細(xì)胞衰老、死亡與癌變

細(xì)胞衰老、死亡與癌變14.細(xì)胞衰老、死亡與癌變14.1細(xì)胞衰老(cellularaging，cellsenescence)在生物機(jī)體內(nèi)大多數(shù)細(xì)胞都要經(jīng)歷未分化到分化、分化到衰老、衰老至死亡的歷程。因此,細(xì)胞總體的衰老反應(yīng)了機(jī)體的衰老,而機(jī)體的衰老是以總體細(xì)胞的衰老為基礎(chǔ)的。

14.1.1衰老的概念●衰老是機(jī)體在退化時(shí)期生理功能下降和紊亂的綜合表現(xiàn),是不可逆的生命過(guò)程。人體是由細(xì)胞組織起來(lái)的,組成細(xì)胞的化學(xué)物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)中不斷受到內(nèi)外環(huán)境的影響而發(fā)生損傷，造成功能退行性下降而老化。細(xì)胞的衰老與死亡是新陳代謝的自然現(xiàn)象?！窦?xì)胞衰老是客觀存在的。同新陳代謝一樣,細(xì)胞衰老是細(xì)胞生命活動(dòng)的客觀規(guī)律。14.1.2細(xì)胞的壽限細(xì)胞也同生物體一樣，有一定的壽命，體內(nèi)總有細(xì)胞不斷地衰老與死亡,同時(shí)又有細(xì)胞的增殖與新生進(jìn)行補(bǔ)充?！鯤ayflick界限(Hayflicklifespan)●1961年，LeonardHayflick首次報(bào)道了體外培養(yǎng)的人的成纖維細(xì)胞(humanfibroblasts)具有增殖分裂的極限。他利用來(lái)自胚胎和成體的成纖維細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)：胚胎的成纖維細(xì)胞分裂傳代50次后開(kāi)始衰退和死亡（圖14-1），相反，來(lái)自成年組織的成纖維細(xì)胞只能培養(yǎng)15～30代就開(kāi)始死亡。左邊是只分裂了幾代的年輕成纖維細(xì)胞，呈現(xiàn)薄層、細(xì)長(zhǎng)的形態(tài)；右邊是分離了50次的老的成纖維細(xì)胞，開(kāi)始衰退，并很快死亡。圖14-1體外培養(yǎng)的年輕和老的人成纖維細(xì)胞的顯微形態(tài)●Hayflick等發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物體細(xì)胞在體外可傳代的次數(shù)，與物種的壽命有關(guān)。例如，Galápagos龜?shù)淖罡邏勖?75歲，它的細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)能分裂100次。而小鼠的壽命只有幾年，所以從小鼠分離的細(xì)胞在體外分裂的次數(shù)不超過(guò)30次（圖）。圖14-2物種的壽命與體外培養(yǎng)時(shí)細(xì)胞傳代次數(shù)的關(guān)系長(zhǎng)壽物種的細(xì)胞體外培養(yǎng)的代數(shù)比短壽物種的細(xì)胞代數(shù)多，表明細(xì)胞的衰老是由生物本身的程序決定的?；疑糠直硎旧锏膲勖?，白色部分部份表示體外培養(yǎng)傳代的次數(shù)?！黾?xì)胞的壽限●各類細(xì)胞本身的壽命很不一樣,一般說(shuō)來(lái),能夠保持持續(xù)分裂能力的細(xì)胞是不容易衰老的。分化程度高又不分裂的細(xì)胞壽命卻是有限的。表14-1列出了成年小鼠各類細(xì)胞的壽命。●表14-1根據(jù)細(xì)胞壽命情況將細(xì)胞分為三類：第一類細(xì)胞的壽命接近于動(dòng)物的整體壽命，如神經(jīng)元，脂肪細(xì)胞，肌細(xì)胞等。第二類是緩慢更新的細(xì)胞，其壽命比機(jī)體的壽命短，如肝細(xì)胞，胃壁細(xì)胞等。第三類是快速更新的細(xì)胞，如皮膚的表皮細(xì)胞，紅細(xì)胞和白細(xì)胞等，它們?cè)谡Ｇ闆r下終生保持分裂能力。舉例說(shuō)明三類不同壽命的細(xì)胞各有什么特點(diǎn)？接近或等于動(dòng)物自身壽命的細(xì)胞緩慢更新（長(zhǎng)于30天，短于動(dòng)物的平均壽命）的細(xì)胞快速更新（少于30天）的細(xì)胞神經(jīng)元腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞皮膚表皮細(xì)胞腎上腺髓質(zhì)細(xì)胞腎皮質(zhì)細(xì)胞口腔和胃腸道上皮細(xì)胞胞骨細(xì)胞唾液腺細(xì)胞紅細(xì)胞和白細(xì)胞肌細(xì)胞胰臟腺泡細(xì)胞及胰島細(xì)胞角膜上皮細(xì)胞胃酶原細(xì)胞胃壁細(xì)胞

脂肪細(xì)胞肝細(xì)胞

腎髓質(zhì)細(xì)胞

表14-1成年小鼠各類細(xì)胞的壽命14.1.3細(xì)胞衰老的特征■細(xì)胞內(nèi)水分減少●細(xì)胞內(nèi)水分減少的原因可能是由于構(gòu)成蛋白質(zhì)親水膠體系統(tǒng)的膠粒受時(shí)間或其他因素的影響，逐漸失去電荷而相互聚集，膠體失水，膠粒的分散度降低，不溶性蛋白質(zhì)增多，導(dǎo)致細(xì)胞硬度增加，代謝速度減慢而趨于老化?！錾厣珊蜕仡w粒沉積（即461頁(yè)致密體）許多細(xì)胞內(nèi)色素的生成,隨著衰老而增加。脂褐素也稱老年色素，首先在衰老個(gè)體的神經(jīng)元的胞漿中被發(fā)現(xiàn)，它在分裂指數(shù)低或不分裂的細(xì)胞，如肝細(xì)胞、肌細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞中的積聚尤為明顯。在人和大鼠的腦皮層和海馬中脂褐素的積累是衰老的常見(jiàn)形態(tài)特征之一?！鏊ダ线^(guò)程中細(xì)胞質(zhì)膜的變化細(xì)胞質(zhì)膜的流動(dòng)性降低：隨年齡的增大，膜結(jié)構(gòu)中的磷脂含量逐漸下降，使質(zhì)膜中膽固醇與磷脂的比值升高；但磷脂中不飽和脂肪酸含量及卵磷脂與鞘磷脂的比值卻隨年齡的增高而下降，使得細(xì)胞質(zhì)膜的粘性增加，流動(dòng)性降低。再加上質(zhì)膜發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，使細(xì)胞的興奮性降低，離子轉(zhuǎn)運(yùn)的效率下降以及對(duì)內(nèi)源性和外源性刺激的反應(yīng)性也隨之降低?！鏊ダ线^(guò)程中線粒體的變化有人認(rèn)為線粒體是細(xì)胞衰老的生物鐘。研究結(jié)果表明,細(xì)胞中線粒體的數(shù)量隨著年齡的增大而減少，而其體積則隨著年齡的增大而增大。與衰老關(guān)系緊密的是線粒體DNA(mtDNA)突變。不少學(xué)者發(fā)現(xiàn)體細(xì)胞中mtDNA突變隨年齡而增加存在著與衰老直接正相關(guān)性?！黾?xì)胞核的變化核膜內(nèi)折。染色質(zhì)固縮化。染色體端粒的縮短。

