惡性腫瘤的分子生物學(xué)

馬立克氏病病雞當(dāng)前1頁，總共52頁。圖1卵巢腫瘤A：GAe組雛雞接種MDVGA株后40天，卵巢形成明顯腫瘤（如箭頭所示）；B：GA0組卵巢正常（如箭頭所示）；C：異常卵巢和正常卵巢的直觀比較）

圖2睪丸腫瘤A：GA0組睪丸正常（如箭頭所示）；B：GAe組雛雞接種MDVGA株后40天，睪丸形成明顯腫瘤（如箭頭所示）；

C：異常睪丸和正常睪丸的直觀比較）

當(dāng)前2頁，總共52頁。當(dāng)前3頁，總共52頁。腫瘤(tumor)

是機(jī)體在各種致瘤因素作用下，局部組織的細(xì)胞在基因水平上失去對其生長的正常調(diào)控，導(dǎo)致克隆性異常增生而形成的新生物9.1概述當(dāng)前4頁，總共52頁。腫瘤有良性、惡性之分。僅快速增殖而不擴(kuò)散的稱為良性腫瘤；而不僅異?？焖僭鲋?，而且細(xì)胞可發(fā)生擴(kuò)散轉(zhuǎn)移的稱為惡性腫瘤，特稱為癌（cancer）或新生物（neoplasm）。癌的主要特征：不受機(jī)體整體的制約，“為所欲為”地快速增殖。除了侵占正常細(xì)胞所占的空間外，還發(fā)生擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移，形成新的病灶。當(dāng)前5頁，總共52頁。Benigntumorsarisewithgreatfrequencybutposelittleriskbecausetheyarelocalizedandsmall當(dāng)前6頁，總共52頁。MalignanttumorsgenerallyinvadesurroundingtissueandspreadthroughoutthebodyAlterationsincell-cellinteractionsandtheformationofnewbloodvesselsareassociatedwithmalignancy當(dāng)前7頁，總共52頁。惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移當(dāng)前8頁，總共52頁。對腫瘤發(fā)生的分子機(jī)制，最初人們認(rèn)為是病毒瘤基因所致；70年代中期，畢曉普和瓦慕斯發(fā)現(xiàn)動物正常細(xì)胞中本來存在癌基因（原癌基因）；正常情況下，瘤基因?qū)?xì)胞的生長、分化、調(diào)節(jié)和維護(hù)正常功能起重要作用；近來發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中有抑制腫瘤發(fā)生的抑瘤基因。1989年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎

分子腫瘤學(xué)認(rèn)為惡性腫瘤是一種涉及基因改變的疾病當(dāng)前9頁，總共52頁。Forcancer:twoclassesofcellulargenesaretargetsformutationsPROTO-ONCOGENESTUMOURSUPRESSORGENESThevastmajorityofthesemutationsaresomatic當(dāng)前10頁，總共52頁。BalanceofTissueCellNumber當(dāng)前11頁，總共52頁。當(dāng)前12頁，總共52頁。

Oncogenes(癌基因)Normalgenes(regulatecellgrowth)1stmutation(leadstoacceleratedcelldivision)1mutationsufficientforroleincancerdevelopment

ExampleOncogenesderivedfromgrowthfactorreceptorsconfertheabilitytobypassthegrowthfactorrequirement…leadingtoindependentgrowth.當(dāng)前13頁，總共52頁。Tumoursuppressorgenes（腫瘤抑制基因）Actasabrakeforcelldivision“GUARDIANOFTHEGENOME”PROBLEM:Mutationintumoursuppressorgenes=brakesdon’twork,orthereisanaccumulationsofmutations(DNArepairenzymes)Themutatedgeneproductisnotfunctional=NULLALLELE當(dāng)前14頁，總共52頁。Inactivatedtumoursuppressorgene腫瘤發(fā)生Activatedproto-oncogene當(dāng)前15頁，總共52頁。癌基因(oncogeny，onc)

是指能導(dǎo)致細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的核酸片段。主要包括病毒癌基因、細(xì)胞癌基因

