肿瘤的生物学行为.ppt
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1、肿瘤的生物学行为,第一节 肿瘤的生长生物学,1.细胞周期与肿瘤 细胞从一次分裂结束起到完成另一次分裂结束止称为一个细胞周期(cell cycle)。,一、肿瘤细胞动力学,细胞周期的分期,细胞形态没有显著的变化,但进行着活跃的生化代谢G1期:DNA合成前期,细胞体积明显增大RNA和蛋白质生物合成迅速进行(数小时数天数月).S期:DNA合成期,DNA含量增加1倍(830h)G2期:DNA合成后期,DNA合成终止(28.5h),细胞间期各期的特点,S,G2,M,G0细胞(休止细胞):暂不增殖,可重新进入细胞周期不再增殖:终末分化细胞或永久细胞,如神经细胞,肌细胞,增殖细胞,非增殖细胞,处于细胞周期的
2、细胞,增殖细胞和非增殖细胞,细胞周期分析,G0/G1,S,G2/M,细胞周期关卡(checkpoints),也称细胞周期检查点。至少有三个:G1-S S-G2 G2-M功能:DNA损伤检查有无损伤、合成、复制错误 细胞周期时相检查确保细胞周期时相的严格次序和不重复性。,增殖比率和倍增时间,增殖比率(growth fraction,GF):也称生长分数。指增殖细胞群在肿瘤细胞中的比率。生长速度的决定因素。增殖比率越大,对肿瘤药物越敏感。增殖相关标志:ki67,PCNA倍增时间(doubling time,DT):指肿瘤细胞数增加一倍所需的时间。临床上实际是指肿瘤体积增大一倍所需的时间。肿瘤细胞除
3、G1期明显短于正常细胞外,S期、G2期和M期正常细胞差别不大。,细胞周期的调控机制,细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(cyclin-dependent kinase inhibitor,CKIs)抑制CDKs活性的成分如:P21,P27,p15,p16,细胞周期蛋白/细胞周期素(cyclins)-调控CDKs活性的最基本成分如:Cyclin A,B,D,E,细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclins dependent kinase,CDKs)-细胞周期调控的核心如CDK1,2,4,5,6,7,2001年10月8日美国人LelandHartwell、英国人Paul Nurse、TimothyHunt
4、因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖,Leland H.Hartwell,R.Timothy(Tim)Hunt,Sir Paul M.Nurse,细胞周期与肿瘤发生,正常组织:细胞数增加与丢失保持动态平衡肿 瘤:细胞周期调控机制破坏所导致 细胞增殖细胞丢失,相对无限制生长 从分子水平上分析,是由于基因突变致使细胞周期的促进因子异常活化和(或)抑制因子失活,造成细胞周期调节失控。如肿瘤cyclinA、cyclin D1过表达、p15、p16失表达,可导致肿瘤的发生发展 肿瘤是一类细胞周期疾病,不同细胞对肿瘤治疗敏感性:细胞周期的细胞:对抗肿瘤药物或放射治疗较为敏感。暂不增殖处于休止状
5、态的Go细胞:对抗肿瘤药物、放射治疗不敏感,可成为肿瘤复发的根源。,细胞周期与肿瘤治疗,针对肿瘤细胞各时相的药物:周期非特异性药物:作用于各个时相,包括G0周期特异性药物:仅对增殖周期中的某些时相敏感、对G0期细胞不敏感的药物。,限制CDKs活性,抑制肿瘤细胞过度生长抑制周期蛋白(cyclins)表达阻抑肿瘤细胞异常增殖提高CKIs水平,减轻肿瘤细胞增殖失控利用细胞周期checkpoint缺陷,将其作为靶点,加快肿瘤细胞死亡,细胞周期与肿瘤治疗,针对细胞周期调控蛋白或检查点的肿瘤治疗:,2.细胞凋亡与肿瘤,细胞凋亡(apoptosis)是指细胞在一定的生理或病理条件下,遵循自身的程序由基因调控