■細(xì)胞骨架體系的變化細(xì)胞骨架被認(rèn)為是細(xì)胞代謝功能的調(diào)節(jié)者,尤其是微絲系統(tǒng)與細(xì)胞增殖和細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)直接相關(guān)。細(xì)胞骨架的改變包括微絲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和成分發(fā)生變化和核骨架的變化。■蛋白質(zhì)合成的變化在細(xì)胞衰老過(guò)程中蛋白質(zhì)合成速度降低，原因是由于核糖體的效率和準(zhǔn)確性降低及蛋白質(zhì)合成延伸因子的數(shù)量和活性降低所致。14.1.4細(xì)胞衰老的理論●半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家們致力于分析衰老發(fā)生的原因及導(dǎo)致衰老變化的機(jī)制，提出很多種有關(guān)衰老起因的觀點(diǎn)或?qū)W說(shuō)。如遺傳程序說(shuō)、體細(xì)胞突變論、錯(cuò)誤成災(zāi)說(shuō)、自由基理論、線粒體損傷論等，近幾年，又有衰老基因和衰老相關(guān)基因的研究報(bào)道?！裼捎谒ダ鲜且粋€(gè)十分復(fù)雜的生命現(xiàn)象，又受到多種因素包括環(huán)境因素和體內(nèi)因素的影響，任一角度的闡述都難以使衰老機(jī)理得到圓滿解釋，因而目前仍未形成較為一致的論點(diǎn)。●雖然衰老的理論很多，但歸納起來(lái)主要分為兩類：一類是遺傳程序論，另一類是損傷積累論?！鏊ダ系倪z傳程序論(geneticprogramtheory)衰老的遺傳程序論認(rèn)為衰老是遺傳上的程序化過(guò)程，衰老是受特定基因控制的。一切生理功能的啟動(dòng)和關(guān)閉都是按照一定程序進(jìn)行的。這一理論有三方面的證據(jù)的支持：①Hayflick的細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)；②發(fā)現(xiàn)人從30歲開(kāi)始，人體各種器官的功能有1%的減退；③衰老基因控制的早老綜合癥（symptomsofearlyaging，（圖14-3）。左邊是一個(gè)正常健康的9歲兒童，右邊是一個(gè)患早老癥的8歲兒童什么是衰老的遺傳程序論(geneticprogramtheory)？圖14-3早老癥兒童與正常兒童的比較■衰老的損傷積累論衰老的損傷積累理論認(rèn)為，由于修復(fù)和維持總是少于無(wú)限存活的需求而出現(xiàn)的損傷積累。損傷的積累可以通過(guò)細(xì)胞成分的磨損和撕裂的方式或合成錯(cuò)誤的方式出現(xiàn)。這些錯(cuò)誤包括DNA復(fù)制錯(cuò)誤、蛋白質(zhì)合成錯(cuò)誤。最有代表性的理論是錯(cuò)誤成災(zāi)理論。它是指細(xì)胞大分子合成錯(cuò)誤成災(zāi)。意思說(shuō),細(xì)胞里的核酸和蛋白質(zhì)在生物合成中如果由于某些原因發(fā)生差錯(cuò),當(dāng)變質(zhì)的非功能蛋白達(dá)到一定水平時(shí)，出現(xiàn)完全喪失功能的“錯(cuò)誤災(zāi)難”。