以及與細(xì)胞生長因子及其受體、蛋白激酶、轉(zhuǎn)錄因子及其信息加工、傳遞等有關(guān)的基因。9.2幾個基本概念當(dāng)前16頁，總共52頁。病毒癌基因（virusoncogenes,V-onc）：存在于病毒基因組內(nèi)的癌基因，病毒感染動物時，可誘導(dǎo)動物體內(nèi)腫瘤形成。DNA病毒RNA病毒（反轉(zhuǎn)錄病毒）細(xì)胞癌基因（cellularoncogenes,C-onc）：存在于動物細(xì)胞中的癌基因。正常情況下主要在胚胎期表達(dá)，在出生后的個體內(nèi)不表達(dá)或限量表達(dá)，主要功能是促進(jìn)細(xì)胞的正常增殖和分化，又稱原癌基因，被致癌因素激活時，可誘導(dǎo)細(xì)胞癌變。當(dāng)前17頁，總共52頁。抑癌基因（tumorsuppressorgene，TSG）

又稱抗癌基因（anti-oncogene）、隱性癌基因（recessiveoncogene），是正常細(xì)胞中存在的對原癌基因表達(dá)功能進(jìn)行調(diào)節(jié)的基因，可抑制細(xì)胞生長并能潛在抑制癌變。它的失活或突變具有促進(jìn)腫瘤生長的潛勢。抑癌基因活性的下降(功能缺失突變)也可引起癌癥的發(fā)生。當(dāng)前18頁，總共52頁。含轉(zhuǎn)錄啟動子

LTR

gag

pol

env

src

LTR

長末端重復(fù)序列癌基因正常的病毒基因

產(chǎn)生病毒表面糖蛋白產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)錄酶和整合酶

產(chǎn)生病毒垮膜蛋白產(chǎn)生p60src蛋白質(zhì)，磷酸化蛋白。靶蛋白磷酸化Rous于1910年首先發(fā)現(xiàn)雞肉瘤病毒（后稱勞斯肉瘤病毒RSV）1966諾貝爾獎9.3癌基因致癌的分子機(jī)制病毒癌基因當(dāng)前19頁，總共52頁?？v向傳播：原病毒隨細(xì)胞分裂傳遞橫向傳播：原病毒轉(zhuǎn)錄表達(dá)（參與癌癥的發(fā)生）當(dāng)前20頁，總共52頁。原癌基因致癌的分子機(jī)制有時原癌基因中一個核苷酸的突變會使基因表達(dá)異常的蛋白產(chǎn)物，從而使細(xì)胞向惡性轉(zhuǎn)化。例如：膀胱癌EJ株C-Ha-ras基因外顯子12密碼子的突變基因點(diǎn)突變當(dāng)前21頁，總共52頁?；驍U(kuò)增蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)未變化，但總量大大提高基因擴(kuò)增

原癌基因基因在細(xì)胞中拷貝數(shù)增加，從而使可用的轉(zhuǎn)錄模板數(shù)大大增加。當(dāng)前22頁，總共52頁。染色體易位或重排慢性粒細(xì)胞白血癥(Chronicmyeloidleukaemia，CML)ischaracterisedbythet(9;22)(q34;q11)reciprocaltranslocation當(dāng)前23頁，總共52頁。病毒啟動子插入當(dāng)前24頁，總共52頁?；蜷g相互作用

腫瘤細(xì)胞中常常不是由一種C-onc表達(dá)異常，有時需幾種C-onc發(fā)生改變，產(chǎn)生協(xié)同作用方可奏效

當(dāng)前25頁，總共52頁。

正常細(xì)胞的基因，具有相對穩(wěn)定的甲基化類型，特別是原癌基因的甲基化可使其難以表達(dá)。

原癌基因甲基化水平降低當(dāng)前26頁，總共52頁。ExamplesofOncogenesRAS-activatedinmanycancers(colon)c-MYC–over-expressedincoloncancer(amplifiedinlung,rearrangedinlymphoma)RET-MEN2aMET-hereditarypapillaryrenalcancerCDK4-familialmelanomaBCR/ABL-chronicmyelogenicleukaemiaBCL2-follicularlymphoma當(dāng)前27頁，總共52頁。9.4抑癌基因的作用及其致癌機(jī)制抑癌基因在染色體中起穩(wěn)定性作用；參與細(xì)胞分化以控制腫瘤形成，細(xì)胞的終末分化可抑制細(xì)胞分裂；參與衰老過程，誘導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡；通過調(diào)控細(xì)胞周期，調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖。正常情況下抑癌基因的作用：抑癌作用通過抑瘤基因表達(dá)“抑癌蛋白”實(shí)現(xiàn)當(dāng)前28頁，總共52頁。抑癌基因改變的分子基礎(chǔ)錯配修復(fù)基因缺陷

