癌基因的功能●人癌基因与细胞原癌基因的关系：相互重叠举例：ras癌基因与正常的ras原癌基因正常ras H基因在12位上编码的甘氨酸在ras H癌基因产物中变成了缬氨酸→正常原癌基因变成了有转化活性的癌基因二、细胞癌基因的激活1、反转录病毒整合激活细胞癌基因：携带癌基因急性转化病毒诱导肿瘤直接插入突变反转录病毒诱导肿瘤（导致基因失活或激活）间接举例：C-myc 、N-myc、erbB、rasH、rask、mos、myb等2、染色体易位和癌基因两条染色体部分之间的易位→细胞癌基因表达失控或新的有转化活性的融合蛋白产物出现→肿瘤3、肿瘤中癌基因的扩增：癌基因为靶点三、肿瘤抑制基因的发现1969年，Harnis等将人正常细胞与肿瘤细胞融合→杂合体细胞不再是致瘤性的Rb基因的突变→成视网膜细胞瘤、肺癌、乳腺癌、膀胱癌抑癌基因：Rb,p53,DCC,APc,WT1,NF1,NF2,VHL,MTS1等总之，肿瘤的发生是癌基因、抑癌基因综合作用的结果第四节癌基因和肿瘤抑制基因的功能一、生长因子生长因子的异常产生将导致该细胞生长的持续性刺激、累积→细胞转化举例：① sis癌基因→细胞表面表达PDGF受体的细胞转化1983年发现猴肉瘤病毒中sis癌基因编码血小板衍生生长因子（PDGF）②癌基因int-2,hst,fgf-5的激活→成纤维细胞生长因子→成纤维细胞、内皮细胞、神经元生长、分化③ erbB原癌基因 TGFα细胞表面表皮生长因子（EGF）双调蛋白受体结合④反转录病毒整合→强启动子插入→激活造血生长因子（白介素-2，白介素-3，粒细胞-巨嗜细胞群落刺激因子，巨嗜细胞群落刺激因子-1）为癌基因产物→自分泌刺激（autocrine）→造血细胞转化二、生长因子受体和蛋白激酶蛋白激酶组成了癌基因产物很大一部分，在信号传导的几个不同水平发挥作用。

1、酪氨酸蛋白激酶和生长因子受体1）酪氨酸蛋白激酶：使酪氨酸残基磷酸化举例：Src,Fes,Fgr,Fms,Ros,Yes等癌基因蛋白2）生长因子受体：具有酪氨酸蛋白激酶活性举例：表皮生长因子（EGF）受体，PDGF受体、胰岛素受体，胰岛素样生长因子1（IGF-1）受体、FGF受体异常功能→细胞转化许多癌基因与上述同源产物因配基结合区的缺失或其它突变→具有组成型激酶活性，不再受生长因子的调控→诱导肿瘤2、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（cAMP第二信使中发挥作用）一些癌基因通过表达丝氨酸/苏氨酸激酶活性→影响细胞功能举例：① Raf蛋白：正常raf原癌基因N端调节序列缺失→有活性癌基因→C端激酶催化域的活性不受调控②蛋白激酶C：磷酸化并激活Raf③ mos ：过量表达→癌基因④其它：pim-1,akt,cot,tpl-2等3、鸟嘌呤核苷酸结合蛋白ras癌基因→蛋白产物结合鸟嘌呤核苷酸，具有内源性GTPase 活性，功能活性和调节方式与G蛋白 亚基类似，激活ras成为有活性癌基因：ras癌基因中点突变→单个氨基酸替换→降低Ras蛋白的GTPase活性或者增加游离GTP取代GDP的速率→Ras蛋白组成型地维持在激活状态三、转录因子癌基因和肿瘤抑制基因编码的蛋白位于核内，作为转录调节蛋白起作用反式作用因子：转录因子影响不相连的基因的扩散性蛋白顺式作用元件：基因上游的DNA调控序列只控制临近基因表达举例：① ErbA癌基因蛋白与DNA结合，不能被激素激活，是一种组成型阻碍物→作为显性突变抑制特定基因的表达→封闭细胞分化→导致肿瘤② fos与jun产物的识别序列相同，都是TGACTCA，二者通过亮氨酸拉链形成异源二聚体与DNA序列结合，激活AP-1靶基因的转录。

③ myc基因：与特定DNA序列结合，与Max蛋白形成myc-Max异源二聚体。

myc-Max与Max–Max复合体竞争Myc过量表达→形成更多的Myc-Max复合体→刺激基因转录④其它：myb,ets,rel等⑤肿瘤抑制基因产物：WT1、p53、Rb均为转录调节蛋白WT1：为一种转录阻遏物P53：转录激活因子、激活抑制细胞增殖的基因 SV40T抗原，腺病毒E1B，Mdm-2等通过与P53结合封闭正常P53蛋白的作用Rb：不与DNA序列结合，通过与其它细胞转录因子，尤其是E2F家族成员相互作用调节转录四、促分裂信号转导途径五、细胞周期调控细胞周期：G1期、S期、G2期、M期细胞周期调控的异常直接导致细胞增殖和肿瘤发生举例：①癌基因PRAD-1编码cyclin D1→异常表达→肿瘤② p53激活和p21自身的过量表达→抑制细胞增殖③ p53在细胞周期G1、G2检验点(checkpoint) 延迟细胞周期进程六、发育、分化和细胞凋亡bcl-2基因第一节癌基因概述癌基因(oncogene)是指细胞内或病毒内存在的，能诱导正常细胞发生转化，使正常细胞获得一个或多个新生物特性的基因。

1968年Duesberg等首次发现Rous肉瘤病毒基因组中有一种编码酪氨酸蛋白激酶的基因并证实它在细胞转化中起关键作用，因这种基因来自病毒，因而被命名为病毒癌基因(Virus oncogene V-onc)。

1972年Bishop应用核酸分子杂交法证实，几乎在所有高等脊椎动物细胞的基因组中，都拥有和病毒癌基因相似的DNA核苷酸序列，因为DNA所代表的基因是动物细胞基因组的成员之一，就称为细胞癌基因(cellular oncogene，C-onc)。

在人体正常细胞中存在一种称为原癌基因(Proto-onc)的正常基因，它在细胞中起着调控细胞生长和分化的作用，这类基因广泛存在于生物界中，从酵母到人的细胞中都存在着原癌基因。

癌基因显性作用与抗癌基因的失活是肿瘤发生的分子基础。

目前认为，肿瘤是多种癌基因多阶段途径协同作用的结果。

在进化过程中这类基因是高度保守，属于看家基因(house-keeping genes)。

按照原癌基因的结构、产物的功能及所在位置，将已知的细胞癌基因分为下列四类；1.蛋白激酶类；2.信息传递蛋白类；3. 生长因子及其受体类；4. 核内蛋白类。

细胞癌基因普遍存在于各种细胞，在正常情况下的表达或有时间、空间限制的表达，参与细胞分化及增殖，癌基因在生物进化中大都表现为高度保守性，正常细胞中的癌基因和肿瘤细胞中的癌基因的核苷酸顺序十分相似，后者可使NIH3T3细胞恶性转化，前者经激活后才具有转化能力，说明在正常情况下细胞癌基因不致癌，生理条件下内外环境中的某些刺激可激活癌基因，从而调节细胞的生长，分化，与信息传递有关。