醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)：第九章 腫瘤遺傳學(xué)

1、第九章 腫瘤遺傳學(xué)Cancer（Tumor）Genetics教學(xué)目標(biāo) 了解：腫瘤遺傳學(xué)研究進(jìn)展理解：1.遺傳性惡性腫瘤 2.惡性腫瘤的遺傳易感性 3.染色體畸變與腫瘤的關(guān)系 4.二突變學(xué) 5.癌基因的功能掌握：癌基因、抑癌基因的概念本章節(jié)重點(diǎn)及難點(diǎn)癌基因和抑癌基因的概念二次突變學(xué)說(shuō)癌基因的功能惡性腫瘤: 人類(lèi)死亡的第一或第二元兇現(xiàn)代醫(yī)學(xué)面臨的重要挑戰(zhàn)之一 兒童腫瘤發(fā)病率在逐漸升高。在5-10歲兒童中，惡性腫瘤在造成死亡病種中排名第一位 提高腫瘤防治水平和尋找治療腫瘤的新方法已成為科學(xué)家和臨床醫(yī)學(xué)家所面臨的最大挑戰(zhàn) 腫瘤的定義（P138）： 泛指由一群生長(zhǎng)失去正常調(diào)控的細(xì)胞形成的新生物(neop

2、lasm)，分為良性腫瘤(benign tumor)和惡性腫瘤(malignant tumor)，惡性腫瘤又稱(chēng)為癌癥(cancer) 腫瘤細(xì)胞是一個(gè)累積了不同基因突變的體細(xì)胞，這些突變共同導(dǎo)致了細(xì)胞增殖的失控，結(jié)果形成大量細(xì)胞的集合腫瘤腫瘤(tumor)Carcinoma85%癌Sarcoma 2%肉瘤Leukemia 3%白血病良性惡性癌癥(cancer)lymphoma5%淋巴瘤腫瘤遺傳學(xué)（Cancer Genetics) 應(yīng)用遺傳學(xué)的基本原理、方法，從遺傳方式、遺傳流行病學(xué)、細(xì)胞遺傳和分子遺傳學(xué)等不同的角度探討腫瘤發(fā)生與遺傳的關(guān)系及腫瘤防治的新途徑種族分布差異家族聚集現(xiàn)象遺傳缺陷遺傳因素

3、流行病學(xué)分析家系分析細(xì)胞遺傳學(xué)研究分子遺傳學(xué)研究染色體水平分子/基因水平OUTLINE43基因突變與腫瘤2腫瘤發(fā)生的遺傳學(xué)理論染色體異常與腫瘤腫瘤的遺傳因素1家族性癌 (familial carcinoma) 一個(gè)家族中多個(gè)成員患有同一種遺傳性惡性腫瘤 腫瘤的遺傳現(xiàn)象癌家族（Cancer family） 癌家族 (cancer family) 某些癌癥具有家族性聚集傾向，表現(xiàn)為一個(gè)家系幾代人多個(gè)成員、同一或不同器官的惡性腫瘤 常見(jiàn)腫瘤如乳腺癌、結(jié)直腸癌、肺癌、胃癌等發(fā)生，一級(jí)親屬再發(fā)風(fēng)險(xiǎn)高于一般群體310倍腫瘤發(fā)生率高；發(fā)病年齡早腫瘤有多發(fā)性結(jié)腸癌發(fā)病率高，其次是子宮內(nèi)膜癌符合常染色體顯性遺傳

