肿瘤生物学.ppt

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1、第十三章 肿瘤生物学,2019年1月，国家癌症中心发布了最新一期的全国癌症统计数据。报告显示，2015年全国恶性肿瘤发病约392.9万人，较2014年的380.4万增加12.5万，增长率为3.2%；这意味着，平均每天超过1万人被确诊为癌症，每分钟有7.5人被确诊为癌症。,1:严格控制体重2：不吃发霉食品3：少吃熏制、腌制、烤制、油炸和过热的食品4:吃新鲜的果蔬前洗干净5：不吸烟6：不要熬夜。,防癌处方,触目惊心中国癌症村,肿瘤是威胁人类生命的最严重的疾病之一，多年来，科学家们一直致力于解开肿瘤的发生之谜。现代医学已经证明，肿瘤的发生与遗传因素有着非常密切的关系，各种环境因素直接或间接地作用于体

2、细胞的遗传物质，引起染色体或DNA的改变。在此基础上，体细胞去分化并无限制地增殖而形成肿瘤细胞，又经过促进和进展等过程，最后形成各种恶性肿瘤。因此，人体肿瘤的发生是有一定的遗传基础的，它是一种体细胞遗传病。,肿瘤(Tumor)肿瘤是在致瘤因素作用下，细胞生长调控紊乱，导致机体某部位组织异常增生而形成的一种新生物，通常呈肿块状，故名肿瘤。,第一节 肿瘤的基本概念与特征,一.不同类型癌细胞的形态特征,肿瘤,良性肿瘤,恶性肿瘤,85%为癌：上皮组织 肠癌、乳腺癌2%为肉瘤：间叶组织 纤维瘤、脂肪瘤5%为淋巴瘤：淋巴细胞或组织3%为白血病：白细胞,粒细胞性淋巴细胞性单核细胞性,良性增生,恶性增生,良性

3、与恶性增生对照示意图,Benign tumors arise with great frequency but pose little risk because they are localized and small,良性肿瘤局限在包膜中生长与正常组织有清楚的分界线,Malignant tumors generally invade surrounding tissue and spread throughout the body,Alterations in cell-cell interactions and the formation of new blood vessels are

4、associated with malignancy恶性肿瘤呈侵袭性生长与正常组织无分界线,肿瘤与一般的遗传病不同：它并不在一个家族中代代相传 肿瘤 遗传病 _遗传学改变 体细胞 体细胞及生殖细胞家族遗传性 无 有遗传学素质 有*环境影响 对肿瘤发生具有关键性作用 不由环境决定 _*存在先天性肿瘤相关的遗传学改变，为肿瘤的发生奠定了一定的基础，使后代具有易于发生肿瘤的倾向，有些肿瘤具有家族聚集现象。,1鳞癌,一般起源于上皮组织，也可起源于已经发生鳞化的柱状上皮。根据涂片中大多数癌细胞的分化程度，可把鳞癌分为高分化和低分化两大类。,以类似表层细胞的癌细胞为主，并可见少量中层癌细胞，这些癌细胞分化

5、比较成熟，表现多形性，如纤维形、蝌蚪形、蛇形等癌细胞，常散在分布。癌细胞胞质角化明显，故称角化型鳞癌。,高分化(角化型)鳞癌,癌细胞形态类似底层鳞状上皮细胞，少数类似中层鳞状上皮细胞，不出现或很少出现表层癌细胞。癌细胞形态主要为圆形、卵圆形，多数成片脱落，也可单个散在，胞质少、不角化。HE染色呈暗红色，巴氏染色为暗绿色，核大，核仁清楚。,低分化(非角化型)鳞癌,巴氏染色,一般起源于上皮组织具有分泌能力的细胞。根据癌细胞大小，细胞内的粘液多少，有无形成腺腔样结构，腺癌亦可分为高分化和低分化两型。,2腺癌,常形成腺样排列。癌细胞大，胞质丰富，HE染色为浅红色，巴氏染色为浅绿色，其中可见粘液空泡。核