■細(xì)胞衰老的端粒假說(shuō)(mitochondrialtelomeretheory)Harley于1990年提出細(xì)胞衰老端粒假說(shuō)。人類染色體末端普遍存在端粒結(jié)構(gòu)，但各類細(xì)胞端粒長(zhǎng)度各有差異，一般體細(xì)胞的端粒比生殖細(xì)胞短。人類染色體端粒是由250～1500個(gè)進(jìn)化上高度保守的TTAGGG重復(fù)順序組成，是由端粒酶催化合成的。Harley等發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)成纖維細(xì)胞端粒每年約縮短14～18bp，而外周血淋巴細(xì)胞則每年縮短33bp。正常人二倍體成纖維細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)隨代數(shù)的增加，細(xì)胞中的端粒以一定速率縮短，DNA每復(fù)制一次，端粒就縮短一段。人體血細(xì)胞與皮膚細(xì)胞端粒長(zhǎng)度也隨增齡而相應(yīng)縮短。因此，端粒記錄著細(xì)胞的年齡并預(yù)示它死亡的時(shí)限。何謂衰老的端粒假說(shuō)？依據(jù)是什么？■細(xì)胞衰老的線粒體損傷論Cortopassi和Amteim用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)法檢查發(fā)現(xiàn)，成人心臟、肌肉和腦的線粒體有DNA片段低水平的丟失，胎腦和胎心則無(wú)此現(xiàn)象。目前，美、加、日等國(guó)多個(gè)實(shí)驗(yàn)室相繼報(bào)道，衰老期間人體線粒體DNA出現(xiàn)異常，而且阿爾采默(Alzheimer)病腦組織線粒體中DNA損傷甚為多見(jiàn)。此外，老年糖尿病亦與線粒體DNA的損傷有關(guān)等。研究發(fā)現(xiàn)老齡人各種mtDNA缺失突變存在突變“熱點(diǎn)”，即缺失突變的缺失片段5＇和3＇端斷裂位點(diǎn)的側(cè)翼具有4～13bp同向重復(fù)序列，如5kb常見(jiàn)缺失的側(cè)翼為13pb的5'ACCTCCCTCACCA重復(fù)順序。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)線粒體DNA有隨年齡增加，其丟失頻率升高現(xiàn)象。■自由基理論(freeradicaltheory)●自由基及其性質(zhì)：自由基是指那些在原子核外層軌道上具有不成對(duì)電子的分子或原子基團(tuán)。所謂未成對(duì)電子,就是指那些在原子或分子軌道中未與其它電子配對(duì)而獨(dú)占一個(gè)軌道的電子。如AB兩個(gè)原子各提供一個(gè)電子通過(guò)共價(jià)鍵形成一個(gè)分子A∶B,這兩個(gè)電子是配對(duì)的。如果在化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生了均裂,A和B各帶走一個(gè)電子,它們就是未成對(duì)電子。A∶B→A·+·BA·和·B就稱為自由基。在正常條件下，自由基是在機(jī)體代謝過(guò)程中產(chǎn)生的。此外，空氣污染，輻射，某些化學(xué)物質(zhì)等都可影響自由基的產(chǎn)生。具有自由基的是一類高度活化的分子。當(dāng)這種分子與其他物質(zhì)反應(yīng)時(shí)，力圖得到電子，而對(duì)細(xì)胞及組織產(chǎn)生十分有害的生物效應(yīng)?！褡杂苫鶎?duì)生物大分子的損傷：自由基由于活性強(qiáng)，容易與細(xì)胞內(nèi)的生物大分子發(fā)生反應(yīng)。過(guò)多的自由基會(huì)對(duì)許多細(xì)胞組分造成損傷。它們能使質(zhì)膜中的不飽和脂肪酸氧化，從而使膜內(nèi)酶活性破壞、膜蛋白變性、膜脆性增加、膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，因而膜的運(yùn)輸功能紊亂以至喪失；它們還能將蛋白質(zhì)中的巰基氧化而造成蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)、變性，使酶失活；另外它們還能使DNA鏈斷裂、交聯(lián)、堿基羥基化、堿基切除等，從而對(duì)DNA造成損傷。有人認(rèn)為在衰老的原因中，99％是由自由基造成的。5.自由基如何對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生傷害？答:細(xì)胞內(nèi)自由基的濃度過(guò)高時(shí)，常與生物大分子發(fā)生反應(yīng)，破壞了生物大分子的結(jié)構(gòu)，從而傷害了細(xì)胞，這些反應(yīng)包括：（1）自由基與核酸分子中的堿基發(fā)生加成反應(yīng)，OH·等加到堿基(胸腺嘧啶C6或C5,腺嘌呤C8)的雙鏈上，破壞堿基可產(chǎn)生基因突變。（2）自由基可加成到膜脂及其他脂類不飽和脂肪酸的雙鏈中，引起脂質(zhì)過(guò)氧化，并可產(chǎn)生新的自由基。如脂質(zhì)過(guò)氧化可使線粒體損傷，導(dǎo)致能量代謝障礙;微粒體損傷，使多聚核糖體解聚,抑制蛋白質(zhì)合成;溶酶體損傷可使溶酶體膜通透性改變，使機(jī)體受到更大損傷。（3）自由基常攻擊肽鏈上的脯氨酸殘基，引入羰基而生成α-吡咯烷酮，經(jīng)水解與其相鄰氨基酸斷開(kāi)，造成蛋白質(zhì)斷裂。此外自由基還引起蛋白質(zhì)交聯(lián)、蛋白質(zhì)殘基側(cè)鏈基發(fā)生改變、破壞蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)等。（4）自由基的氧化損傷涉及到細(xì)胞骨架蛋白。如肌動(dòng)蛋白是構(gòu)成微絲的主要蛋白質(zhì)。用肌動(dòng)蛋白做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它的4個(gè)一SH為氧化過(guò)程的靶子，肌動(dòng)蛋白與氧化型谷胱甘肽(GSSG)之間形成二硫鍵可導(dǎo)致分子表面電荷的改變;在老化的紅細(xì)胞中也可檢測(cè)出類似的修飾物，用醌處理的細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)不同肌動(dòng)蛋白分子或肌動(dòng)蛋白與其他蛋白質(zhì)之間形成二硫鍵（圖14Q-1），這種氧化性蛋白質(zhì)交聯(lián)引起大分子的聚結(jié)。圖14Q-1細(xì)胞骨架肌動(dòng)蛋白中巰基氧化的機(jī)理●衰老的自由基學(xué)說(shuō)衰老的自由基學(xué)說(shuō)是美國(guó)科學(xué)家Harman1955年在美國(guó)的原子能委員會(huì)提出的,題目是“衰老:根據(jù)自由基和放射化學(xué)提出的理論”。這一學(xué)說(shuō)是建立在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上的，核心內(nèi)容有三條：(1)衰老是由自由基對(duì)細(xì)胞成分的有害進(jìn)攻造成的。(2)這里所說(shuō)的自由基，主要就是氧自由基，因此衰老的自由基理論，其實(shí)質(zhì)就是衰老的氧自由基理論。（3）維持體內(nèi)適當(dāng)水平的抗氧化劑和自由基清除劑水平可以延長(zhǎng)壽命和推遲衰老。老年人皮膚上的老年斑（agespots）就是自由基對(duì)細(xì)胞破壞的見(jiàn)證（圖14-4）。圖14-4老人斑：自由基攻擊細(xì)胞的見(jiàn)證機(jī)體如何防止自由基的傷害機(jī)體內(nèi)存在著自由基清除系統(tǒng)，其可以最大限度地防御自由基的損傷。自由基清除系統(tǒng)包括酶促反應(yīng)和非酶促反應(yīng)兩部分。酶促反應(yīng)所需酶有谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-PX)、超氧化物歧化酶(superoxidedismutase,SOD)、過(guò)氧化物酶(POP)及過(guò)氧化氫酶(catalase,CAT)。非酶促反應(yīng)的作用物質(zhì)主要為一些低分子的化合物，是一些抗氧化作用的物質(zhì)，統(tǒng)稱抗氧化劑(antioxidant)，主要有谷胱甘肽(GSH)、維生素C、β-胡蘿卜素、維生素E、半胱氨酸、硒化物、巰基乙醇等。此外，細(xì)胞內(nèi)部形成的自然隔離，也能使自由基局限在特定部位，如氧化反應(yīng)產(chǎn)生的自由基主要在線粒體內(nèi)，線粒體作為獨(dú)立的細(xì)胞器可很大限度地阻止自由基的擴(kuò)散。14.2細(xì)胞死亡(celldeath)●細(xì)胞死亡的一般定義是細(xì)胞生命現(xiàn)象不可逆的停止。細(xì)胞死亡有兩種形式：一種為壞死性死亡，是由外部的化學(xué)、物理或生物因素的侵襲而造成的細(xì)胞崩潰裂解；另一種為程序性死亡，是細(xì)胞在一定的生理或病理?xiàng)l件下按照自身的程序結(jié)束其生存。多細(xì)胞生物隨時(shí)都在進(jìn)行著有規(guī)律的程序化細(xì)胞死亡，如人類的淋巴細(xì)胞系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等。如何判斷細(xì)胞的死亡？14.2.1多細(xì)胞有機(jī)體中細(xì)胞數(shù)量和質(zhì)量的控制在多細(xì)胞生物體中，細(xì)胞分化發(fā)育到一定的階段，細(xì)胞的數(shù)量要控制在一定的水平，不能讓其無(wú)限的分裂和增殖。不同的生物控制的細(xì)胞數(shù)量水平是不同的，如一個(gè)受精的老鼠卵細(xì)胞和一個(gè)受精的人卵細(xì)胞在體積上大小相似，但是成年的老鼠比成年的人要小得多，這主要是細(xì)胞數(shù)量的差異。那么是什么原因控制著這種數(shù)量的差異?這主要是細(xì)胞的增殖、細(xì)胞的存活壽命和細(xì)胞的死亡這三者間有著嚴(yán)格的調(diào)控機(jī)制。■信號(hào)控制細(xì)胞的增殖單細(xì)胞的生物如細(xì)菌和酵母都是盡可能快地生長(zhǎng)和分裂，它們的增殖速率依周圍環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)而定。而多細(xì)胞的生物體中的細(xì)胞是高度組織化的，細(xì)胞的增殖必須靠指令行事，需要補(bǔ)充細(xì)胞數(shù)量時(shí)，由特定的組織發(fā)出指令。因此，對(duì)于動(dòng)物細(xì)胞的增殖僅有營(yíng)養(yǎng)是不夠的，還必須有指令，這種指令通常來(lái)自鄰近細(xì)胞。由指令決定細(xì)胞是進(jìn)行增殖還是停止進(jìn)入細(xì)胞周期。Rb蛋白參與的細(xì)胞周期的調(diào)控就是信號(hào)控制細(xì)胞增殖的典型例子。Rb蛋白如何依賴信號(hào)控制細(xì)胞的增殖？9.Rb蛋白如何依賴信號(hào)控制細(xì)胞的增殖？答:Rb蛋白是成視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤蛋白。在脊椎動(dòng)物的細(xì)胞核中Rb蛋白很豐富，它通過(guò)與特定的基因調(diào)節(jié)蛋白相結(jié)合，以阻止與增殖有關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。一些細(xì)胞外的刺激細(xì)胞增殖的信號(hào)如生長(zhǎng)因子能夠?qū)е翯1周期蛋白-Cdk復(fù)合物的激活。Rb蛋白的磷酸化改變Rb蛋白的構(gòu)型從而釋放它所結(jié)合的與細(xì)胞增殖有關(guān)的調(diào)節(jié)蛋白（E2F），啟動(dòng)相應(yīng)基因的表達(dá)，從而使細(xì)胞進(jìn)入S期(圖14Q-2)。該途徑中，第一個(gè)被鑒定的信號(hào)分子是血小板衍生生長(zhǎng)因子(platelet-derivedgrowthfactor,PDGE),它通過(guò)與細(xì)胞質(zhì)膜中的受體結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑。該信號(hào)途徑引起的細(xì)胞增殖主要是通過(guò)細(xì)胞分裂進(jìn)行傷口的愈合，用新生成的細(xì)胞取代壞死的細(xì)胞。其機(jī)理是：當(dāng)形成血塊時(shí)，血塊中血小板被觸發(fā)釋放PDGE,釋放出的PDGE與傷口處的活細(xì)胞質(zhì)膜中酪氨酸蛋白激酶受體結(jié)合，引起細(xì)胞的增殖分裂，對(duì)傷口進(jìn)行愈合。圖14Q-2Rb蛋白對(duì)細(xì)胞增殖的控制體外培養(yǎng)的大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞都需要一些特別的生長(zhǎng)因子促使細(xì)胞的分裂和增殖。這些生長(zhǎng)因子主要是選擇性的調(diào)控某些與分裂增殖有關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)行細(xì)胞分裂的控制。表14-2列出一些常見(jiàn)的生長(zhǎng)因子以及它們的作用。※：表中除紅細(xì)胞生成素外，其它生長(zhǎng)因子都能激活多種類型細(xì)胞的增殖。生長(zhǎng)因子功

