主要內(nèi)容

概述第一節(jié)細胞增殖的分子基礎第二節(jié)細胞分化的分子機制第三節(jié)腫瘤細胞增殖機制當前第1頁\共有135頁\編于星期四\19點學習指導重點：1.細胞增殖與細胞周期；2.生長因子；3.細胞分化。4.癌基因及其功能；5.抑癌基因及其功能。難點：1.細胞周期的調(diào)控。2.癌基因與抑癌基因在腫瘤發(fā)生中的作用。進展：1.生長因子的臨床應用。2.腫瘤分子生物學。當前第2頁\共有135頁\編于星期四\19點概述細胞的增殖(proliferation)與分化(differentiation)是生物胚胎發(fā)育、生物個體生長以及生命活動的維持過程中的兩個重要事件。從一個簡單的受精卵到一個獨特的，具有不同于其他個體的表型和基因型、能夠完成復雜的生命活動的生物體，是一個非常奇妙的過程。當前第3頁\共有135頁\編于星期四\19點細胞的增殖與分化在這個過程中是如何進行，又是如何被調(diào)控，一直是生命科學家為之探索的重要問題。此外，細胞的增殖與分化還是生物個體正常生理活動的基礎，并且和生物體的衰老、疾病過程密切相關(guān)。當前第4頁\共有135頁\編于星期四\19點第一節(jié)細胞增殖的分子基礎一、細胞增殖是生長的主要因素之一二、細胞周期是細胞分裂過程中的有序事件三、細胞周期蛋白調(diào)節(jié)細胞周期中不同時相的正確轉(zhuǎn)換四、不同時相轉(zhuǎn)換的關(guān)卡是細胞周期調(diào)控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)五、生長因子具有調(diào)節(jié)細胞生長與分化的作用當前第5頁\共有135頁\編于星期四\19點細胞增殖(cellproliferation)是由于細胞生長(cellgrowth)和細胞分裂(celldivision)而導致的細胞數(shù)目的增加，是個體生長發(fā)育的重要過程之一，也是一種重要的生命現(xiàn)象。當前第6頁\共有135頁\編于星期四\19點這種現(xiàn)象不僅存在于胚胎時期，而且在出生后仍然存在；它不僅在正常的生理條件下發(fā)生，而且也和某些疾病密切相關(guān)。細胞增殖主要受到生長因子的調(diào)控，涉及很多基因的表達變化和細胞信號傳導途徑的介入。任何一個環(huán)節(jié)失調(diào)都有可能導致疾病的發(fā)生。當前第7頁\共有135頁\編于星期四\19點一、細胞增殖是生長的主要因素之一生物體的生長包括三個方面的含義：⑴細胞數(shù)目增多(cellproliferation)⑵細胞體積增大(cellenlargement)⑶細胞外基質(zhì)的合成(cellaccretion)當前第8頁\共有135頁\編于星期四\19點生物體生長的三種方式當前第9頁\共有135頁\編于星期四\19點二、細胞周期是細胞分裂過程中的有序事件真核細胞的分裂經(jīng)歷一系列具有固定發(fā)生順序的事件，這一過程稱為細胞周期(cellcycle)。細胞周期的時相間期(interphase)分裂期(metaphase,M期)G1期(合成前期)S期(DNA合成期)G2期(合成后期)當前第10頁\共有135頁\編于星期四\19點當前第11頁\共有135頁\編于星期四\19點多數(shù)哺乳動物細胞的細胞周期在10~30小時之間。迅速分裂的人源細胞經(jīng)過整個細胞周期需要24小時，而迅速生長的酵母細胞只需90分鐘就可以完成整個細胞周期。多細胞生物體中一些細胞可暫時離開細胞周期，從G2期進入靜止期，即G0期。G0期的細胞處于靜止狀態(tài)，不分裂，也不生長。G0期持續(xù)的時間可以是幾天、幾周，甚至幾年，但這些細胞可以在某些生長因子的作用下被重新誘導進入G1期。當前第12頁\共有135頁\編于星期四\19點三、細胞周期蛋白調(diào)節(jié)細胞周期中不同時相的正確轉(zhuǎn)換（一）細胞周期蛋白在模式生物早期胚胎發(fā)育 的研究中被發(fā)現(xiàn)細胞周期蛋白(cyclin)是一類隨著細胞周期不同時相的轉(zhuǎn)換，其濃度也隨之發(fā)生變化的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)通過與相應的蛋白激酶的結(jié)合對細胞周期進行調(diào)控。當前第13頁\共有135頁\編于星期四\19點在20世紀80年代初期，T.Hunt等在以海膽為模式生物進行早期胚胎發(fā)育的研究中發(fā)現(xiàn)，細胞內(nèi)有一種蛋白的含量隨著細胞周期的變化而發(fā)生改變?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)細胞周期蛋白是一個大家族，包含有十幾個成員。不同種屬的細胞周期蛋白具有高度的保守性。當前第14頁\共有135頁\編于星期四\19點蛋白激酶（異二聚體）調(diào)節(jié)亞單位（細胞周期蛋白，cyclins）催化亞單位（細胞周期蛋白依賴性激酶， cyclindependentkinase，CDK）（二）細胞周期蛋白依賴性激酶調(diào)節(jié)細 胞周期蛋白的活性當前第15頁\共有135頁\編于星期四\19點20世紀80年代初，L.Hartwell等利用遺傳學的方法在研究啤酒酵母時，發(fā)現(xiàn)了一群基因與細胞周期的調(diào)控相關(guān)，稱為細胞分裂周期基因(celldivisioncyclegenes,CDCgenes)，其中的Cdc28又被稱為“start”。