分子腫瘤學(xué)1.ppt

分子腫瘤學(xué) molecularoncology 第一節(jié) 分子腫瘤學(xué)概論 分子腫瘤學(xué)是從分子水平研究腫瘤的發(fā)生 發(fā)展 預(yù)防 診斷和治療的學(xué)科 一 腫瘤學(xué)及分子腫瘤學(xué)發(fā)展歷史 3000年前 殷墟甲骨文已有 瘤 字 中國的 癌 字最早見于宋代東軒居士所著的 衛(wèi)濟(jì)寶書 中在西方 cancer 一詞出現(xiàn)比 醫(yī)學(xué)更早 2500年前 古希臘學(xué)者Hippocrates用 cancer 一詞來描述腫瘤 1775年 英國醫(yī)生發(fā)現(xiàn)長期清掃煙囪者易患陰囊癌我國在19世紀(jì)前就有了手術(shù)麻醉和食道癌的尸體解剖報(bào)告西方國家在19世紀(jì)初開展了手術(shù)治癌工作及放射治癌 我國古代就用 砒霜 雄黃 輕粉 等藥物治療癌癥 1865年西方國家也用砷劑治療白血病 1945年用氮芥治療癌癥 1948年開始使用抗代謝藥物治療白血病與其他惡性腫瘤 1858年Vichow在 細(xì)胞病理學(xué) 中指出 癌是細(xì)胞的疾病19世紀(jì)后葉 染料與膀胱癌 煙草與肺癌 黃曲霉素與肝癌發(fā)病因素被認(rèn)識(shí)1908年 丹麥學(xué)者發(fā)現(xiàn)雞白血病可通過無細(xì)胞濾液傳染 兩年后美國學(xué)者Rous發(fā)現(xiàn)雞的一種肉瘤是病毒引起 確立了病毒致癌學(xué)說1964年 在Burkitt淋巴瘤中發(fā)現(xiàn)EB病毒 確立人類腫瘤與病毒的關(guān)系20世紀(jì) 日曬與皮膚癌 射線照射與大鼠腫瘤 原子彈爆炸與幸存者中白血病 腫瘤發(fā)病率 醫(yī)源性白血病 物理致癌學(xué)說20世紀(jì)70年代隨著癌基因 oncogene 抑癌基因 tumorsuppressorgene 的發(fā)現(xiàn) 標(biāo)志著腫瘤研究真正進(jìn)入分子腫瘤學(xué)時(shí)代 二 與腫瘤相關(guān)的一些名詞 1 腫瘤 tumor neoplasm 是機(jī)體在各種致瘤因素作用下 局部組織的細(xì)胞在基因水平上失掉了對(duì)其生長的正常調(diào)控 導(dǎo)致異常增生而形成的新生物 2 良性腫瘤 benigntumor 無浸潤和轉(zhuǎn)移能力的腫瘤 通常有包膜或邊界清楚 呈膨脹性生長 生長速度緩慢 細(xì)胞分化成熟 3 惡性腫瘤 malignanttumor 具有浸潤和轉(zhuǎn)移能力的腫瘤 通常無包膜 邊界不清楚 浸潤性生長 生長速度快 細(xì)胞分化不成熟 有不同程度異形性 對(duì)機(jī)體危害大 4 交界性腫瘤 borderlinetumor 組織形態(tài)和生物學(xué)行為介于良性和惡性之間的腫瘤 也可稱為中間性腫瘤 intermediatetumor 5 癌 carcinoma 上皮性惡性腫瘤 包括鱗狀細(xì)胞癌 尿路上皮癌 腺癌 囊腺癌以及基底細(xì)胞癌等 6 癌癥 cancer 泛指一切惡性腫瘤 包括癌和肉瘤 但常被當(dāng)作癌 carcinoma 的同義詞 當(dāng)惡性腫瘤廣泛播散 稱作癌病 caicinomatosis carcinosis 7 肉瘤 sarcoma 間葉來源的惡性腫瘤 8 淋巴瘤 lymphoma 又稱為惡性淋巴瘤 malignantlymphoma 是一種在血液和淋巴組織主要累及淋巴結(jié)和 或 結(jié)外 通常形成明顯包塊的淋巴細(xì)胞惡性腫瘤 9 母細(xì)胞瘤 blastoma 通常指組織學(xué)相似于器官胚基組織形成的惡性腫瘤10 畸胎瘤 teratoma 發(fā)生在性腺 卵巢 睪丸 和性腺外中線部位 縱隔 骶尾部 松果體等 由內(nèi)中外三個(gè)胚層的胚細(xì)胞所形成的腫瘤 三 分子腫瘤學(xué)的任務(wù)和研究?jī)?nèi)容 1 化學(xué) 物理 環(huán)境因素等致癌機(jī)制 2 遺傳與腫瘤 3 癌基因 抑癌基因與腫瘤 4 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與腫瘤 5 細(xì)胞凋亡與腫瘤 6 細(xì)胞周期調(diào)控與腫瘤 7 細(xì)胞分化與腫瘤 