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1、肿瘤学第三章 癌 基 因与抑癌 基 因 癌 基 因大量事实证明，肿瘤的发生与基因的异常有着密切的联系：（1）肿瘤易感性具有家族遗传倾向，如视网膜母细 胞瘤、乳腺癌、大肠癌等；（2）多种致癌因素如病毒、电离辐射、化学致癌剂 都可引起基因改变；（3）多种与细胞基本生命活动有关的基因改变都会 使细胞发生一系列的变化而导致肿瘤；（4）许多肿瘤的发生率往往随着年龄的增长和遗传 稳定性的降低而增长；（5）许多肿瘤细胞克隆具有特征性的染色体改变。因此大多数学者认为肿瘤是一种基因疾病。通过对肿瘤遗传家系分析、流行病学以及大量的动物实验研究证明了肿瘤的发生受遗传因素的影响，肿瘤是一种环境因素与遗传因素相互作用导
2、致的一类疾病。大多数的环境致病因素如饮食、病毒、化学物质、射线的致癌作用都是通过影响遗传基因起作用的:正常体细胞在多种致癌因素的作用下，发 生多种基因突变，引起基因表达紊乱，从 而影响细胞的生物学活性，经过多阶段的 形态学变化逐渐形成肿瘤细胞。肿瘤是细胞中多种基因变异累积的结果，基因变异主要发生在三类细胞基因 癌基因(oncogenes)、肿瘤抑制基因(tumorsuppression genes)DNA修复基因(DNA repair genes)。绝大多数肿瘤的基因变异都是体细胞突变，包括点突变、扩增、重排、缺失或甲基化状态的改变。癌基因最初作为病毒基因被发现，可使细胞转化为癌细胞。后来发现
3、人类正常细胞中存在病毒癌基因的同源序列，称之为原癌基因(proto-oncogene)。原癌基因存在于正常细胞内，在细胞的增殖和分化过程中起重要调控作用。当原癌基因发生变异导致其正常的结构和功能发生改变，转变为癌基因（也可以称原癌基因活化）。癌基因在肿瘤的发生、发展过程中起促进作用。据估计，原癌基因约占人体全部基因0.11%，迄今已分离和鉴定出100多种。第一节 癌基因研究的发展历史 一、肿瘤发病机制研究发展史 古代 体液学说20世纪初 化学致癌学说 病毒致癌学说 实验肿瘤学诞生 20世纪中叶 物理致癌学说20世纪中叶 基因突变致癌学说 多因素、综合致癌理论20世纪后叶 多阶段、（癌变多阶段
4、多基因变异 分子模型建立）二、肿瘤基因学说的提出 20世纪初期，荷兰植物学家Hugo de Vries和德国动物学家Theodor Boveri提出了突变学说来解释肿瘤的起源。1952年Boyland第一次证明了致癌物主要作用于DNA，1953年DNA双螺旋的发现为研究基因缺陷与肿瘤的关系开创了一个新时代。1960年Nowell和Hungerford发现费城染色体(Philadelphia,Ph)与慢性粒细胞性白血病(chronic myeloid leukemia,CML)密切相关。1964年Brooks和Lawly用实验证明致癌物可使DNA发生突变，同时也明确了某些致癌物的致癌性与DNA亲
5、合性之间有直接关系 1969年美国科学家Robert Huebner和George Todaro在美国科学院院刊发表了癌基因(onecogene)假说。1973年Rowley证明费城染色体是由9号和22号染色体易位而形成的 1975年第一个病毒癌基因Src被成功分离，并且在人和动物的正常细胞中也找到了Src基因的存在。20世纪70年代末期进入癌基因研究的黄金时期，至今已先后分离了一百多种癌基因人们在发现癌基因的同时也逐步认识到可能有另一类基因（抑癌基因）的存在。1969年Harris和它的同事提出在恶性肿瘤中可能有一种抑制肿瘤恶性生长的基因。1970年Knudson通过对视网膜母细胞瘤的研究，
6、假设视网膜母细胞瘤的发生至少存在两步突变，提出了抑癌基因的假说。1986年人类第一个抑癌基因视网膜母细胞瘤的致病基因Rb成功地克隆出来。迄今为止，已有30余种抑癌基因被鉴定或克隆出来。肿瘤基因学说逐渐形成三、癌基因、抑癌基因与细胞信号传导 1977年Erikson和Brugge分离出由v-Src癌基因编码的PP60src蛋白，后PP60src被证实是一个蛋白激酶，在蛋白中有酪氨酸磷酸激酶残基。1980年Baltimore发现从Abelson鼠白血病病毒中得到v-Abl癌基因编码的蛋白也是酪氨酸激酶。1982年从肉瘤病毒中分离到癌基因Ras。随后证明Ras蛋白是一个G蛋白，具有GTPase活性，