4、特點(diǎn)特點(diǎn)Lynch癌家族綜合征1913年WarthinLi-Fraumeni綜合征（LFS）具有惡變傾向的癌前病變（多發(fā)性、良性）Li-Fraumeni綜合征（LFS）：易發(fā)軟組織腫瘤、乳腺癌、腦瘤遺傳基礎(chǔ)：P53基因生殖細(xì)胞突變遺傳易感基因遺傳性惡性腫瘤 少數(shù)來(lái)源于神經(jīng)或胚胎組織的腫瘤為遺傳性腫瘤。這些腫瘤按常染色體顯性遺傳方式遺傳，常為雙側(cè)性或多發(fā)性，發(fā)病早于散發(fā)型病例視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤遺傳性惡性腫瘤特點(diǎn)來(lái)源于神經(jīng)或胚胎組織這些腫瘤按常染色體顯性遺傳常為雙側(cè)性或多發(fā)性發(fā)病早于散發(fā)型病例發(fā)病率：約1/210001/10000臨床表現(xiàn)：早期為眼底灰白色腫塊，多無(wú)自覺(jué)癥狀， 以后腫瘤長(zhǎng)入玻璃體，使瞳

5、孔呈黃色光 反射時(shí)，才容易被發(fā)現(xiàn)，稱(chēng)為“貓眼” 視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(Retinoblastoma，RB)貓眼遺傳型多為雙側(cè)發(fā)病，發(fā)病 早，有家族史非遺傳型多為單側(cè)發(fā)病，且 在2歲以后才發(fā)病發(fā) 病 率： 1/10000的嬰幼兒惡性胚胎腫瘤臨床表現(xiàn)：患者腹部有無(wú)癥狀的腫塊。3/4 的腫瘤 發(fā) 生在4歲以前，90%在20歲前發(fā)生腎母細(xì)胞瘤( Wilms) 伴有無(wú)虹，泌尿生殖道畸形智力低下該綜合征患者有11號(hào)染色體短臂的中間缺失del(11)(p13)11p13位點(diǎn)載有腫瘤抑制基因腎母細(xì)胞瘤( Wilms)OUTLINE43基因突變與腫瘤2腫瘤發(fā)生的遺傳學(xué)理論染色體異常與腫瘤腫瘤的遺傳因素1腫瘤發(fā)生的單克

6、隆起源假說(shuō) 腫瘤發(fā)生的遺傳學(xué)理論腫瘤發(fā)生的單克隆起源假說(shuō) 腫瘤細(xì)胞是由單個(gè)突變細(xì)胞增殖而成的，也就是說(shuō)腫瘤是突變細(xì)胞的單克隆增殖細(xì)胞群體細(xì)胞突變(somatic mutation)克隆選擇(clonal selection)模式 同一腫瘤的每個(gè)細(xì)胞具有共同的染色體特點(diǎn) 經(jīng)分裂、增殖而成的克隆 同一突變細(xì)胞 但由于各種因素影響，克隆癌細(xì)胞核型有不同變化 克隆演化（clone evolution) 主導(dǎo)克隆- 干系(stem line)-眾數(shù)(modal number) 非主導(dǎo)克隆- 旁系(side line)腫瘤發(fā)生的遺傳學(xué)理論腫瘤發(fā)生的遺傳學(xué)理論腫瘤發(fā)生的單克隆起源假說(shuō) 致癌因子 促癌因素 細(xì)

7、胞 突變 細(xì)胞轉(zhuǎn)化 癌細(xì)胞 克隆 證據(jù)： 特異性標(biāo)記染色體 G6PD活性的檢測(cè) 同是一種腫瘤,為什么既有遺傳型又有散發(fā)型?發(fā)病年齡又不同呢?1971年Knudson為解釋家族性(遺傳型)視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤提出二次突變學(xué)說(shuō)(two hit theory), 解釋這種現(xiàn)象問(wèn)題？腫瘤發(fā)生的單克隆起源假說(shuō) 腫瘤發(fā)生的遺傳學(xué)理論二次突變假說(shuō)（two-hit hypothesis） 二次突變假說(shuō)（two-hit hypothesis） 二次突變假說(shuō)認(rèn)為遺傳性視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤家族連續(xù)傳遞時(shí)，已經(jīng)攜帶了一個(gè)生殖細(xì)胞系的突變，此時(shí)若在體細(xì)胞（如視網(wǎng)膜細(xì)胞）內(nèi)再發(fā)生一次體細(xì)胞突變，即產(chǎn)生腫瘤，這種事件較易發(fā)生，所以發(fā)病

