細胞組織和腫瘤動力學

關于細胞組織和腫瘤動力學02.04.2024102.04.20242第7章細胞、組織和腫瘤動力學7.1細胞增殖周期7.2生長比例7.3細胞丟失7.4腫瘤生長的全貌第2頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.20243第7章細胞、組織和腫瘤動力學7.1細胞增殖周期用普通顯微鏡觀察，只能見到有絲分裂的過程在細胞周期的大部分時間內(nèi)，染色體分散于細胞內(nèi)，無法觀察到。細胞周期：兩次有絲分裂之間的時間第3頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.20244第7章細胞、組織和腫瘤動力學7.1細胞增殖周期脈沖標記：使細胞與一定量的3H標記的胸腺嘧啶或溴脫氧尿嘧啶接觸一段時間。該標記的DNA前期化合物在細胞進入S期時通過DNA復制被結合進DNA。該3H標記的胸腺嘧啶可用放射自顯影辨別。3H標記的溴脫氧尿嘧啶可用特殊染色或特定抗體辨認。第4頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202457.1細胞增殖周期7.1.1細胞周期的組成部分的定量評估7.1.2潛在倍增時間第5頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202467.1.1細胞周期的組成部分的定量評估有絲分裂指數(shù)（mitoticindex,MI指數(shù)）第6頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202477.1.1細胞周期的組成部分的定量評估標記指數(shù)（labelingindex,LI指數(shù)）注：分裂期的細胞才能被標記第7頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202487.1.1細胞周期的組成部分的定量評估1.百分標記有絲分裂細胞技術（PLM）最易標記的時相是：S期最易觀察的是：M期PLM標記技術：將處于S期的細胞群標記上核素，并觀察這些被標記的細胞在細胞周期中從S期向M期運動中在M期的出現(xiàn)時間技術特點：費時費事需要大量的系列樣本觀察離體細胞方便第8頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202497.1.1細胞周期的組成部分的定量評估1.百分標記有絲分裂細胞技術（PLM）觀察離體細胞（1）用3H標記的胸腺嘧啶加入細胞培養(yǎng)液內(nèi)；理論上必須在很短的時間內(nèi)供應足夠量的被標記細胞實踐中一般用20分鐘進行標記（2）帶脈沖標記時間結束后，棄去有放射性的培養(yǎng)液，加入新鮮培養(yǎng)液在體實驗（1）腹腔注射將3H標記的胸腺嘧啶導入體內(nèi)；（2）20分鐘后用腹腔注射大量的“冷”胸腺嘧啶清除3H標記的胸腺嘧啶第9頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024107.1.1細胞周期的組成部分的定量評估1.百分標記有絲分裂細胞技術（PLM）體內(nèi)3H胸腺嘧啶作用的S相的細胞將放射活性結合進細胞內(nèi)；標記結束后，細胞在周期內(nèi)前進定期取材：將標本固定、染色并準備自顯影。對每個樣本中有放射性標記的有絲分裂細胞百分比進行計數(shù)（標記的有絲分裂百分比）LM：標記的有絲分裂相UM：未標記的有絲分裂相第10頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202411第11頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024127.1.1細胞周期的組成部分的定量評估1.百分標記有絲分裂細胞技術（PLM）LM：標記的有絲分裂相UM：未標記的有絲分裂相只有1%-2%的細胞處于分裂狀態(tài)其中只有部分被標記上理想細胞群體：細胞周期一致；第12頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024137.1.1細胞周期的組成部分的定量評估理想細胞群體：細胞周期一致；細胞群處于S期時，剛好被標記上（標志細胞群）；標記結束后，細胞周期繼續(xù)前進；開始幾個小時內(nèi)取的材料沒有被標記的有絲分裂相；標志細胞群到M期時，出現(xiàn)被標記的有絲分裂相（b）；M期末期，有絲分裂細胞數(shù)最多（所有）（c）；有絲分裂過程（c-d）；有絲分裂完畢，標記細胞數(shù)很快下降為零（d-e）。