癌與基因表達課件

11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達第十二章癌與基因表達癌癥是致人死亡的主要原因之一

現(xiàn)在癌癥發(fā)病率越來越高。根據世界衛(wèi)生組織針對全球癌癥狀況所作的一份報告，到2020年全球癌癥患病率可能會增加50%。報告說，癌癥病例增加的最主要原因是由抽煙引起的。抽煙不但導致肺癌，也影響膀胱癌、胃癌和腎癌等其它癌癥的生長。在發(fā)展中國家，23%的癌癥是由于感染疾病，例如B型和C型肝炎和乳頭瘤等病毒所導致的。較為完善的體檢和疫苗項目將可以改善染病的情況。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達中國的癌癥發(fā)病率迅速上升

中國癌癥的發(fā)病率正在顯著增加，目前已成為僅次于冠心病的第二位死因，癌癥的模式也在西方化。在中國，對癌癥實施預防控制迫在眉睫。有資料顯示，1991年至2000年，我國腫瘤總死亡水平上升了31％，其中肺癌、肝癌和乳腺癌分別上升了56％、40％和38％。從1996年起，肺癌取代了胃癌成為癌癥中第一位死因。目前，我國人群主要癌癥發(fā)生部位依次為肺、肝、胃、食道、乳腺、結腸/直腸等。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達生活方式影響人的健康

發(fā)生這些變化的原因是，隨著國民經濟的快速發(fā)展，人們的生活方式發(fā)生了改變，包括吸煙和飲酒的增加、膳食改變和身體活動減少。而要維持傳統(tǒng)的以植物性食品為主的膳食結構及重新增加身體活動，對于正在不斷提高收入和改善生活的中國人來說，是一個巨大的挑戰(zhàn)。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達預防癌癥必須注意生活方式

如果想預防癌癥，就要采取一定的措施，改變不良生活習慣。如不吸煙，不飲酒，少吃腌制、熏制、燒焦燒糊、發(fā)霉變質的食物，注意飲食結構，避免肥胖，這樣患癌的可能性就會大大減少。大約有三分之一的癌癥死亡可以用實際可行的膳食方法避免。

11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達癌是細胞分裂失控所致

腫瘤和癌是不受控制的細胞分裂的結果。通常細胞分裂受一個細胞外生長因子家族的調節(jié)，這些細胞外生長因子是蛋白質，它們引起靜止的細胞分裂，在某些情況下使細胞分化。如果生長因子的合成、調節(jié)或識別有了缺陷，就會致癌。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達腫瘤的分類

腫瘤=良性腫瘤+惡性腫瘤（癌癥）惡性腫瘤（癌癥）=癌+肉瘤+癌肉瘤如果惡性腫瘤是上皮組織來源的，則在上皮名稱后面加一“癌”字。如果是間葉組織來源的，則被稱為肉瘤。如果一惡性腫瘤既有癌的成分，又有肉瘤成分，則被稱為癌肉瘤。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達癌癥為什么會導致人死亡？

主要原因有兩方面：其一，癌細胞在形成的過程中，增殖的癌細胞需要消耗人體大量的營養(yǎng)物質，破壞了人體的免疫力、抵抗力。其二，由于病變發(fā)生的臟腑部位器官不同，病變發(fā)生在哪個臟腑或器官，就破壞哪個臟腑器官的本身功能。于是就出現(xiàn)了疼痛，下咽困難、嘔吐、不思飲食、脹滿、咳嗽、出血、積水、腹水、發(fā)燒、大小便失常、出汗、下墜感、骨壞死等癥狀，出現(xiàn)臟腑功能退化、紊亂失調的現(xiàn)象。癌癥即破壞了人體本身的臟腑功能，又破壞了人體的免疫功能，使人體陰陽失去平衡，導致臟腑功能衰竭，從而致人死亡。

