病毒学第九章病毒与肿瘤

第九章：病毒与肿瘤第一节：肿瘤病毒概述第二节：原癌基因与抑癌基因第三节：细胞转化与肿瘤本章重点1.反转录病毒癌基因的起源2.原癌基因与抑癌基因3.癌基因的激活机制4.抑癌基因的作用机理第一节：肿瘤病毒概述肿瘤是指动物体内由一些异常生长，不受一般生长控制的细胞增殖形成的赘生物，临床医学上有良性和恶性之别，称良性肿瘤为“瘤”，恶性肿瘤为“癌”。一、肿瘤的发生原因对整个机体而言，肿瘤形成是由于缺乏有效的免疫防御功能；对细胞而言，则是正常的细胞周期出现障碍。1、遗传因素：日本人的胃癌死亡率比美国人高7倍，美国人的肺癌残废率又比日本人高2倍多，而苏格兰人又比美国人高2倍。美国黑人前列腺癌的残废率高于美国白人2倍多。广东人移居上海10年以后，鼻咽癌的发生率仍高于上海本地居民2.64倍。食管癌高发区的河南省林县居民，移居山西省黎城后80-100年，移民的食管癌死亡率仍高于当居民5.7-8.6倍。2、环境因素：二、肿瘤发生的分子基础1、基因突变：肿瘤抑制基因p532、DNA损伤3、细胞分裂：致癌剂加速细胞分裂4、细胞分化过程中的各种关卡：这些关卡可以防止含有DNA损伤过多的细胞进行分化，从而抑制突变基因的产生。5、防卫系统：谷胱甘肽移酶可以保护细胞DNA免受各种破坏剂的损伤。三、病毒与肿瘤1917年美国学者Rous首先发现鸡肉瘤病毒，还有几种鸟的肿瘤病毒。1934年在家兔的疣和乳头状瘤中分离出病毒，并用肿瘤滤过液接种于家兔，诱发了乳头状瘤的生长。①在已发现的动物病毒中1/4的具有致肿瘤特性。②动物中，病毒是癌症的病原之一。③病毒诱发肿瘤与多种因素相关：宿主的遗传特性、性别、内分泌、免疫状态以及病毒的致癌强度等。④有的肿瘤病毒可在同一动物引起多种肿瘤，如多瘤病毒可使小鼠产生23种不同部位与不同组织类型的肿瘤。⑤有的病毒可使多种动物发生肿瘤，如鸡肉瘤病毒不仅诱发禽类的肿瘤，还诱发哺乳类包括猴发生肿瘤。⑥病毒的核酸或核酸片段也可诱发肿瘤。⑦同一病毒诱发的肿瘤具有共同的抗原性。1.DNA肿瘤病毒主要包括5类：多瘤病毒、乳头瘤病毒、腺病毒、嗜肝病毒、疱疹病毒等可使动物发生肿瘤。目前与人类恶性肿瘤关系密切的主要有人类乳头瘤病、EB病毒、乙型肝炎病毒。1)多瘤病毒科猴病毒40(SV40)(猴)多瘤病毒(py)(小鼠)BKV和JCV(人类)2)乳头状瘤病毒科人类乳头状瘤病毒(HPV)Shope乳头状瘤病毒(兔)牛乳头状瘤病毒(5个亚型)马、牛、羊、麋鹿等乳头状瘤病毒。3)腺病毒科人类腺病毒(Ad)(至少已有37个亚型)A组(Ad12、18、31)B组(Ad3、7、11、14、16、21)C组(Ad1、2、5、6)D组(Ad8-10、13、15、17、19、20、22-3E组(Ad4)猴(24)*、牛(9)、小鼠(2)、狗(2)、禽(8)、羊(5)、猪(14)以及马、绵、羊和树鼠勾等病毒。4)疱疹病毒科α亚科:单纯疱Ⅰ型(HSV-Ⅰ)(人类)单纯疱疹Ⅱ型(HSV-Ⅱ)(人类)马疱疹病毒Ⅰ(EHV-Ⅰ)(马)β亚科:Saimiri疱疹病毒(松鼠猴)ateles疱疹病毒(蜘蛛猴)Marek病病毒(MDV)(鸡)EB病毒(EBV)(人类)尚未分类的疱疹病病毒Lucke疱疹病毒(蛙)Sylvilagus疱疹病毒(棉尾兔)5)乙型肝炎样病毒科乙型肝炎病毒(HBV)(人类)土拨鼠肝炎病毒(WHV)地松鼠肝炎病毒(GSHV)鸭乙型肝炎病毒(DHBV)(北京鸭和麻鸭等)DNA肿瘤病毒致癌的机制：DNA病毒感染细胞后出现两种后果：(1)溶解性感染：病毒DNA未能被整合到宿主的基因组中，大量的病毒复制，最终使细胞死亡。(2)病毒基因整合到宿主的DNA：DNA病毒带有转化基因，使正常细胞转化为肿瘤细胞。2.RNA肿瘤病毒RNA肿瘤病毒在分类上属于逆转录科病毒（retroviridae）。该科分三个亚科：RNA肿瘤病毒亚科、慢病毒亚科、泡沫病毒亚科。这类病毒在自然界普遍分布，其动物的致瘤作用非常广泛，包括从爬行类（蛇）、禽类直到哺乳类和灵长类动物，可诱发白血病、肉瘤、淋巴瘤和乳腺瘤等。