80年代中期，P.Nurse等發(fā)現(xiàn)了Cdc2基因，Cdc2基因不但控制G2期向M的轉(zhuǎn)換，而且與start基因一樣也控制著G1期向S期的轉(zhuǎn)換。后來Cdc2基因被命名為Cdk1。當前第16頁\共有135頁\編于星期四\19點現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)十余種人的CDK分子。T.Hunt,L.Hartwell和P.Nurse等三人由于在細胞周期研究中的貢獻，于2001年獲得了諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。當前第17頁\共有135頁\編于星期四\19點CDKs單獨存在時并不表現(xiàn)其激酶活性。當細胞周期蛋白與其結(jié)合時才被激活。這些蛋白復合物控制了細胞周期中不同時相的轉(zhuǎn)換，以及在各個時相中的一些重要事件的發(fā)生，例如：在S期中DNA的合成和M期中有絲分裂的進行。當前第18頁\共有135頁\編于星期四\19點細胞周期蛋白激酶功能當前第19頁\共有135頁\編于星期四\19點值得注意的是，有一些CDKs不僅僅與一種細胞周期蛋白結(jié)合；一些細胞周期蛋白也可以與一種以上的CDK結(jié)合。此外，CDK-細胞周期蛋白復合體的生物學功能并不僅僅局限于細胞周期的調(diào)節(jié)。CDK5在有絲分裂期后的神經(jīng)元中高度表達。而CDK8和CDK9似乎主要在轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)方面起作用。還有CDK2和CDK5也在細胞凋亡中起作用。當前第20頁\共有135頁\編于星期四\19點(三)細胞周期蛋白的泛素化降解保證周期進程細胞周期蛋白的含量在有絲分裂晚期急劇下降，說明細胞內(nèi)存在著降解這些蛋白分子的機制。目前已知，細胞周期蛋白合成后，在其N末端可以發(fā)生多泛素化，即共價結(jié)合多個泛素。泛素是由76個氨基酸組成的蛋白分子，一些蛋白的多泛素化可導致其在細胞的蛋白酶體內(nèi)迅速降解。當前第21頁\共有135頁\編于星期四\19點四、不同時相轉(zhuǎn)換的關(guān)卡是細胞周期調(diào)控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在整個細胞周期中有三個關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折點或關(guān)卡(checkpoint)：⑴G1-S期轉(zhuǎn)折點，在酵母中稱為起點(start)，在哺乳動物中稱為限制點(restrictionpoint)；⑵G2-M期轉(zhuǎn)折點，決定有絲分裂的開始；⑶M后期-胞質(zhì)分裂完成細胞分裂。這些過程都是不可逆的，因此也就決定了細胞周期進程的單向性。當前第22頁\共有135頁\編于星期四\19點(一)G1到S期的轉(zhuǎn)折意味著細胞進入DNA合成期細胞周期中由G1向S期的轉(zhuǎn)折至關(guān)重要。細胞周期一旦通過起點或限制點，就意味著從靜止狀態(tài)進入了DNA合成期。當前第23頁\共有135頁\編于星期四\19點(二)G2到M期的轉(zhuǎn)折使細胞進入有絲分裂期DNA合成完成后，細胞通過G2期進入有絲分裂期。有絲分裂期的CDK復合體是在S期和G2期形成的，但在DNA合成完成之前，此復合體處于無活性狀態(tài)。當前第24頁\共有135頁\編于星期四\19點細胞周期關(guān)卡及其調(diào)控當前第25頁\共有135頁\編于星期四\19點注釋MPF(mitosis-promotingfactor)促有絲分裂因子(=CDK1-cyclinB復合物)APC(anaphasepromotingcomplex)分裂后期促進復合體當前第26頁\共有135頁\編于星期四\19點(三)細胞周期蛋白激酶抑制因子在細胞 周期調(diào)控中發(fā)揮重要作用在20世紀90年代初，科學家們分別發(fā)現(xiàn)了細胞周期的重要調(diào)節(jié)因子——細胞周期蛋白激酶抑制因子，又稱為CDK抑制蛋白(cyclinkinaseinhibitor，CKI，orCDKinhibitoryprotein，CIP)。當前第27頁\共有135頁\編于星期四\19點根據(jù)這些因子與CDK相互作用的特異性和序列同源性，可以分為兩大家族。一類是INK4(inhibitorsofkinase4，激酶4抑制因子)家族，另一類是CIP／KIP家族。近年來，一種新的CKI引起了人們的注意，這就是14-3-3σ。14-3-3σ是14-3-3家族成員之一，是人類乳腺上皮細胞的特異性標記，參與DNA損傷后細胞周期G2期的調(diào)控。當前第28頁\共有135頁\編于星期四\19點14-3-3σINK4家族，包括p15-19等CIP/KIP家族,包括p21,p27,p57等當前第29頁\共有135頁\編于星期四\19點五、生長因子具有調(diào)節(jié)細胞生長與分化的作用生長因子(growthfactors)是一類由細胞分泌的、類似于激素的信號分子，多數(shù)為肽類（含蛋白類）物質(zhì)，具有調(diào)節(jié)細胞生長與分化的作用。生長因子的作用機制相當復雜，與細胞生長、分化、免疫、腫瘤、創(chuàng)傷愈合等多種生理及病理狀態(tài)有關(guān)，因而受到科學家們極大的重視。