11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達一、癌是基因突變的結果

通過比較癌細胞和正常細胞，我們能夠分辨出因突變改變了的基因。這些對癌的發(fā)生有直接作用的基因可以分為癌基因（oncogenes，突變活化了一個基因，導致腫瘤狀態(tài)）和抑癌基因（tumorsuppressors）（突變滅活了一個基因，這種基因的功能是拮抗腫瘤狀態(tài)）。在大多數(shù)情況下，癌發(fā)生是因為在一個體細胞中積累了一系列突變，活化了癌基因或滅活了抑癌基因。

基因與癌的關系11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達基因與癌的關系

另外，對癌的易感性還受許多其它位點的影響，這些位點一般稱為腫瘤修飾基因。這些位點的產物直接或間接影響癌基因或抑癌基因的功能，但它們本身并沒有任何直接的效應。

11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達原癌基因

原癌基因（proto-oncogenes）編碼生長調節(jié)蛋白。染色體重排、化學試劑和輻射都能夠引起突變，使原癌基因變成癌基因。產生癌基因的突變一般是顯性的，如果一對染色體中有一個含有缺陷基因，這個基因的產物發(fā)出“分裂”的信號，就會產生腫瘤。癌基因缺陷可以是涉及“分裂”信號傳遞的任何蛋白質。我們知道的癌基因編碼分泌蛋白、生長因子、跨膜蛋白（受體）、細胞質蛋白（G蛋白和蛋白激酶）和控制細胞分裂必需基因表達的核轉錄因子（Jun，F(xiàn)os）。已經鑒別出了約100個癌基因。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達癌基因舉例(erbB)

有些癌基因編碼有缺陷的或失去了信號分子結合位點的受體，導致它們內在的Tyr激酶活性不受調節(jié)。例如，蛋白質ErbB（突變的EGFR）和正常的表皮生長因子（EGF）受體（EGFR）基本上是一樣的，但ErbB缺少結合EGF的氨基端結構域，結果不管有無EGF，ErbB都發(fā)出“分裂”信號。與受體Tyr激酶相關的ErbB的基因erbB2突變，通常與乳腺癌、胃癌和卵巢腺上皮癌相關。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達EGFR與ErbB的差異11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達癌基因舉例(ras）

G蛋白Ras的突變形式是腫瘤細胞中常見的。ras癌基因編碼一個蛋白，此蛋白能正常結合GTP，但沒有GTP酶活性。因此突變的Ras蛋白總是處于活性形式（GTP結合），而不管是否有信號到來，結果是不受調節(jié)的生長。ras突變與30%~50%的肺癌和結腸癌及超過90%的胰腺癌相關。鈣及肌醇三磷酸途徑DAG：二酯酰甘油PS：磷脂酰絲氨酸11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達抑癌基因

抑癌基因編碼在正常情況下抑制細胞分裂的蛋白質。一個或更多個這些基因突變會導致腫瘤形成。與癌基因不同，由于缺陷的抑癌基因導致的不受調節(jié)的生長，在遺傳上是隱性的，只有一對染色體上都含缺陷基因才會發(fā)生腫瘤。當一個人通過遺傳獲得了一個正常的拷貝和一個缺陷的拷貝，他的每一個細胞都有一個缺陷的基因拷貝。如果他的1012個體細胞中的任何一個的正?？截惏l(fā)生突變，就可能由這個雙突變細胞形成腫瘤。pRb，p53或p21這些基因的雙拷貝突變的細胞，失去對細胞分裂的正常抑制，形成腫瘤。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達抑癌基因舉例（Rb)

Rb基因即成視網膜細胞瘤基因，Rb基因的蛋白質產物是多種轉錄因子的抑制劑，RB蛋白可控制驅使細胞進入分裂過程的重要基因表達。成視網膜細胞瘤發(fā)生于有兩個缺陷的Rb等位基因的兒童?；加谐梢暰W膜細胞瘤的幼童通常雙眼有多個腫瘤。每一個腫瘤來自于單個視網膜細胞，這個細胞的Rb基因正常拷貝發(fā)生了突變（兩個等位基因都突變的胎兒不能存活）。成視網膜細胞瘤患者也有很高的肺癌、前列腺癌和乳腺癌發(fā)病率。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達抑癌基因的兩個正常拷貝先后發(fā)生突變致癌