能※血小板生長(zhǎng)因子(PDGF)激活結(jié)締組織細(xì)胞增殖表皮生長(zhǎng)因子(EGF)激活皮膚組織細(xì)胞增殖成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)激活成纖維細(xì)胞增殖肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)激活肝細(xì)胞增殖紅細(xì)胞生成素(EPO)激活紅細(xì)胞的增殖、分化和發(fā)育表14.2某些生長(zhǎng)因子和它們的作用■Cdk抑制蛋白控制細(xì)胞增殖的質(zhì)量細(xì)胞有嚴(yán)格的自我調(diào)節(jié)機(jī)制，控制著細(xì)胞增殖的質(zhì)量。如DNA因某種原因造成損傷后，細(xì)胞被阻止在S期，G2期就不能進(jìn)行。在這一調(diào)控過(guò)程中，Cdk抑制蛋白(Cdkinhibitorproteins)起重要作用，這些抑制蛋白可以阻止Cdk的裝配或抑制Cdk的活性。例如當(dāng)DNA在S期受到損傷時(shí)可使抑癌基因P53的產(chǎn)物P53蛋白濃度升高，P53蛋白進(jìn)一步激活編碼Cdk抑制蛋白P21基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，合成的P21蛋白抑制S-期周期蛋白-Cdk復(fù)合物的活性，一直等待受損傷的DNA修復(fù)和正確復(fù)制之后才進(jìn)入G2期(圖14-5)。當(dāng)DNA受到損傷時(shí)，P53蛋白合成增加，并被激活；激活的P53促進(jìn)編碼Cdk抑制蛋白P21的基因轉(zhuǎn)錄。P21蛋白與S期周期蛋白-Cdk復(fù)合物結(jié)合，并使它們失活，因此，細(xì)胞被阻止在G1期。圖14-5P53將細(xì)胞阻止在G1期的機(jī)理14.2.2程序性細(xì)胞死亡(programmedcelldeath,PCD)的基本特性又稱為細(xì)胞凋亡(apoptosis)。程序性細(xì)胞死亡是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細(xì)胞自主的有序性的死亡，它涉及一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等的作用，因而是具有生理性和選擇性的。Apoptosis的概念來(lái)自于希臘語(yǔ)，原意是指樹(shù)葉或花的自然凋落，而細(xì)胞發(fā)生程序性死亡時(shí)，就像樹(shù)葉或花的自然凋落一樣，凋亡的細(xì)胞散在于正常組織細(xì)胞中，無(wú)炎癥反應(yīng)，不遺留瘢痕。死亡的細(xì)胞碎片很快被巨噬細(xì)胞或鄰近細(xì)胞清除，不影響其他細(xì)胞的正常功能?！黾?xì)胞壞死與編程細(xì)胞死亡細(xì)胞壞死(necrosis)與細(xì)胞程序死亡是兩種完全不同的過(guò)程和生物學(xué)現(xiàn)象，在形態(tài)學(xué)、生化代謝改變、分子機(jī)制、細(xì)胞的結(jié)局和意義等方面都有本質(zhì)的區(qū)別（圖14-6）。什么是程序性細(xì)胞死亡？與細(xì)胞壞死有什么不同？圖14-6細(xì)胞的兩種死亡方式及其比較■編程性細(xì)胞死亡的特征●程序化細(xì)胞死亡具有明顯的形態(tài)學(xué)特征,包括細(xì)胞變圓，染色質(zhì)聚集、分塊，胞質(zhì)皺縮(圖14-7)。圖14-7正常的細(xì)胞與編程性死亡細(xì)胞形態(tài)比較a.掃描電鏡觀察的正常T-細(xì)胞；b.掃描電鏡觀察的編程死亡的T-細(xì)胞的形態(tài)，表面可見(jiàn)許多芽；c.用抑制劑處理的正處于膜起泡階段(membraneblebbingstage)的編程死亡細(xì)胞的透射電鏡照片?！窬幊绦运劳黾?xì)胞的核DNA在核小體連接處斷裂成核小體片段，并向核膜下或中央異染色質(zhì)區(qū)聚集形成濃縮的染色質(zhì)塊，隨著染色質(zhì)不斷聚集，核纖層斷裂消失，核膜在核孔處斷裂，形成核碎片。然后整個(gè)細(xì)胞通過(guò)發(fā)芽(bybudding)、起泡(byzelosls)等方式形成凋亡小體(apoptoticbody)，或通過(guò)分隔機(jī)制：在凋亡細(xì)胞內(nèi)由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分隔成大小不等的分隔區(qū)，靠近細(xì)胞膜端的分隔膜與細(xì)胞核融合并脫落形成凋亡小體。最后，凋亡小體被周圍細(xì)胞或單核細(xì)胞吞噬（圖14-8）。圖14-8程序性死亡細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化●程序化細(xì)胞死亡最突出的生化特征是染色質(zhì)DNA的有控裂解，并且是由于內(nèi)源性內(nèi)切核酸酶基因的活化和表達(dá)而造成的結(jié)果。這種由內(nèi)源性內(nèi)切核酸酶切割的染色質(zhì)DNA斷片大小是有規(guī)律的，即都為200bp的倍數(shù)。因此，抽提其中的DNA，進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳時(shí)，或進(jìn)行氯化銫溴化乙錠超速離心時(shí)，呈現(xiàn)出梯狀(1adder)譜型(圖4-9)，可作為鑒別是否發(fā)生程序化細(xì)胞死亡的一個(gè)重要的生化標(biāo)志。圖14-9編程死亡細(xì)胞的DNA梯狀譜型表14-3程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞壞死的比較●程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞壞死在形態(tài)學(xué)、生化反應(yīng)的改變、分子機(jī)制、細(xì)胞結(jié)局等方面都有本質(zhì)的區(qū)別（表14-3）比較內(nèi)容程序性細(xì)胞死亡細(xì)胞壞死質(zhì)膜不破裂發(fā)生破裂細(xì)胞核固縮，DNA片段化彌漫性降解細(xì)胞質(zhì)由質(zhì)膜包圍形成凋亡小體溢出，細(xì)胞破裂成碎片細(xì)胞質(zhì)生化改變?nèi)苊阁w的酶增多溶酶體解體蛋白質(zhì)合成有無(wú)基因活動(dòng)由基因調(diào)控?zé)o基因調(diào)控自吞噬常見(jiàn)缺少線粒體自身吞噬腫脹誘發(fā)因素生理性信號(hào)強(qiáng)烈刺激信號(hào)對(duì)個(gè)體影響生長(zhǎng)、發(fā)育、生存所必需引起炎癥14.2.3程序性細(xì)胞死亡的機(jī)理程序性細(xì)胞死亡是基因調(diào)控作用的結(jié)果。有很多基因參與調(diào)控程序化細(xì)胞死亡過(guò)程，調(diào)控環(huán)節(jié)包括信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因表達(dá)、蛋白質(zhì)生物合成和代謝過(guò)程等。這些基因也叫程序化細(xì)胞死亡相關(guān)基因?！龀绦蛐约?xì)胞死亡的過(guò)程●程序性細(xì)胞死亡分為兩個(gè)階段：一是死亡激活期(activationphase),此階段主要是接受來(lái)自內(nèi)部或外部的死亡信號(hào)(deathsignals)并做出反應(yīng)，即接受指令并決定死亡。第二階段是死亡執(zhí)行期（executionphase）,即執(zhí)行一套死亡程序，包括發(fā)生染色質(zhì)凝縮,并逐步分布在核膜周圍；接著發(fā)生細(xì)胞質(zhì)濃縮,此時(shí)橋粒和中間纖維的連接被破壞，膜泡形成凋亡小體，最后被吞噬細(xì)胞吞噬和降解等。●程序性死亡的細(xì)胞之所以能夠被吞噬細(xì)胞識(shí)別和吞噬，是因?yàn)檫@些細(xì)胞的表面具有“將我吃掉”的信號(hào)，這種信號(hào)在正常細(xì)胞的表面是不存在的。研究得最清楚的被吞噬信號(hào)是存在于程序化死亡細(xì)胞質(zhì)膜脂雙層外葉的磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine)分子，它一般存在于正常細(xì)胞質(zhì)膜脂雙層的內(nèi)葉。■秀麗隱桿線蟲(chóng)中參與程序性細(xì)胞死亡控制的基因●關(guān)于程序性細(xì)胞死亡的分子基礎(chǔ)研究最初是在秀麗隱桿線蟲(chóng)(Caenorhabditis

elegans，CE)中獲得突破。在胚胎發(fā)育期間，秀麗隱桿線蟲(chóng)有1090個(gè)體細(xì)胞，但在發(fā)育過(guò)程中有131個(gè)細(xì)胞死亡。因此，一個(gè)成熟的秀麗隱桿線蟲(chóng)有959個(gè)體細(xì)胞和約1000～2000個(gè)性細(xì)胞。線蟲(chóng)的成蟲(chóng)分雌雄同體和雄性兩種性別，雌雄同體相當(dāng)于雌性（圖14-10）。蟲(chóng)體透明，有6對(duì)染色體，約3000個(gè)基因。圖14-10雌雄同體的秀麗隱桿線蟲(chóng)●秀麗隱桿線蟲(chóng)的細(xì)胞死亡是一種典型的程序性細(xì)胞死亡。15個(gè)基因（大致可分為4組）分別在不同程度上與CE的PCD有關(guān)(圖14-11)。簡(jiǎn)述參與秀麗隱桿線蟲(chóng)的細(xì)胞程序性死亡基因的分組及相關(guān)作用