第13頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202414第7章細胞、組織和腫瘤動力學7.1細胞增殖周期第14頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202415第15頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024167.1.1細胞周期的組成部分的定量評估2.離體和在體實驗性細胞周期時間的測定結論：缺乏第二峰，則細胞周期時間范圍很寬惡性細胞有較短的周期時間G2、M和S時相相對固定G1時相差異決定了細胞周期的差異第16頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024177.1.2潛在倍增時間方法：流式細胞儀（flowcytometer;FCM）將流體噴射技術、激光技術、空氣技術、γ射線能譜術及電子計算機等技術與顯微熒光光度計密切結合的一種非常先進的檢測儀器。通過測量細胞及其他生物顆粒的散射光和標記熒光強度，來快速分析顆粒的物理或化學性質，并可以對細胞進行分類收集，可以高速分析上萬個細胞，并能同時從一個細胞中測得多個細胞特征參數(shù)，進行定性或定量分析，具有速度快、精度高、準確性好等特點。第17頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202418多數(shù)流式細胞計是一種零分辨率的儀器它只能測量一個細胞的諸如總核酸量，總蛋白量等指標而不能鑒別和測出某一特定部位的核酸或蛋白的多少也就是說，它的細節(jié)分辨率為零第18頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024197.1.2潛在倍增時間方法：流式細胞儀（flowcytometer;FCM）流式細胞儀主要由四部分組成。流動室和液流系統(tǒng)激光源和光學系統(tǒng)光電管和檢測系統(tǒng)計算機和分析系統(tǒng)第19頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202420第20頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202421第21頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024227.1.2潛在倍增時間定義：測定能持續(xù)增值的細胞的增長速度目的：獲得細胞周期內(nèi)不同時相的細胞分布，為預測一個分次照射的放療計劃可能得到的結果提供一個參考方法：流式細胞儀（FCM）第22頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024237.1.2潛在倍增時間Potentialdoublingtime,Tpot結果：將病人分為兩組Tpot小于四天，腫瘤生長快Tpot大于四天，腫瘤生長慢第23頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024247.1.2潛在倍增時間將病人分為兩組Tpot小于四天，腫瘤生長快Tpot大于四天，腫瘤生長慢治療組：常規(guī)治療組70Gy/7周加速超分割治療組72Gy/5周腫瘤生長慢，兩個治療組沒區(qū)別；腫瘤生長快，加速治療組效果更好。第24頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024257.2生長比例腫瘤細胞分兩類：增殖細胞（proliferatingcell,P）靜止細胞（quiescentcell,Q）生長比例第25頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024267.2生長比例補充腫瘤內(nèi)的細胞有：①分裂細胞②靜止細胞③無增殖能力的細胞④破碎細胞