6、的主动性死亡过程。是不同于坏死的死亡方式。,死如秋叶之静美,凋亡在希腊语中的原意是树叶的凋落,细胞凋亡的生物学意义,清除多余细胞清除发育不正常的细胞清除已完成任务的细胞及有害的细胞参与免疫系统细胞的发育和克隆选择 细胞凋亡是多细胞生物维持自身稳定的重要生理机制之一。,细胞凋亡的形态学特征,电镜观察,细胞凋亡生化改变,核小体间DNA双链裂解,形成180-200bp大小及其倍数的核苷酸片段 Ca 2+的堆积和重新分布谷氨酰胺转移酶的积累并激活细胞表面糖链、植物血凝素的增加细胞骨架的改变,细胞凋亡的检测,电镜荧光显微镜琼脂糖凝胶电泳Tunel(terminal deoxynucleotidyl Tr
7、ansferase mediate dUTP Nick End Labeling)流式细胞分析(FCM),左,正常胸腺细胞;右,凋亡胸腺细胞(注意凋亡小体),180-220bp的阶梯状特征(DNA ladder),细胞凋亡和细胞坏死的区别,细胞坏死与凋亡的形态区别,2002年10月7日英国人悉尼布雷诺尔、美国人罗伯特霍维茨和英国人约翰苏尔斯顿,因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。,细胞凋亡产生的步骤,1.信号传递:是指诱导细胞凋亡的细胞外因素进入细胞内的过程,主要是通过受体介导完成。细胞外因素(死亡配体)和受体(死亡受体)结合,激活死亡蛋白酶系统,诱导细
8、胞凋亡。,2.中央调控:,3.细胞结构改变 细胞缩小、细胞质浓缩,染色质凝集成新月体,凋亡小体,邻近巨细胞摄取和清除,细胞凋亡的调控,细胞凋亡是一个多基因调控的过程,Caspase家族,1993年袁钧英等发现Ced-3基因和哺乳动物ICE(interleukin-1b-converting enzyme)存在功能和序列相似性.1996年将ICE/Ced3统一命为caspase(cysteinyl Aspartate-specfic proteinase).是一组重要的细胞凋亡调节基因。共有14个主要成员,其中caspase-2,3,6,7,8,9,10主要参与细胞凋亡。主要功能:灭活细胞凋亡抑
9、制蛋白,剪切细胞结构蛋白,剪切细胞效应蛋白.,Bcl-2基因家族,Bcl-2:首先在t(14;18)的滤泡性淋巴瘤中发现,抑制各种刺激诱发的细胞凋亡。Bcl-2基因家族:一组bcl-2的同源蛋白,含有bcl-2同源结构域(bcl-2 homology,BH)和跨膜结构域。有15个以上分为三大类:Bcl-2 subfamily:Bcl-2,bcl-xl,bcl-w,Mcl-1,A1等 Bax subfamily:Bax,Bak,Bok.BH3 subfamily:Bik,Blk,Biml,Bad,Bid,EGL-1等。,细胞凋亡与肿瘤发生,细胞凋亡异常在大多数肿瘤发病中起重要作用细胞凋亡基因和凋
10、亡活化基因异常 如:滤泡性淋巴瘤、乳腺癌,肝癌,膀胱癌bcl-2高表达 在50%以上的恶性肿瘤中存在p53基因突变,导致其下游凋亡调控基因的异常 CML中Bcr-abl,APL中PML-RARa,抑制细胞凋亡。肿瘤是细胞凋亡异常的疾病。,细胞凋亡与肿瘤治疗,诱导细胞凋亡是治疗肿瘤的一条有效途径,化疗和放疗都可不同程度诱导细胞凋亡,三氧化二砷治疗APL,诱导细胞凋亡,维甲酸处理前 维甲酸处理后,三氧化二砷处理前 三氧化二砷处理后,急性早幼粒细胞白血病,上海血研所,诱导细胞凋亡的途径,1.增强野生型p53基因作用,介导肿瘤凋亡2.其他凋亡诱导基因介导的治疗,如bcl-xs,抑制肿瘤细胞的体内生长3