罕見的事件是一個具有兩個正?？截惖娜耍谕粋€細胞里同一基因的兩個正?？截惛髯元毩⒌匕l(fā)生了突變，但這種情況確實會發(fā)生。有些人在童年后期發(fā)生成視網膜細胞瘤，通常只在一只眼睛里有一個腫瘤。推測這些人出生時每一個細胞里都擁有兩個正常拷貝，但是在一個視網膜細胞里兩個Rb基因都發(fā)生了突變，導致腫瘤形成。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達抑癌基因舉例（p53)

p53是一種腫瘤抑制基因。由這種基因編碼的蛋白質是一種轉錄因子，它控制著細胞分裂周期的啟動。如果這個細胞受損，又不能得到修復，則p53蛋白將參與啟動細胞凋亡過程，使這個細胞在細胞凋亡（apoptosis）中死去。有p53缺陷的細胞沒有這種控制，甚至在不利條件下繼續(xù)分裂。p53蛋白會判斷DNA變異的程度，如果變異較小，這種基因就促使細胞自我修復，若DNA變異較大，p53蛋白就誘導細胞凋亡。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達抑癌基因舉例（p53)

p53基因突變也會引起腫瘤，在超過90%的人類皮膚鱗狀上皮細胞癌（皮膚癌）和約50%的其它人類癌癥中，p53有缺陷。很罕見的遺傳了一個缺陷的p53拷貝的人通常有Li-Fraumeni癌綜合征，幼年時高頻率地發(fā)生多種癌癥，包括乳腺癌、腦癌、骨癌、血癌、肺癌和皮膚癌。對此的解釋和對Rb突變相同：出生時每一個體細胞攜帶了一個缺陷p53基因的人，在他的一生中很可能在不止一個細胞中遭受第二個p53基因突變。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達癌癥是突變積累的結果

癌基因和抑癌基因突變并不是全或無的效應。在某些癌中，也許是在所有的癌中，從一個正常細胞到惡性腫瘤的發(fā)展中，需要突變的積累（有時經過幾十年），沒有哪一個突變可以單獨造成最終結果。估計產生癌癥需要發(fā)生4～10個隨機的事件。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達癌癥發(fā)病率與年齡的關系11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達結直腸癌

結直腸癌（colorectalcancer）的發(fā)展有幾個可識別的階段，每一個階段都與突變有關。如果一個正常結腸上皮細胞的抑癌基因APC（adenomatouspolyposiscoli）兩個拷貝都突變，它開始比正常時分裂更快，產生自身的一個克隆，形成良性的息肉（早期的腺瘤）。由于尚不清楚的原因，APC突變導致染色體不穩(wěn)定；在細胞分裂期間，染色體整段丟失或重排。這種不穩(wěn)定可以導致另一個突變，通常是ras發(fā)生突變，這使得克隆轉變成中期腺瘤。第三個突變（可能發(fā)生在抑癌基因DCC）導致晚期腺瘤。只有當p53的兩個拷貝都成為缺陷型的，這個細胞團才變成癌，惡性的、威脅生命的癌。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達導致結直腸癌的基因突變過程正常結直腸表皮早期腺瘤中期腺瘤晚期腺瘤結直腸癌浸潤性癌轉移性癌11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達導致結直腸癌的基因突變過程

因此，整個過程（最終導致癌癥）至少需要七個遺傳學的“巧合”：三個抑癌基因（APC，DCC，和p53）中的每一個有兩個（形成雙突變），原癌基因ras有一個。也可能有別的途徑導致結直腸癌，但是完全惡變來自多個突變的原理可能是相同的。當在早期腺瘤階段檢查到了息肉，含有第一個突變的細胞被手術除去，就不會發(fā)展到晚期腺瘤和癌。因此，早期檢查非常重要。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達二、導致基因突變的原因物理因素：輻射化學因素：致癌物質生物因素：病毒感染11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達致癌物質黃曲霉素對DNA的修飾作用與細胞色素P450相偶聯(lián)的氧化反應黃曲霉素黃曲霉素-2,3-環(huán)氧化物致癌因子與DNA中的鳥嘌呤殘基結合11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達增變基因