第26頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202427

S期：DNA合成期；G2期：分裂前期；

G1期：DNA合成前期；M期：分裂期。

細胞周期與腫瘤細胞生長分數(shù)第27頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024287.2生長比例將標記的胸腺嘧啶注入帶腫瘤的動物，經(jīng)過幾個細胞周期后取出腫瘤，切片做自顯影假設腫瘤內(nèi)細胞有兩個明顯的亞群：一個群具有一致的細胞周期另一個群根本不生長（沒死or沒死）第28頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024297.2生長比例第29頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024307.2生長比例第30頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024317.3細胞丟失腫瘤生長是因細胞分裂致細胞數(shù)增長和各種類型的細胞丟失平衡的結果。后果：腫瘤的生長速度比根據(jù)所了解的個體細胞周期時間和生長比例所作出的預計慢得多。測量：比較新細胞的產(chǎn)生速度和觀察到的腫瘤生長速度來得到。細胞丟失因子：第31頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024327.3細胞丟失細胞丟失因子：細胞丟失因子代表細胞丟失率和新細胞產(chǎn)生率之比，它代表了腫瘤所丟失的生長潛力。第32頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024337.3.1細胞丟失的途徑1.營養(yǎng)不足而死亡。最常見，最主要2.凋亡或程序性細胞死亡。有孤立的退化細胞核遠離于明顯的壞死區(qū)3.死于免疫攻擊。4.轉移。如通過血液和淋巴系統(tǒng)擴散5.剝落。主要存在人的腫瘤，如腸道第33頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202434腫瘤細胞群的增殖動力學第34頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024357.3.2在實驗腫瘤內(nèi)測定細胞丟失實驗測量細胞丟失因子：第35頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024367.3.2在實驗腫瘤內(nèi)測定細胞丟失第36頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024377.3.2在實驗腫瘤內(nèi)測定細胞丟失實驗測量細胞丟失因子特點：肉瘤有低的細胞丟失因子值；<30%癌有高的細胞丟失因子值。>70%臨床反應：照射后，細胞產(chǎn)生減少（相同）癌可能在照射一個劑量后很快就有戲劇性的縮小；肉瘤則不會不明顯。第37頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024387.4腫瘤生長的全貌決定腫瘤生長速度的因素有三個：1.群體中增殖細胞的細胞周期時間；2.生長比例，處于增殖狀態(tài)的細胞群；3.因細胞死亡或細胞從腫瘤內(nèi)丟失所致的細胞丟失率。第38頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024397.4腫瘤生長的全貌7.4.1人體腫瘤的生長動力學7.4.2實體瘤和其對應正常組織細胞周期時間的比較第39頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202440腫瘤生長概貌膨脹性生長外生性生長浸潤性生長第40頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024417.4.1人體腫瘤的生長動力學腫瘤生長速度特點：1.同樣組織類型的腫瘤長在不同病人身上，其生長速度不同；2.同一病人身上的所有轉移炤有類似的生長速度；3.組織類型和生長速度之間有相關性；4.分化程度似乎和倍增時間有關。第41頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024427.4.1人體腫瘤的生長動力學腫瘤生長速度特點：已證實，人體腫瘤中那些有最快的平均生長速度和最高的生長比例以及細胞更新率的組織類型的腫瘤是放射最敏感的；唯一用化療能獲得治愈的是那些組織類型有高標記指數(shù)的人體腫瘤；細胞丟失高的腫瘤有利于對化療的反應，并出現(xiàn)在高標記指數(shù)的腫瘤中。第42頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024437.4.2實體瘤和其對應正常組織細胞周期時間的比較一般結論：惡性細胞的細胞周期時間明顯比它們的正常對應組織為短。例外：發(fā)生于快增殖正常組織的腫瘤，如白血病或胃腸道的腫瘤。受到照射后，結果如何？第43頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024447.4.2實體瘤和其對應正常組織細胞周期時間的比較受到照射后：1.引起腫瘤細胞繁殖周期的延長。2.正常組織的細胞周期被縮短。也存在例外第44頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202445四、腫瘤對電離輻射的反應（一）腫瘤快增殖細胞反應（二）腫瘤細胞群反應（三）腫瘤內(nèi)血管的反應（四）腫瘤的輻射劑量-效應曲線（五）照射后腫瘤組織的恢復與生長（六）電離輻射與腫瘤細胞凋亡（七）腫瘤放射敏感性及其預測第45頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202446（一）腫瘤快增殖細胞反應1.早反應組織：照射以后損傷很快便表現(xiàn)出來。如果腫瘤周圍是早反應組織，應適當延長放射治療的時間。因為治療速度過快會引起早反應組織的嚴重反應，影響療效。

2.晚反應組織：表現(xiàn)為形成廣泛的纖維化。如果腫瘤周圍是晚反應組織，則增加分次照射的次數(shù)，以得到縮短總治療時間，加速治療的目的。

放射反應的速度并不能衡量腫瘤的放射敏感性。放射反應的速度取決于①腫瘤內(nèi)克隆原性細胞的增殖動力學；②腫瘤細胞的壽命。

第46頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202447（二）腫瘤細胞群反應腫瘤細胞對電離輻射的反應的相關因素：①增殖活躍的細胞對射線敏感；②細胞周期內(nèi)不同時相放射敏感性不同；③潛在致死性損傷修復；④分次照射之間細胞的再增殖；⑤照射前生長慢的腫瘤，照射后體積退縮較慢；⑥腫瘤組織受照縮小后，可能有再生長加速現(xiàn)象；⑦受照射后腫瘤細胞恢復較慢。