6、大，核染色质颗粒粗，染色深，核仁巨大。,高分化腺癌,癌细胞小、胞质少，嗜碱性，粘液空泡少见。癌细胞常成团脱落，排列紧密，形成桑椹样结构。核小偏位，边缘胞质隆起。核染色质较粗，核仁小。,低分化腺癌,低分化前列腺癌,二、肿瘤的基本特征,肿瘤十大特征,当控制细胞分裂的机制丢失，一个细胞就会连续分裂，结果就会形成肿瘤.,持续增殖的信号：肿瘤细胞可以通过多种途径获得持续增殖的信号，细胞生长控制反应丧失,细胞接触抑制丧失,接触抑制丧失，正常细胞在体外培养时表现为贴壁生长和汇合成单层后停止生长的特点，即接触抑制现象，而肿瘤细胞即使堆积成群，仍然可以生长。,抵抗细胞死亡：很多肿瘤细胞通过自噬途径适应低氧和营养

7、受限的生存环境，避免死亡的命运。,无限复制的潜能：肿瘤必须具有无限复制的潜能，越过衰老和危机（如凋亡）两个非常重要的屏障。端粒酶是细胞具有无限复制能力的主要因素。,无限复制的潜能：肿瘤必须具有无限复制的潜能，越过衰老和危机（如凋亡）两个非常重要的屏障。端粒酶是细胞具有无限复制能力的主要因素。,端粒酶的结构,诱导血管生成：和正常组织一样，肿瘤需要营养和氧的供给以及排除代谢废物的能力，肿瘤组织中持续生成的血管是满足这些能力的重要因素。,肿瘤生长依赖于血管生成的概念始于20世纪70年代初，但其重要意义并未受到重视。近十年，由于发现了血管生成因子对血管生成的作用，以及血管生成对肿瘤生长和侵入转移、特别

8、对肿瘤早期发生的重要影响，肿瘤血管生成已成为近年来肿瘤研究的热点之一，为肿瘤治疗开辟了一个新的思路。,激活浸润和转移：恶性肿瘤通常具有局部浸润和远处转移的特性，表现为肿瘤细胞间的黏附力减弱、肿瘤细胞与细胞外基质的黏附发生变化。,激活浸润和转移：恶性肿瘤通常具有局部浸润和远处转移的特性，表现为肿瘤细胞间的黏附力减弱、肿瘤细胞与细胞外基质的黏附发生变化。,肿瘤的浸润与转移均为恶性肿瘤的生长特性，两者是互有联系的不同病理过程，浸润是转移的前奏，但并不等于一定会发生肿瘤转移，但转移必定包含一个浸润的过程，它们共同构成恶性肿瘤的播散。,浸润是指肿瘤细胞从起源组织不断迁移，侵入一定距离范围的周围组织的过程

9、。是肿瘤细胞粘连，酶降解，移动，基质内增殖等一系列过程的表现。通常，肿瘤浸润发生于恶性肿瘤。,浸润过程,由细胞粘附因子介导的肿瘤细胞彼此之间的粘附力减少,肿瘤细胞与基底膜紧密附着,肿瘤细胞降解细胞外基质,肿瘤细胞移出,肿瘤细胞表达上皮性钙粘素下调,肿瘤细胞高表达整合素,肿瘤细胞分泌金属蛋白酶类等基质溶解酶,肿瘤细胞分泌自分泌移动因子(AMF),浸 润 图 解,2.转移,转移（Metastasis）：肿瘤细胞从原发部位侵入淋巴管、血管或体腔，迁徙他处而继续生长，形成与原发瘤同样类型的肿瘤的过程称为转移。肿瘤转移包含脱离、转运和生长三个主要环节。,肿瘤的浸润与转移,（2）肿瘤转移途径,2、血路转移

10、：一些肿瘤细胞从原发部位分离 脱落，进而浸透组织基底膜，并可穿透间质内血管壁；瘤细胞自血管壁游离，或形成 细胞聚集体，脱落进入血循环。在血循环中的瘤细胞大部被清除。存活的瘤细胞在血循环中运行，可到达某靶器官并在其内滞留；瘤细胞在靶器官内形成微小转移灶；微小转移灶逐渐长成转移瘤。,血路转移瘤具有器官选择性 与瘤细胞侵入血路的解剖位置有关 与瘤细胞的器官选择性有关,前列腺癌的 代表性转移部位,3、种植性转移（implantation metastasis）浆膜面的种植性转移 内脏器官的肿瘤，侵犯浆膜后，瘤细胞脱落入体腔，种植在浆膜面上。如：肺癌 胸膜腔；消化道癌或卵巢癌 腹膜腔。形态：浆膜增厚，表

