第十七章 腫瘤的生化基礎課件

第十七章腫瘤的生化基礎生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎第一節(jié)

概述

生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎

1911年，PeytonRous發(fā)現(xiàn)雞肉瘤病毒可以致癌。產(chǎn)生“腫瘤源于體細胞基因改變”的概念。

1947年，CharlotteAuerbach和J.M.Robson證明化學物質可以引起DNA損傷，破壞基因組穩(wěn)定性，誘發(fā)腫瘤。

1970年代，基因克隆、基因轉移等各種基因操作技術迅速發(fā)展，并與腫瘤學（oncology)研究相結合。

1979年發(fā)現(xiàn)了第一個細胞癌基因。癌基因、抑癌基因相繼發(fā)現(xiàn)，確認“腫瘤是一種基因病（geneticdisease）”。腫瘤分子研究史:生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎促進正常細胞向腫瘤細胞轉化的因素生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎癌基因、抑癌基因與生長因子的關系癌基因抑癌基因細胞生長因子正調控負調控產(chǎn)物生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎第二節(jié)

癌基因

Oncogenes癌基因(oncogene)細胞內控制細胞生長和分化的基因，它的結構異常或表達異常，可以引起細胞癌變。生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎對人、動物有感染性。DNA病毒的DNA可以整合到宿主靶細胞的DNA分子上。某些病毒基因中含有病毒癌基因（V-onc）的序列，編碼的轉化蛋白可使細胞癌變。生物性致癌主要指腫瘤病毒，包括DNA腫瘤病毒及RNA腫瘤病毒。致癌的病毒有DNA病毒和RNA病毒腫瘤病毒的特點：生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎（一）病毒癌基因(virusoncogene,v-onc)存在于病毒基因組中的癌基因，它不編碼病毒的結構成分，對病毒復制也沒有作用，但可以使細胞持續(xù)增殖。一、病毒癌基因和細胞癌基因（二）細胞癌基因(cellular-oncogene,c-onc)存在于生物正常細胞基因組中的癌基因，或稱原癌基因(proto-oncogenes,pro-onc)。生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎

調節(jié)和啟動轉錄LTRgagpolenv

srcLTR

長末端重復序列癌基因正常的病毒基因產(chǎn)生病毒核心蛋白產(chǎn)生逆轉錄酶和整合酶

產(chǎn)生病毒外膜蛋白產(chǎn)生酪氨酸激酶*病毒基因組結構生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎病毒癌基因（V-onc）與細胞癌基因差別只是V-onc無內含子，而C-onc常有內含子。有時一些V-onc序列與C-onc比較，常有堿基替代，缺失。正因為序列有同源性，一旦V-onc整合至細胞基因后，不需激活便可產(chǎn)生細胞轉化作用。許多病毒癌基因與細胞癌基因序列同源如Rous肉瘤病毒的癌基因v-src編碼p60src，具有TPK活性。生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎V-onc的形成示意圖生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎細胞癌基因的特點廣泛存在于生物界中；基因序列高度保守；作用通過其產(chǎn)物蛋白質來體現(xiàn)；被激活后，形成癌性的細胞轉化基因。生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎細胞癌基因的分類及其產(chǎn)物根據(jù)原癌基因的表達產(chǎn)物在細胞中的定位和功能分為：1

src家族——酪氨酸蛋白激酶2.ras家族——p213.myc家族——核內DNA結合蛋白4.sis家族——p28(類人血小板源生長因子)5.erb家族——生長因子、蛋白激酶類6.myb家族——核內轉錄因子生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎細胞癌基因產(chǎn)物及其功能c-sisEGF受體基因ras基因家族H-rasK-rasN-rasc-srcc-myc血小板源生長因子（PDGF）β鏈。PDGF調節(jié)靶細胞正常生長與增生。相應的v-sis發(fā)現(xiàn)于猴肉瘤病毒中，產(chǎn)生p28sis蛋白，能使靶細胞過度增生EGF受體與EGF結合后轉導細胞增生信號。相應的病毒癌基因v-erbB的產(chǎn)物為gp65erbB，缺失配體結合域，不需與EGF結合就可轉導細胞增生信號產(chǎn)物Ras蛋白屬于小G蛋白，與GTP結合后有活性，能轉導細胞生長增生信號。突變的Ras蛋白不具有GTPase活性，結合GTP后持續(xù)活化產(chǎn)物為60kD的胞質酪氨酸蛋白激酶，轉導細胞生長與增生信號，v-src產(chǎn)物能使細胞轉化產(chǎn)物為49kD的核內轉錄因子，與Max蛋白形成異二聚體，與特異的順式作用元件結合，活化靶基因轉錄二、細胞癌基因產(chǎn)物的功能生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎癌基因與生長因子信號的轉導生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎（一）獲得啟動子與增強子（二）基因易位（三）原癌基因擴增（四）點突變（五）DNA重排出現(xiàn)新的表達產(chǎn)物出現(xiàn)過量的正常表達產(chǎn)物出現(xiàn)異常、截短的表達產(chǎn)物三、原癌基因激活的機制癌基因被激活的結果生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎第三節(jié)