RNA肿瘤病毒依其形态、抗原性和酶的特性分为A、B、C、D4个型，它们的结构和形态基本相似，多呈圆形或类圆形，成熟的病毒颗粒有一个电子密度较深的核心，由核衣壳所包围。以C型病毒最常见，B型病毒次之。按病毒的传播方式和致癌作用的相对速度，可将其分为内源性病毒（endogeniousvirus）和外源性病毒（exogeniousvirus）。内源性病毒以整合的前病毒的形式存在于细胞DNA中，随细胞分裂而扩增，并可遗传。特点是：病毒基因整合于细胞DNA中，垂直传递；受细胞调节系统的控制，通常不表达；一般情况下不引起细胞转化或机体发病，但因辐射、化学诱变、生物学因素（如其它肿瘤病毒感染）可诱发内源性病毒的部分表达甚至复制、增殖。外源性病毒的特点：病毒基因组存在于被感染细胞内，从体细胞到体细胞、从机体到机体的水平传播。根据外源性病毒转化细胞的能力及致瘤时间的快慢，又可分为急性RNA肿瘤病毒和慢性RNA肿瘤病毒。动物中绝大部分的肉瘤病毒和少部分白血病病毒都属于外源性急性RNA肿瘤病毒。外源性肿瘤病毒的分组及特性比较比较项目急性RNA肿瘤病毒慢性RNA肿瘤病毒癌基因有未见体外转化成纤维细胞有未见诱发动物肿瘤时间约3-4周约4-12个月编码转化蛋白+-基因组完整性不完整、有缺陷完整、无缺陷复制独立性无、需辅助病毒有3.反转录病毒致癌基因Rous于1911年首先发现鸡肉瘤病毒（后称劳斯肉瘤病毒RSV），研究证明它是一种反转录病毒，在接种给鸡后诱发肉瘤。1966年，85岁的劳斯获得诺贝尔奖。反转录病毒颗粒结构调节和启动转录LTRgagpolenvsrcLTR长末端重复序列癌基因正常的病毒基因产生病毒衣壳蛋白产生逆转录酶和整合酶产生病毒垮膜蛋白产生p60src蛋白质，磷酸化蛋白。靶蛋白磷酸化LTRLTRGAGPOLENVLTRLTRGAGPOLENVONC反转录病毒癌基因（v-onc)的起源断裂基因完整的没有断裂的可读框细胞的正常生长与增殖受两大类基因来调控：一类为正调控信号，促进细胞生长和增殖，并阻止其发生终末分化，调控失常时表现为肿瘤细胞的恶性生长，现已知多数癌基因(oncogene)起这一作用；另一类为负调节信号，抑制增殖，促进分化、成熟和衰老，最后凋亡（apoptosis），抑癌基因（cancersuppressivegene；anti-oncogene）则在这方面发挥作用。第二节：原癌基因与抑癌基因一、癌基因的概念在致瘤病毒、人体和动物肿瘤中发现的可以导致细胞恶性转化的核酸片断。称为癌基因。根据其来源可以分为两类。病毒癌基因、原癌基因（或者细胞癌基因）无论病毒癌基因还是细胞癌基因被激活后均有诱导肿瘤发生的作用，所以有时候我们又将肿瘤细胞中的癌基因称为肿瘤癌基因。病毒癌基因(virus-oncogene；v-onco)指病毒核酸能够使细胞恶性转化的片断。原癌基因(proto-oncogene，pro-onco)在人类、哺乳动物如大鼠、小鼠，乃至酵母、果蝇中发现的与肿瘤病毒癌基因的同源顺序。这种基因是正常的细胞基因，其表达产物的功能在于维持细胞的正常生长发育，在进化上高度保守。当原癌基因的结构或调控区发生变异，基因产物增多或活性增强时，使细胞过度增殖，从而形成肿瘤。细胞癌基因概述细胞癌基因是细胞正常生长、分化所必需的，是生长发育过程中所不可缺少的。这些细胞癌基因在发育过程中的一定时间、一定组织中定量的表达，产生生命活动中所必需的蛋白质，促进某些生命过程的进行，使生长发育得以实现。这些细胞癌基因在机体生长发育过程完成后多处于关闭状态，即不表达或低表达。一旦在错误的时间，不恰当地点，不适量表达即可能导致细胞无限制的增长而趋于恶性转化。病毒癌基因与细胞癌基因非常相似，主要不同之处在于：细胞癌基因：含有内含子或者插入顺序。病毒癌基因：不含有内含子。二者在外显子序列中仅有非常微小的差别，他们的外显子在进化过程非常保守，表明他们编码的蛋白质产物在进化上的重要性。