當前第30頁\共有135頁\編于星期四\19點目前已發(fā)現(xiàn)的肽類生長因子有數(shù)十種，而且還在不斷增加。對大部分生長因子的結(jié)構(gòu)與功能了解得相當清楚。生長因子的生物學效應：大多數(shù)生長因子具有促進靶細胞生長、分化，促進個體發(fā)育的功能；少數(shù)生長因子具有負調(diào)節(jié)作用或雙重調(diào)節(jié)作用。(一)神經(jīng)生長因子是最早被發(fā)現(xiàn)的生長因子當前第31頁\共有135頁\編于星期四\19點生長因子主要通過旁分泌形式作用于鄰近細胞，通過自分泌作用于自身。甚至不分泌到細胞外，即可作用于自身。生長因子可來源于多種不同組織，其靶細胞亦各不相同。有的生長因子作用的細胞比較單一，也有的生長因子作用的細胞譜型比較廣。(二)生長因子主要通過旁分泌或自分泌 形式發(fā)揮作用當前第32頁\共有135頁\編于星期四\19點名稱細胞來源主要靶細胞當前第33頁\共有135頁\編于星期四\19點取決于細胞內(nèi)信號系統(tǒng)當前第34頁\共有135頁\編于星期四\19點(三)生長因子通過受體發(fā)揮作用生長因子的受體多位于靶細胞膜，為一類跨膜蛋白，多數(shù)具有蛋白激酶、特別是酪氨酸蛋白激酶的功能，也有少數(shù)為絲氨酸／蘇氨酸蛋白激酶受體。最近發(fā)現(xiàn)細胞核也存在EGF等生長因子的受體樣蛋白。有些生長因子受體(如EGF受體)與原癌基因產(chǎn)物有高度同源性。當前第35頁\共有135頁\編于星期四\19點對生長因子受體的研究不僅有助于了解細胞的增殖分化，而且對了解腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及治療也具有重要意義。當前第36頁\共有135頁\編于星期四\19點生長因子受體(1)酪氨酸蛋白激酶受體

EGF受體、FGF受體、PDGF受體、HGF受體(Met)、VEGF、胰島素受體等(2)絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶受體TGFβI型受體和II型受體、骨形成蛋白受體(3)與酪氨酸蛋白激酶(JAK)偶聯(lián)的受體多種白細胞介素當前第37頁\共有135頁\編于星期四\19點注釋EGF—表皮生長因子FGF—成纖維細胞生長因子PDGF—血小板衍生生長因子HGF—肝細胞生長因子VEGF—血管內(nèi)皮生長因子IGF—胰島素樣生長因子TGF—轉(zhuǎn)化生長因子當前第38頁\共有135頁\編于星期四\19點(四)生長因子在醫(yī)學實踐中發(fā)揮了重要作用經(jīng)過多年研究，人們對已知生長因子的基因結(jié)構(gòu)及其基因產(chǎn)物已經(jīng)有了明確的了解。伴隨著DNA重組技術(shù)的完善和廣泛應用，以工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)原本昂貴的肽類生長因子已成為現(xiàn)實。不少生長因子已經(jīng)應用于臨床治療，其應用前景引起廣大科研和醫(yī)務工作者的高度重視。當前第39頁\共有135頁\編于星期四\19點生長因子在疾病治療中的應用NGFEGF,PDGF,TGFβ,bFGF等VEGF當前第40頁\共有135頁\編于星期四\19點HGFNGFIGF2當前第41頁\共有135頁\編于星期四\19點第二節(jié)細胞分化的分子機制一、細胞分化是一漸進過程并受到一系列細胞信號分子的調(diào)控二、胚胎干細胞分化具有全能性三、成體細胞的橫向分化四、再生醫(yī)學是21世紀醫(yī)學研究的熱點當前第42頁\共有135頁\編于星期四\19點在胚胎發(fā)育過程中，一個受精卵經(jīng)歷多次細胞分裂不僅導致細胞數(shù)量增加，同時也誘發(fā)了各種類型細胞的出現(xiàn)。細胞分化(celldifferentiation)便是指胚胎細胞獲得不同形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能特征的過程。當前第43頁\共有135頁\編于星期四\19點人的受精卵細胞同樣如此，通過限制、定向與分化等各種事件，最后產(chǎn)生構(gòu)成人體各種組織、器官的200多種不同類型的細胞。細胞分化過程中的核心是基因的選擇性表達，通過不同基因表達的開啟或關(guān)閉，最終產(chǎn)生分化細胞所特有的蛋白質(zhì)。當前第44頁\共有135頁\編于星期四\19點一、細胞分化是一漸進過程并受到一系 列細胞信號分子的調(diào)控細胞分化受到一系列的信號分子調(diào)控。這些信號分子通過不同的途徑?jīng)Q定了細胞特異性的基因表達方式。細胞分化基因的表達調(diào)控可以發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、翻譯以及翻譯后蛋白質(zhì)修飾等不同環(huán)節(jié)，其中，發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)是最重要的。當前第45頁\共有135頁\編于星期四\19點在通常情況下，多數(shù)與分化發(fā)育相關(guān)的基因處于抑制狀態(tài)，需要在特定的發(fā)育階段激活?；蛘{(diào)節(jié)蛋白或轉(zhuǎn)錄因子便充當了這種激活物。轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的一個重要特點是不同調(diào)節(jié)蛋白或轉(zhuǎn)錄因子之間以及它們與其他蛋白或某些小分子之間的相互作用。