8 端粒 端粒酶與腫瘤 9 腫瘤侵襲與轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制 10 腫瘤細(xì)胞的耐藥機(jī)制 11 細(xì)胞生長因子 激素與腫瘤 12 生物信息學(xué)與腫瘤 13 腫瘤的免疫逃逸機(jī)制 14 腫瘤的分子診斷 預(yù)防和靶向治療 四 對(duì)腫瘤發(fā)生的基本認(rèn)識(shí) 腫瘤的發(fā)生發(fā)展是異常復(fù)雜的 還有許多未知的領(lǐng)域 以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)得到較多認(rèn)同 1 腫瘤從遺傳學(xué)角度看是一種基因病 2 腫瘤的形成是瘤細(xì)胞單克隆性擴(kuò)增的結(jié)果 3 腫瘤可能起源于腫瘤干細(xì)胞 4 環(huán)境的和遺傳的致癌因素引起的細(xì)胞遺傳物質(zhì) DNA 改變的主要靶基因是原癌基因和和腫瘤抑制基因 原癌基因的激活和 或 腫瘤抑制基因的失活可導(dǎo)致細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化 5 腫瘤的發(fā)生不只是單個(gè)基因突變的結(jié)果 而是一個(gè)長期的 分階段的 多種基因突變積累的過程 6 機(jī)體的免疫監(jiān)視體系在防止腫瘤發(fā)生上起重要作用 腫瘤的發(fā)生是免疫監(jiān)視功能喪失的結(jié)果 第二節(jié) 細(xì)胞周期調(diào)控與腫瘤 一 細(xì)胞周期 mitoticcycle 概念 細(xì)胞分裂結(jié)束 物質(zhì)積累 下一次細(xì)胞分裂結(jié)束 間期 G1期S期G2期分裂期 M期 前 中 后 末期 分化衰老死亡G0期 Rapidlydividingcells 20 50h M1hG18 30hS8hG23h DNA合成前期 G1期 此期細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行著一系列極為復(fù)雜的生物合成變化 不再繼續(xù)增殖 永遠(yuǎn)停留在G1期直至死亡 如表皮角質(zhì)化細(xì)胞 紅細(xì)胞等 暫時(shí)不增殖 如肝 腎細(xì)胞 它們平時(shí)保持分化狀態(tài) 執(zhí)行肝 腎功能 停留在G1期 如肝 腎受到損傷 細(xì)胞大量死亡需要補(bǔ)充時(shí) 它們又進(jìn)入增殖周期的軌道 這些細(xì)胞又可稱為Go期細(xì)胞 Go期細(xì)胞較不活躍 對(duì)藥物的反應(yīng)也不敏感 是腫瘤復(fù)發(fā)的根源 繼續(xù)進(jìn)行增殖 例如骨髓造血細(xì)胞 胃腸道粘膜細(xì)胞等 在G1期時(shí) 正常的細(xì)胞將根據(jù)相應(yīng)的外界刺激決定是進(jìn)行DNA復(fù)制開始下一周期 還是處于暫時(shí)靜止?fàn)顟B(tài) G0期 或向一定的組織分化 G0期的細(xì)胞也可在生長因子或其他細(xì)胞外增殖信號(hào)的作用下返回G1期 當(dāng)細(xì)胞開始DNA復(fù)制 將需要持續(xù)的促有絲分裂原 Mitogen 刺激信號(hào)以促使細(xì)胞通過位于G1期后期的限制點(diǎn) 一旦細(xì)胞通過限制點(diǎn) 從G1期進(jìn)入S期 即使缺乏絲裂原的存在 也將依次經(jīng)過G1 S G2 M期 完成一次不可逆轉(zhuǎn)的細(xì)胞周期 DNA合成期 S期 S期主要特點(diǎn)是利用G1期準(zhǔn)備的物質(zhì)條件完成DNA復(fù)制 并合成一定數(shù)量的組蛋白 供DNA形成染色體初級(jí)結(jié)構(gòu) 在S期末 細(xì)胞核DNA含量增加一倍 為細(xì)胞進(jìn)行分裂作了準(zhǔn)備 DNA復(fù)制一旦受到障礙或發(fā)生錯(cuò)誤 就會(huì)抑制細(xì)胞的分裂或引起變異 導(dǎo)致異常細(xì)胞或畸形的發(fā)生 S期持續(xù)時(shí)間大約7 8小時(shí) DNA合成后期 G2期 主要特點(diǎn)是為細(xì)胞分裂準(zhǔn)備物質(zhì)條件 DNA合成終止 