增變基因（mutator）是一種突變的基因，它增加突變的基礎水平，這些基因常常編碼涉及DNA損傷修復的蛋白質。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達增變基因突變對突變率的影響11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達三、癌細胞的培養(yǎng)特性

用來自腫瘤的細胞進行培養(yǎng)，與正常細胞相比，某些培養(yǎng)性質或所有培養(yǎng)性質發(fā)生了變化。它們被稱為轉化。轉化細胞的生長受到的限制少得多。它減少了血清依賴，不需要附著到固體表面（所以細胞“聚集”而不是鋪開），細胞堆積成一團（稱為轉化灶）而不是長成表面單層。而且，當把這些細胞注射到試驗動物體內時，可以形成腫瘤。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達培養(yǎng)的“正?！焙娃D化的成纖維細胞在常規(guī)顯微鏡下的照片11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達培養(yǎng)的“正?！焙娃D化的成纖維細胞在掃描電子顯微鏡下的照片11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達正常細胞和轉化細胞的培養(yǎng)特性

為了弄清發(fā)生了什么異常事件使得細胞能夠繞過正常的控制成為腫瘤，我們需要比較正常細胞和轉化細胞在體外的生長特性。轉化細胞能夠迅速生長，但相應的正常細胞生長要困難得多。當從脊椎動物體內取出細胞進行培養(yǎng)時，它們分裂幾次，但隨后就進入衰老階段，生長停止。接著進入危機期，這時大多數(shù)細胞死亡。在這之前分裂的次數(shù)有時稱為Hayflick限制，因為是Hayflick發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達正常細胞和轉化細胞的培養(yǎng)特性

渡過危機期的幸存細胞能夠獨立地分裂，但它們的性質在渡過危機期時發(fā)生了變化。這包括獲得無限增殖（永生）能力的過程。危機期的特征依賴于物種和組織。典型的小鼠細胞約12代通過危機期。人細胞約40代進入危機期，雖然人細胞很少能渡過危機期，只有某些類型的人細胞能夠渡過危機期。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達正常細胞的培養(yǎng)特性貼壁依賴——細胞需要附著到固體或堅固的表面。血清依賴（也叫生長因子依賴）——需要血清提供必要的生長因子。密度依賴抑制——細胞僅僅生長到有限的密度，也許是因為細胞間的接觸，生長被抑制。細胞骨架組織——細胞是扁平的，在生長的表面鋪開，有伸長的應力纖維網架（由機動蛋白纖絲組成）。這些性質的后果是細胞在培養(yǎng)基上生長成一單層（即一個細胞厚的一層）。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達永生細胞和轉化細胞的培養(yǎng)特性永生細胞（immortalizedcells）獲得了無限分裂的能力，它們通常有染色體的變化以適應在培養(yǎng)條件下生長，培養(yǎng)特性與正常細胞相似。轉化細胞（transformedcells）失去了貼壁依賴、生長因子依賴、密度依賴抑制的特性，細胞形態(tài)也不是扁平的。轉化細胞長成一團密集的細胞團，互相堆積在一起。它們在培養(yǎng)皿中形成一個獨特的轉化灶（focus）。而正常細胞在培養(yǎng)皿中長成鋪開的單層。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達四、致癌病毒

轉化可以自發(fā)的發(fā)生，也可以由某些化學物質引起，最值得注意的是，可以由腫瘤病毒（tumorvirus）感染所致。腫瘤病毒包括DNA病毒和RNA病毒，腫瘤病毒通常攜帶癌基因，這些基因能改變靶細胞的生長性質，有轉化動物細胞成癌狀態(tài)的能力。腫瘤病毒的致癌能力11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達DNA腫瘤病毒的致癌機理

DNA腫瘤病毒導致細胞轉化有一個共同的機制。致癌的潛能存在于單個功能或一組相關的功能中，這些功能在病毒裂解循環(huán)的早期是有活性的。當轉化發(fā)生時，相關的基因整合到被轉化細胞的基因組中，并且組成型表達。癌基因組成型表達產生轉化蛋白（癌蛋白）。