當前第46頁\共有135頁\編于星期四\19點(一)細胞分化貫穿于生命的全過程并伴隨著特異性基因的階段性表達細胞分化通常是一個漸進的過程，不僅發(fā)生在胚胎時期，而且貫穿于生命的全過程。對大多數(shù)細胞來說，當其發(fā)育過程通過某一或某些關(guān)鍵時刻或階段時，這個細胞的發(fā)育選擇就被限定了。當前第47頁\共有135頁\編于星期四\19點已經(jīng)被定向的細胞最終轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒旒毎孕枰?jīng)歷一定的發(fā)育階段。但是，通常情況下它不能從一種細胞發(fā)育軌道跳躍至另一細胞發(fā)育軌道，例如已被定向決定了的骨骼肌細胞一般不會轉(zhuǎn)化為神經(jīng)細胞。分化(differentiation)：細胞經(jīng)過定向再轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)與功能上特異的細胞的過程。當前第48頁\共有135頁\編于星期四\19點伴隨細胞分化過程的是特異性基因的階段性表達：⑴特異性基因的階段性表達受到這些基因在染色體上排列位置的影響。改變它們在染色體上的排列順序，就可以喪失其發(fā)育階段性特征。⑵特異性基因的階段性表達還受到組合調(diào)控(combinationalcontrol)的影響，即多個基因表達調(diào)節(jié)蛋白共同協(xié)調(diào)的對某一特定基因進行調(diào)控，以及多種細胞信號分子的網(wǎng)絡式調(diào)節(jié)。當前第49頁\共有135頁\編于星期四\19點(二)細胞信號分子在細胞分化過程中形 成網(wǎng)絡式調(diào)節(jié)細胞分化是一個非常復雜的過程，需要多種細胞信號分子的精細協(xié)調(diào)，涉及極其復雜的信號轉(zhuǎn)導過程，而且不同信號通路之間又互相互作用。細胞外信號網(wǎng)絡：細胞所處微環(huán)境中的各種細胞生長因子及鄰近細胞表面分子。細胞內(nèi)信號網(wǎng)絡：細胞接受細胞外信號的受體及信號轉(zhuǎn)導分子當前第50頁\共有135頁\編于星期四\19點二、胚胎干細胞分化具有全能性（一）胚胎干細胞具有分化為體內(nèi)大多數(shù)細胞 類型的能力受精卵能夠分化形成生物個體內(nèi)全部的不同類型細胞的能力稱為全能性(totipotency)。胚胎干細胞(embryonicstemcell)是最早期的未分化細胞，從理論上講，它具有“全能性”。當受精卯分裂發(fā)育成囊胚時，將內(nèi)細胞團分離出來進行培養(yǎng)，在一定條件下，這些細胞既可在體外“無限期”地增殖傳代，同時還保持其全能性。當前第51頁\共有135頁\編于星期四\19點干細胞可以分化為三個胚層的不同細胞。人的胚胎干細胞的體外培養(yǎng)直到1998年才獲得成功。然而，從胚胎干細胞向不同組織細胞“定向分化”的條件至今還不清楚，胚胎干細胞分化發(fā)育的調(diào)控機制一直是干細胞研究領域的主要課題之一。當前第52頁\共有135頁\編于星期四\19點細胞發(fā)育分化的多能性(pluripotency)可定義為細胞分化為體內(nèi)大多數(shù)細胞類型的能力。有的科學家認為，即便是來源于內(nèi)細胞團的胚胎干細胞，也已經(jīng)在某種程度上具有了一定的定向。這些細胞所具有的多能性，也足以使它們能夠作為體外研究哺乳類動物發(fā)育的模型。當前第53頁\共有135頁\編于星期四\19點細胞的增殖與分化是矛盾的兩個方面。處于未分化狀態(tài)的細胞可以有很強的增殖能力，一旦分化為成熟細胞通常就失去了增殖能力。干細胞也是如此。在長期體外培養(yǎng)中如何保持胚胎干細胞處于未分化狀態(tài)，并進行不斷地自我增殖是一個關(guān)鍵的問題。當前第54頁\共有135頁\編于星期四\19點(二)維持胚胎干細胞全能性的機制非常復雜胚胎干細胞可以進行不對稱分裂(asymmetricdivision)和對稱分裂(symmetricdivision)。不對稱分裂是指細胞在分裂過程中，子細胞有差異的繼承親代細胞的物質(zhì)和特征，一個細胞保持親代細胞的特征，而另外一個細胞則被定向分化。對稱分裂是指子細胞平等的繼承親代細胞的物質(zhì)和特征，在條件合適的情況下進行快速的無限擴增。當前第55頁\共有135頁\編于星期四\19點全能性及多能性的維持當前第56頁\共有135頁\編于星期四\19點三、成體細胞的橫向分化橫向分化又稱為轉(zhuǎn)分化(transdifferentiation)：

