恶性肿瘤的发病机制

2016年9月9日第五章恶性肿瘤的发病机制宁夏医科大学临床学院肿瘤学系李金平副教授化学因素遗传素质物理因素生物因素免疫状态DNA损伤修复致癌物代谢机体DNA损伤基因突变基因异常改变积累正常细胞恶性转化细胞第一节肿瘤发生的分子生物学研究•原癌基因的概念和癌基因的概念•抑癌基因•凋亡调控基因和DNA修复调节基因•端粒、端粒酶和肿瘤1976年对Rous肉瘤病毒的研究导致Src癌基因序列的发现，同年，用Src基因序列为探针,对正常小鸡细胞进行杂交试验，发现正常细胞也有类似的基因此后的研究发现，与Src类似的DNA序列不仅存在于正常小鸡细胞内,而且广泛地存在于脊椎动物中，在正常的细胞中表达。后来,发现在果蝇中,酵母细胞中也存在与脊椎动物癌基因同源的DNA序列。这说明生物进化过程的保守性，因而认为这些基因在八至十亿年前已有共同的祖先。一、原癌基因(proto-oncogene)这些序列在正常细胞中以非激活的形式存在的癌基因称为原癌基因，原癌基因编码的蛋白多为促进细胞生长和增殖的蛋白。BishopJM和VarmusHE由于70年代发现原癌基因在正常细胞的存在而获得1989年的诺贝尔奖。细胞癌基因(cellularoncogene)当原癌基因发生异常使细胞发生恶性转化时，这些基因称为细胞癌基因原癌基因转变为细胞癌基因的过程称为原癌基因激活原癌基因激活方式点突变(pointmutation)例如T24人类膀胱癌细胞的研究显示Ras基因(调控生长分化）GGCGTC甘氨酸缬氨酸1212GTPGDP（Ras肿瘤蛋白）无活性Ras-GDP活化Ras-GTPXXMAP激酶通路转录激活激活细胞周期进行Myc蛋白生长因子—受体GTP基因扩增（geneamplification)---基因的拷贝数增加染色体重排(chromosomalrearrangements)包括易位（translocation）和倒转（inversion）*易位使原癌基因被置于很强的启动子控制下而过度表达例：Burkitt淋巴瘤c-myc的激活*易位致基因融合，产生具致癌能力的融合蛋白例：慢性粒细胞白血病的费城染色体，形成Bcr-Abl融合基因编码Bcr/Abl融合蛋白启动子插入使原癌基因过度表达，产生过量的结构正常并能促进细胞生长的蛋白原癌基因激活方式二、肿瘤抑制基因（tumorsuppressorgene)肿瘤抑制基因的产物限制细胞生长增殖，其功能丧失可导致细胞转化Rb基因定位于13q14,其纯合型丢失见于所有的视网膜母细胞瘤把正常的Rb基因引入视网膜母细胞瘤细胞中可逆转其肿瘤特性。Rb基因的丢失或失活见于视网膜母细胞瘤、膀胱癌、肺癌、乳腺癌等转录因子E2FppE2F位点S期基因转录阻断低磷酸化pRb转录因子E2Fpp高磷酸化pRbppppS期基因转录激活E2F位点Rb蛋白在控制G1/S期转换中起重要作用cyclin/CDK生长因子生长抑制因子p53基因当细胞DNA损伤时P53活化---抑制增殖促进修复诱导凋亡——防止肿瘤发生P53突变或丢失---错误传代、积累——导致细胞转化三、凋亡调节基因与DNA修复基因凋亡调控基因例*bcl-2基因的过度表达与滤泡型淋巴瘤发生有关（bcl-2蛋白抑制凋亡）*bax---促进细胞凋亡DNA修复调节基因*着色性干皮病患者有遗传性DNA修复基因异常，易患皮肤癌四、端粒、端粒酶和肿瘤端粒（telomeres）正常细胞分裂一定次数后就进入老化阶段，失去了分裂的能力，而这种控制细胞DNA复制次数的DNA重复序列则位于染色体末端，故称其为端粒。细胞的生命计时器端粒酶（telomerase）端粒酶可使缩短的端粒得以恢复绝大多数的恶性肿瘤细胞都含有较高的端粒酶活性，并与其恶性程度有关。