細胞分化與腫瘤(2學時)●細胞分化(Celldifferentiation)●癌細胞(Cancercell)1細胞分化與腫瘤(2學時)●細胞分化(Celldiffere第一節(jié)細胞分化(Celldifferentiation)細胞分化(celldifferentiation):在個體發(fā)育中,由一種相同的細胞類型經(jīng)細胞分裂后逐漸在形態(tài)、結構和功能上形成穩(wěn)定性差異,產(chǎn)生各不相同的細胞類群的過程。細胞分化是多細胞生物發(fā)育的根底與核心;細胞分化的關鍵在于特異性蛋白質(zhì)合成;合成特異性蛋白質(zhì)實質(zhì)在于組織特異性基因在時間和空間上的差異性表達;差異性表達的機制是由于基因表達的組合調(diào)控。細胞癌變是正常細胞分化機制失控的表現(xiàn)●細胞分化的根本概念●影響細胞分化的因素●細胞分化與胚胎發(fā)育—Hoxgenes2第一節(jié)細胞分化(Celldifferentiation)同源異型基因

(homeoticselectorgene,Hoxgene)果蠅體節(jié)發(fā)育中起關鍵作用的基因群。含有高度保守的180bp組成的DNA序列,稱同源框。編碼60個氨基酸,形成螺旋-轉角-螺旋結構,與DNA序列大溝相互作用,啟動基因表達。同源異型基因在染色體上的排列與胚胎發(fā)育在時、空序列上是一致的。3同源異型基因

(homeoticselectorgene一、細胞分化的根本概念

●細胞分化是基因選擇性表達的結果●組織特異性基因與當家基因●組合調(diào)控引發(fā)組織特異性基因的表達

●單細胞有機體的細胞分化●轉分化與再生

4一、細胞分化的根本概念

●細胞分化是基因選擇性表達的結果4細胞分化是基因選擇性表達的結果分子雜交技術檢測基因及其表達5細胞分化是基因選擇性表達的結果分子雜交技術檢測基因及其表達5組織特異性基因與當家基因當家基因(house-keepinggenes):是指所有細胞中均要表達的一類基因,其產(chǎn)物是對維持細胞根本生命活動所必需的;組織特異性基因(tissue-specificgenes),或稱奢侈基因(luxurygenes):是指不同的細胞類型進行特異性表達的基因,其產(chǎn)物賦予各種類型細胞特異的形態(tài)結構特征與特異的功能;調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物用于調(diào)節(jié)組織特異性基因的表達,起激活或者起阻遏作用。6組織特異性基因與當家基因當家基因(house-keeping組合調(diào)控引發(fā)組織特異性基因的表達組合調(diào)控(combinationalcontrol)概念: 有限的少量調(diào)控蛋白啟動為數(shù)眾多的特異細胞類型的分化的調(diào)控機制。即每種類型的細胞分化是由多種調(diào)控蛋白共同調(diào)節(jié)完成的。生物學作用: 借助于組合調(diào)控,一旦某種關鍵性基因調(diào)控蛋白與其它調(diào)控蛋白形成適當?shù)恼{(diào)控蛋白組合,不僅可以將一種類型的細胞轉化成另一種類型的細胞,而且遵循類似的機制,甚至可以誘發(fā)整個器官的形成(如眼的發(fā)育)。分化啟動機制:靠一種關鍵性調(diào)節(jié)蛋白通過對其他調(diào)節(jié)蛋白的級聯(lián)啟動。