通常是指一種已經(jīng)分化的細胞類型不可逆地轉(zhuǎn)化為另外一種正常分化的細胞類型。轉(zhuǎn)分化前后的細胞在形態(tài)上和分子水平上都有明確的特征以示區(qū)別。在一些情況下，轉(zhuǎn)分化伴有細胞分裂，而在另外一些情況下，不伴有細胞分裂。轉(zhuǎn)分化不可避免地伴有不同基因的關(guān)閉或啟動，也就是基因組活動的重新編程(reprogramming)。當前第57頁\共有135頁\編于星期四\19點成體干細胞(adultstemcell)是指存在于已經(jīng)分化的組織中但自身尚未完全分化，且具有自我更新、在特定條件下能夠進一步分化的細胞。人體幾乎所有組織都存在成體干細胞。成體干細胞已經(jīng)有相當程度的分化，如果不受外加條件的影響，一種組織的成體干細胞傾向于分化成該組織的各種細胞，比如造血干細胞在體內(nèi)自動分化成各種血細胞。當前第58頁\共有135頁\編于星期四\19點近幾年的研究結(jié)果證實：在特定的條件下，一種組織的成體干細胞可以轉(zhuǎn)分化成其他組織的功能細胞。例如造血干細胞可以分化成神經(jīng)細胞和肝細胞；間充質(zhì)干細胞可以分化成神經(jīng)、肌、軟骨和骨等多種細胞；脂肪組織的干細胞，在一定條件下可以分化成神經(jīng)細胞。轉(zhuǎn)分化現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)促使人們重新認識細胞發(fā)育分化的機制，也使得利用病人自身健康組織的干細胞來修復病損組織成為可能。當前第59頁\共有135頁\編于星期四\19點細胞的終末分化狀態(tài)往往被認為是固定的。而細胞的這種特定狀態(tài)是由一些轉(zhuǎn)錄因子的共同作用決定的。某些主控制基因可以決定細胞的分化或未分化狀態(tài)，而它們的作用在一定程度上還要依賴于其他轉(zhuǎn)錄因子的活性。當前第60頁\共有135頁\編于星期四\19點四、再生醫(yī)學是21世紀醫(yī)學研究的熱點組織再生是生物界普遍存在的現(xiàn)象。不同種屬動物的再生潛能差異很大，與無脊椎動物相比，脊椎動物特別是高等哺乳動物的再生能力非常有限。此外，同一種屬動物不同組織的再生能力也同樣具有相當大的差異。例如，人的上皮組織、骨組織和肝組織等具有較強的再生能力；而神經(jīng)組織、心肌組織等則一直被認為是不能再生的組織。當前第61頁\共有135頁\編于星期四\19點具有多種分化潛能的干細胞便引起人們廣泛的關(guān)注。人們期待著利用干細胞的這種特性進行組織再生，實現(xiàn)對機體組織損傷的修復，再生醫(yī)學(regenerativemedicine)應運而生。當前第62頁\共有135頁\編于星期四\19點再生醫(yī)學是一門通過研究機體正常組織特征與功能、損傷修復與再生機制，進而尋找有效的生物治療方法，促進機體自我修復與再生，或構(gòu)建新的組織與器官，以改善或恢復損傷組織和器官之功能的科學。當前第63頁\共有135頁\編于星期四\19點再生醫(yī)學是一門新興的多學科交叉學科，涉及醫(yī)學與生命科學、材料科學、力學、數(shù)學、計算機科學和工程學等不同學科。利用這些學科的原理與方法，人們已經(jīng)研發(fā)出各種產(chǎn)品，用于修復、改善或替代人體組織器官的產(chǎn)品，并應用于臨床治療某些因疾病、創(chuàng)傷所造成的組織器官缺損或功能障礙，并顯示出良好的發(fā)展前景。當前第64頁\共有135頁\編于星期四\19點第三節(jié)腫瘤細胞增殖機制正常細胞的增殖受到細胞內(nèi)外多種信號分子的調(diào)控。一類屬正調(diào)控信號分子，促進細胞的生長與增殖，并阻礙細胞的終末分化；另一類屬負調(diào)控信號分子，抑制細胞增殖，促進細胞分化、衰老或凋亡。這些信號分子的調(diào)控失衡將引起異常的增殖和持續(xù)的分裂。當前第65頁\共有135頁\編于星期四\19點當前第66頁\共有135頁\編于星期四\19點腫瘤是人類主要致死疾病。目前認為，腫瘤的發(fā)生發(fā)展是一些編碼細胞增殖、分化、凋亡調(diào)控信號以及DNA損傷修復蛋白的基因發(fā)生改變，導致細胞增殖調(diào)控失衡的結(jié)果。這些基因的改變有的來自于遺傳，有的是基因與環(huán)境相互作用所致。當前第67頁\共有135頁\編于星期四\19點其編碼產(chǎn)物能夠促進腫瘤發(fā)生與發(fā)展的基因被稱為癌基因(oncogene)；其編碼產(chǎn)物能夠抑制腫瘤發(fā)生與發(fā)展的基因被稱為抑癌基因(tumorsuppressorgene)。腫瘤細胞增生的核心問題是基因突變。當前第68頁\共有135頁\編于星期四\19點在基因水平上促使細胞增生及凋亡失去平衡，導致細胞惡性變的原因有：①控制細胞增殖的原癌基因活化或抑癌基因失活；②促細胞凋亡的基因失活或抑制凋亡的基因功能增強；③DNA修復基因失活，使突變在細胞內(nèi)積累，并且累及到調(diào)節(jié)細胞增生及細胞凋亡的基因。當前第69頁\共有135頁\編于星期四\19點這些基因中某一基因的單一突變所致腫瘤發(fā)生的幾率較小，數(shù)種相關(guān)基突變的積累最終將導致腫瘤發(fā)生、發(fā)展與轉(zhuǎn)移。當前第70頁\共有135頁\編于星期四\19點腫瘤：當前第71頁\共有135頁\編于星期四\19點當前第72頁\共有135頁\編于星期四\19點一、癌基因癌基因(oncogene)