11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達DNA腫瘤病毒的致癌機理11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達DNA腫瘤病毒的致癌機理

在增殖性感染期間，每一個病毒的早期區(qū)基因采用選擇性剪接合成若干序列交疊的蛋白，叫T抗原（此名反映最早分離它們時是作為腫瘤細胞（tumorcell）中的蛋白）。病毒的T抗原在裂解循環(huán)中有多種功能，晚期區(qū)基因的表達和病毒DNA復制需要它們。多瘤病毒轉化的細胞整合了部分或全部病毒基因組，整合的序列總是包括早期區(qū)。T抗原有轉化活性，它能與細胞蛋白相互作用，使細胞轉化。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達DNA腫瘤病毒致癌舉例

乳頭瘤病毒是小DNA病毒，它引起上皮細胞腫瘤；人乳頭瘤病毒（HPVs）約有75種，大多數(shù)與良性生長相關（如疣），但也有一些與癌有關，特別是宮頸癌。在宮頸癌中表達兩種病毒相關產物；它們是E6和E7蛋白，它們能使靶細胞無限增殖。

Epstein-Barr病毒是與各種疾病相關的人皰疹病毒，包括感染性單核細胞增多癥，鼻咽癌，非洲Burkitt淋巴瘤，和其它淋巴組織增生病。體外感染的人B淋巴細胞變成永生。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達逆轉錄病毒的致癌性急性轉化型病毒（acutetransformingvirus）攜帶有來源于細胞基因組的癌基因，這個基因不存在于祖先病毒（非轉化型病毒）中；它本來是細胞基因，在感染周期中由病毒捕獲，因為這些基因取代了病毒的序列，病毒失去了獨立復制的能力。這些病毒在體內通常更迅速地誘導腫瘤形成，它們在體外能轉化培養(yǎng)細胞。它的轉化能力是其攜帶的癌基因表達的結果。每一個急性轉化型病毒有針對特殊靶細胞類型的特異性，這些病毒根據它們在動物中引起腫瘤的類型來分類：白血病、肉瘤、癌等。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達急性轉化型病毒的繁殖

急性轉化型病毒通常不能自己復制，因為復制所需的病毒基因因與細胞序列交換而丟失。所以幾乎所有這些病毒都是復制缺陷的，但它們能通過與野生型“輔助”病毒共感染而得到繁殖，由“輔助”病毒提供在重組事件中丟失的功能。RSV（勞斯肉瘤病毒）是一個例外，這種轉導型病毒仍保留了復制能力。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達急性轉化型病毒的基因結構11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達病毒癌基因和細胞原癌基因

病毒從細胞基因組獲得一個原癌基因拷貝，有時這個拷貝與細胞序列不同，常見的是它被截短了。在某些情況下，這個差別有效地將原癌基因轉變成了癌基因。在其它情況下，突變發(fā)生在獲得原癌基因后的病毒序列中，使得拷貝成為癌基因。病毒癌基因和它們的細胞同源基因分別加上字首v和c來表示。由勞斯肉瘤病毒攜帶的癌基因稱為v-src，細胞基因組中相應的原癌基因稱為c-src。通過比較v-onc和c-onc可以鑒別產生致癌性的特點。11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達逆轉錄病毒獲得細胞原癌基因，經突變再轉化細胞突變11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達勞氏肉瘤病毒癌基因的來源11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達癌基因過量表達致癌

除了從c-onc到v-onc時發(fā)生突變會產生致癌性外，即使沒有發(fā)生突變，v-onc的過量表達也會產生致癌性。一個很好的例子是c-myc，由轉化型逆轉錄病毒攜帶的v-myc基因過量表達引起致癌性；細胞基因組中發(fā)生變化，使得c-myc的過量表達也會引起致癌性。

11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達逆轉錄病毒攜帶的癌基因11第十二章蘭州大學分子生物學癌與基因表達逆轉錄病毒的致癌性非缺陷病毒（nondefectivevirus）指的是轉化型逆轉錄病毒，它在復制等方面有全部的正常功能，遵循通常的逆轉錄病毒生活周期。非缺陷轉化型病毒沒有癌基