7組合調(diào)控引發(fā)組織特異性基因的表達組合調(diào)控(combinat轉分化與再生一種類型分化的細胞轉變成另一種類型的分化細胞現(xiàn)象稱轉分化(transdifferentiation)。轉分化經(jīng)歷去分化(dedifferentiation)和再分化的過程。生物界普遍存在再生現(xiàn)象(regeneration),再生是指生物體缺失局部后重建過程,廣義的再生可包括分子水平、細胞水平、組織與器官水平及整體水平的再生。不同的細胞有機體,其再生能力有明顯的差異。8轉分化與再生一種類型分化的細胞轉變成另一種類型的分化細胞現(xiàn)象單細胞有機體的細胞分化●與多細胞有機體細胞分化的不同之處:前者多為適應不同的生活環(huán)境,而后者那么通過細胞分化構建執(zhí)行不同功能的組織與器官。●多細胞有機體在其分化程序與調(diào)節(jié)機制方面顯得更為復雜。9單細胞有機體的細胞分化●與多細胞有機體細胞分化的不同之處:9二、影響細胞分化的因素●細胞的全能性(totipotency)●影響細胞分化的因素10二、影響細胞分化的因素●細胞的全能性(totipotenc細胞的全能性(totipotency)概念:細胞全能性是指細胞經(jīng)分裂和分化后仍具有產(chǎn)生完整有機體的潛能或特性。植物細胞具有全能性,在適宜的條件下可培育成正常的植株。動物細胞核移植(Nucleartransfer)實驗證明細胞核具有發(fā)育全能性如蛙紅細胞核移植后發(fā)育成蝌蚪Dolly羊的誕生說明高度分化的哺乳動物體細胞核也具有發(fā)育全能性干細胞(Stemcell)與細胞發(fā)育潛能干細胞分化模式胚胎干細胞(embryostemcell):具有分化成多種細胞類型及構建組織的潛能造血干細胞單能干細胞(monopotentialcell)11細胞的全能性(totipotency)概念:細胞全能性是指細影響細胞分化的因素胞外信號分子對細胞分化的影響,如眼的發(fā)生

細胞記憶與決定果蠅成蟲盤(imaginaldisc)受精卵細胞質(zhì)的不均一性對細胞分化的影響細胞間的相互作用與位置效應環(huán)境對性別決定的影響染色質(zhì)變化與基因重排對細胞分化的影響12影響細胞分化的因素胞外信號分子對細胞分化的影響,如眼的發(fā)生第二節(jié)癌細胞(Cancercell)腫瘤(tumor,neoplasm)是一種基因病,它是指細胞在致瘤因素作用下,基因發(fā)生了改變,失去對其生長的正常調(diào)控,導致異常增生?？煞譃榱夹院蛺盒阅[瘤兩大類。前者生長緩慢,與周圍組織界限清楚,不發(fā)生轉移,對人體健康危害不大。后者生長迅速,可轉移到身體其它部位,還會產(chǎn)生有害物質(zhì),破壞正常器官結構,使機體功能失調(diào),威脅生命。癌癥是一種嚴重威脅人類生命平安的疾病,是目前危害人類健康最嚴重的一類疾病。在美國,惡性腫瘤的死亡率僅次于心血管疾病而居第二位。據(jù)我國2000年衛(wèi)生事業(yè)開展情況統(tǒng)計公報,城市地區(qū)居民死因第一位為惡性腫瘤,其次為腦血管病、心臟病。我國最為常見和危害性嚴重的腫瘤為肺癌、鼻咽癌、食管癌、胃癌、大腸癌、肝癌、乳腺癌、宮頸癌、白血病及淋巴瘤等。動物體內(nèi)細胞分裂調(diào)節(jié)失控而無限增殖的細胞稱為腫瘤細胞(tumorcell)。