11、面癌结，血性积液，脱落细胞学检查可见癌细胞。粘膜面的种植性转移,避免免疫摧毁：肿瘤细胞会通过分泌TGF-或其它免疫抑制因子来麻痹免疫系统，从而确保它们不被免疫细胞如细胞毒性T淋巴细胞（CTL）和自然杀伤细胞（NK）清除。促进肿瘤的炎症：肿瘤微环境中的炎症反应可以提供生长因子、抗死亡因子、促血管生成因子、细胞外基质修饰酶和EMT激活信号等各种生物活性分子，促进机体肿瘤的发生和发展。细胞能量异常：快速增长的恶性肿瘤细胞能量代谢具有葡萄糖摄取量增高、糖酵解增加和乳酸堆积等特点。基因组不稳定和突变：细胞基因组的不稳定和不断突变是肿瘤发生的根源，其可能导致原癌基因的拷贝数增加、抑制基因的缺失，使得细胞更

12、容易适应周围环境的改变，最终形成肿瘤细胞。,第二节 肿瘤发生的分子基础,一、原癌基因,研究历史1969年,Rous医生等在研究鸡肉瘤时发现罗氏肉瘤病毒（Rous Sarcoma Virus,RSV)1975年,Bishop 从RSV中分离到第一个病毒癌基因（v-Src)，Src基因编码60-kDa 的酪氨酸蛋白激酶1976年,Sehelin以实验证明正常鸡成纤维细胞基因组中存在有病毒癌基因v-Src的同源序列c-Src1982年Weinberg等通过基因转染技术从不同的人膀胱癌细胞系中分离到具有致癌活性的活化癌基因H-ras，并发现其相对应的细胞原癌基因之间只有一个碱基对的区别目前已发现100

13、多种癌基因包括Ras、c-myc、Bcl-2等,*原癌基因(proto-oncogene,c-onc):其所编码的蛋白质为细胞存活、增殖、分化及信号转导等正常生命活动所必需，属于管家基因。*癌基因(oncogene)：原癌基因活化则变为癌基因。,-癌基因与抑癌基因,原癌基因的特点,广泛存在于生物界中，从酵母到人的细胞普遍存在在进化进程中，基因序列呈高度保守性它的作用是通过其表达产物蛋白质来体现的；它们的存在对正常细胞不仅无害，而且对维持正常生理功能、调控细胞生长和分化起重要作用，是细胞发育、组织再生、创伤愈合等所必需在某些因素（如放射线、某些化学物质等）作用下，一旦被激活，发生数量上或结构上的

14、变化时，就会形成癌性的细胞转化基因,原癌基因的种类,（一）生长因子 通过与特异的细胞膜受体结合，刺激细胞生长活性等多效应的多肽类物质。sis家族=人血小板源生长因子 间叶组织细胞分裂生殖（二）生长因子受体 具有酪氨酶激酶活性，与生长因子结合可启动细胞核内的有关基因，从而促进细胞分裂增殖。src家族，表皮生长因子受体,（四）核转录因子 调控目的基因或基因家族表达的核蛋白，是转录起始过程中RNA聚合酶所需的辅助因子。c-myc myb fos jun（五）细胞凋亡调控因子 调节正常细胞增殖与程序性死亡之间平衡的因子。bcl-2,（三）信号转导因子 一系列胞内信息传递体系，将接受到的生长信号由胞内传

15、至核内，促进细胞生长。ras家族,人类肿瘤中原癌基因的激活途径,原癌基因,大鼠肉瘤(rat sarcoma,Ras)基因的突变与肿瘤,Ras蛋白在细胞增殖分化信号从激活的跨膜受体 传递到下游蛋白激酶过程中起重要作用Ras基因在肿瘤中的改变以点突变为主已在膀胱癌乳腺癌结肠癌肾癌肝癌肺癌胰腺癌胃癌及造血系统肿瘤中均检测到了Ras基因的异常不同类型的肿瘤 Ras 基因的突变率明显不同 胰腺癌（90%）结肠癌(53%）肺癌(30%）,Myc基因的功能,最初是从鸡白血病病毒中发现(主要有C-Myc,N-Myc L-Myc,但以C-Myc为主)Myc基因参与细胞的增殖、分化与凋亡与多种肿瘤的发生发展有关,