11、.灭活凋亡抑制基因:如反义bcl-2能够有效抑制淋巴瘤细胞在体内和体外的生长。,3.细胞分化与肿瘤,细胞分化(cell differentiation):,同一来源的细胞通过分裂逐渐产生结构和功能上具有稳定性差异的另一类细胞的过程。,形态结构,生理功能,生化特征,细胞分化,细胞分化的意义,细胞分化是多细胞生物的最基本生命活动.胚胎期是最重要的细胞分化期,多细胞生物起源于一个全能细胞.有些细胞发生一次,如神经细胞,有些细胞连续更新,如红细胞由多能造血干细胞(pluripotent hematopoietic stem cell,HSC)在一定时间按一定方向序贯分化而成,保证正常功能。4.时间上的
12、分化和空间上的分化.机体有一套完整的,准确和适时的基因调控机制.,细胞分化与肿瘤发生,肿瘤的基本特征之一:细胞的异常分化,即正常的分化过程被阻断如白血病,多能干细胞在发育分化的某一阶段受阻,某些特异性染色体异常导致癌基因活化或抑癌基因失活。,细胞分化与肿瘤发生,恶性肿瘤由分化异常的细胞组成。瘤细胞在不同程度上缺乏成熟的形态和完整的功能,丧失某些终末分化细胞的性状,并可对正常分化调节机制缺乏应有的反应。,异常分化的特征,分化特征趋于消失:失去原来分化成特异细胞的特征;出现新的分化特征:出现原来组织或器官正常细胞没有的特征;,肿瘤细胞越相似于正常细胞,分化越高。分化低的表现:异型性,失极性,幼稚性
13、,生长活跃等。通常,肿瘤分化程度越低,肿瘤的恶性程度越高。,高分化腺癌,低分化癌,细胞分化与肿瘤治疗,诱导分化(induction of differentiation)治疗:是指一种应用诱导分化剂使恶性肿瘤细胞逆转为正常或接近正常细胞的治疗方法。是肿瘤治疗的一条新的途径。,常用诱导分化剂,维甲酸 细胞因子(G-CSF、GM-CSF、IFN-等)抗肿瘤药物(阿糖胞苷、阿霉素等)其他(DMSO、TPA、ADC),诱导分化治疗举例,我国学者在国际上率先应用全反式维甲酸(all-trans retinoic acid,ATRA)治疗急性早幼粒细胞性白血病(acute promyelocytic le
14、ukemia,APL).ATRA诱导分化治疗成为APL的首选方法。,各类信号通过细胞膜和细胞内信使分子引起细胞基因表达改变的过程称为细胞信号转导(cell signal transduction)。,4.细胞信号转导与肿瘤,信号转导的基本组成,细胞外因子:生长因子 细胞因子 激素和神经递质 其他(抗原TNF,粘附分子)受体 酪氨酸激酶受体 细胞因子受体 G蛋白连接受体 粘附蛋白受体其他 衔接子 G蛋白 第二信使分子(cAMP、cGMP、PIP3)胞内激酶 核受体,细胞信号转导与肿瘤发生,MAP激酶(丝裂原活化蛋白激酶,mitogen activated protein kinase)通道TNF
15、/FASL转导通路TGF转导通路整合素(integrin)转导通路Wnt转导通路酪氨酸激酶受体介导的信号转导系统JAKSTAT信号转导途径,主要的信号转导通路,MAPK 通路,http:/,Wnt/-catenin 通路,http:/,Akt/PKB 通路,http:/,各信号转导通路既具有特异性,又相互交叉,相互作用.在肿瘤发生中起重要作用,同时为肿瘤治疗提供了重要途径.,二、肿瘤间质和血管形成,组成 1.细胞外基质(ECM)胶原蛋白 糖蛋白(纤连蛋白、层粘连蛋白等)蛋白多糖(硫酸软骨素、透明质酸等)2.其他 间质细胞(纤维母细胞、巨噬细胞、肥大细 胞和炎症细胞)血管、纤维素和组织液,1.肿
