肿瘤的发生机制

肿瘤的产生机制肿瘤，在一个时期内，人们希望在分子水平上找出所有与肿瘤发病的有关基因，从而制定出一套完整的防治措施。随着肿瘤分子生物学研究的不断深入，人们曾以为绝大多数的肿瘤都直接或者间接的与病毒感染有关，后又认为肿瘤的发生与环境中化学诱变剂有关。1991年North把肿瘤和癌症论述为一种细胞周期病，认为肿瘤的发生和细胞的控制错误有关。稍后又发现“表观遗传病”控制与肿瘤发生之间的相关性。但是也发现人群中有些人对某些肿瘤易感，而其他人则具有抵抗力。现在看来人类肿瘤的发生似乎和上述诸多方面都有关系。依据最近提出的肿瘤干细胞学说，只有发生在干细胞中的上述改变才有可能把正常的干细胞转化为肿瘤干细胞，只有肿瘤干细胞才有可能最终形成肿瘤或者癌症细胞。能够导致肿瘤发生的基因根据其功能可以划分为两大类：一类基因的功能与细胞周期的调节控制有关，习惯上把这类基因称为“gatekeeper”，此类基因与肿瘤发生的关系更为直接；另一类基因则与DNA复制、DNA损伤修复、遗传重组等有关，习惯上把这类基因称为“caretaker”，此类基因改变后，若在“gatekeeper”的阻止下，通常可以避免形成肿瘤而只增加肿瘤的发病风险。在肿瘤研究的初期，发现与肿瘤有关的基因大多为参与细胞内DNA修复，或与之有关的信号转导基因。这些基因及其编码产物发生突变，包括点突变、移码突变、缺失、重复、倒位、移位等多种形式，可以使人表现出肿瘤易感性。这一类基因包括RB、p53、p21、ATM、ATR等。但也有结果表明这些基因对特定肿瘤发病的影响只是间接的，如人群中的遗传性结肠癌是有MMR缺陷造成的，但研究表明MMR的这种影响是通过人基因组中的重复DNA顺序不稳定性增加而引起的。当这种重复DNA序列不稳定性改变了与细胞发育、繁殖有关的基因，比如生长因子基因（EGF）等，才影响到细胞的恶性生长和去分化。临床上，根据肿瘤细胞是否出现遗传物质的改变（从染色体的形态改变和DNA水平上的改变）分为两大类，一类是具有明确可检测的DNA结构的改变，另一类是没有明确的DNA结构变化。具有可检测的染色体的改变主要包括以下几方面：第一方面是DNA的重排改变了原先遗传物质的组织顺序和基因的组织结构，因此它可以直接影响到所涉及基因的表达及稳定性。第二方面是转座子及其衍生序列引发的DNA重排导致肿瘤的发生。转座子即在许多后生动物中发现的可移动的遗传因子。一段DNA顺序可以从原位上单独复制或者断裂下来，环化后插入另一位点，这些插入到人类基因组之中的外源和内源DNA序列会产生多种多样的影响，有些可以使所插入位点上的基因失活，有些可以使相邻基因的表达发生变化。如果相邻的基因是癌基因或者与癌症发生的有关基因，这些变化可以诱发肿瘤。第三方面是负调控区域的失活或丢失，有证据显示不少原癌基因在旁侧顺序具有抑制转录启动的负调控区，在B淋巴瘤中，c-myc的负调控区域发生点突变或者部分丢失。在一些散发性肿瘤患者细胞中检测不到任何可见的染色体或者基因的突变。而基因的表达发生了改变，即肿瘤的表观遗传学机制，它并不需要特定的DNA序列的改变，而是通过基因组的修饰控制基因的活性。对于“gatekeeper”基因而言，它们启动子区的CpG岛通常是避免被甲基化的。该区域的甲基化可以妨碍与基因转录有关的反式作用因子和该基因启动子区的结合，导致基因不能被转录。除了遗传性肿瘤之外，大多数肿瘤是可以预防的。我们知道环境污染是可以增加基因突变风险的。高风险的基因突变是导致人类肿瘤发生的一个主要因素。现已基本查明，可以导致人类癌症和肿瘤的原因大致分为两大类：一类大约有15%的人类癌症和肿瘤是由病毒引起的。这些可导致人类肿瘤的病毒一般具有干扰细胞周期和细胞关卡的能力。此外病毒中的所携带的癌基因也可以直接导致宿主细胞发生恶性转化。另一类85%的肿瘤是由于基因突变引起的。根据遗传学统计，大约有10%的肿瘤是可以呈现出遗传行为的，这暗示在所有可以导致肿瘤形成的基因突变中，大约有10%左右的突变发生在生殖细胞中，而剩下的90%则发生在体细胞中。来自老鼠的试验证明，一个肿瘤细胞的形成至少需要3个基因同时突变，一个是ras基因的点突变，一个是myc基因的重排，一个是与细胞程式化衰老有关的基因突变。这种多基因突变的才可形成肿瘤细胞的过程本身也是一种细胞的自我保护机制。就目前看来，诱发肿瘤形成的突变必须涉及至少一种和细胞生长有关的调节基因，主要包括一下七大类：①细胞生长因子类。