但RNA和蛋白質(zhì)合成又復(fù)旺盛 主要是組蛋白 微管蛋白 膜蛋白等的合成 為紡錘體和新細(xì)胞膜等的形成備足原料 若阻斷這些合成 細(xì)胞便不能進(jìn)入有絲分裂 G2期歷時(shí)較短而恒定 哺乳動(dòng)物細(xì)胞一般為1 1 5小時(shí) 分裂期 M期 這一時(shí)期是確保細(xì)胞核內(nèi)染色體能精確均等的分配給兩個(gè)子細(xì)胞核 使分裂后的細(xì)胞保持遺傳上的一致性 二 細(xì)胞周期調(diào)控 細(xì)胞周期的準(zhǔn)確調(diào)控對(duì)生物的生存 繁殖 發(fā)育和遺傳十分重要 1 細(xì)胞周期調(diào)控蛋白 cellcycle regulatingprotein 細(xì)胞周期蛋白 Cyclin 調(diào)節(jié)亞單位細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶 催化亞單位 Cyclindependentkinases CDKs CDK抑制物 CDKinhibitor CDKI或CKI 或CDK抑制蛋白 CDKinhibitoryprotein CIP 抑制CDK活性 1 細(xì)胞周期蛋白 cyclin 是一類隨細(xì)胞周期的變化呈現(xiàn)周期性出現(xiàn)和消失的蛋白質(zhì) A B1 2 C D1 3 E F G H 表達(dá)時(shí)間不同 執(zhí)行功能多種多樣G1 G1 S G2周期蛋白 CyclinC D E AM期周期蛋白 CyclinB Cyclin具有相同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 含有100 150個(gè)氨基酸的保守區(qū) 稱為細(xì)胞周期蛋白盒 Cyclinbox 能夠介導(dǎo)Cyclin與CDKs的結(jié)合 不同的Cyclin識(shí)別不同的CDK 組成不同的Cyclin CDK復(fù)合體 表現(xiàn)出不同的CDK激酶活性 2 細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶 cyclin dependentkinase CDKs CDK1 CDK7等與cyclin結(jié)合 通過一段類似的氨基酸序列 具有磷酸激酶的活性 不同的CDK Cyclin復(fù)合物使特異的靶蛋白質(zhì)磷酸化而激發(fā)細(xì)胞周期各期的進(jìn)行 當(dāng)抑制它們的周期蛋白質(zhì)搭檔或有CDK抑制物存在時(shí) CDK便失去活性 3 CDK抑制物 CDKinhibitor CDKIs或CIP CDKI是對(duì)CDK激酶起負(fù)性調(diào)控作用的蛋白質(zhì) Cyclin CDKs CDKIs共同構(gòu)成一個(gè)對(duì)細(xì)胞周期進(jìn)行調(diào)控的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 抑制多種CDK CDKIs分兩大類 INK4 inhibitorofCDK4 家族 p16 p15 p18 p19 Cip Kip家族 P21cip 27kip1 57kip2在G1期抑制多種CDK 2 細(xì)胞周期監(jiān) 檢 測(cè)點(diǎn) cellcyclecheckpoint 調(diào)控細(xì)胞周期運(yùn)行是在一系列稱為細(xì)胞周期監(jiān)測(cè)點(diǎn)的嚴(yán)格控制下進(jìn)行的 以確保細(xì)胞周期事件有序進(jìn)行 當(dāng)DNA損傷 復(fù)制不完全 紡錘體形成不正常時(shí) 周期將被阻斷 G1 S檢測(cè)點(diǎn) 在G1晚期有一個(gè)關(guān)鍵的限制點(diǎn) 檢測(cè)DNA損傷 細(xì)胞外環(huán)境 細(xì)胞體積大小 在哺乳細(xì)胞中稱 R restrctionpoint 通過此點(diǎn)的細(xì)胞不可逆進(jìn)入S期S檢測(cè)點(diǎn) 檢測(cè)DNA復(fù)制錯(cuò)誤G2 M檢測(cè)點(diǎn) 決定細(xì)胞一分為二的控制點(diǎn) 完整精確修復(fù)后可通過 M中期 M后期檢測(cè)點(diǎn) 