是指細胞內(nèi)或病毒內(nèi)存在的、編碼產(chǎn)物能促使正常細胞惡性轉(zhuǎn)化(transformation)，即發(fā)生惡性變的基因。存在于反轉(zhuǎn)錄病毒中的稱為病毒癌基因(virusoncogene,v-onc)；存在于細胞中的稱細胞癌基因(cellularoncogene,c-onc)或原癌基因(proto-oncogene)。當前第73頁\共有135頁\編于星期四\19點(一)病毒癌基因病毒癌基因(virusoncogene,v-onc)：由病毒攜帶并傳播的，可以引起宿主正常細胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化的基因。癌基因最早發(fā)現(xiàn)于反轉(zhuǎn)錄病毒中。1911年，美國洛克菲勒研究所的F.Rous醫(yī)生將雞肉瘤組織勻漿后的無細胞濾液皮下注射于健康雞，發(fā)現(xiàn)可以引起肉瘤。當前第74頁\共有135頁\編于星期四\19點20世紀50年代確定了引起該種肉瘤的是一種病毒，命名為羅氏肉瘤病毒(RousSarcomaVirus，RSV)。從雞肉瘤中分離得到的RSV在體外能使雞胚成纖維細胞轉(zhuǎn)化，在體內(nèi)能使雞患肉瘤。當前第75頁\共有135頁\編于星期四\19點1975年，M.Bishop等比較了具備轉(zhuǎn)化和不具備轉(zhuǎn)化特性的RSV的基因組，發(fā)現(xiàn)野生型RSV中存在著一個與病毒生活史無關(guān)，但是能夠轉(zhuǎn)化雞胚成纖維細胞，并使雞患肉瘤的基因SRC。當前第76頁\共有135頁\編于星期四\19點以后又在其他反轉(zhuǎn)錄病毒中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些具有在體外轉(zhuǎn)化細胞，在體內(nèi)使宿主患腫瘤的基因，將這一類基因稱為病毒癌基因，目前已發(fā)現(xiàn)的反轉(zhuǎn)錄病毒中的癌基因有30多種。當前第77頁\共有135頁\編于星期四\19點(二)細胞癌基因細胞癌基因(cellularoncogene,c-onc)：正常的宿主細胞中與病毒癌基因同源的基因，又稱為原癌基因(proto-oncogene)。缺失了癌基因的反轉(zhuǎn)錄病毒仍然能夠正常地完成其生命周期，說明癌基因并不是它固有的必需基因。當前第78頁\共有135頁\編于星期四\19點病毒中的癌基因從何而來?考慮到反轉(zhuǎn)錄病毒的生活史中的病毒基因組整合在宿主細胞基因組中的環(huán)節(jié)，人們推測病毒中的癌基因可能起源于宿主細胞。當前第79頁\共有135頁\編于星期四\19點用核酸分子雜交的方法果然在正常的宿主細胞中找到了與病毒中的癌基因的同源基因，稱為原癌基因或細胞癌基因。它們是病毒癌基因的源頭。如猴肉瘤病毒中癌基因用v-SIS(simiansarcoma)表示，相應的細胞癌基因是c-SIS表示。當前第80頁\共有135頁\編于星期四\19點(三)病毒癌基因與細胞癌基因的關(guān)系目前認為，病毒癌基因可能來源于宿主細胞癌基因，是前病毒整合在宿主細胞基因組后獲得的。細胞癌基因是斷裂基因，有內(nèi)含子，而相應的病毒癌基因均無內(nèi)含子。當前第81頁\共有135頁\編于星期四\19點推測其原因，是由于整合在宿主細胞基因組中的前病毒獲得細胞癌基因后，在基因表達的RNA水平經(jīng)過RNA轉(zhuǎn)錄后加工將內(nèi)含子切除，因此包裝在病毒顆粒中的病毒RNA基因組的病毒癌基因不再含有內(nèi)含子。當前第82頁\共有135頁\編于星期四\19點可以說，病毒癌基因原本不是病毒的基因，而是動物細胞正?；蚪M中的一個復本。當病毒在宿主細胞內(nèi)復制時，由于DNA重組而將宿主細胞基因組中相當于病毒癌基因的序列重組到病毒的基因組內(nèi)。所以說細胞癌基因是病毒癌基因的原型，又稱為原癌基因。病毒癌基因?qū)Σ《颈旧頍o關(guān)緊要，卻可使宿主細胞轉(zhuǎn)化，引起腫瘤。當前第83頁\共有135頁\編于星期四\19點除此之外，病毒癌基因與相應的細胞癌基因比較，還存在著編碼序列的點突變或缺失突變，因此表達的蛋白質(zhì)功能有差別。病毒癌基因表達的蛋白質(zhì)往往有較強的細胞轉(zhuǎn)化活性。當前第84頁\共有135頁\編于星期四\19點細胞癌基因病毒癌基因當前第85頁\共有135頁\編于星期四\19點(四)癌基因的功能迄今發(fā)現(xiàn)的細胞癌基因都是一些具有重要功能的“看家基因”，在進化過程中高度保守。細胞癌基因編碼產(chǎn)物的生理功能是調(diào)節(jié)細胞的生長和分化。生理條件下，細胞癌基因表達產(chǎn)物的活性和含量受到內(nèi)外環(huán)境各種生長信號的嚴格控制，并不會導致細胞異常增殖。當前第86頁\共有135頁\編于星期四\19點只有在突變后導致活性或含量過高時才會導致腫瘤發(fā)生，即發(fā)生癌基因的激活。細胞癌基因按照結(jié)構(gòu)特點有SRC、RAS、SIS、MYC、MYB、FOS、ERBA等基因家族，其表達產(chǎn)物屬于各種生長因子及其受體、Cyclin及CDK（蛋白激酶）、低分子量G蛋白（信號轉(zhuǎn)導分子）、轉(zhuǎn)錄因子等。當前第87頁\共有135頁\編于星期四\19點(五)細胞癌基因活化的分子機制細胞癌基因在物理、化學及生物因素的作用下發(fā)生突變，表達產(chǎn)物的質(zhì)和量的變化，表達方式在時間及空間上的改變，都有可能使細胞轉(zhuǎn)化。從正常的原癌基因轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂惺辜毎D(zhuǎn)化功能的癌基因的過程稱為原癌基因的活化，是功能獲得的過程(gainoffunction)。當前第88頁\共有135頁\編于星期四\19點細胞癌基因活化的主要機制：⑴基因自身突變（點突變）⑵基因擴增⑶DNA重排⑷染色體易位⑸病毒基因啟動子及增強子的插入當前第89頁\共有135頁\編于星期四\19點不同的癌基因有不同的激活方式，一種癌基因也可有幾種激活方式。例如c-MYC的激活就有基因擴增和基因重排兩種方式，很少見到c-MYC的突變；而c-RAS的激活方式則主要是突變。當前第90頁\共有135頁\編于星期四\19點上述各種細胞癌基因活化機制并未表明哪一種活化機制是使細胞轉(zhuǎn)化的足夠條件。