圖14-11秀麗隱桿線蟲(chóng)程序性細(xì)胞死亡途徑及相關(guān)基因●ced-3(celldeathabnormal)、ced-4、ced-9和egl-1四個(gè)基因構(gòu)成了線蟲(chóng)執(zhí)行死亡的“死亡機(jī)器”(deathmachinery)。遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)ced-3

和ced-4是細(xì)胞殺手，在ced-3或ced-4突變體中，雌雄同體發(fā)育中應(yīng)該死去的131個(gè)細(xì)胞都活下來(lái)了;ced-9可抵消ced-3和ced-4

的作用，防止細(xì)胞被殺死，因此是存活因子，在ced-3和ced-4的殺死細(xì)胞作用中起負(fù)調(diào)控?！襁M(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)真正的細(xì)胞殺手是ced-3而不是ced-4。ced-3編碼的蛋白與哺乳動(dòng)物中的白細(xì)胞介素轉(zhuǎn)換酶(interleukin-1β（IL-1β）-covertingenzyme,ICE)號(hào)碼相類似。ICE屬于日益擴(kuò)大的半胱氨酸蛋白酶家族，該家族至少有30個(gè)成員，統(tǒng)稱為天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶(caspase)。Ced-4的作用是轉(zhuǎn)換器（adapter）,對(duì)ced-3引起的程序性細(xì)胞死亡起促進(jìn)作用。動(dòng)物細(xì)胞中蛋白酶解級(jí)聯(lián)系統(tǒng)對(duì)程序性細(xì)胞死亡的介導(dǎo)所有的動(dòng)物細(xì)胞都有一種相類似的控制程序性細(xì)胞死亡的機(jī)制，即通過(guò)一個(gè)自殺性蛋白酶家族的介導(dǎo)，這種蛋白酶在誘導(dǎo)程序化死亡信號(hào)的作用下通過(guò)自我切割而激活。激活的自殺性蛋白酶又可激活家族中的其他成員，引起蛋白質(zhì)酶解的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。在該反應(yīng)系統(tǒng)中，上一級(jí)的信號(hào)激活下一級(jí)的一個(gè)關(guān)鍵蛋白，并快速將其水解，從而使信號(hào)得以放大（圖14-12）。最后，被激活的蛋白酶切割了細(xì)胞與程序性細(xì)胞死亡相關(guān)的關(guān)鍵蛋白，如核纖層蛋白，從而快速引起有控制的細(xì)胞死亡。圖14-12蛋白酶解級(jí)聯(lián)反應(yīng)介導(dǎo)的程序性細(xì)胞死亡（a）每一個(gè)自殺性的蛋白酶以非活性的形式存在，它可以被同一蛋白酶家族中的另一個(gè)成員裂解切割而自我激活。(b)每一被激活的蛋白酶分子能夠切割許多蛋白酶分子，并將它們激活。以這種方式，開(kāi)始激活的少量蛋白酶通過(guò)激活的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，激活大量的蛋白酶。某些被激活的蛋白酶能夠切割細(xì)胞內(nèi)一些關(guān)鍵的蛋白，如核纖層蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞的有控制的死亡。■天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶(caspase，cysteine-containingaspartate-specificproteases)級(jí)聯(lián)反應(yīng)中的自殺性蛋白水解酶就是caspase。由于caspase家族的成員較多，它們作用時(shí)分成一些亞組被激活，每一組caspase對(duì)應(yīng)不同的激活信號(hào)。如caspase-3、–6、-7和-8在FAS/TNF介導(dǎo)的程序性細(xì)胞死亡途徑中起作用；而caspase-9和-3一起參與線粒體中Apaf-I、細(xì)胞色素c介導(dǎo)的程序性細(xì)胞死亡。有兩類caspase，一類是起始者（initiators）,另一類是執(zhí)行者（executioners）。起始caspase在外來(lái)蛋白信號(hào)的作用下被切割激活，進(jìn)而對(duì)執(zhí)行者caspase進(jìn)行切割并使之激活，后者對(duì)caspase靶蛋白的水解，導(dǎo)致程序性細(xì)胞死亡。一種caspase激活的級(jí)聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致執(zhí)行者caspase的激活。非活性的執(zhí)行者caspase(酶原)被激活的caspase切割，形成幾種蛋白片段。其中兩個(gè)大片段作為執(zhí)行者caspase的兩個(gè)亞基相互結(jié)合形成有活性的執(zhí)行者caspase，然后通過(guò)對(duì)一系列靶蛋白的切割(均在天冬氨酸殘基caspase位點(diǎn))，導(dǎo)致細(xì)胞的程序性死亡。圖14-13執(zhí)行者caspase在程序性細(xì)胞死亡中的作用●研究表明，能夠被caspase切割的靶蛋白包括以下幾類：（1）蛋白激酶：caspase能夠切割十多種蛋白激酶，如粘著斑激酶(focaladhesionkinase,FAK);PKB,PKC,以及Raf1。如果粘著斑激酶被破壞了，即破壞了細(xì)胞的粘著，使得細(xì)胞與相鄰細(xì)胞失去粘著而導(dǎo)致程序性死亡。（2）核纖層蛋白：是位于細(xì)胞核內(nèi)膜下的一層纖維結(jié)構(gòu)，對(duì)內(nèi)膜具有支撐作用。核纖層蛋白被切割，導(dǎo)致核纖層解體、核被膜濃縮。（3）細(xì)胞結(jié)構(gòu)蛋白：一些維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)必需的蛋白質(zhì)，如中間纖維、肌動(dòng)蛋白和凝溶解膠蛋白(gelsolin)等被caspase切割后導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)的改變。（4）與DNA修復(fù)相關(guān)的酶類遭caspase切割后失活。由于DNA的修復(fù)是維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的主要因素，這一因素遭到破壞，合成的DNA難以保證正確，因而導(dǎo)致程序性細(xì)胞死亡。（5）caspase激活的DNase(CAD)抑制蛋白：caspase能夠?qū)aspase激活的DNase(CAD)抑制蛋白水解，導(dǎo)致這種酶被激活。該酶是一種內(nèi)切核酸酶，被激活后從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，與核DNA結(jié)合并將DNA切割成片段?！黾?xì)胞外信號(hào)對(duì)程序性細(xì)胞死亡的激發(fā)如果細(xì)胞外的信號(hào)促進(jìn)程序性細(xì)胞死亡，則屬于死亡的正控制。若細(xì)胞外信號(hào)抑制細(xì)胞的程序性死亡，則是死亡的負(fù)控制，將這種信號(hào)稱為存活因子(survivalfactors)。目前對(duì)存活因子是如何作用的，基本不了解。促進(jìn)程序性細(xì)胞死亡的例子很多，也研究得較為清楚。圖14-14顯示了細(xì)胞外信號(hào)——腫瘤壞死因子（tumornecrosisfactor,TNF）激發(fā)細(xì)胞的程序性死亡的過(guò)程。說(shuō)明腫瘤壞死因子在細(xì)胞程序性死亡中的正控作用。