紡綞絲組裝檢測(cè)點(diǎn) 控制失調(diào)時(shí)即可引起各種染色體畸變 基因擴(kuò)增 突變 癌發(fā)生等 染色體分離合適嗎 損傷的DNA修復(fù)了嗎 營養(yǎng)條件合適嗎 細(xì)胞生長足夠大 前次有絲分裂完畢 DNA復(fù)制完畢 DNA損傷修復(fù) 三 細(xì)胞周期調(diào)控與腫瘤 要點(diǎn) 1 細(xì)胞動(dòng)力學(xué)的研究提示 絕大多數(shù)人體腫瘤 Burkitt淋巴肉瘤等極少數(shù)例外 的細(xì)胞周期 不僅不比與它們相當(dāng)?shù)恼＝M織為短 而是相同或較長 2 腫瘤和正常的組織 樣 也具有幾種不同的細(xì)胞群 1 增殖細(xì)胞群 A 與腫瘤生長直接有關(guān) 是化學(xué)療法最易攻擊的部分 2 暫不增殖細(xì)胞群 B 它是延長了的G1細(xì)胞或G0細(xì)胞 目前不參加細(xì)胞周期 與腫瘤的擴(kuò)大暫時(shí)無直接關(guān)系 在一定條件下可成為腫瘤復(fù)發(fā)的根源 3 不再增殖群 C 它們不再參與細(xì)胞周期 而日趨衰老 死亡 對(duì)腫瘤增長已無意義 腫瘤增長的情況取決于3種細(xì)胞群的比例 4 腫瘤干細(xì)胞 群 3 Cyclins CDKs CDKIs是細(xì)胞周期最主要調(diào)控系統(tǒng) CDKs處于中心地位 Cyclins起正調(diào)節(jié)作用 CDKIs起負(fù)調(diào)節(jié)作用4 細(xì)胞周期調(diào)控失衡 細(xì)胞增殖失控是腫瘤細(xì)胞的重要生物學(xué)特性 5 CyclinD1是G1 S期轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵蛋白 在細(xì)胞增殖中意義最大 目前的研究顯示CyclinD的異常表達(dá)與腫瘤關(guān)系最密切 6 細(xì)胞周期調(diào)控異常在腫瘤發(fā)生 發(fā)展中的機(jī)制非常復(fù)雜 涉及多個(gè)環(huán)節(jié) 7 腫瘤細(xì)胞周期及其調(diào)控的研究是腫瘤研究的持續(xù)熱點(diǎn) 對(duì)腫瘤發(fā)病機(jī)制 生物學(xué)行為 治療和預(yù)后均有重要意義 四 細(xì)胞周期調(diào)控與腫瘤 某些現(xiàn)象 1 cyclinD1基因位于11q13 在多種腫瘤中都有該區(qū)基因的異常2 在多種腫瘤中有cyclinD1基因的高表達(dá)3 腫瘤D類細(xì)胞周期蛋白半衰期長 穩(wěn)定性異常增高4 在某些腫瘤中發(fā)現(xiàn)有cyclinD2基因的擴(kuò)增5 在一些人類腫瘤中發(fā)現(xiàn)CDK4 CDK6高表達(dá)6 已發(fā)現(xiàn)某些CDKI分子如P15 P16 P21 P27 P40 P57等與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān) 例如神經(jīng)膠質(zhì)瘤的P16失活 主要是缺失或突變 7 多種癌基因 抑癌基因 凋亡調(diào)控基因如c myc Rb P53 bcl2等參與了細(xì)胞周期調(diào)控 在腫瘤的發(fā)生 發(fā)展中起重要作用 五 細(xì)胞調(diào)周期調(diào)控與腫瘤 部分機(jī)制 1 cyclinD CDK CDK4 6 發(fā)揮作用與Rb有關(guān) Rb失活促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖 Rb 視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤基因 RB基因產(chǎn)物是一個(gè)核內(nèi)蛋白 有兩種形式 磷酸化和去磷酸化 RB的表達(dá)和磷酸化的水平與細(xì)胞周期有關(guān) 非磷酸化的RB可以阻止細(xì)胞從G0進(jìn)入S期 抑制細(xì)胞的增殖 也是細(xì)胞成熟分化所必需的 一旦磷酸化后則失去這活性 從而使細(xì)胞進(jìn)入增殖周期 其抑制細(xì)胞增殖的作用機(jī)理 可能是抑制c myc和c fos的表達(dá) 因?yàn)榧?xì)胞進(jìn)入S期需要這兩種蛋白的表達(dá) Rb 