第二节肿瘤发生的内在因素及其作用机制•遗传因素•肿瘤免疫•细胞信号转导通路与肿瘤一、遗传因素肿瘤病因中遗传因素的证实：肿瘤发病存在种族和群体差异肿瘤发病具有家族聚集现象肿瘤发病率的种族差异新加坡的中国人马来西亚人印度人鼻咽癌发病率的比例为13.3:3:0.4移居到美国的华人鼻咽癌的发病率＞美国白人，高34倍黑人很少患母羊骨瘤、睾丸癌、皮肤癌；日本妇女患乳腺癌＜白人，松果体瘤＞其它民族10多倍1913年,Warthin报道的癌家族,又称G家族.1.肿瘤发生率高；2.某种肿瘤发病率高；3.肿瘤有多发性；4.发病年龄早；5.符合常染色体显性遗传特点。1.视网膜母细胞瘤（眼癌RB）遗传性肿瘤2.家族性结肠息肉（FPC）---遗传性癌前病变IV123II12345I12III123453.I型神经纤维瘤（NF1）4.Wilms瘤(肾母细胞瘤）二、肿瘤免疫•肿瘤抗原是指细胞恶变过程中出现新抗原以及过度表达的抗原物质的总称。•肿瘤抗原能诱导机体产生抗肿瘤免疫应答，是肿瘤免疫诊断和免疫防治的分子基础。（一）肿瘤抗原基因突变、重排细胞癌变过程中不表达基因的激活抗原合成过程的某些环节发生异常胚胎时期抗原的异常、异位表达基因产物的过度表达外源性基因的表达（病毒基因）1、1）肿瘤特异性抗原（TumorspecificantigenTSA）：只存在于某种肿瘤细胞表面，而不存在于相应正常细胞或其它瘤细胞表面的新抗原。结肠癌结肠粘膜乳腺癌结肠癌的TSA+++--这个结论的得出是用肿瘤移植试验来证实的前列腺特异性抗原（PSA)：正常前列腺上皮细胞前列腺癌细胞2、肿瘤抗原的分类证实:•肿瘤特异性抗原的存在；•肿瘤抗原诱导的免疫应答具有抗肿瘤作用。2）肿瘤相关抗原（Tumorassociatedantigen，TAA）：非肿瘤细胞所特有，正常细胞或其它瘤细胞表面也有，但在细胞癌变时含量明显增加的抗原。胚胎肝细胞畸胎瘤肝癌甲胎蛋白（AFP）+++++肿瘤胚胎抗原：在正常情况下出现在发育中的胚胎组织而不出现在成熟组织，但可出现在癌变组织中。胚胎期合成的正常成份，出生后可逐渐消失，细胞癌变后可再度出现，它可以存在于癌细胞的表面，也可从细胞表面脱落进入血液中，成为分泌性抗原。肿瘤分化抗原：肿瘤细胞具有与分化程度相关的某些抗原（二）抗肿瘤的免疫效应机制1.细胞免疫效应1）T细胞①CD4+T细胞:活化后分泌IL-2、IL-4、IL-5、IL-6、IFN-γ和TNF细胞因子增强CTL的功能，并可激活巨噬细胞或其它APC，从而参与抗肿瘤作用。例如：IL-2为细胞毒性T淋巴细胞（CTL)活化所必需IL-2和IFN-γ激活和增强CTL、NK细胞和单核细胞的杀瘤效应IFN-γ促进肿瘤细胞表达主要组织相容性复合物1类分子（MHC-1)IL-2,4,5,6可促进B细胞活化、增殖和分化CD4+CTL直接杀伤肿瘤细胞②CD8+T细胞：一是通过抗原受体识别肿瘤细胞上的特异性抗原，并在Th细胞的辅助下活化，直接杀伤肿瘤细胞。二是活化CTL可分泌细胞因子间接杀伤肿瘤细胞。•KillingoftumorcellsbyCTLDirectCTLattackCTLTUMOURCELLFas(CD95)FasLTCRClassI+AgPerforinGranzymeB③γδ+T细胞–多分布在全身各处上皮组织内–不受经典MHC分子限制–杀伤对NK细胞不敏感的靶细胞–免疫监视功能的第一道防线2）NK细胞能直接非特异性地杀伤瘤细胞，抗瘤谱广，不需要抗原预先致敏，不受MHC制约而先于CTL发挥作用，对白血病这类分散的肿瘤效果最佳，对实体瘤作用效果差，在早期，瘤细胞少时，效果好；反之，效果差，它的作用机制是：①NKR+瘤细胞抗原→直接地杀伤瘤细胞②NK细胞释放的自然细胞杀伤因子，溶解瘤细胞③FcγR+接合有IgG的瘤细胞→通过ADCC效应杀伤瘤细胞3）巨噬细胞①活化的巨噬细胞与瘤细胞结合，通过释放溶酶体酶，直接杀伤肿瘤细胞。②处理和呈递肿瘤抗原，激活T细胞产生特异性的抗肿瘤免疫应答杀伤肿瘤细胞。③通过特异性的抗体介导ADCC效应，杀伤瘤细胞④活化的巨噬细胞释放TNF能直接、间接地杀伤瘤细胞。二．