8、年齡較早；而散發(fā)性的視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤是由于一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的兩次體細(xì)胞突變而產(chǎn)生的，發(fā)生率較低或不易發(fā)生，所以發(fā)病年齡一般較晚 遺傳性腫瘤與散發(fā)性腫瘤的比較及二次突變假說(shuō)的解釋 惡性腫瘤的發(fā)生需經(jīng)兩次以上的突變 答案遺傳性病例中，第一次突變發(fā)生于生殖細(xì)胞，結(jié)果個(gè)體每一個(gè)細(xì)胞均帶有一個(gè)突變，成為突變的雜合子。在此基礎(chǔ)上發(fā)生的第二次突變是體細(xì)胞突變 兩次突變累加，即可完成始動(dòng)（initiation),從良性細(xì)胞變成惡性細(xì)胞。惡性細(xì)胞在一定條件下，形成增殖優(yōu)勢(shì)，即可完成促進(jìn)階段,形成惡性細(xì)胞克隆。因此，遺傳型病例常為雙側(cè)或多發(fā)且發(fā)病較早正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為惡性細(xì)胞需要兩次以上的突變事件的發(fā)生 正常人約有1014個(gè)

9、細(xì)胞，在人的整個(gè)一生中約進(jìn)行1016次細(xì)胞分裂，人體的自發(fā)突變頻率約為1.410-10，實(shí)際上加上輻射和自然界普遍存在的致突變劑的影響，突變頻率要遠(yuǎn)高于這個(gè)數(shù)值。如果單個(gè)突變可以致癌，僅據(jù)自發(fā)突變率計(jì)算，人一生中大約有28細(xì)胞將癌變，那么癌癥將是日常事件答案 在非遺傳性病例中，兩次突變都是體細(xì)胞突變，而且必須在同一個(gè)體細(xì)胞中兩次發(fā)生獨(dú)立才能完成始動(dòng)的過(guò)程。這種機(jī)會(huì)比較少，需要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)過(guò)程的積累 因此非遺傳性腫瘤多為單發(fā)，且發(fā)病較晚 惡性腫瘤的發(fā)生需經(jīng)兩次以上的突變 答案兩次打擊（two hit）學(xué)說(shuō)：連續(xù)兩次基因突變使正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為癌細(xì)胞。生殖細(xì)胞突變+體細(xì)胞突變 遺傳性腫瘤正常體細(xì)胞兩次突變

10、 散發(fā)性腫瘤總結(jié)腫瘤發(fā)生的二次突變假說(shuō) 遺傳性腫瘤非遺傳性腫瘤受精卵 一次突變體細(xì)胞 二次突變體細(xì)胞 惡性增殖細(xì)胞受精卵 體細(xì)胞 一次突變體細(xì)胞 二次突變體細(xì)胞 惡性增殖細(xì)胞腫瘤發(fā)生的單克隆起源假說(shuō) 腫瘤發(fā)生的遺傳學(xué)理論二次突變假說(shuō)（two-hit hypothesis）腫瘤發(fā)生的多步驟遺傳損傷學(xué)說(shuō)腫瘤發(fā)生的多步驟遺傳損傷學(xué)說(shuō)細(xì)胞增殖異常干細(xì)胞化 正常細(xì)胞 細(xì)胞克隆性擴(kuò)增良性腫瘤形成 致癌因素啟動(dòng)期促進(jìn)期促癌因素惡性腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移 惡性腫瘤形成 進(jìn)展期轉(zhuǎn)移期多因素、多步驟遺傳性癌前病變 一些單基因遺傳的疾病和綜合征中，有不同程度的惡性腫瘤傾向，稱(chēng)為癌前病變（precancerous lesio