（一）病毒癌基因与细胞癌基因的差别根据癌基因编码蛋白质功能、性质进行分类。1.蛋白激酶类酪氨酸蛋白激酶：src、fgr、yes。丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶：raf、mos、2.生长因子类sisPDGF-2；int-2EGf的相似物；erb-BEGf受体3.GTP结合蛋白类产物具有GTP酶的活性ras(H-ras；K-ras)4.核蛋白类产物与DNA结合，与复制启动有关myc；fos；jun；erb-A（二）病毒癌基因的分类原癌基因的分类原癌基因的分类与病毒癌基因一样，根据其蛋白质产物的功能、性质可以分为以下几类：蛋白质激酶类：c-raf；c-mos；生长因子类：c-sis信息传递蛋白类：c-ras家族核蛋白类：c-myc；c-fos（三）原癌基因（四）癌基因的激活机制细胞中原癌基因可以通过一些机制被激活，导致基因表达或过表达，从而使细胞癌变，不同的癌基因激活的机制与途径不同，一般分为4类：1、获得启动子与增强子当逆转录病毒感染细胞后，病毒基因组所携带的长末端重复序列（LTR内含较强的启动子和增强子）插人到细胞原癌基因附近或内部，可以启动下游邻近基因的转录和影响附近结构基因的转录水平。从而使原癌基因过度表达或由不表达变为表达，导致细胞发生癌变。2、基因易位染色体易位在肿瘤组织中屡见不鲜，基因定位研究证明，在染色体易位的过程中发生了某些基因的易位（translocation）和重排，使原来无活性的原癌基因移至某些强的启动基因或增强子附近而被活化，因而原癌基因表达增强，导致肿瘤的发生。3、原癌基因扩增原癌基因扩增（amplification）是原癌基因数量的增加或表达活性的增强，产生过量的表达蛋白也会导致肿瘤的发生。4、点突变原癌基因在射线或化学致癌剂作用下，可能发生单个碱基的替换--点突变（pointmutation），从而改变了表达蛋白的氨基酸组成，造成蛋白质结构的变异。癌基因的激活机制•抑癌基因又称为抗癌基因（anti-oncogene）或肿瘤抑制基因，是指存在于正常细胞中，其编码产物能抑制细胞生长、增殖的一组结构基因。•最初，通过细胞杂交实验，发现并鉴定了抑癌基因。二、抑癌基因的基本概念细胞杂交试验正常细胞肿瘤细胞非肿瘤型杂交细胞杂交融合肿瘤细胞1肿瘤细胞2杂交融合非肿瘤型杂交细胞正常细胞失去某些基因肿瘤细胞•常见的抑癌基因有Rb基因，p53基因，p16基因等。•其中，Rb基因编码P105Rb转录因子，p53基因编码P53转录因子，p16基因编码一种P16蛋白。（一）、常见的抑癌基因（二）抑癌基因的作用机制•Rb基因的失活主要与视网膜母细胞瘤的发生相关。•Rb基因的表达产物为P105Rb，在细胞内存在低磷酸化型（活性型）和高磷酸化型（非活性型）两种类型。•不同类型的P105Rb对转录因子E2F有不同的亲和力。（一）Rb基因的作用机制•低磷酸化型的P105Rb可与转录因子E2F结合形成复合物，从而阻止E2F启动某些在细胞增殖过程中起主要作用的基因的转录，如c-myc基因等。•高磷酸化型的P105Rb则可促使其与E2F转录因子分离，从而使其呈现活性，细胞即由G1期进入S期。•Rb基因失活后，其表达产物不能与E2F形成复合物，E2F处于持续激活状态，导致细胞增殖。p105Rb的作用机制（演示）G0G1期Rb蛋白E-2FS期E-2FDNADNARb蛋白PmRNA人P53基因位于17P13.1，全长16-20kb，含有11个外显子，蛋白分子量53kD（393aa）。P53基因是迄今为止发现的与人类肿瘤相关性最高的基因。过去一直将P53基因认为癌基因，后来证实野生型P53基因是一种抑癌基因。P53蛋白可分为三个结构域：N端的酸性区、中段疏水核心区与C端的碱性区，分子中有一核定位信号，所以它一般都位于核内。（二）p53（基因卫士）基因的作用机制酸性区核心区碱性区P53蛋白•P53蛋白可与特异的DNA片段结合，其酸性区域具有许多转录因子的共同特征，并与寡聚体的形成有关。•P