癌細胞的根本特征致癌因素癌癥產(chǎn)生是基因突變積累和自然選擇的結果癌癥能治療嗎?13第二節(jié)癌細胞(Cancercell)腫瘤(tumo一．癌細胞的根本特征癌細胞有三個顯著的根本特征即:不死性,遷移性和失去接觸抑制。除此之外,癌細胞還有許多不同于正常細胞的生理、生化和形態(tài)特征。癌細胞的形態(tài)特征癌細胞的生理特征14一．癌細胞的根本特征癌細胞有三個顯著的根本特征即:不死性,遷癌細胞的形態(tài)特征癌細胞大小形態(tài)不一,通常比它的源細胞體積要大,核質(zhì)比顯著高于正常細胞,可達1:1,正常的分化細胞核質(zhì)比僅為1:4-6。核形態(tài)不一,并可出現(xiàn)巨核、雙核或多核現(xiàn)象。核內(nèi)染色體呈非整倍態(tài)(aneuploidy),某些染色體缺失,而有些染色體數(shù)目增加。正常細胞染色體的不正常變化,會啟動細胞凋亡過程,但是癌細胞中,細胞凋亡相關的信號通路產(chǎn)生障礙,也就是說癌細胞具有不死性。線粒體表現(xiàn)為不同的多型性、腫脹、增生,如嗜酸性細胞腺瘤中肥大的線粒體緊擠在細胞內(nèi),肝癌細胞中出現(xiàn)巨線粒體。細胞骨架紊亂,某些成分減少,骨架組裝不正常。細胞外表特征改變,產(chǎn)生腫瘤相關抗原(tumorassociatedantigen)。15癌細胞的形態(tài)特征癌細胞大小形態(tài)不一,通常比它的源細胞體積要大二、癌細胞的生理特征細胞周期失控,不受正常生長調(diào)控系統(tǒng)的控制,能持續(xù)的分裂與增殖。具有遷移性,細胞粘著和連接相關的成分發(fā)生變異或缺失,相關信號通路受阻,細胞失去與細胞間和細胞外基質(zhì)間的聯(lián)結,易于從腫瘤上脫落。許多癌細胞具有變形運動能力,并且能產(chǎn)生酶類,使血管基底層和結締組織穿孔,使它向其它組織遷移。接觸抑制喪失,正常細胞在體外培養(yǎng)時表現(xiàn)為貼壁生長和集合成單層后停止生長的特點,即接觸抑制現(xiàn)象,而腫瘤細胞即使堆積成群,仍然可以生長。定著依賴性喪失,正常真核細胞,大多須粘附于特定的細胞外基質(zhì)上才能抑制凋亡而存活,腫瘤細胞失去定著依賴性,可以在瓊脂、甲基纖維素等支撐物上生長。去分化現(xiàn)象,腫瘤細胞中表達的胎兒同功酶達20余種。胎兒甲種球蛋白是胎兒所特有的。但在肝癌細胞中表達,因此可做肝癌早期檢定的標志特征。對生長因子需要量降低,體外培養(yǎng)的癌細胞對生長因子的需要量顯著低于正常細胞,是因為自分泌或其細胞增殖的信號途徑不依賴于生長因素。某些固體瘤細胞還能釋放血管生成因子,促進血管向腫瘤生長。獲取大量繁殖所需的營養(yǎng)物質(zhì)。代謝旺盛,核酸分解過程明顯降低,DNA和RNA的含量均明顯增高。蛋白質(zhì)合成及分解代謝都增強,但合成代謝超過分解代謝,甚至可奪取正常組織的蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物,結果可使機體處于嚴重消耗的惡病質(zhì)(cachexia)狀態(tài)。線粒體功能障礙,即使在氧供給充分的條件下也主要是糖酵解途徑獲取能量。可移植性,正常細胞移植到宿主體內(nèi)后,由于免疫反響而被排斥,多不易存活。但是腫瘤細胞具有可移植性,如人的腫瘤細胞可移植到鼠類體內(nèi),形成移植瘤。16二、癌細胞的生理特征細胞周期失控,不受正常生長調(diào)控系統(tǒng)的控制二、致癌因素人類腫瘤約80％是由于與外界致癌物質(zhì)接觸而引起的,根據(jù)致癌物的性質(zhì)可將其分為化學、生物和物理致癌物三大類。根據(jù)它們在致癌過程中的作用,可分為啟動劑、促進劑、完全致癌物。