抑癌基因

tumorsuppressorgene

生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎抑癌基因(tumorsuppressivegene,anti-oncegene)抑制細胞過度生長、增殖從而遏制腫瘤形成的基因。一、抑癌基因的概念生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎細胞雜交試驗正常細胞腫瘤細胞非腫瘤型雜交細胞雜交融合腫瘤細胞1腫瘤細胞2雜交融合非腫瘤型雜交細胞正常細胞失去某些基因腫瘤細胞生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎抑癌基因染色體定位產(chǎn)物定位功能相關腫瘤DPCD4NF1NF2WT1APC（FA0）RBp53p16DCCMEN-118q21.117q11.222q12.211q135q21-2213q1417q12-13.39p2111p15.511q13細胞表面胞膜內面細胞骨架細胞核細胞質細胞核細胞核細胞核細胞膜未定轉導TGFβ信號抑制Ras信號轉導抑制Ras信號轉導轉錄因子抑制信號轉導負調節(jié)細胞周期負調節(jié)細胞周期DNA損傷后的細胞凋亡負調節(jié)細胞周期細胞黏附與TGFβ信號有關胰腺癌、結腸癌等施萬細胞瘤腦膜瘤等Wilms’瘤胃癌、結腸癌等視網(wǎng)膜母細胞瘤、肺癌、骨肉瘤等大多數(shù)癌癥胰腺癌、食管癌等大腸癌、胰腺癌等多發(fā)內分泌腫瘤某些抑癌基因及其功能喪失后導致的相關腫瘤

生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎1.視網(wǎng)膜母細胞瘤基因（Rb基因）G0G1期Rb蛋白E-2FS期E-2FDNAmRNADNA抑癌基因的作用機制PRb蛋白生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎pRb的磷酸化與細胞周期生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎2.p53蛋白p53蛋白解鏈酶復制因子Ap21蛋白細胞停滯于G1期細胞自殺酸性區(qū)核心區(qū)堿性區(qū)p53蛋白DNA損傷p21基因p53蛋白抑制p53蛋白成功修復修復失敗生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎在G1期監(jiān)視細胞基因組完整性，阻滯DNA損傷細胞停留在G1期，使細胞有足夠的時間進行DNA損傷修復，抑制腫瘤發(fā)生。損傷不能修復，則誘導細胞凋亡，即抑制細胞生長從而避免產(chǎn)生具有癌變傾向的突變細胞。p53蛋白生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎p53蛋白通過誘導p21基因轉錄，抑制各型Cyclin-Cdk復合體對Rb的磷酸化，使Rb處于非磷酸化狀態(tài)，從而抑制細胞G1期→S期轉換。通過誘導GADD45基因表達，引起G1期停滯，修復DNA損傷。

p53蛋白與TATA結合蛋白（TATAboxbindingprotein,TBP）結合，抑制c-fos、c-jun、PCNA及p53自身基因的轉錄，抑制細胞增殖。

p53蛋白與復制因子A相互作用，抑制DNA復制。p53蛋白誘導G1期停滯途徑：生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎二、癌基因、抑癌基因與腫瘤的發(fā)生原癌基因可在某些因素作用下被激活而具有轉化細胞的性質，通過干擾正常的細胞信號轉導過程造成細胞異常分化和增殖。

抑癌基因功能的缺失或失活也是細胞癌變的重要原因。生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎

基因缺失或自身突變，使表達產(chǎn)物失去活性表達蛋白質的磷酸化狀態(tài)抑癌基因與癌基因的表達蛋白相互作用。抑癌基因的失活常見的幾種途徑：生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎第四節(jié)

生長因子

Growthfactors

生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎生長因子（growthfactor,GF）是一類能促進細胞增殖的肽類，通過與質膜上的特異受體發(fā)揮作用。生長因子發(fā)揮作用的方式有幾種：①內分泌（endocrine）②旁分泌（paracrine）③自分泌（autocrine）一、生長因子概念及其功能