7、参与细胞的信号传导。1983年克隆到与血小板生长因子(PGDF)蛋白高度同源的v-Sis基因，之后又发现v-erbB编码的蛋白与血小板来源的生长因子受体(EGFR)高度同源，1986年被克隆的人类第一个抑癌基因Rb被证实是细胞周期信号传导的调控因子。1989年发现的抑癌基因p53是细胞周期和细胞凋亡信号传导的调控因子。通过对随后发现的众多的癌基因和抑癌基因的功能研究，明确了绝大多数的癌基因和抑癌基因在细胞信号传导中扮演了重要角色。癌基因大多参与细胞内信号传递通路，许多本身就具有激酶或转录因子活性，它们在基因水平的突变导致其功能的异常活化，从而促使细胞持续生长和增殖而使细胞发生转化。抑癌基因参与
8、细胞的信号传递系统，在正常情况下对DNA复制、细胞生长和增殖起着监控作用，它们在基因水平上的突变和因此而导致其编码蛋白质功能的丧失是肿瘤细胞生长失控的重要原因四、肿瘤相关基因与细胞周期调控及癌变机制 20世纪80年代初Evans发现周期蛋白(cyclin)与细胞分裂有关，Simanis和Nurnse明确了细胞分裂周期2d（cell divide cycle 2d，cdc2d）蛋白磷酸化参与细胞周期的调控，随后进一步阐明周期蛋白激酶与在控制细胞分裂中的作用。实验证明，大多数癌基因和抑癌基因不能直接引起肿瘤，几乎所有癌基因和抑癌基因的功能效应最终从不同的途径汇聚到细胞周期的调控上来，许多癌基因和抑
9、癌基因直接参与细胞周期的调控，或者本身就是细胞周期调控的主要成分；这些癌基因和抑癌基因的突变改变了细胞周期的调控，使细胞周期的启动、运行和终止异常，导致细胞失控性生长，包括细胞死亡(凋亡)过少和增殖过多。因此肿瘤又可被认为是多基因异常导致的细胞周期异常性疾病。五、环境致癌和遗传因素与细胞癌变关系的确立 20世纪初至中叶两种不同的观点 外界因素 染色体异常(病毒、化学和射线)基因异常 致癌 致癌 肿瘤的发生和发展是环境和遗传因素相互作用的结果 20世纪70年代达到统一六、细胞癌变多阶段假说的分子模型 1990年Vogelstein等在对肿瘤发生的多阶段性研究中证实，结直肠癌细胞至少存在两个基因的
10、突变结肠癌发生的分子模型：DNA损伤修复基因突变 APC丢失 DNA甲基 K-Ras DCC丢失 p53丢失 或突变 化异常 突变 或突变 或突变 异常增生 早期腺瘤 中期腺瘤 晚期腺瘤 腺癌在Vogelstein结肠癌分子模型的基础上，对胃癌、食管癌、肺癌和乳腺癌的研究都提出癌基因与癌变的模型。进一步说明单一基因的异常不足以导致细胞癌变，至少两个不同的肿瘤相关基因同时异常才可导致细胞恶性转化。认识到肿瘤相关基因在肿瘤发生中是如何协同起作用以及在肿瘤不同发展阶段如何起作用，到底有多少基因参与细胞的癌变和肿瘤的发生、发展成为研究的焦点。七、肿瘤的多基因变异累积 与基因组学和蛋白组学 20世纪90
11、年代起人们逐渐认识到单一基因的异常不足以导致细胞癌变,肿瘤可能是多基因变异累积的结果。研究已发现了许多与肿瘤相关的基因，细胞周期调控因子，凋亡相关基因，血管生长因子和受体和端粒酶等。到底有多少基因参与肿瘤的发生和发展，基因间关系和作用通路是什么，还不清楚。20世纪末随着人类基因组计划的突破性进展，癌症研究已进入了基因组学和蛋白组学时代。基因组学（genomics）是指对所有基因进行基因组作图（包括遗传图谱、物理图谱、转录本图谱），核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一门科学。蛋白组学（protemics）分离和鉴定组织细胞中所有表达的蛋白质，并分析蛋白质的功能及其模式的一门科学。基因组学和