啟動劑是指某些化學、物理或生物因子,它們可以直接改變細胞遺傳物質(zhì)DNA的成分或結構,一般一次接觸即可完成,其作用似無明確的閾劑量,啟動劑引起的細胞改變一般是不可逆的。促進劑本身不能誘發(fā)腫瘤,只有在啟動劑作用后再以促進劑反復作用,方可促使腫瘤發(fā)生。促癌物的種類也很多,如某些激素、藥物等。有的促癌物只對誘發(fā)某種腫瘤起促進作用,而對另一種腫瘤的發(fā)生不起作用,例如糖精可促進膀胱癌的發(fā)生,但對誘發(fā)肝癌不起促進作用;苯巴比妥促進肝癌的發(fā)生,但不促進膀胱癌的發(fā)生。有些致癌物的作用很強,兼具啟動和促進作用,單獨作用即可致癌。稱為完全致癌物。如多環(huán)芳香烴、芳香胺、亞硝胺、致癌病毒等。一、化學致癌物二、生物性致癌因素三、物理因素多種理化因子致癌17二、致癌因素人類腫瘤約80％是由于與外界致癌物質(zhì)接觸而引起的一、化學致癌物按化學結構可分為:①亞硝胺類,這是一類致癌性較強,能引起動物多種癌癥的化學致癌物質(zhì)。在變質(zhì)的蔬菜及食品中含量較高,能引起消化系統(tǒng)、腎臟等多種器官的腫瘤;②多環(huán)芳香烴類,這類致癌物以苯并芘為代表,將它涂抹在動物皮膚上,可引起皮膚癌,皮下注射那么可誘發(fā)肉瘤。這類物質(zhì)廣泛存在于瀝青、汽車廢氣、煤煙、香煙及熏制食品中;③芳香胺類,如乙萘胺、聯(lián)苯胺、4-氨基聯(lián)苯等,可誘發(fā)泌尿系統(tǒng)的癌癥;④烷化劑類,如芥子氣、環(huán)磷酰胺等,可引起白血病、肺癌、乳腺癌等;⑤氨基偶氮類,如用二甲基氨基偶氮苯(即奶油黃,可將人工奶油染成黃色的染料)摻入飼料中長期喂養(yǎng)大白鼠,可引起肝癌;⑥堿基類似物,如5-溴尿嘧啶、5-氟尿嘧啶、2-氨基腺嘌呤等,由于其結構與正常的堿基相似,進入細胞能替代正常的堿基參入到DNA鏈中而干擾DNA復制合成;⑦氯乙烯,目前應用最廣的一種塑料聚氯乙烯,是由氯乙烯單體聚合而成。大鼠長期吸入氯乙烯氣體后,可誘發(fā)肺、皮膚及骨等處的腫瘤。通過塑料工廠工人流行病學調(diào)查已證實氯乙烯能引起肝血管肉瘤,潛伏期一般在15年以上;⑧某些金屬,如鉻、鎳、砷等也可致癌。18一、化學致癌物按化學結構可分為:18二、生物性致癌因素生物性致癌因素包括病毒、細菌、霉菌等。其中以病毒與人體腫瘤的關系最為重要,研究也最深入。1．腫瘤病毒:逆轉錄病毒:T淋巴細胞白血病病毒(HTLV)、成人T細胞白血病病毒(ATLV)和愛滋病病毒(HIV)等病毒。逆轉錄病毒感染機體后,病毒的遺傳信息整合到宿主細胞的染色體中,成為細胞的組成局部,一般情況下受到正常細胞的調(diào)節(jié)控制,病毒處于靜止狀態(tài),但受到化學致癌物、射線輻射等因素的作用后,可能被激活病毒表達而在體內(nèi)誘發(fā)腫瘤。乙型肝炎病毒:人肝癌細胞DNA中發(fā)現(xiàn)有HBV病毒的堿基序列。HBV整合到細胞DNA中,能使細胞DNA發(fā)生缺失、插入、轉位、突變或易位等改變。