當(dāng)前29頁，總共52頁。守門基因和看護(hù)基因的突變失活

守門基因（gatekeepergene）是指在細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化過程中與癌基因啟動相關(guān)的基因?？醋o(hù)基因（caretaker，gene）是指保持細(xì)胞基因組穩(wěn)定性，而與細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化過程中癌基因的啟動不直接相關(guān)的基因。當(dāng)前30頁，總共52頁。GeneticControlofNeoplasticInitiationandPromotionGatekeepergenesCaretakergenes當(dāng)前31頁，總共52頁。ExamplesoftumoursuppressorgenesincludeRB1-retinoblastomasusceptibilitygene

WT1-Wilm'stumourgeneNF1-neurofibromatosistype1geneNF2-neurofibromatosistype2geneDCC-involvedincolorectalcancerBRCA1,BRCA2-involvedinbreastcancer當(dāng)前32頁，總共52頁。Todaywewilllookatthesetumoursuppressorgenes:Rb

(視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤)p53APC(腺瘤樣結(jié)腸息肉)當(dāng)前33頁，總共52頁。當(dāng)前34頁，總共52頁。Knudson’s“Two-Hit”Model

forRetinoblastomaNormal2intactcopiesPredisposed1intactcopy1mutationAffectedLossofbothcopies當(dāng)前35頁，總共52頁。p53functionsasa‘molecularnode’intheDNA-damageresponse當(dāng)前36頁，總共52頁。當(dāng)前37頁，總共52頁。當(dāng)前38頁，總共52頁。小結(jié)正常細(xì)胞的生長與增殖是由兩大類基因調(diào)控的正向調(diào)控信號：主要是起促進(jìn)細(xì)胞生長和增殖，并且阻止其發(fā)生終末化傾向，癌基因起著這方面的作用。負(fù)向調(diào)控信號：主要使細(xì)胞成熟，促進(jìn)終末分化，最后是細(xì)胞調(diào)亡，抑癌基因則在這方面起作用。正常情況下這兩類信號保持著動態(tài)平衡，十分精確地調(diào)控細(xì)胞增殖和成熟。一旦這兩類信號中有一類信號過強(qiáng)或過弱均會使細(xì)胞生長失控而惡變。當(dāng)前39頁，總共52頁。惡性腫瘤細(xì)胞在生物學(xué)研究中的應(yīng)用無限制增長特性細(xì)胞分化幼稚細(xì)胞壽命長細(xì)胞的侵潤性致瘤性細(xì)胞的遺傳性當(dāng)前40頁，總共52頁。NormalTumourClonalselectionofcancercellsVariantsovertime當(dāng)前41頁，總共52頁。經(jīng)典的抗原遞呈理論認(rèn)為：外源性抗原經(jīng)APC攝取后，在溶酶體中降解為短肽，由MHCⅡ類分子提呈給CD4+T細(xì)胞；內(nèi)源性抗原在胞質(zhì)溶膠中降解后，與MHCⅠ類分子結(jié)合，提呈給CD8+T細(xì)胞，激活細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞(CTL)殺傷病毒感染細(xì)胞或腫瘤細(xì)胞。然而，通常情況下病毒感染或發(fā)生異常突變的細(xì)胞主要為實(shí)質(zhì)細(xì)胞，它們大多不能遷移到淋巴器官與T細(xì)胞相互接觸，同時也缺乏T細(xì)胞活化所必須的共刺激信號，故不能活化初始型CD8+T細(xì)胞。當(dāng)前42頁，總共52頁。外/內(nèi)源性抗原示意圖當(dāng)前43頁，總共52頁。1976年，Bevan首先發(fā)現(xiàn)交叉遞呈(cross-presentation)的現(xiàn)象，隨后，Sigal等也揭示外源性抗原能有效被APC的MHCⅠ類分子遞呈。借助交叉遞呈機(jī)制，APC可以主動攝取病毒蛋白或腫瘤抗原，并通過MHCⅠ類分子將抗原呈遞給CD8+T細(xì)胞，從而產(chǎn)生有效的CTL應(yīng)答，達(dá)到清除靶細(xì)胞的目的。近年來更多研究表明，凋亡或壞死的細(xì)胞、熱休克蛋白、病毒蛋白、顆粒性抗原，甚至可溶性抗原等都可以通過交叉遞呈途徑活化CTL應(yīng)答。交叉遞呈在機(jī)體抗病毒及其它病原體感染和腫瘤免疫等方面起著非常重要的作用。當(dāng)前44頁，總共52頁。當(dāng)前45頁，總共52頁。樹突狀細(xì)胞(DC)、巨噬細(xì)胞等專職APC都具有交叉活化CD8+T細(xì)胞的能力，而DC是體內(nèi)最有效的專職APC，抗原攝取能力強(qiáng)且能活化初始型T細(xì)胞，是執(zhí)行交叉遞呈功能的主要細(xì)胞。DC需要經(jīng)歷由不成熟向成熟階段的轉(zhuǎn)變才能有效刺激T細(xì)胞活化。不成熟DC捕獲抗原后，在炎性因子的刺激下分化為成熟DC，細(xì)胞的抗原攝取能力下降，而抗原遞呈及刺激T細(xì)胞活化的能力增強(qiáng)。此過程同時伴隨細(xì)胞表面MHCⅠ類分子、Ⅱ類分子、共刺激分子CD80、CD86以及T細(xì)胞黏附分子CD48、CD58等的上調(diào)表達(dá)。此外，DC還通過延伸其樹突狀突起，增加與T細(xì)胞相互作用的機(jī)會。