抑癌基因 pRb 蛋白產(chǎn)物 低磷酸化pRb 活化狀態(tài) 使細(xì)胞停滯在G1期磷酸化pRb 非活化狀態(tài) 解除對(duì)細(xì)胞周期抑制cyclinD CDK使低磷酸化pRb磷酸化失活 細(xì)胞進(jìn)入S期cyclinD CDK對(duì)pRb的作用又被CDKI p16 p21 p27等 負(fù)向調(diào)節(jié) p16 cyclinD CDK pRb形成一條極為重要的負(fù)反饋調(diào)節(jié)通路 cyclinD CDK4 6 Rb P Rb E2F E2F 轉(zhuǎn)錄因子 G1S P16 cyclinD1 Rb系統(tǒng)調(diào)節(jié)模式圖 CDKs使Rb磷酸化失活 激活E2F 解除細(xì)胞周期阻滯 cyclinD cdk4 6 Rb P E2F E2F P16 cdk4 6 G1S Rb 低磷酸化的Rb是活化石我Rb 結(jié)合并抑制E2F 抑制細(xì)胞的增生 2 Survivin cyclinD1與腫瘤Survivin基因是凋亡抑制蛋白家族的新成員 定位于17q25 Survivin蛋白在正常情況下僅見于胚胎 睪丸 胸腺 分泌期子宮內(nèi)膜 在分化成熟的組織中不表達(dá)在大多數(shù)腫瘤組織中Survivin表達(dá)或高表達(dá) 已成為腫瘤診斷和預(yù)后判斷的重要指標(biāo)Survivin的高表達(dá)與cyclinD1的表達(dá)呈正相關(guān) 在腫瘤的發(fā)展過程中起協(xié)同作用 既促進(jìn)細(xì)胞的增殖又抑制凋亡Survivin促進(jìn)細(xì)胞的增殖的機(jī)制是與CDK4結(jié)合 釋放p21 p27 使pRb磷酸化而失活 使細(xì)胞從G1期進(jìn)入S期cyclinD1和Survivin是腫瘤治療的重要潛在靶標(biāo) 3 P53 cyclinD1與腫瘤P53基因是重要的抑癌基因 當(dāng)DNA損傷時(shí) 野生型P53積聚 上調(diào)其下游P21靶基因表達(dá) P21與cyclinD1競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合CDK4 使pRb無法磷酸化 導(dǎo)致G1期阻滯 使細(xì)胞在進(jìn)入S期之前得以修復(fù)損傷的DNA 若cyclinD1過表達(dá) P53失活 則將導(dǎo)致細(xì)胞的過度增殖 乃至腫瘤發(fā)生 Rb的過表達(dá)能抑制p53凋亡誘導(dǎo)作用 4 TGF 對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控與腫瘤TGF 對(duì)不同類型的細(xì)胞和在不同的條件下作用于細(xì)胞 其生物學(xué)作用不同 有時(shí)甚至是相反的作用 TGF 通過增加細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的產(chǎn)生或增加生長因子及其受體的形成而促進(jìn)細(xì)胞增生 但在大多數(shù)情況下TGF 是作為細(xì)胞生長抑制劑發(fā)揮作用 上皮細(xì)胞 內(nèi)皮細(xì)胞 淋巴造血細(xì)胞等對(duì)TGF 的細(xì)胞抑制作用非常敏感 TGF 的細(xì)胞生長抑制機(jī)理 TGF 通過與受體形成復(fù)合物起作用 介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) transduction TGF 對(duì)細(xì)胞生長的抑制作用 其主要作用是在G1后期抑制RB蛋白的磷酸化 使細(xì)胞周期停止在G1期 目前認(rèn)為是通過影響cyclin cdk復(fù)合物形成和激酶活性來實(shí)現(xiàn)的 腫瘤細(xì)胞對(duì)TGF 的生長抑制作用的抵抗是腫瘤生物學(xué)的一個(gè)特征 Rb P Rb E2F E2F 轉(zhuǎn)錄因子 G1S TGF 4 bcl 2家族對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控與腫瘤 TheBCL2familyhasbeenshowntoplayaro