乳頭狀瘤病毒:與生殖道腫瘤的發(fā)生有密切關系,并與口腔、咽、喉、氣管等處的乳頭狀瘤和皮膚疣等良性病變有關。在宮頸癌細胞中病毒DNA序列已經(jīng)整合到宿主細胞的基因組中,宮頸癌的發(fā)生與原癌基因c-ras和c-myc的變異和突變有關。EB病毒:EB病毒(Epstein-Barrvirus,EBV)是一種皰疹病毒,與兒童的Burkitt淋巴瘤和成人的鼻咽癌發(fā)生有關。2．霉菌與腫瘤發(fā)生目前有數(shù)十種霉菌毒素對動物有致癌性。但除黃曲霉毒素(aflatoxin)外,對其它的研究都較少。黃曲霉菌廣泛存在于污染的食品中,尤以霉變的花生、玉米及谷類含量最多。黃曲霉毒素有許多種,是一類雜環(huán)化合物,其中黃曲霉毒素B1是最強的化學致癌物之一,可引起人和嚙齒類、魚類、鳥類等多種動物的肝癌。19二、生物性致癌因素生物性致癌因素包括病毒、細菌、霉菌等。其中三、物理因素1．電離輻射電離輻射可以引起人體各部位發(fā)生腫瘤,但據(jù)估計在所有腫瘤的總病例數(shù)中只占2%～3％左右。居里夫人的去世,日本原子彈爆炸后引起白血病的發(fā)病率增高,都是著名的例子。輻射可引起染色體、DNA的突變,或激活潛伏的致癌病毒。放射線引起的腫瘤有:白血病、乳腺癌、甲狀腺腫瘤、肺癌、骨腫瘤、皮膚癌、多發(fā)性骨髓瘤、淋巴瘤等。2．紫外線紫外線照射可引起細胞DNA斷裂、交聯(lián)和染色體畸變,紫外線還可抑制皮膚的免疫功能,使突變細胞容易逃脫機體的免疫監(jiān)視,這些都有利于皮膚癌和基內(nèi)幕胞癌的發(fā)生。近年來由于環(huán)境惡化,大氣層的臭氧減少,出現(xiàn)地球臭氧空洞,地表紫外線的輻照強度將急劇增高,其誘發(fā)人體皮膚癌的潛在危險性將大為增加。據(jù)估計,大氣臭氧減少1%,皮膚癌就要增加2-6％,美國每年就會增加10000～20000名皮膚癌的患者。20三、物理因素1．電離輻射20三、癌癥產(chǎn)生是基因突變積累和自然選擇的結果 癌癥主要是體細胞突變產(chǎn)生的遺傳病,涉及到兩大類與細胞增殖相關的基因的突變?！翊龠M細胞增殖相關基因突變:原癌基因(proto-oncogene)突變形成癌基因(oncogene)●抑制細胞增殖相關基因突變:腫瘤抑制基因(tumor-suppressorgene)●細胞癌變是基因突變累積和自然選擇的結果,所以患者多為年長者?！裨┗蚺c腫瘤抑制基因產(chǎn)物協(xié)調(diào)作用,防止細胞癌變。21三、癌癥產(chǎn)生是基因突變積累和自然選擇的結果 癌癥主要是體細原癌基因(oncogene)是細胞內(nèi)與細胞增殖相關的基因,是維持機體正常生命活動所必須的,在進化上高等保守。當原癌基因的結構或調(diào)控區(qū)發(fā)生變異(顯性突變),基因產(chǎn)物增多或活性增強時,使細胞過度增殖,從而形成腫瘤。原癌基因的產(chǎn)物主要包括:①生長因子,如sis,②生長因子受體,如fms、erbB,③蛋白激酶及其它信號轉導組分,如src、ras、raf,④細胞周期蛋白,如bcl-1,⑤細胞凋亡調(diào)控因子,如bcl-2,⑥轉錄因子,如myc、fos、jun。癌基因是控制細胞生長和分裂的原癌基因的一種突變形式。22原癌基因(oncogene)是細胞內(nèi)與細胞增殖相關的基因,是抑癌基因是正常細胞增殖過程中的負調(diào)控因子。抑癌基因編碼的蛋白抑制細胞增殖,使細胞停留于檢驗點上阻止周期進程,因