过量表达某些类型的细胞生长因子，比如基础纤维母细胞生长因子（bFGF）、血小板衍生生长因子（PDHF）、表皮生长因子、胰岛素样生长因子1和2（IGF-1/2）及其相关受体等都可以导致细胞转化。同类在某些类型的肿瘤细胞中也发现有实质性基因突变的生长因子的参与。需要明确的是，上述细胞生长因子可以是人体自身细胞基因组编码，也可以是病毒转化过程形成的。②细胞生长因子的受体基因突变，包括细胞膜上的受体和细胞质上的受体。③与信息传递有关的蛋白质类。总体而言，与细胞传导有关的原癌基因通常分为以下三大类：第一类，和细胞膜结合的GTP结合蛋白质类，包括RAS、GSP和GIP;第二类，细胞质内丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶类，包括RAF1、MOS和COT等；第三类，和细胞质膜结合于细胞质一侧的酪蛋白激酶，包括ABL、SRC和FGR等。④细胞核内癌基因产物。它们是和基因转录有关的产物基因。他们是和基因转录有关的，如位于细胞核内的转录因子是由Myc是由myc基因突变造成的、FOS和JUN等含有基因转录所需的DNA结合结构域或结构基序。这些基因产物与基因转录有关⑤与细胞周期控制有关的基因突变，比如p53基因突变、细胞周期蛋白基因突变、细胞周期蛋白激酶突变等。⑥与细胞凋亡控制有关的基因突变，比如核内的Bcl基因突变。⑦参与DNA损伤修复的几大类基因产物的基因突变。化学致癌剂可直接引起原癌基因的突变（ras基因族），同时有可能激活内源性逆转录病毒。而这些肿瘤病毒本身含有v-onc。DNA肿瘤病毒中某些基因片段本身就具有与肿瘤基因myc和ras相似的作用。下面就简单的介绍ras癌基因的相关作用机制。与细胞信号转导有关的ras基因，正常的RAS蛋白的活性受GTP和GDP的调节，并且P21ras位于细胞膜的内侧面，以软脂酸共价键形式固定于脂质双层膜的内表面。研究发现ras基因的激活通常具有3种不同的形式：①编码区内的突变，以点突变为主，目前公认的是第12、第13、第59或第61位氨基酸密码子。②插入失活，通常是指在肿瘤细胞中的ras基因附近插入一个强启动子或增强子，依次使得ras基因表达增强，最终导致细胞转化。③基因扩增和碱基的缺失。但这两种方式在ras基因活化过程中很少见。活化后的Ras蛋白失去了内在的GTP酶活性，或者改变了对GDP和GTP的亲和力。通常情况下，细胞内的Ras蛋白分子处于非活化的状态，可以能够与GDP相结合的构象，在它们受到信号传递通道上游某一外界因子的刺激后使得GDP变成GTP，后本身的构象变成活化状态。活化后的Ras蛋白和它的效应分子相互作用，达到传递生长信号的目的，但若发生了这种作用后，活化的Ras蛋白迅速失活，转化为与GDP结合的非活化状态。而其效应分子中研究最多的当属RAF（一个丝氨酸/酪氨酸的蛋白激酶），分为三种形式即C-RAF、B-RAF、A-RAF。此三种形式均可以与已结合GTP的RAS蛋白结合，进而被激活酶活性。被激活后的RAF蛋白转移到细胞膜上，对有丝分裂原激活的蛋白激酶进行磷酸化激活。除上述途径外还有其他途径，在哺乳动物细胞内，RAS可以直接和Ⅰ型磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）d的催化亚基发生相互作用，磷脂酰肌醇被激活后可将PIP2裂解成IP3和DG，而这二者均是促进细胞增殖的第二信使。并且已经证实，在ras癌基因转化的细胞中，IP3、DG、PIP2的含量明显多于未转化的细胞。在Ras蛋白由活化转为非活化状态中，起到作用的是ras蛋白中所具有的GTP酶。P21蛋白通过GDP和GTP结合并水解GTP完成其对正常细胞生长信号的传递与调节。ras基因的突变打破了活化与不活化Ras蛋白的平衡机制，使得非活化的Ras蛋白转化为活化状态。实际上ras基因的第12、13、61位密码子的活化通常不影响P21蛋白与GDP和GTP的结合，但降低了P21蛋白自身的GTP酶的活性，使得GTP水解速度变慢，进而Ras蛋白维持在活化状态，不断激活效应分子，引起效应的持续，导致细胞大量增殖进而恶化。理论讲使Ras蛋白维持于活化状态的机制可能有三种：①Ras蛋白本身的GTP酶活性的降低，GTP的水解下降。②GDP和GTP的交换增加。③某种机制诱导了不需与鸟嘌呤核苷酸结合的Ras蛋白的活化构想。