事實上在腫瘤細胞中常發(fā)現(xiàn)兩種或多種細胞癌基因的活化。兩種或更多的細胞癌基因活化可有協(xié)同作用，細胞癌基因的活化與抑癌基因的失活也產(chǎn)生協(xié)同作用。當前第91頁\共有135頁\編于星期四\19點二、抑癌基因抑癌基因(tumorsuppressorgene)：是一類可抑制細胞生長并有潛在抑癌作用的基因，當其受阻抑、失活、丟失、或其表達產(chǎn)物喪失功能可導致細胞惡性轉(zhuǎn)化；反之，若導入或激活它則可抑制細胞的惡性表型。當前第92頁\共有135頁\編于星期四\19點對于一個特定組織或細胞惡性腫瘤的抑癌基因，需滿足以下三個條件：①在癌的相應正常組織中必須有正常的表達；②惡性腫瘤細胞中相應基因應有所改變，包括點突變，片段缺失或表達缺陷；③在該基因缺陷的惡性腫瘤細胞中導入野生型（正常）基因?qū)⒉糠只蛉恳种茞盒员硇?。當前?3頁\共有135頁\編于星期四\19點(一)抑癌基因的發(fā)現(xiàn)抑癌基因的發(fā)現(xiàn)較癌基因晚。20世紀60年代開始的雜合細胞致癌性研究中將腫瘤與正常細胞融合，或在腫瘤細胞中導入正常細胞的染色體，都可獲得無致癌性的雜合細胞，提示正常的細胞中有抑制腫瘤的基因，即抑癌基因。當前第94頁\共有135頁\編于星期四\19點A．Knudson在研究視網(wǎng)膜母細胞瘤(retinoblastoma,RB)的流行病學中發(fā)現(xiàn)嬰幼兒所患的腫瘤常常是雙側(cè)多發(fā)性，并有家族史；而沒有家族史的幼兒往往發(fā)病年齡較大，而且是單側(cè)性腫瘤。他假定遺傳性和散發(fā)性的腫瘤都只與一個基因（即后來命名為RB的基因）有關(guān)。當前第95頁\共有135頁\編于星期四\19點DNA限制性內(nèi)切酶片段長度多態(tài)性(restrictionfragmentlengthpolymorphism,RFLP)研究表明，雙側(cè)視網(wǎng)膜母細胞瘤患者的正常視網(wǎng)膜母細胞中的一對RB基因中，一個是野生型的，另一個是突變型的；而單側(cè)腫瘤患者的正常視網(wǎng)膜母細胞中有一對野生型RB基因，視網(wǎng)膜母細胞瘤中的一對RB基因都是突變的。當前第96頁\共有135頁\編于星期四\19點如果將野生型RB基因經(jīng)基因轉(zhuǎn)染導入視網(wǎng)膜母細胞瘤細胞，轉(zhuǎn)染后的細胞再接種動物后，不在動物中形成腫瘤，表明RB基因是抑癌基因。當前第97頁\共有135頁\編于星期四\19點(二)抑癌基因的功能抑癌基因編碼產(chǎn)物的功能主要有誘導細胞分化、維持基因組穩(wěn)定、觸發(fā)誘導細胞程序性死亡等。總體上抑癌基因?qū)ιL起著負調(diào)控作用，能抑制細胞的惡性生長。當前第98頁\共有135頁\編于星期四\19點若抑癌基因發(fā)生突變，則不能表達正常產(chǎn)物，或者其編碼蛋白產(chǎn)物的活性受到抑制，使細胞增殖調(diào)控失衡，導致腫瘤發(fā)生。癌基因活化后導致腫瘤發(fā)生，而抑癌基因則相反，是在失活時導致腫瘤發(fā)生。抑癌基因失活的原因有基因突變、基因缺失、基因表達受抑等。當前第99頁\共有135頁\編于星期四\19點抑癌基因表達產(chǎn)物的功能：⑴原癌基因表達產(chǎn)物的負調(diào)控分子；⑵DNA修復酶⑶細胞周期抑制分子⑷促進細胞凋亡的分子當前第100頁\共有135頁\編于星期四\19點1.RB基因RB基因位于13q14，全長200kbp，含27個外顯子。RB基因失活不僅與視網(wǎng)膜母細胞瘤及骨肉瘤有關(guān)，在許多散發(fā)性腫瘤，如50％~85％的小細胞性肺癌、10％~30％乳腺癌、膀胱癌和前列腺癌中都發(fā)現(xiàn)了RB基因失活。(三)抑癌基因作用機制舉例當前第101頁\共有135頁\編于星期四\19點染色體的區(qū)、帶、亞帶的命名及表示方法“亞帶”這個概念出現(xiàn)在高分辨顯帶中，高分辨顯帶染色體的命名遵照ISCN（1978，1981，1985）：（1）染色體序號：1~22號染色體或XY；（2）染色體的臂號：長臂q或短臂p；（3）區(qū)的序號：“區(qū)”為位于染色體臂上兩相鄰界標（“界標”是染色體上恒定的、有顯著形態(tài)特征的帶，包括染色體兩臂的末端、著絲粒以及臂上某些顯著的帶）之間的區(qū)域。區(qū)的序號是從著絲粒部位向兩臂遠端依次編號；當前第102頁\共有135頁\編于星期四\19點（4）帶的序號：“帶”是染色體上寬窄各異、明暗相間的橫紋。帶的序號從著絲粒側(cè)向臂的遠端依次編號，作為界標的帶屬于該界標以遠區(qū)的第1條帶；（5）亞帶和次亞帶的序號：亞帶和次亞帶是在帶的基礎上逐級細分出來的。亞帶寫在帶號的后面，以小數(shù)點相隔，編號原則也是從著絲粒的近側(cè)向遠側(cè)依次編號；次亞帶直接寫在亞帶后，不加標點。例如，1q42.13表示1號染色體長臂4區(qū)2帶1亞帶3次亞帶。當前第103頁\共有135頁\編于星期四\19點RB基因在各種組織中普遍表達，產(chǎn)物是位于細胞核內(nèi)的105kDa的蛋白質(zhì)Rb105。pRb105只有一條肽鏈，肽鏈中部有一個可折疊成口袋狀的AB口袋結(jié)構(gòu)域(ABpocketdomain)，它能與一些病毒的蛋白質(zhì)及細胞蛋白質(zhì)結(jié)合，肽鏈中還有可磷酸化修飾的位點。Rb的功能取決于它的磷酸化狀態(tài)及與其他蛋白質(zhì)的結(jié)合。