16、瘤间质,肿瘤间质,肿瘤间质的功能,为肿瘤提供营养和支架,有利于瘤细胞的生长。为机体提供纤维屏障、免疫活性细胞和相应抗体,对肿瘤具有防御作用。间质微环境直接影响细胞的黏附、移动、增殖、分化和侵袭,与肿瘤的生物学行为密切相关。肿瘤间质的合成和降解受瘤细胞调控。,2.肿瘤血管形成(angiogenesis),是指从已存在的微血管上芽生出新的毛细血管的过程。肿瘤生长和转移必须依赖于肿瘤组织内的新生血管,新生血管的形成由血管生成因子和抗血管生成因子共同控制。,http:/,http:/,肿瘤血管形成过程,内皮细胞激活血管局部细胞外基质基膜降解,内皮细胞芽生、增殖和迁移至管腔形成新生血管形成连通,血管标志
17、物:CD34,CD31,F8 微血管密度(MVD),肿瘤血管特点,失控性未成熟性 肿瘤血管由一系列的刺激因子与抑制因子之间的相互作用来调节,血管生成因子与抑制因子,肿瘤血管形成与肿瘤治疗,作用广泛,不诱导肿瘤细胞的耐药性,多次重复应用,不良反应少,优点,抑制肿瘤血管形成是肿瘤治疗的重要策略之一,淋巴管形成促进肿瘤的淋巴结转移,这是肿瘤转移的重要途径,是判断病人预后和确定治疗方案的重要依据。淋巴管标记物的发现将加速对淋巴管形成的研究podoplanin,LYVE-1,VEGFR-3,.淋巴管形成(lymphangiogenesis),三、肿瘤的异质性,绝大多数肿瘤是由单个细胞转化为肿瘤细胞后的克
18、隆性增生,在克隆性增生过程中由于不同的附加基因作用,产生不同肿瘤细胞亚群,使肿瘤表现为异质性(heterogeneity)。,肿瘤异质性的表现,细胞形态学、核型、表面标志物、生化产物、细胞增殖能力、转移能力和对抗肿瘤药物敏感性的差异。,可以解释同一肿瘤内肿瘤细胞形态学上的不同 分化程度。不同亚克隆的肿瘤细胞群有不同的增殖能力。肿瘤转移可以起自原发性肿瘤的小群肿瘤细胞。同一肿瘤内的肿瘤细胞对抗肿瘤药物的敏感性不同,肿瘤的异质性的临床意义,第二节 癌基因和抑癌基因,一、癌基因,癌基因(oncogene)是存在于病毒或细胞基因组中,能使正常细胞转变为恶性细胞的核苷酸序列。,20世纪70年代初,科学家
19、从Rous肉瘤病毒中分离出一种致瘤基因,称为src(v-src)。之后,又在脊椎动物细胞中发现了该基因(c-src)。当时认为这种基因只存在于恶性肿瘤中,故命名为癌基因。,进一步研究发现正常细胞中也存在“癌”基因,这些癌基因是正常生物体内调控细胞增殖和分化等功能必不可少的固有基因。当这些基因被活化,结构和功能发生变异后才转变为具有致癌作用的癌基因。因此,将具有正常生理功能的这些基因称为原癌基因(protooncogene)。,原癌基因,与细胞生长有关,个体生长、发育所必须;具有潜在致癌性,在特定条件下(如化学致癌物,病毒等)可变为癌基因可使正常细胞转化为癌细胞,细胞原癌基因的功能,1.调节细胞
20、生长与增殖2.调节细胞发育和分化,细胞原癌基因的激活机制,插入诱变 正常基因中被插入另一基因片段可转化为非正常基因.如:RNA病毒基因组末端重复序列插入到原癌基因附近,通过长末端序列中的启动子和增强子使基因表达加强。,2.基因易位(translocation,t)基因从染色体上正常位置转到同一染色体的另一部位或其他染色体的某个位置。,t(11;14)-,t(11;14)+,IgH/CCND1 双色融合探针,3.基因扩增 DNA过度复制,拷贝数增加,蛋 白 量随之增加。,Her-2无扩增,Her-2有扩增,4.基因突变 点突变或多个核苷酸改变,包括碱基 替换、缺失或插入。,胃间质瘤:第十一外显子
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