16、在胃癌、肺癌、乳腺癌及白血病等肿瘤中均有显著表达 体外实验证实c-myc基因可与其他癌基因协同转化多种细胞,一些常见原癌基因的功能与相关肿瘤,二、抑癌基因(tumor suppressor gene),是一类正常的基因,这类基因作为细胞的刹车而起作用。它们编码的蛋白能够抑制细胞的生长，阻止细胞恶性转变。如果其功能失活或出现基因缺失、突变等异常，将导致细胞无限制地生长和分裂,形成肿瘤。,如果其功能失活或出现基因缺失、突变等异常，将导致细胞无限制地生长和分裂,形成肿瘤。,抑癌基因的研究历史,1960年在研究儿童视网膜母细胞瘤的基因突变时,发现了抑癌基因的功能1986年Weiberg等克隆出了与视网

17、膜母细胞瘤有关的抑癌基因Rb目前已克隆的抑癌基因和未被克隆的候选抑癌基因已超过40余种,抑癌基因的功能,调节细胞生长增殖诱导细胞分化诱导细胞凋亡调节血管生成维持其他基因的功能,Rb 基因,视网膜细胞癌基因(retinoblastmoma gene,Rb)是第一个被克隆的抑癌基因，发现于儿童的视网膜母细胞瘤.1986年美国的三个实验室分别独立克隆了该基因在肺癌骨肉瘤和乳腺癌中也发现有Rb基因的缺失和失活（小细胞肺癌中异常为50%骨肉瘤47%乳腺癌32%),Rb基因比较大，全长约200kb,编码核内磷酸化蛋白（pRb蛋白），定位于核内有磷酸化和非磷酸化两种形式，非磷酸化形式称活性型，能抑制细胞增殖

18、 pRb的肿瘤抑制作用是通过其对细胞增殖,分化和细胞凋亡的调节来进行的,Rb的磷酸化状态为Rb 基因调节细胞生长分化的主要形式2.调节Rb功能最为重要的磷酸化事件在G1和S期交界处3.磷酸化可以使Rb与细胞内蛋白形成复合物的能力丧失4.在G1期，Rb 为去磷酸化的状态，当细胞开始进入S期，磷酸化状态急剧,Rb 基因调控细胞周期的机制,Rb基因异常与肿瘤,基因的异常主要表现为等位基因缺失和基因突变在视网膜细胞瘤小细胞肺癌非小细胞肺癌膀胱癌乳腺癌软组织肉瘤肝癌等肿瘤中发现有高频率的等位基因丢失和基因突变在肿瘤的发生中，Rb 基因与p53 C-myc C-fosTGF等还存在相互调节的关系Rb 与其

19、他相关基因间的调节机制尚需进一步阐明,Rb 基因缺失,细胞周期中的负调节因子，与细胞周期的调控DNA修复细胞分化细胞凋亡等重要的生物学功能相关p53 在细胞内的核心作用是介导DNA损伤后的细胞应激反应,维持细胞的遗传稳定性 对细胞周期的调节主要在G1/S控制点起作用,以决定细胞是否启动DNA合成或决定细胞是否进行细胞凋亡,p53基因,p53基因与肿瘤发生,p53 基因的缺失或突变已被证实是人类肿瘤中p53功能丧失的主要原因p53基因甲基化状态的变化也是较为常见的基因异常在胃癌结直肠癌膀胱癌乳腺癌头颈部鳞状细胞癌肺癌前列腺癌肝癌软组织肉瘤淋巴造血系统肿瘤等都发现有p53 的点突变在乳腺癌肺癌骨肉

20、瘤结肠癌中发现有 p53的基因缺失异常,p53作用机制,PTEN 基因,1997年分离鉴定，定位于人染色体10q23为p53基因后与肿瘤关系密切的一个新的抑癌基因在诱导细胞周期阻滞及细胞凋亡，参与胚胎的正常发育，抑制端粒酶活性，抑制肿瘤的迁移，铺展和局部粘附中具有重要的作用。已在多种恶性肿瘤的早期和进展期发现有PTEN基因的体细胞突变(子宫内膜癌脑胶质瘤肾癌卵巢癌膀胱癌乳腺癌头颈部鳞状细胞癌肺癌甲状腺癌前列腺癌淋巴瘤),一些常见抑癌基因功能和相关肿瘤,第三节 肿瘤发生发展的生物学机制,(一）外界因素1.化学因素:(1)烷化剂：如有机农药、硫芥等(2)多环芳香烃化合物：34-苯并芘(3)氨基偶氮