11、n)。其遺傳方式大部分為常染色體顯性家族性結(jié)腸息肉綜合征 特 征： 為病變局限于結(jié)腸和直腸，息肉為腺瘤 性，數(shù)目可多可少，十幾歲時(shí)即可能開(kāi) 始惡變?yōu)橄侔?0歲前多惡變?yōu)榘?致病基因：APC是一種抑癌基因,位于5q21-q22， 在其有雜合性缺失的基礎(chǔ)上，又經(jīng)癌基因 KRAS2、抑癌基因DCC、p53等的多步 變化，才形成結(jié)腸腺癌家族性結(jié)腸息肉綜合征X線(xiàn)檢查家族性結(jié)腸息肉綜合征病理檢查Familial Polyposis Coli, FPC 神經(jīng)纖維瘤 Have you heard of the Elephant Man? This is a famous story: Joseph Merr

12、ick, also known as The Elephant Man, was born with severe physical deformities and lived as a circus sideshow attraction in 19th-century EnglandNeurofibromatosis, NF 臨床特征： 患者的皮膚有牛奶 咖啡斑和纖維瘤樣皮膚 主要分布于軀干3% 15% 可惡變?yōu)槔w維瘤鱗 癌和神經(jīng)纖維肉瘤致病基因：NF位于11q11.2抑癌 基因，其產(chǎn)物有特異的抑 制RAS癌基因的作用遺傳特征：常染色體顯性遺傳Neurofibromatosis, NF 牛

13、奶咖啡斑纖維瘤樣皮膚Neurofibromatosis, NF遺傳性癌前病變 一些單基因遺傳的疾病有不同程度的惡性腫瘤傾向，稱(chēng)為癌前病變 遺傳方式大部分為常染色體顯性同卵雙生子發(fā)病一致率研究77對(duì)白血病患者雙生子調(diào)查 同卵雙生者發(fā)病一致率高 遺傳因素20對(duì)同卵雙生子發(fā)病部位調(diào)查 患者患同一部位的同樣腫瘤 遺傳因素 腫瘤發(fā)生率的種族差異不同種族中某些腫瘤發(fā)病率有明顯差異例如鼻咽癌 中國(guó)人 馬來(lái)人 印度人 13.3 : 3 : 0.4 移居到美國(guó)的華人比美國(guó)人高34倍松果體瘤 日本比其他民族高10余倍 種族差異主要是遺傳差異所致，在腫瘤發(fā)生中也起作用OUTLINE43基因突變與腫瘤2腫瘤發(fā)生的遺傳

14、學(xué)理論染色體異常與腫瘤腫瘤的遺傳因素1癌基因和抑癌基因 腫瘤發(fā)生的分子基礎(chǔ)1910年 Rous 發(fā)現(xiàn)雞肉瘤病毒(RSV病毒）1963年 Dubeco 發(fā)現(xiàn)病毒感染可使正常細(xì)胞惡變?yōu)榘?970年 Martin發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化與RSV基因組中的 一個(gè)特定基因Src相關(guān)，命名為V-Src1976年 Bishop證明正常細(xì)胞中存在與V-Src同源序列 細(xì)胞癌基因c-oncogeng或原癌基因80年代初 Weinberg 等幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)證明 人體細(xì)胞中的癌基因H-ras現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)100多種的oncs癌基因的發(fā)現(xiàn)原癌基因（proto-oncogene） 正常細(xì)胞內(nèi)存在的、 參與細(xì)胞生長(zhǎng)分化并具有