當前第104頁\共有135頁\編于星期四\19點細胞進入G1期時Rb處于低磷酸化狀態(tài)，而低磷酸化的Rb使得細胞不能通過G1-S關(guān)卡。只有在細胞增殖信號通過依賴于CyclinD1的激酶CDK4的活化導致Rb蛋白磷酸化后，高磷酸化的Rb方允許細胞從G1期進入S期。因此低磷酸化的Rb在G1期特異的磷酸化是細胞從G1期進入S期的關(guān)鍵。當前第105頁\共有135頁\編于星期四\19點低磷酸化的Rb對細胞周期的負調(diào)節(jié)作用是通過與轉(zhuǎn)錄因子E2F-1的結(jié)合而實現(xiàn)的。低磷酸化的Rb的口袋結(jié)構(gòu)域能結(jié)合E2F-1使之失活，S期必需的基因產(chǎn)物如二氫葉酸還原酶、胸苷激酶、DNA聚合酶α等合成因而受限，細胞周期的進展受到抑制。當前第106頁\共有135頁\編于星期四\19點而高磷酸化的pRb不能與E2F-1結(jié)合，將導致這些基因的開放，促進細胞通過G1-S關(guān)卡。RB基因的缺失使得細胞喪失了該關(guān)卡的“守衛(wèi)”，細胞周期進程失控，細胞異常增生。當前第107頁\共有135頁\編于星期四\19點當前第108頁\共有135頁\編于星期四\19點2.P53基因是目前研究最多的、也是迄今發(fā)現(xiàn)在人類腫瘤中發(fā)生突變最廣泛的抑癌基因。50％~60％的人類各系統(tǒng)腫瘤中發(fā)現(xiàn)有P53基因突變。某些家族遺傳性腫瘤中還發(fā)現(xiàn)有胚系P53突變。無論是胚系P53突變或體細胞P53突變，常常是一對等位基因中只有一個等位基因有錯義突變，造成P53蛋白中單個氨基酸殘基替換。當前第109頁\共有135頁\編于星期四\19點突變的P53蛋白不僅自身失去功能，它還能與野生型等位基因表達的P53蛋白聚合成無功能的四聚體，即顯性負突變。在某些肉瘤及一些淋巴瘤中，P53基因的突變常常是等位基因雙缺失、基因重排或剪接錯誤，導致P53蛋白缺失。當前第110頁\共有135頁\編于星期四\19點注釋導致顯性負效應的基因突變成為顯性負效應突變(dominant-negativemutation)。此基因編碼的突變型蛋白質(zhì)稱為顯性負效應蛋白(dominant-negativeprotein)

。當前第111頁\共有135頁\編于星期四\19點P53基因位于17p13.1，全長20kbp，含有11個外顯子，編碼一條53kDa肽鏈，活性形式為同源四聚體。P53蛋白是位于細胞核內(nèi)的一種轉(zhuǎn)錄因子，在各種組織中普遍存在。野生型P53蛋白半衰期很短，細胞內(nèi)含量低。當前第112頁\共有135頁\編于星期四\19點細胞受到射線輻射或化學試劑作用導致DNA損傷時，P53蛋白水平升高，其原因主要是P53蛋白半衰期的延長及P53蛋白活化所致。例如，P53蛋白的絲氨酸殘基磷酸化，可使P53蛋白穩(wěn)定性增加。當前第113頁\共有135頁\編于星期四\19點活化的P53蛋白的N端可以與轉(zhuǎn)錄輔激活因子P300／CBP結(jié)合，促進靶基因轉(zhuǎn)錄，其中一個重要的靶基因編碼P21蛋白。P21蛋白是G1期特異的細胞周期抑制物，其作用是阻止細胞通過G1-S關(guān)卡點，使其停留于G1期。當前第114頁\共有135頁\編于星期四\19點另一靶基因是生長阻滯及DNA損傷修復誘導基因45(growtharrest-andDNAdamage-induciblegene，GADD45)，其產(chǎn)物是DNA損傷修復蛋白。P21蛋白與Gadd45蛋白的共同作用使DNA受損的細胞不再分裂，并且修復損傷而維持基因組的穩(wěn)定性。當前第115頁\共有135頁\編于星期四\19點P53的另一個功能是促進細胞凋亡，當DNA損傷發(fā)生在已通過G1-S關(guān)卡點的細胞時，P53蛋白可促進細胞促凋亡基因的表達，如BAX基因及FAS基因等，增加細胞凋亡。當前第116頁\共有135頁\編于星期四\19點P53蛋白的最終效應是阻止DNA受損細胞通過G1期，而使細胞有足夠的時間修復損傷的DNA；如果損傷不能修復，則誘導細胞凋亡，從而避免產(chǎn)生具有癌變傾向的基因突變的細胞。起著穩(wěn)定基因組和抑制突變細胞產(chǎn)生的作用，從而達到抑制腫瘤發(fā)生的目的。當前第117頁\共有135頁\編于星期四\19點P53正常功能的喪失，最主要的方式是基因突變，P53突變可促進細胞惡性轉(zhuǎn)化，減少細胞凋亡。突變的P53可使癌細胞對放療、化療產(chǎn)生抗性而導致其轉(zhuǎn)移。當前第118頁\共有135頁\編于星期四\19點三、癌基因與抑癌基因在腫瘤發(fā)生中的作用（一）細胞癌變的多基因協(xié)同目前普遍認為腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是多個癌基因和抑癌基因的基因改變累積的結(jié)果，經(jīng)過起始、啟動、促進和癌變幾個階段逐步演化而產(chǎn)生。當前第119頁\共有135頁\編于星期四\19點在基因水平上，或通過外界致癌因素，或由于細胞內(nèi)環(huán)境的惡化，突變基因數(shù)目增多，基因組變異逐步擴大；在細胞水平上則要經(jīng)過永生化、分化逆轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)化等多個階段，細胞周期失控細胞的生長特性逐步得到強化。結(jié)果組織從增生、異型變