21、类：染料类(4)亚硝胺类(5)真菌毒素和植物毒素：黄曲霉菌、苏铁素等(6)其他：重金属2.物理因素(1)电离辐射(2)紫外线(3)其他：石棉纤维滑石粉3.生物因素 主要是病毒感染：如EB病毒乙型肝炎病毒、人乳头状瘤病毒,肿瘤发生的原因,(二）内在因素,1.遗传因素（DNA损伤修复功能）2.内分泌因素3.免疫因素,环境因素,物理因素化学因素生物因素,体内微环境,人类基因组,肿瘤的起源学说,肿瘤的二次突变学说肿瘤的单克隆起源学说肿瘤的多步骤遗传损伤学说表观遗传改变学说肿瘤干细胞学说,一、肿瘤的单克隆起源假说,肿瘤是由单个突变细胞增殖的后代，即为突变细胞的单克隆增殖细胞群。,视网膜母细胞瘤（RB）,

22、遗传性 非遗传性（散发型）AD遗传 散发 家族史 无 双侧 单侧(约90%）早发 晚发 2025%7580%,二、肿瘤的二次突变学说,20世纪70年代，Knudson,1971年,Knudson提出二次突变学说(two hits theory)，用来解释肿瘤发生中遗传因素的作用方式。,遗传性病例中，第一次突变发生于生殖细胞或由父母遗传而来在此基础上，若在出生后体细胞发生第二次突变，两次突变累加，即可完成始动（initiation)，而从良性细胞变成恶性细胞。在非遗传性病例中，两次突变都是体细胞突变，而且必须在同一个体细胞中两次发生独立才能完成始动的过程。这种机会比较少，需要经过漫长过程的积累。

23、,二次突变假说,三、肿瘤发生的多步骤损伤学说,肿瘤的发生过程中，涉及多个基因的联合作用，每个基因的改变只完成其中的一个步骤。,结直肠癌的进展过程,DNA甲基化整体与局部的悖论,癌基因组整体甲基化水平降低 Global hypomethylation抑癌基因特异性过度甲基化 gene specific hypermethylation,1.DNA甲基化与肿瘤,四、表观遗传学与肿瘤,基因特异性DNA过度甲基化,Feinberg AP,et al.Nat Rev Genet.2006,被上锁的抑癌基因,抑癌基因沉默,印记的抑癌基因的杂合性丢失、突变失活可能会导致某个抑癌基因的唯一有功能拷贝的丢失或不

24、表达。印记的癌基因杂合性丢失,则可能导致双等位基因表达，表达量成倍增加。印记控制中心(指理论上可能会存在的某些对印记现象有关键性影响的基因或顺式元件)的突变性失活,可能会导致某个染色体印记区域的多个印记的癌基因的不正常表达。,2.印记基因与肿瘤,肿瘤干细胞是在肿瘤组织中分离和鉴定的少量细胞，具备自我更新能力、肿瘤形成能力和分化为不同分化程度肿瘤细胞的能力，是肿瘤产生的“种子细胞”。,五、肿瘤干细胞学说,干细胞恶性转化形成肿瘤,肿瘤干细胞学说,肿瘤干细胞是肿瘤不断异常增殖的根源肿瘤细胞异质性是肿瘤干细胞产生不同分化程度的肿瘤细胞的结果肿瘤复发和耐药是抗癌药不能杀死肿瘤干细胞的结果肿瘤的侵袭和迁移

25、是肿瘤干细胞扩散的结果,6 肿瘤微环境学说,肿瘤微环境是指肿瘤局部浸润的免疫细胞、间质细胞及所分泌的活性介质等与肿瘤细胞共同构成的局部内环境。肿瘤的发生和发展与肿瘤细胞所处的微环境关系密切：适宜的微环境可以引起基因组不稳定、提供支架和屏障、产生免疫豁免区域，促进肿瘤发生；肿瘤形成组织缺氧、pH降低、营养缺乏和肿瘤血管生成等特点的肿瘤微环境，促进肿瘤发展。,以肿瘤微环境为靶点的治疗策略有其自身的优势：肿瘤间质细胞具有稳定的遗传背景，不易出现突变和耐药发生；肿瘤微环境的异质性更小，疗效相对稳定；阻碍肿瘤细胞迁移路径，在控制肿瘤转移方面可以发挥极为重要的作用。,肿瘤标记物,掌握：肿瘤的概念、肿瘤的基本特征、原癌基因、抑癌基因的概念熟悉：几种原癌基因和抑癌基因、熟悉肿瘤起源的几种学说,