12、蛋白质组学的研究大大缩短了从基因或蛋白质中寻找生物标志的速度，为人类认识癌辟了症开新的途径。第二节 RNA肿瘤病毒与病毒癌基因肿瘤病毒分为 DNA病毒 RNA病毒 DNA病毒致癌作用发生在病毒进入细胞后复制的早期阶段，相关的癌基因多整合至宿主细胞DNA上。DNA病毒一般没有细胞内同源物，其编码的蛋白质主要为核蛋白，直接调节细胞周期，一般作用于抑癌基因。RNA病毒 1 转导性逆转录病毒 有病毒癌基因 2 顺式激活逆转录病毒 3 反式激活逆转录病毒 致癌作用是通过激活原癌基因和/或病毒癌基因不含病毒癌基因一、逆转录病毒与细胞原癌基因活化 1、转导性逆转录病毒 致癌性与其基因组中 含有病毒癌基因有关
13、。2、顺式激活逆转录病毒 整合至细胞基因组 后能活近旁细胞原癌基因。3、反式激活逆转录病毒 编码的转录调节蛋 白而激活同基因组的细胞原癌基因和(或)病毒基因。如 Bursal淋巴瘤中Myc基因的由慢性转化病毒Avian Leukosis Virus(ALV)激活。其他一些肿瘤中被这种RNA病毒激活的细胞基因(见书表3-1)二、癌基因的分类和功能 病毒癌基因按其功能可分为 1、生长因子家族；2、跨膜酪氨酸激酶；3、膜相关酪氨酸激酶；4、丝氨酸苏氨酸激酶；5、RAS家族 6、核蛋白(见书表3-2)。通过20多年的研究，人们已在哺乳类动物和人的细胞中鉴定出与病毒癌基因高度同源的细胞原癌基因，并明确这
14、些原癌基因是调控细胞增殖与分化的一类基因。根据基因产物在细胞内的定位和生物学功能可分为：1、生长因子；2、生长因子受体；3、信号传导分子；4、转录因子；5、细胞程序性死亡及凋亡基因 6、细胞周期蛋白等。（表3-3）原癌基因都是细胞中固有的基因，正常情况下参与细胞增殖与分化的调控，只是当基因的结构和功能发生变异并具有使细胞发生恶性转化的作用，这样的基因被称为癌基因。三、肿瘤DNA介导细胞转化与癌基因的鉴定DNA转染技术首先用于研究和鉴定RNA及DNA肿瘤病毒转化的细胞基因。Tumor Cells DNA ExtractionDNA TransfectionNIH3T3 Cells(有连续分裂能力
15、，保留接触抑制的特性)Screening after TransformationTransformed FociTransformed Gene（活化的原癌基因）20世纪80年代末美国的 Weinberg，Cooper，及Wigler的研究小组，应用DNA转染技术分别报道了第一个与肿瘤相关的细胞癌基因H-Ras。尽管用DNA转化技术成功地鉴定出一些癌基因，但这种方法有很大的局限性。以后的研究方法和技术如染色体介导的基因转移，定位克隆、代表性差异显示(representative differential analysis RDA)、mRNA差异显示、cDNA Array等新技术的建立和应用使
16、基因鉴定和克隆的工作取得了许多新的进展。第三节 基因变异方式与原癌基因活化 研究表明,原癌基因在物理、化学及生物的致癌因素作用下发生改变,基因变异方式主要有 1、点突变，2、扩增，3、重排，4、甲基化状态 5、过度表达基因的变异改变使原癌基因活化为癌基因。癌基因在肿瘤发生、发展中起重要作用。一、点突变与癌基因20世纪80年代初，美国的三个实验室同时发现H-Ras基因第12位密码子GGC突变为GTC，从而使编码的甘氨酸变为缬氨酸，使其产物p21蛋白的结构发生改变导致ras基因的活化。以后大量的实验研究发现，基因点突变是导致癌基因活化的主要方式，并与细胞的癌变有关。二、DNA扩增与癌基因 细胞的原
17、癌基因一般为单拷贝，一些原癌基因通过不明原因复制成多拷贝，这些多拷贝的DNA以游离形式存在称双微体(double minutes，DM)或再次整合人染色体形成均染区(homogeneously staining regions，HSR)，HSR包含着数十万碱基对，扩增量由二十至数百倍。基因扩增是癌基因活化的另一种主要方式，往往会导致表达水平增加。基因扩增和过量表达其结果均可影响细胞的生理功能，引起细胞癌变。三、染色体重排与癌基因通过对肿瘤组织和细胞系的染色体分析，已确定在许多肿瘤都有染色体结构的异常，这种现象为许多癌基因的鉴定和克隆提供了重要的线索。特别是许多肿瘤或细胞系都有特定的染色体改变称