第47頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202448（三）腫瘤內(nèi)血管的反應腫瘤血管生成的過程第48頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202449新生血管形成與惡性腫瘤腫瘤細胞產(chǎn)生腫瘤組織形成腫瘤細胞的轉移和浸潤原癌基因和抑癌基因突變分泌血管生長因子分泌蛋白酶水解酶第49頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202450腫瘤與血管生成的關系

腫瘤組織大于1mm3時，需要生成新的血管為其繼續(xù)增殖提供足夠的氧氣和營養(yǎng)物質，排除代謝產(chǎn)物，同時腫瘤細胞通過血管向四周組織和器官侵入，發(fā)生轉移。因此，新血管的生成是腫瘤迅速增殖和轉移的重要條件。第50頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202451放療與腫瘤血管的關系腫瘤放療時，血管分布與腫瘤細胞的乏氧和再氧合密切相關。在分次照射治療時，腫瘤增長率的降低可使以往因供求不平衡造成的乏氧細胞趨向再氧合。第51頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202452Control

2Gy×62×(2Gy+0.075Gy×2)第52頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202453（四）腫瘤的輻射劑量-效應曲線1.S形劑量-存活曲線腫瘤局部控制率的正常組織并發(fā)癥發(fā)生率與劑量的關系第53頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024542.體內(nèi)照射的劑量存活曲線第1相（A）的存活率主要與腫瘤的有氧細胞有關；第2相（B）的存活率主要與乏氧細胞有關。表明有氧細胞的輻射敏感性比乏氧細胞強。WHT/Ht小鼠的鱗狀上皮癌的存活曲線腫瘤的輻射劑量-效應曲線第54頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202455

存活率=有氧細胞存活數(shù)+

乏氧細胞存活數(shù)腫瘤中的細胞總數(shù)小劑量照射——死亡的細胞大部分是有氧細胞，乏氧細胞則死亡不多，所以存活率主要與有氧細胞的改變有關；大劑量照射——有氧細胞幾乎全部死亡，所以在此情況下，存活率主要取決于乏氧細胞的變化。腫瘤的輻射劑量-效應曲線第55頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202456（五）照射后腫瘤組織的恢復與生長①正常組織受照射后細胞增殖周期的恢復較腫瘤細胞為快。②照射后腫瘤可能有暫時的加速生長，但這種生速度比不上正常組織為填補損傷而出現(xiàn)的增殖加速。③腫瘤細胞群內(nèi)的生長比例原來就較正常組織為大，受照射損傷死亡較正常組織多，丟失比率大。第56頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202457影響放療療效的主要因素腫瘤的放射敏感性：淋巴類腫瘤,白血病,精源細胞瘤等＞鱗癌＞大多數(shù)腺癌組織的活躍性和分化程度與氧有關的因素照射劑量和照射劑量率其他人為因素的影響：射線的選擇，分次照射時間的改變，放射防護劑，熱療等照射后腫瘤組織的恢復與生長第57頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202458（六）電離輻射與腫瘤細胞凋亡細胞凋亡過程（四個階段）

a.凋亡信號轉導；

b.凋亡基因激活；

c.凋亡的執(zhí)行；

d.凋亡細胞的清除。第58頁,共74頁，2024年2月25日，星期天1.凋亡過程+受體cAMPCa2+神經(jīng)酰胺凋亡誘導因素死亡信號凋亡相關基因激活Dnase激活Caspases激活巨噬細胞吞噬分解凋亡細胞信號轉導基因激活執(zhí)行凋亡凋亡細胞清除abcd第59頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202460正常細胞凋亡細胞胸腺細胞第60頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202461CTL正在誘導腫瘤細胞凋亡CTL腫瘤細胞第61頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024622.腫瘤凋亡的異質性對輻射誘導腫瘤細胞