圖14-14受體介導(dǎo)的程序性細(xì)胞死亡途徑■細(xì)胞內(nèi)信號(hào)對(duì)程序性細(xì)胞死亡的激發(fā)除了外部信號(hào)激發(fā)程序性細(xì)胞死亡外，細(xì)胞內(nèi)源信號(hào)也會(huì)激發(fā)細(xì)胞的程序性死亡，包括：DNA損傷、細(xì)胞質(zhì)中Ca2+濃度過(guò)高、極度氧脅迫（產(chǎn)生大量的自由基）等。在內(nèi)源信號(hào)中有些是促進(jìn)細(xì)胞死亡的正控制信號(hào)，如細(xì)胞色素c,凋亡蛋白酶激活因子（apoptoticprotease-activatingfactor，Apaf）。內(nèi)源信號(hào)中也有抑制細(xì)胞死亡的負(fù)控制信號(hào)，如哺乳動(dòng)物中的Bcl-2蛋白(Bcl-2protein)和Bcl-x蛋白。圖14-15是細(xì)胞內(nèi)源信號(hào)激發(fā)細(xì)胞程序性死亡的過(guò)程。圖14-15線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑14.2.4程序性細(xì)胞死亡的生物學(xué)意義在健康的成年人體的骨髓和腸組織中每小時(shí)大約有十億個(gè)細(xì)胞死亡。動(dòng)物機(jī)體靠對(duì)細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期的正負(fù)控制以及對(duì)編程性細(xì)胞死亡的正負(fù)控制來(lái)維持細(xì)胞總數(shù)的平衡和機(jī)體的生命活力（圖14-16）。圖14-16動(dòng)物機(jī)體的細(xì)胞數(shù)量控制的途徑■在形態(tài)建成中編程死亡起重要作用。如手指和腳趾在發(fā)育的早期是連在一起的，通過(guò)編程死亡使一部分細(xì)胞進(jìn)入自殺途徑才將單個(gè)指加以分開(kāi)(圖14-17)。圖14-17編程死亡在小鼠足趾形成中的作用（a）開(kāi)始時(shí)足趾是相連在一起的；（b）經(jīng)編程死亡足趾分開(kāi)?！隽硗猓瑢?duì)于生物發(fā)育成熟后一些不再需要的結(jié)構(gòu)通過(guò)程序性細(xì)胞死亡加以消除。例如蝌蚪的尾巴就是靠程序性細(xì)胞死亡消除的(圖14-18)。當(dāng)蝌蚪變成蛙時(shí)，尾巴經(jīng)編程死亡而消除。主要是血液中甲狀腺激素的增加誘導(dǎo)細(xì)胞的編程死亡。圖14-18在蝌蚪向蛙發(fā)育中的變態(tài)反應(yīng)中的編程死亡的作用■細(xì)胞的程序性死亡不僅參與形態(tài)建成，而且能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞的數(shù)量和質(zhì)量。例如在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育過(guò)程中，神經(jīng)細(xì)胞必需通過(guò)“競(jìng)爭(zhēng)上崗”獲得生存的機(jī)會(huì)。在胚胎中產(chǎn)生的神經(jīng)細(xì)胞一般是過(guò)量的，然后通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)數(shù)量有限的從靶細(xì)胞分泌出來(lái)的生存因子，只有那些獲得足夠生存因子的神經(jīng)細(xì)胞才能生存下去，而其他的神經(jīng)細(xì)胞將會(huì)通過(guò)程序性死亡而消失(圖14-19)。圖14-19程序性細(xì)胞死亡對(duì)發(fā)育中神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量的調(diào)節(jié)生成的神經(jīng)細(xì)胞多于能夠支持它們生存的生存因子的數(shù)量，這些生存因子是由靶細(xì)胞釋放出來(lái)的。某些得不到生存因子的神經(jīng)細(xì)胞則通過(guò)編程死亡而消失。14.3癌細(xì)胞所謂癌細(xì)胞實(shí)際上是一種突變的體細(xì)胞，這種突變體脫離了細(xì)胞社會(huì)關(guān)于增殖和存活的控制，因此可以無(wú)限制的增殖產(chǎn)生腫瘤。14.3.1癌生物學(xué)“Cancer”一詞源于拉丁語(yǔ)“crab”，是用于描述一種由于體內(nèi)組織的無(wú)限生長(zhǎng)，最后奪去生命的疾病。癌細(xì)胞與正常的細(xì)胞有很大的不同，有許多特有的生物學(xué)特征。■癌的類群根據(jù)癌變涉及的細(xì)胞類型的不同，癌分為三個(gè)類群：①癌(carcinomas),是最常見(jiàn)的一種類型，主要是從組織的外表面和內(nèi)表面生長(zhǎng)的癌。如肺癌、乳腺癌和結(jié)腸癌等。②瘤(sarcomas),主要是源于中胚層形成的支持組織（骨、軟骨、脂肪、結(jié)締組織和肌組織等）中形成的癌。③淋巴瘤(lymphomas)和白血病(leukemias),是由淋巴和血液產(chǎn)生的癌。白血病主要是指癌細(xì)胞已經(jīng)大量進(jìn)入血液中。根據(jù)癌變涉及的細(xì)胞，將癌分為幾個(gè)類型？

■體外培養(yǎng)的癌細(xì)胞生長(zhǎng)特性無(wú)論是活體內(nèi)的癌細(xì)胞還是體外培養(yǎng)的癌細(xì)胞，它們最重要的特性是失去了生長(zhǎng)的控制。正常細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞通過(guò)分裂增殖并鋪滿培養(yǎng)器皿的表面形成單層(monolayer)后即停止分裂(圖4-20a,b)，這種現(xiàn)象稱作接觸抑制(contactinhibition)。在相同條件下培養(yǎng)的惡性細(xì)胞(malignantcells)對(duì)密度依賴性生長(zhǎng)抑制失去敏感性，因而不會(huì)在形成單層時(shí)停止生長(zhǎng)，而是相互堆積形成多層生長(zhǎng)的聚集體(圖14-20c,d)。正常細(xì)胞體外培養(yǎng)時(shí)，在培養(yǎng)器皿表面形成單層即停止生長(zhǎng)(a,b);而由病毒轉(zhuǎn)化的或由致癌化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)的惡性細(xì)胞會(huì)成堆生長(zhǎng)（c,d）。圖14-20正常細(xì)胞與癌細(xì)胞生長(zhǎng)特性比較■癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移(metastasis)惡性腫瘤細(xì)胞能夠突破其所在環(huán)境的束縛，進(jìn)入淋巴管或血管在體內(nèi)轉(zhuǎn)移，在新的部位產(chǎn)生致死性的二級(jí)腫瘤（圖14-21）。腫瘤是一種基因病，它與先天性遺傳病有何不同？

在腫瘤組織中只有極少數(shù)的腫瘤細(xì)胞能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)移：①腫瘤細(xì)胞侵襲周圍的組織和血管，②腫瘤細(xì)胞經(jīng)由循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)移；③在新的部位生長(zhǎng)形成腫瘤。圖14-21腫瘤轉(zhuǎn)移的過(guò)程■癌細(xì)胞的某些特性●癌細(xì)胞的染色體的變化正常細(xì)胞在生長(zhǎng)和分裂時(shí)能夠維持二倍體的完整性，而癌細(xì)胞常常出現(xiàn)染色體異常，主要是非整倍性（aneuploidy）,有染色體的缺失或增加。一般來(lái)說(shuō)，正常細(xì)胞中染色體整倍性的破壞，會(huì)激活導(dǎo)致細(xì)胞程序性死亡的信號(hào)，引起細(xì)胞的程序性死亡。但是癌細(xì)胞染色體整倍性的破壞，不會(huì)進(jìn)入程序性死亡，因這種細(xì)胞對(duì)程序性死亡的信號(hào)已不再敏感了。這也是癌細(xì)胞區(qū)別于正常細(xì)胞的一個(gè)重要指標(biāo)?！窦?xì)胞骨架的變化正常細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中有高度組織化的細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)結(jié)果，而癌細(xì)胞中的細(xì)胞骨架不僅少而且雜亂無(wú)章(圖14-22)。圖14-22正常和癌細(xì)胞微管骨架的比較用微管蛋白抗體制備的細(xì)胞微管骨架的免疫熒光照片。(a).用溫度敏感的腫瘤病毒感染并在高溫下培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞，由于在高溫下溫度敏感病毒在轉(zhuǎn)化細(xì)胞中不起作用，所以細(xì)胞骨架是正常的。(b).同樣轉(zhuǎn)化的細(xì)胞在低溫下培養(yǎng)，表現(xiàn)出轉(zhuǎn)化的表型，細(xì)胞骨架的組織遭到破壞。Metastasis.