生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎對某些細胞同時有促進和抑制作用腎、血小板轉化生長因子β（TGFβ）類似于EGF轉化細胞或腫瘤細胞的條件培養(yǎng)基轉化生長因子α（TGFα）促進間充質及膠質細胞生長血小板血小板衍生生長因子（PDGF）對交感及某些感覺神經(jīng)原有營養(yǎng)作用鼠唾液腺神經(jīng)生長因子（NGF）刺激T細胞生長條件培養(yǎng)基白細胞介素2（IL-2）刺激T細胞生成白介素2條件培養(yǎng)基白細胞介素1（IL-1）促進多種細胞增殖各種細胞成纖維細胞生長因子（FGFs）（至少9個家族成員）調節(jié)早成紅細胞增殖腎、尿液紅細胞生長素刺激多種上皮和內皮細胞生長鼠唾液腺上皮生長因子（EGF）功能來源生長因子常見的生長因子及其功能生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎生長因子的作用生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎產(chǎn)生相應第二信使胞內相關蛋白質被磷酸化與膜受體結合酪氨酸激酶活化蛋白激酶活化核內轉錄因子活化基因轉錄與胞內受體結合生長因子–

受體復合物，活化相關基因二、生長因子的作用機制生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎腫瘤細胞中常表現(xiàn)為促進增殖的信號增強。癌基因/生長因子信號轉導異常與腫瘤異常增殖相關癌細胞能分泌更多的生長因子2.生長因子受體數(shù)量增多3.信號途徑分子異常激活三、生長因子與腫瘤生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎轉化生長因子β（Transforminggrowthfactor-β，TGF-β）信號途徑對某些細胞（如成纖維細胞）起促進分裂的作用，但對大多數(shù)上皮細胞的生長起抑制作用。例：TGF-β途徑抑制大多數(shù)細胞生長TGF-β受體是一Ser/Thr蛋白激酶。受體的底物為Smad家族蛋白。Smad與TOXO共同激活時能抑制促細胞生長的基因表達，對細胞的生長、凋亡起調控作用。Smad抑制myc的表達；myc抑制Smad的抑制生長作用。17第十七章腫瘤的生化基礎TGF

受體介導的信號轉導通路生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎第五節(jié)

細胞凋亡

apoptosis生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎一、細胞凋亡的概念

細胞凋亡(apoptosis)是由細胞內特定基因的程序性表達而介導的細胞死亡,又稱程序性細胞死亡（programmedcelldeath，PCD

）。它一方面是生物個體胚胎發(fā)育過程中的程序化事件，另一方面是成熟個體在各種生理病理條件下維持組織中細胞數(shù)目平衡的反應。生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎隱性時相執(zhí)行時相誘因不可逆轉位點審判階段定型階段形態(tài)改變凋亡時相凋亡時相生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎凋亡細胞形態(tài)凋亡小體

細胞表面皺縮，與相鄰細胞解離細胞核變小，伴有染色質固縮及分離細胞核裂解成被2層脂質膜包裹的分散碎片，并以出芽方式形成凋亡小體被周圍的細胞所攝取并在它們的溶酶體內被消化生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎二、細胞凋亡的分子機制和凋亡相關基因

細胞凋亡是機體嚴格調控的清除不需要細胞的獨特細胞死亡方式，細胞凋亡過程是一種特殊的凋亡信號觸發(fā)，按嚴格程序轉導而發(fā)生的過程，涉及多種基因的表達和多種凋亡相關蛋白的作用。生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎

Caspases家族成員擁有相似的氨基酸序列、結構和底物特異性，都以酶原(30kD～50kD）形式表達。

Caspase酶原由原結構域、大亞基（～20kD）和小亞基(～10kD）構成。原結構域的序列和長度高度可變，參與Caspase

活化的調節(jié)：結合底物和酶解反應所必需的氨基酸殘基由整合的大、小亞基共同提供；在含有半胱氨酸活性位點的氨基酸殘基是保守的均為五肽：Gln-Ala-Cys-Arg-Gly。（一）胱天蛋白酶（caspase）與細胞凋亡生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎胱天蛋白酶活化生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎

胱天蛋白酶的作用具有級聯(lián)活化的特點

有些胱天蛋白酶位于級聯(lián)活化途徑的上游，屬于起始者（initiatorcaspases），如胱天蛋白酶8和9，它們在死亡信號及其信號轉導分子的作用下發(fā)生自我活化。