凋亡的影響凋亡異質性：腫瘤細胞中一部分照射后即發(fā)生凋亡，而另一部分即使給予較高的劑量也不會發(fā)生凋亡的現(xiàn)象。

第62頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202463腫瘤：三種細胞分裂增殖的細胞處于G0期的細胞：復發(fā)根源無分裂增殖能力的細胞：無害

在分次放療中隨著細胞的增殖，出現(xiàn)新的凋亡敏感群，體現(xiàn)出凋亡與細胞增殖的密切關系?？傊?，凋亡敏感群體再現(xiàn)的分子生物學機制的揭示將有助于人們調(diào)節(jié)凋亡反應，增加腫瘤放療的敏感性。

腫瘤凋亡的異質性對輻射誘導腫瘤細胞

凋亡的影響第63頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024643.氧誘導凋亡對輻射誘導凋亡的影響目的:探討不同濃度氧對放射所致腫瘤細胞凋亡的影響方法:實驗分為空氣組、高氧組及低氧組。腫瘤細胞為小鼠自發(fā)性肺腺癌細胞,接種于純系小鼠右后肢皮下，待荷瘤肢直徑達10mm時照射22Gy，檢測腫瘤細胞凋亡指數(shù)。結果:高氧可增加凋亡；低氧吸入0.5min后與空氣組相近。結論:吸入高濃度氧后改吸低濃度氧的同時合并放療的方法能夠提高腫瘤細胞放射敏感性，這一現(xiàn)象可通過其增加腫瘤細胞凋亡的方式來解釋.第64頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202465實驗結果顯示：在高濃度氧（95%）情況下所有人或鼠的腫瘤細胞系均出現(xiàn)較明顯的凋亡反應，而在低氧情況下絕大多數(shù)細胞系沒有出現(xiàn)凋亡；而且發(fā)現(xiàn)乏氧情況下腫瘤縮小較少，再生長也快。同時有c-jun、jun-D及c-fos等基因表達增強，考慮與bcl-2基因受抑制有關。氧誘導凋亡對輻射誘導凋亡的影響第65頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202466BcL-2族分子

BcL-2基因是細胞凋亡研究中最受重視的癌基因之一，其表達的蛋白質BcL-2蛋白最初發(fā)現(xiàn)于B-淋巴細胞瘤（Bcelllymphoma,BcL-2)而得名，具有抗凋亡作用。BcL-2的高表達能阻抑多種凋亡誘導因素所引發(fā)的細胞凋亡。如射線、糖皮質激素、熱休克、多種化療藥物。第66頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202467

小鼠全身照射后胸腺細胞凋亡相關基因蛋白表達水平的變化蛋白分子0.075Gy2Gy峰值/低谷(h)峰值/低谷(h)p53a29.8(24)**129.1(12)*60.0(12)*233.3(12)**125.2(48)37.4(24)**63.3(24)*53.9(12)**194.0(8)**83.8(24)*140.0(12)**81.1(12)*16.1(48)**455.7(24)**149.9(48)**153.4(24)**Bcl-2BaxBcl-2/Bax比值Bcl-XLBadFasLGadd45注：表內(nèi)數(shù)值為相當于假照射對照的％，n=4~5；與對照比較*P<0.05，**P<0.01；第67頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.202468（七）腫瘤放射敏感性及其預測1.腫瘤放射敏感性2.影響人體腫瘤放射敏感性的因素

（1）增殖動力學的差異（2）克隆源性細胞比例的變化（3）細胞內(nèi)在放射敏感性（4）宿主和腫瘤之間的關系3.放射敏感性的預測

（1）腫瘤放射敏感性的預測方法（2）正常組織放射敏感性的檢測第68頁,共74頁，2024年2月25日，星期天02.04.2024691.腫瘤放射敏感性放射感敏性腫瘤種類高敏感性腫瘤白血病、淋巴瘤、霍奇金病、骨髓瘤、髓母細胞瘤、精原細胞瘤、橫紋肌肉