●對(duì)生長(zhǎng)因子的依賴性體外培養(yǎng)的正常細(xì)胞通常對(duì)血清有依賴性，即在培養(yǎng)基中補(bǔ)充一定濃度的血清，而血清的作用是提供生長(zhǎng)因子，如表皮生長(zhǎng)因子、胰島素等。而癌細(xì)胞由于它的生長(zhǎng)周期已不受信號(hào)的控制，所以對(duì)血清就失去依賴性（圖14-23）。培養(yǎng)基中有沒(méi)有血清，對(duì)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)影響不大，但沒(méi)有血清時(shí)，正常細(xì)胞基本停止生長(zhǎng)。圖14-23血清對(duì)正常細(xì)胞和癌細(xì)胞生長(zhǎng)的影響●細(xì)胞表面變化腫瘤細(xì)胞的表面常常出現(xiàn)一些變化，包括增加了一些新合成的特殊成份、消失了某些原有的成份。某些癌細(xì)胞能夠合成一些新的表面蛋白，由于這些新出現(xiàn)的蛋白具有抗原性，所以常稱為腫瘤相關(guān)抗原（tumor-associatedantigens）。癌細(xì)胞表面另一種重要的變化是間隙連接減少，如將熒光染料注入正常的細(xì)胞后，染料很快向周圍細(xì)胞擴(kuò)散，但是將熒光染料注入癌細(xì)胞，則只停留在被注射的細(xì)胞內(nèi)，這一實(shí)驗(yàn)說(shuō)明癌細(xì)胞之間的通訊連接有了缺陷?！竦鞍踪|(zhì)合成的變化一些惡性腫瘤常常會(huì)合成和分泌一些蛋白酶。分泌的蛋白酶能夠降解細(xì)胞的某些表面結(jié)構(gòu)，降低了細(xì)胞粘著。正因?yàn)榘┘?xì)胞失去了粘著特性，使得癌細(xì)胞具有在體內(nèi)轉(zhuǎn)移的能力。14.3.2癌的起因：物理和化學(xué)致癌物引起癌細(xì)胞的原因很多，大致分為四種類型：化學(xué)因素、輻射、病毒和遺傳?；瘜W(xué)因素主要是各種化學(xué)致癌物；物理因素主要是紫外光等的輻射作用。病毒和遺傳則是指病毒癌基因和細(xì)胞癌基因?！龌瘜W(xué)致癌物英國(guó)倫敦醫(yī)生JohnHill在1761年首次提出化學(xué)致癌觀點(diǎn)，1775年，另一位英國(guó)外科醫(yī)生PercivalPott獲得環(huán)境因子與癌發(fā)生的相關(guān)證據(jù)。他發(fā)現(xiàn)一些男性煙囪清潔工人的鼻腔和陰囊皮膚等是癌的高發(fā)部位，原因是過(guò)渡與煤煙接觸有關(guān)。在過(guò)去幾十年內(nèi)，經(jīng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)從煤煙中分離出幾百種致癌化學(xué)物質(zhì)。后來(lái)發(fā)現(xiàn)煤炭工業(yè)、印染工業(yè)中的某些化學(xué)物質(zhì)也具有致癌性。表14-4列出了一些常見(jiàn)的化學(xué)致癌物質(zhì)。化學(xué)致癌物誘發(fā)癌的部位丙稀腈結(jié)腸，肺4-氨基二苯膀胱苯胺衍生物膀胱砷化合物肺，皮膚石棉肺，間皮苯白血病鎘鹽前裂腺，肺