体液免疫效应→激活补体→溶解瘤细胞→激活NK、MΦ、中性粒细胞→通过FcR，而发挥ADCC效应，杀伤瘤细胞Ab+瘤细胞→通过吞噬细胞，发挥调理作用，增加对瘤细胞的吞噬→通过改变瘤细胞的结构，而抑制粘附，不利于瘤细胞的生长和扩散。三、信号转导通路与肿瘤•细胞信号转导的存在及其过程是近年细胞生物学、分子生物学和医学领域的研究热点之一。细胞信号转导异常与肿瘤等多种疾病的发生、发展和预后直接相关。•细胞针对外源信息所发生的细胞内生物化学变化及效应的全过程称为信号转导。信号转导是通过多种分子相互作用的一系列有序反应，将来自细胞外的信息传递到细胞内各种效应分子的过程。（一）细胞内信号分子•小分子第二信使：cAMPcGMPDAGIP3PIP3Ca2+等•酶：蛋白激酶（丝/苏氨酸激酶，酪氨酸激酶）催化第二信使生成和转化的酶（腺苷酸环化酶，鸟苷酸环化酶，磷脂酶C，磷脂酶D等）•调节蛋白：G蛋白，衔接蛋白，支架蛋白（二）受体介导的细胞内信号转导方式•细胞内受体通过分子迁移传送信号•细胞外受体介导的信号转导离子通道受体将化学信号转化为电信号、G蛋白偶联受体通过G蛋白和小分子信使介导信号转导、酶偶联受体主要通过蛋白质修饰或互相作用传递信号*Hedgehog信号通路*Wnt信号通路*酪氨酸激酶受体通路*转化生长因子-β通路*核因子-κB信号通路*整合素转导通路（三）与肿瘤发生相关的几条主要信号通路1.Hedgehog信号通路Hedgehog信号通路是近年来备受关注的一个调控胚胎发育的信号转导途径，而且与人类肿瘤的发生与发展紧密相关。Hedgehog信号通路的异常激活可以导致多种肿瘤的形成，如基底细胞癌、胰腺癌、前列腺癌、胃肠道恶性肿瘤等。Hedgehog信号通路主要由3部分组成：Hh信号肽、跨膜受体和下游转录因子。在正常状态下，Hh蛋白由其经过自我裂解产生的N末端裂解物与胆固醇或脂酰基结合，附着于细胞模表面。Hh信号通路的激活是通过配体Hh与跨膜蛋白Ptch结合，进而解除Ptch对另一跨膜蛋白Smo的抑制作用，Smo再通过下游转录因子Gli来调控基因转录。Hedgehog信号通路可能在部分消化道肿瘤细胞中被活化。原发性肝癌中Hedgehog信号转导通路是活化的，并且环靶明有阻断Hedgehog信号转导通路的作用2.Wnt信号通路Wnt信号通路是一条在进化上保守的信号途径，在胚胎发育和中枢神经系统的形成中起关键作用，可调控细胞的生长、迁移和分化。目前研究表明，在乳腺癌、结直肠癌、胃癌、肝癌、黑色素瘤及子宫内膜癌、卵巢癌中都存在Wnt信号通路异常Wnt信号通路主要分为3种类型：(1)经典的Wnt信号途径:通过β2连环蛋白核易位，激活靶基因的转录活性。(2)细胞平面极性途径:此途径涉及RhoA蛋白和Jun激酶，主要控制胚胎的发育时间和空间。在细胞水平上,此途径通过重排细胞骨架来调控细胞极性。(3)Wnt/Ca2+途径：此途径可诱导细胞内Ca2+浓度增加并激活Ca2+敏感的信号转导组分。在Wnt通路中任何一步发生障碍都可致癌。1、组成Wnt信号途径的蛋白、转录因子或基因被破坏或变异导致该途径关闭或局部途径异常活跃；2、过多的Wnt信号使整个途径都异常活化，细胞进行不必要的增殖；3、没有Wnt信号时，细胞内其他的活动也会通过Wnt途径来刺激或诱发细胞乃至机体不正常反应。3.酪氨酸激酶受体通路酪氨酸激酶受体通路：RTKs在细胞增殖甚至恶性转变过程中起着重要的作用。RTKs包括受体型RTKs和非受体型RTKs两大类。RTKs具有酶活性的细胞膜受体(又称催化性受体)，是细胞内段具有酪氨酸激酶活性的跨膜结构的酶蛋白受体，其胞外区与生长因子配体结合，然后激活胞内段的酶活性区启动信号转导。有一些受体本身不具有酶活性，但在其胞内段有PTKs特异结合的位点，配体与受体结合后，须通过该位点结合胞内PTKs再磷酸化胞内靶蛋白的酪氨酸残基，启动信号转导过程。PTKs激活信号控制着细胞内众多靶分子活性,包括Ras/MAPK、STAT、JNK、PI3K,还可调整转录因子的活性。在肿瘤