15、使細(xì)胞癌變潛能的基因癌基因（oncogene） 使細(xì)胞發(fā)生癌變、引起細(xì)胞無(wú)限增殖和惡性轉(zhuǎn)化的基因。 在腫瘤細(xì)胞中原癌基因往往被激活，處于活躍表達(dá)的狀態(tài)病毒癌基因是存在于腫瘤病毒基因組中、使靶細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化的基因正常細(xì)胞內(nèi)存在與病毒癌基因同源的基因,稱(chēng)為細(xì)胞癌基因序列上高度同源c-onc有內(nèi)含子，v-onc無(wú)內(nèi)含子v-onc有致癌能力，c-onc無(wú)，但突變后可能致癌 病毒癌基因和細(xì)胞癌基因之間的聯(lián)系癌基因的理解細(xì)胞癌基因是細(xì)胞正常生長(zhǎng)、分化所必需的在發(fā)育過(guò)程中的一定時(shí)間、一定組織中定量的表達(dá)產(chǎn)生生命活動(dòng)中所必需的蛋白質(zhì)，促進(jìn)某些生命過(guò)程的進(jìn)行，使生長(zhǎng)發(fā)育得以實(shí)現(xiàn)在機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程完成后多處于關(guān)

16、閉狀態(tài)一旦在錯(cuò)誤的時(shí)間，不恰當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，不適量表達(dá)即可能導(dǎo)致細(xì)胞無(wú)限制的增長(zhǎng)而趨于惡性轉(zhuǎn)化3T3 cells癌基因的功能和分類(lèi)依其編碼產(chǎn)物（分布于細(xì)胞的不同部位）功能分類(lèi) 生長(zhǎng)因子： PDGF 生長(zhǎng)因子受體： erbB1，EGFR 信號(hào)傳遞因子：src、Ras 核轉(zhuǎn)錄因子：myc， fos， jun等 細(xì)胞周期素、CDK網(wǎng)絡(luò)成分和激酶抑制子生長(zhǎng)因子生長(zhǎng)因子受體信號(hào)傳遞分子轉(zhuǎn)錄因子細(xì)胞癌基因的功能癌基因的激活機(jī)制 細(xì)胞中原癌基因可以通過(guò)一些機(jī)制被激活導(dǎo)致基因表達(dá)或過(guò)表達(dá),從而使細(xì)胞癌變點(diǎn)突變?nèi)旧w易位或重排基因擴(kuò)增啟動(dòng)子插入激活Mechanisms of Oncogene Activation OR

17、FRSProto-oncogeneORFRSORFRSORFRSmutationamplificationORFRSRSRe-arrangement癌基因的激活Point mutationMechanisms of Oncogene Activation 癌基因的激活deletionMechanisms of Oncogene Activation 癌基因的激活insersionMechanisms of Oncogene Activation 癌基因的激活Partial karyotypes of trypsin-Giemsa-banded metaphase cells depicting

18、 nonrandom chromosomal rearrangements observed in lymphoid malignant diseases. t(4;11)(q21;q23) in ALLt(1;19)(q21;p13) in pre-B cell ALLinv(14)9q11q32) in T-cell leukemia/lymphomat(8;14)(q24;q11) in T-cell leukemia/lymphomat(14;18)(q32;q21) in B-cell NHL8q24 :MYC gene18q21: BCL2癌基因的激活腫瘤抑制基因/抑癌基因Tumo

19、r Suppressor Gene TSG 正常細(xì)胞中存在的一類(lèi)調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)增殖分化的基因，具有抑制腫瘤細(xì)胞增殖作用與原癌基因區(qū)別：原癌基因是顯性基因；腫瘤抑制基因的突變，則是隱性的。腫瘤抑制基因/抑癌基因Tumor Suppressor Gene ，TSG一個(gè)腫瘤抑制等位基因發(fā)生突變，不會(huì)發(fā)生致癌效應(yīng)只有當(dāng)其一對(duì)基因拷貝失活、喪失功能后，形成隱性狀態(tài)才失去抑制腫瘤發(fā)生的作用，故亦稱(chēng)隱性癌基因TSG研究的途徑（發(fā)現(xiàn)TSG的方法和證據(jù)）細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)克隆第一個(gè)TSG-RB1雜合性丟失(Loss of heterozygosity, LOH）罕見(jiàn)家族性癌綜合征研究OUTLINE43基因突變與腫瘤2腫