四氯化碳肝鉻與鉻酸鹽肺，鼻竇二乙基乙烯雌酚子宮，陰道

鉛腎芥子氣肺，喉

α-萘胺膀胱鎳肺，鼻有機(jī)氯殺蟲(chóng)劑肝聚氯聯(lián)苯肝氡肺煤煙和焦油皮膚，肺和膀胱

乙烯氯肝，肺和腦吸煙肺，口腔，胃，喉，食管，胰

■輻射對(duì)癌的誘發(fā)人類在自然環(huán)境中受到的輻射主要來(lái)自太陽(yáng)的紫外線、外層空間的宇宙射線(cosmicrays)以及自然發(fā)生的放射性元素的放射性(emissions)。另外，還受到來(lái)自醫(yī)療、工業(yè)和軍事活動(dòng)中人為產(chǎn)生的高能輻射，這些輻射主要是X-射線和放射活性。關(guān)于化學(xué)致致癌物和輻射等因素對(duì)癌的誘發(fā)機(jī)理目前很不清楚，通過(guò)對(duì)一些特別致癌物的分析，發(fā)現(xiàn)與DNA突變有關(guān)。圖14-24是幾種致癌物對(duì)DNA的誘變作用。雖然勿庸置疑食物和環(huán)境中的誘變劑是致癌的因素，但大多數(shù)致癌的突變主要來(lái)自正常代謝過(guò)程中的DNA損傷。圖14-24化學(xué)和UV致癌物的作用機(jī)制圖中隨機(jī)挑選了p53基因中7個(gè)密碼子，這些密碼在人的癌癥病人中有50%會(huì)發(fā)生缺失或突變。圖中顯示了幾種不同致癌物，包括苯并芘(Benzo[a]pyrene),它是在香煙的煙霧中發(fā)現(xiàn)的、黃曲霉毒素B1、陽(yáng)光中的紫外光等作用于該序列引起突變的機(jī)理。每一種致癌物都引起一種不同的堿基置換。圖中也顯示了由于內(nèi)源代謝引起的脫氨作用，也會(huì)導(dǎo)致C→T突變。14.3.3腫瘤發(fā)生(tumorigenesis)的遺傳學(xué)雖然癌是一種非常之常見(jiàn)的疾病，但是從細(xì)胞水平上看，癌的發(fā)生又是極偶然的事件。從遺傳上看，癌都是由一個(gè)細(xì)胞發(fā)展而來(lái)，由一個(gè)失去了增殖控制的細(xì)胞發(fā)展而來(lái)。人體有百萬(wàn)兆的細(xì)胞，每天都有幾十億個(gè)細(xì)胞進(jìn)行分裂，理論上幾乎任何一個(gè)細(xì)胞都有可能由遺傳成份的改變而癌變，但實(shí)際上并非如此?！瞿[瘤發(fā)生的進(jìn)程（progression）●為什么大多數(shù)細(xì)胞都不會(huì)發(fā)生癌變？其中一個(gè)主要原因是：細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化需要發(fā)生多個(gè)遺傳改變，即一個(gè)細(xì)胞發(fā)生多次遺傳突變。因此腫瘤發(fā)生是一個(gè)漸進(jìn)式的過(guò)程，涉及多級(jí)反應(yīng)和突變的積累。關(guān)于腫瘤發(fā)生的漸進(jìn)性，有兩個(gè)研究得較深入的例子，即結(jié)腸癌(colon)和星形細(xì)胞瘤(astrocytoma，一種腦瘤),它們的癌變過(guò)程是先后發(fā)生幾種突變并積累的過(guò)程（圖14-25）。圖14-25結(jié)腸癌和腦瘤惡性轉(zhuǎn)變的多步發(fā)展過(guò)程圖中的組織學(xué)照片揭示結(jié)腸癌和腦瘤由正常細(xì)胞→轉(zhuǎn)變成良性腫瘤→轉(zhuǎn)變成惡性腫瘤的發(fā)展過(guò)程中幾個(gè)明顯可分的階段。a.結(jié)腸癌在癌變程中順序突變事件，注意結(jié)腸癌在癌變過(guò)程中組織結(jié)構(gòu)由有序向無(wú)序的變化。b.星形細(xì)胞瘤癌變過(guò)程中順序突變及形態(tài)變化，具有與結(jié)腸癌發(fā)生過(guò)程不同的特征?！衲承盒阅[瘤發(fā)生的第一步是形成良性腫瘤(begigntumor),良性腫瘤的增殖也不受正常調(diào)控作用的控制，但不會(huì)侵染其它組織，不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)移?！窀鶕?jù)對(duì)結(jié)腸癌發(fā)生過(guò)程的形態(tài)變化及突變分析，提出了關(guān)于結(jié)腸癌發(fā)生的遺傳漸進(jìn)模型(圖14-26)。在癌發(fā)展過(guò)程的不同階段發(fā)生不同的基因突變，如APC基因（adenomatouspolyposiscolon）是結(jié)腸癌發(fā)生過(guò)程中第一個(gè)發(fā)生突變的基因。而p53基因則是結(jié)腸癌發(fā)展過(guò)程的后期發(fā)生突變的基因。圖14-26結(jié)腸癌發(fā)生過(guò)程中可能涉及的基因突變及順序■抑癌基因、癌基因與原癌基因●癌的發(fā)生涉及兩類基因∶抑癌基因(Tumorsuppressorgene)與癌基因(oncogene)。在正常的二倍體細(xì)胞中，每一種抑癌基因都有兩個(gè)拷貝，只有當(dāng)兩個(gè)拷貝都丟失了或兩個(gè)拷貝都失活了才會(huì)使細(xì)胞失去增殖的控制，只要有一個(gè)拷貝是正常的，就能夠正常調(diào)節(jié)細(xì)胞的周期（圖14-27a）。癌基因是細(xì)胞加速器，它們編碼的蛋白使細(xì)胞生長(zhǎng)不受控制，并促進(jìn)細(xì)胞癌變（圖14-27b）。大多數(shù)癌基因都是由與細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂有關(guān)的正?；?原癌基因)突變而來(lái)。圖14-27抑癌基因與原癌基因突變對(duì)細(xì)胞的影響a.抑癌基因突變對(duì)細(xì)胞的影響；b.原癌基因突變對(duì)細(xì)胞的影響●原癌基因（proto-oncogene），原本是細(xì)胞的正常基因，它們編碼的蛋白質(zhì)在正常細(xì)胞中通常參與細(xì)胞的生長(zhǎng)與增殖的調(diào)節(jié)。但突變后成為促癌的癌基因(cancer-promotingoncogene)，導(dǎo)致細(xì)胞癌變。原癌基因突變成癌基因，稱為原癌基因的激活。有幾種可能的機(jī)制使原癌基因激活（圖14-28）。什么是原癌基因？為什么突變后會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞癌變？圖14-28原癌基因激活成癌基因a.原癌基因編碼區(qū)突變；b.調(diào)節(jié)區(qū)突變；c.DNA發(fā)生重排■病毒癌基因與癌的誘發(fā)就癌基因的來(lái)源分為兩類，一類是細(xì)胞癌基因(cellularoncogene，c-onc)，由細(xì)胞原癌基因突變而來(lái)；另一類是病毒癌基因(viraloncogene，v-onc)。大約已經(jīng)鑒定了100多種不同的癌基因，它們中的大多數(shù)屬于RNA腫瘤病毒基因組中的基因。雞肉瘤病毒(roussarcomavirus，RSV)是一種RNA病毒，可使雞產(chǎn)生肉瘤。第一個(gè)病毒癌基因就是在RSV中發(fā)現(xiàn)并鑒定的，即src基因。近幾年的研究表明，許多致癌病毒中的癌基因不僅與致癌密切相關(guān)，而且與正常細(xì)胞中的某些DNA順序同源，從而推測(cè)病毒癌基因起源于細(xì)胞的原癌基因（圖14-29）。圖14-29RNA腫瘤病毒癌基因起源的模型除了RNA病毒引起細(xì)胞癌變外，某些DNA病毒也能引起細(xì)胞癌變。表14-5列出了部分與腫瘤有關(guān)的DNA病毒和RNA病毒。病毒誘導(dǎo)的腫瘤生物DNA病毒：呂克氏病毒腎腺癌蛙非洲淋巴瘤病毒（EBV）非洲淋巴瘤；鼻咽癌人禽麻痹病病毒淋巴瘤雞兔乳頭瘤病毒乳頭瘤兔SV-40皮下、腎和肺肉瘤人多瘤病毒肝、腎、肺、骨、血管、神經(jīng)組織、結(jié)締組織多形瘤鼠人乳頭瘤病毒宮頸癌人人的腺病毒皮下、腹膜內(nèi)、顱內(nèi)腺瘤倉(cāng)鼠RNA病毒勞氏肉瘤病毒肉瘤鳥(niǎo)，哺乳動(dòng)物鼠白血病病毒白血病鼠人T—細(xì)胞白血病病毒白血病/淋巴瘤人禽類白血病病毒白血病雞貓肉瘤病毒肉瘤貓表14-5部分DNA和RNA腫瘤病毒2.由于腫瘤病毒的感染可引起正常細(xì)胞癌變，如何證明非病毒的癌基因也能誘發(fā)細(xì)胞癌變？答:由于腫瘤病毒的感染會(huì)誘發(fā)被感染生物的細(xì)胞癌變，從癌細(xì)胞中分離的DNA是否也具有誘發(fā)細(xì)胞癌變的能力？在20世紀(jì)80年代早期，RobertWeinberg和GeoffreyCooper通過(guò)基因轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)證明非病毒的癌基因也能誘發(fā)細(xì)胞癌變（圖14E-1）。圖14E-1DNA轉(zhuǎn)移對(duì)癌的誘導(dǎo)從人的癌細(xì)胞中分離DNA,然后將分離的癌細(xì)胞DNA導(dǎo)入培養(yǎng)的正常鼠的成纖維細(xì)胞，某些鼠的成纖維細(xì)胞進(jìn)行了惡性轉(zhuǎn)化。將轉(zhuǎn)化的癌細(xì)胞注入正常小鼠體內(nèi)，正常小鼠長(zhǎng)出了瘤?！鲈┗蚺c癌變●細(xì)胞增殖受一系列基因表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)的控制，將參與細(xì)胞增殖控制的蛋白質(zhì)分為7種類型（圖14-30）。根據(jù)蛋白質(zhì)在細(xì)胞增殖中的作用，可分為幾種類型？它們的編碼基因發(fā)生突變后對(duì)細(xì)胞的增殖有什么影響？圖14-30參與細(xì)胞生長(zhǎng)控制的7種類型的蛋白質(zhì)●這7種類型的蛋白質(zhì)中，有些是原癌基因的編碼產(chǎn)物，它們突變后會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞癌變。表14-6列出了部分人體原癌基因和它們突變后引起的癌癥。原癌基因突變腫瘤abl易位慢性髓細(xì)胞性白細(xì)胞bcl-2易位B-細(xì)胞淋巴瘤CYCD1易位乳腺癌Cdk-4擴(kuò)增肉瘤erbB擴(kuò)增鱗狀細(xì)胞癌；星形細(xì)胞瘤

neu/HER2擴(kuò)增乳腺腺癌；卵巢腺癌；胃腺癌

gip點(diǎn)突變卵巢癌；腎上腺癌

gsp點(diǎn)突變垂體腺瘤；甲狀腺瘤myc易位非洲淋巴瘤

擴(kuò)增肺癌；乳腺癌；子宮莖癌

L-myc擴(kuò)增肺癌N-myc擴(kuò)增成神經(jīng)細(xì)胞瘤，肺小細(xì)胞癌

H-ras點(diǎn)突變結(jié)腸癌；肺癌；腺癌；黑素瘤K-ras點(diǎn)突變極性髓樣和成淋巴細(xì)胞白血??；甲狀腺；黑素瘤N-ras點(diǎn)突變生殖泌尿和甲狀腺癌；黑素瘤retDNA重排甲狀腺癌trkDNA重排甲狀腺癌表14-6原癌基因與人類腫瘤根據(jù)Pro在細(xì)胞增殖中的作用，可分為幾種類型？其編碼基因突變后對(duì)細(xì)胞增殖有何影響？細(xì)胞增殖受一系列基因表達(dá)蛋白質(zhì)的控制，將參與細(xì)胞增殖控制的蛋白質(zhì)分為7種類型：Ⅰ.生長(zhǎng)因子(growthfactor)；Ⅱ.生長(zhǎng)因子受體(growth-factorreceptor)；Ⅲ.信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白（signaltransductionprotein）;Ⅳ.轉(zhuǎn)錄因子（transcriptionfactor）；Ⅴ.抗編程死亡蛋白(anti-apototicprotein)；Ⅵ.細(xì)胞周期控制蛋白（cell-cyclecontrolprotein）;Ⅶ.DNA修復(fù)蛋白（DNA-repairprotein）。這7種類型的蛋白質(zhì)中，有些是原癌基因編碼產(chǎn)物，它們突變后會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