另有一些胱天蛋白酶屬于效應者（effectorcaspase），位于胱天蛋白酶級聯(lián)反應的下游，如胱天蛋白酶3，它的前體是胱天蛋白酶原8或9的底物，活化的胱天蛋白酶原3可以水解底物蛋白，導致細胞形態(tài)及功能變化。生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎（二）細胞凋亡的信號轉導途徑細胞凋亡的兩條途徑生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎（三）細胞凋亡相關基因bcl2基因家族

1985年Tsujimoto等從B細胞淋巴瘤染色體上因易位t(14;18)(q32;q21)而激活的基因中發(fā)現(xiàn)bcl-2(Bcelllymphoma/leukemia2)，易位后的bcl-2基因在14號染色體上受lgG啟動子、增強子控制，導致過度表達。生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎Bcl-2蛋白質家族

bcl–2家族成員有兩大結構域：羧基端的跨膜結構域（transmembraneregion,TM)，為bcl-2定位于細胞內膜所必需；數(shù)量不等（1～4）的bcl-2同源結構(bcl-2homology,BH)，是bcl-2家族成員之間或bcl-2家族成員和其他蛋白相互作用的分子基礎。包括bcl-2、bcl-x、bax等。生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎

Bcl-2阻斷細胞凋亡的機制bcl-2還可抑制c-myc

和p53等基因誘導的凋亡。阻斷凋亡的最后共同通路。防止細胞死亡過程的發(fā)生，但對增殖過程似無影響bcl-2保護細胞不發(fā)生凋亡，涉及藥物介導的DNA損傷程序的降低，增加DNA的修復，抑制藥物介導的核苷酸庫的變化，以及細胞周期中某些動力學方面的改變生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎p53抑癌基因表達產(chǎn)物WTp53的功能：誘導細胞周期停滯于G1期誘導細胞凋亡p53能上調bax的表達，下調bcl-2的表達，從而促進細胞凋亡其他凋亡相關基因生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎p53促進細胞凋亡的生化機制許多凋亡因子基因啟動子區(qū)都有p53反應元件（PRE）結合p53后被激活轉錄表達—Fas、FasL、

Apaf-1、DR5和Bax等表達增高，促進凋亡；抑制bcl-2基因表達，降低其抗凋亡作用。生長阻止和DNA損傷誘導基因45（GADD45）啟動子區(qū)亦有PRE，p53促進其表達結合增殖細胞核抗原（PCNA）減弱DNA的修復促進內質網(wǎng)釋放TNF-

和Fas，加強凋亡p53結合DNA復制蛋白A（RPA）而阻止DNA的復制生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎c-myc原癌基因產(chǎn)物myc屬于myc癌基因家族，所表達的蛋白質產(chǎn)物為DNA結合蛋白酶類。在許多情況下，c-myc誘導細胞凋亡需要缺乏生長因子。c-myc基因表達與其他致癌因素同在時表現(xiàn)為增殖作用，與其他抑癌條件共存時導致細胞走向死亡。生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎*多個不同的癌相關基因的異常激活或失活*原癌基因激活和抑癌基因失活同時存在*抑制凋亡基因表達增加、促凋亡基因表達減少

細胞癌變是多基因、多步驟、多因素的復雜過程三、細胞凋亡與腫瘤生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎它們的存在或量變能提示腫瘤的性質，并有助于了解腫瘤的起源、分化，從而有助于腫瘤的診斷、分類、預后判斷及轉導治療。附錄：腫瘤標記物腫瘤標記物（tumormarker）是指由腫瘤細胞產(chǎn)生、與腫瘤性質相關的一類分子，這類分子不存在于正常成人組織，而是在胚胎或腫瘤組織。意義：生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎腫瘤標記物應具有以下特點：①標記物的變化與腫瘤生長、轉移等有直接的定性、定量的關系。②具有特異性，即能與正常細胞、良性腫瘤區(qū)別。③檢測標記物的方法應簡便。生物化學17第十七章腫瘤的生化基礎

多發(fā)骨髓瘤

多發(fā)骨髓瘤、慢性淋巴性白血病

22.5~45kD

12kD蛋白質類

本固蛋白

β2微球蛋白

庫興綜合征

胚胎絨毛膜、睪丸腫瘤

4.5kD45kD激素類

促腎上腺皮質激素

人絨毛膜促性腺激素

肝腫瘤

骨、肺、白血病、肉瘤

肝、胃、結腸腫瘤

肝、白血病

160kD

95kD

80k