20、瘤發(fā)生的遺傳學(xué)理論染色體異常與腫瘤腫瘤的遺傳因素1 染色體異常是癌細(xì)胞遺傳學(xué)的基本特征，細(xì) 胞內(nèi)染色體的不穩(wěn)定是產(chǎn)生腫瘤的根本原因 Boveri 1914數(shù)目異常結(jié)構(gòu)異常腫瘤的染色體異常腫瘤染色體數(shù)目異常 超二倍體 （染色體46條) 非整倍體 亞二倍體 （染色體46條） 三倍體 多倍體 四倍體 數(shù)目變化并不反映惡性程度食管癌染色體異常肺癌染色體異常腫瘤染色體數(shù)目異常腫瘤染色體結(jié)構(gòu)異常染色體斷裂、重排形成的結(jié)構(gòu)異常的染色體經(jīng)常出現(xiàn)于某一種腫瘤細(xì)胞中，則稱(chēng)之為標(biāo)記染色體染色體結(jié)構(gòu)異常易位、缺失，引起癌基因的激活和抑癌基因的失活，這是癌癥發(fā)生的重要分子基礎(chǔ)1960年首先在美國(guó)費(fèi)城的CML患者骨髓和外

21、周血淋巴細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)一個(gè)很小的近端著絲粒染色體，小于G組染色體。被稱(chēng)為Ph 染色體。 原因：t（9；22）（q34；q11）易位 結(jié)果導(dǎo)致9q+和22q-（ Ph1）Ph 染色體慢性粒細(xì)胞性白血?。–ML）t（9；22）（q34；q11） 9q+和22q-（ Ph1）（95%）腫瘤病人染色體核型分析作為CML診斷依據(jù)，約95%的CML病例中存 在Ph 染色體用于預(yù)后判斷 Ph陰性CML對(duì)治療反應(yīng)差 預(yù)后不佳用于早期診斷 Ph1染色體先于臨床癥狀 出現(xiàn)腫瘤染色體結(jié)構(gòu)異常Ph 染色體臨床意義BL是一種高度侵襲性的淋巴瘤，常發(fā)生在結(jié)外或表現(xiàn)為急性白血病形式，腫瘤由細(xì)胞單一，中等大小的B細(xì)胞組成，胞漿

22、嗜堿性、核分裂像多見(jiàn)。常有MYC基因的異位，部分病例有EBV感染。（BL）患者的特異性標(biāo)記染色體，在75%的BL患者中存在14q+ t（8；14）（q24；q32） 8q- 和14q+腫瘤染色體結(jié)構(gòu)異常Burkitt淋巴瘤染色體易位 8q24 轉(zhuǎn)移至14q32 myc與IgH 結(jié)合 BCR1（22q11） ABL（9q34） 易位 癌基因激活 融合基因 腫瘤染色體結(jié)構(gòu)異常染色體結(jié)構(gòu)異常的結(jié)果主要以染色體片段的缺失為主肺癌（小細(xì)胞肺癌、肺腺癌、肺鱗癌）常有3號(hào)染色體短臂的缺失,del(3)(p14p23)視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤13號(hào)染色體長(zhǎng)臂的缺失，del（13）（q14）腫瘤染色體結(jié)構(gòu)異常實(shí)體瘤的染色體缺失 染色體異常在腫瘤發(fā)生中作用染色體異常可以導(dǎo)致基因表達(dá)異常，進(jìn)而引起細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)變一般而言，原發(fā)的染色體異常是致癌因素直接作用的結(jié)果；而繼發(fā)染色體改變則是細(xì)胞癌變過(guò)程中細(xì)胞分裂紊亂的產(chǎn)物，可擴(kuò)大原發(fā)性改變的效應(yīng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)變?nèi)旧w不