當(dāng)前46頁，總共52頁。流式細(xì)胞術(shù)、激光共聚焦等新技術(shù)的應(yīng)用為研究抗原交叉遞呈的分子機(jī)制提供了保障；近年研究發(fā)現(xiàn)并非所有的DC亞型都能參與交叉遞呈，只有表達(dá)CD24,CD8α和CD103分子的DC才參與細(xì)胞交叉遞呈；TLR具有激活DCs，增強(qiáng)其抗原交叉遞呈的能力。當(dāng)前47頁，總共52頁。Themolecularmechanismsinvolvedinclassicalcross-primingareillustrated.Dendriticcells(DCs)takeupantigenbydistinctendocytosismechanismsandpresentittoCD4+Thelper(TH)cellsthroughMHCclassIImoleculesandcross-presentittoCD8+cytotoxicTlymphocytes(CTLs)throughMHCclassImolecules.ActivatedCD4+THcellscanstimulateCTLsthroughtheproductionofinterleukin-2(IL-2)andlicenseDCsforcross-primingthroughCD40ligand(CD40L)–CD40interactions.LicensedDCsupregulateexpressionofco-stimulatorymolecules,suchasCD70,CD80andCD86,anddownregulateinhibitorymolecules,suchasprogrammedcelldeathligand(PDL1).Toll-likereceptor(TLR)ligandsfurtheractivateDCsandincreasetheircross-presentationactivity.Cross-primedCTLsareprogrammedforsurvivalandceaseTNF-relatedapoptosis-inducingligand(TRAIL)production.‘Helpless’CTLsactivatedbyunlicensedDCsdiefollowingsecondaryencounterwithantigenintheireffectorphase當(dāng)前48頁，總共52頁。Chemokine-mediatedregulationofcross-primingisillustrated.CD4+THcells,andtheDCstheylicense,produceCC-chemokineligand3(CCL3),CCL4andCCL5inthepresenceofTLRligands,whichrecruitnaiveCTLsforclassicalcross-priming.Alternatively,DCslicensedbynaturalkillerT(NKT)cellsproducetheCC-chemokinereceptor(CCR4)ligandCCL17,andNKTcellsthemselvesproducetheCCR4ligandCCL22,whichrecruitnaiveCCR4+CTLsforcross-priming.TheCCR4-andCCR5-mediatedrecruitmentpathwaysaresynergistic.Inthisfigure,dashedarrowsindicateantigenroutingforcrosspresentation.α-GalCer,α-galactosylceramide;TCR,Tcellreceptor.當(dāng)前49頁，總共52頁。Recruitmentofcross-primedeffectorcytotoxicTlymphocytesintonon-lymphoidtissues.Viralinfectionoftissuecellsleadstotheirsecretionofpro-inflammatorycytokinesandinterferonsthatupregulatetheexpressionofadhesionmolecules,suchasintercellularadhesionmolecule1(ICAM1),byendothelialcells.EffectorcytotoxicTlymphocytes(CTLs)attachtothesemoleculesandarenonspecificallyrecruitedfromthebloodstreamintonon-lymphoidtissues.Inaddition,recentstudieshaverevealedtwoantigen-specificrecruitmentmechanisms:first,endothelialcellsincertaintissues,suchastheliver,pancreaticisletsorthebrain,cancros