18、为表标志染色体。如几乎所有Burkitt淋巴瘤都有8q24染色体的易位，90%为8号和14号染色体易位，75%85%淋巴瘤有类似易位，C-Myc基因位于8q24，染色体易位使8q24上的C-Myc基因活化。90%以上的慢性粒细胞白血病和一些成人和小儿淋巴细胞白血病有染色体第9号和第22号易位，形成Ph染色体，是由9号染色体上的原癌基因Abl易位到22号染色体Bcr基因上形成Bcr-Abl融合基因，产生具有酪氨酸激酶活性的融合蛋白，从而导致细胞恶变。格列卫靶向治疗位点。1717例组织肺癌组织细胞例组织肺癌组织细胞染色体畸变特征染色体畸变特征（均有染色体畸变（均有染色体畸变，而且每个病例涉及，而且
19、每个病例涉及多条染色体畸变 多条染色体畸变。）。）：代表缺失，：代表缺失，：代表扩增，：代表扩增，：代表高拷贝扩增：代表高拷贝扩增四、癌基因甲基化改变在一部分肿瘤患者的癌细胞中，其主要的基因是完整的，并没有发现任何突变或缺失等基因变异。经过对几种癌、癌旁组织和正常组织DNA的分析，确定某些癌基因(H-Ras、C-Myc)低甲基化和抑癌基因(Rb、p16)的高甲基化改变是细胞癌变的一个重要特征。同时甲基化状态的改变与基因点突变、基因缺失及基因表达异常的发生有密切关系。DNA甲基化状态的改变可导致基因结构和功能的异常，可能是细胞癌变过程中重要的一步。真核生物中最重要的甲基化碱基是胞嘧啶，通常发生在
20、CpG双核苷酸区域(被称为 CpG岛)。DNA甲基化的作用表现在控制基因表达、维护染色体的完整性和调节DNA重组的某些环节，在抵御外来入侵的寄生DNA中也起重要作用。低甲基化导致一些在正常情况下受到抑制的癌基因或相关因子得到大量表达。另外，低甲基化会导致整个基因组的不稳定性增加。在基因的启动子区域的CpG岛发生过度甲基化，可使该基因失活。到目前为止，已发现在大量的肿瘤细胞中的抑癌基因失活与基因的启动子区域的过度甲基化有关。五、癌基因的过量表达 基因表达是指基因的转录与翻译以及它们的控制，基因的转录在细胞核内进行，翻译在细胞浆中进行。癌基因大多参与细胞增殖与分化的过程。癌基因的过量表达是导致细胞
21、增殖过度、产生癌变的重要原因。c-ErbB2基因其表达产物p185是一种跨膜蛋白，其结构类似于表皮生长因子受体的(epidermal growth factor receptor，EGFR)膜受体，可以接受EGF样物质的信息，刺激细胞增殖。在乳腺癌、卵巢癌和胃癌等多种肿瘤有c-ErbB2 RNA和蛋白质的过度表达。有过度表达的肿瘤一般预后不良。c-Met基因编码的糖蛋白属于酪氨酸激酶生长因子受体家族。在体外细胞恶性转化的过程中可以出现c-Met基因过量表达。临床病理组织研究表明c-Met基因在胃癌和异型增生、肠上皮化生胃粘膜上有过表达为主。提示与胃粘膜癌变过程的发生和发展密切相关，可能是胃癌发
22、生早期基因改变之一。第四节 癌基因变异与人类肿瘤 通过对急性转化逆转录病毒与癌基因关系的研究，已鉴定出了许多与细胞增殖和分化密切相关的癌基因，但在人类肿瘤中到底有多少癌基因目前还不清楚。下面通过对几个常见的癌基因与肿瘤生物学行为的关系的讨论，进一步阐述癌基因在细胞癌变和肿瘤发生发展中的作用。一、Ras基因变异与肿瘤1、生物学特性Ras基因在正常细胞中有重要作用，每一种Ras基因都分别编码一种鸟苷酸结合蛋白(GTP结合蛋白)，分子量为21KD，通常称为p21。GTP p21+将细胞增殖分化的信号通过活 化跨膜受体传递到细胞内效应器 GDPp21蛋白还具有GTP酶活性。当Ras基因突变时，降低p2
23、1蛋白与GTP酶活化蛋白的结合能力，同时也降低自身内源性GTP酶活性，结果导致p21蛋白与GTP持续结合并促进细胞生长。2、Ras基因变异与肿瘤Ras基因家族属主要有三种K-Ras、N-Ras和H-Ras。研究表明10%15%的肿瘤中至少有三种Ras基因点突变的一种，其中K-Ras更易成为突变的靶基因。K-Ras点突变主要集中在第12位密码子，少数病例也在第13位及第61位突变。Ras基因变异主要为突变，在一些肿瘤中还表现为过度表达。人类肿瘤中被激活Ras基因肿瘤类型 发生率（%）主要癌基因胰腺癌90 K-Ras甲状腺癌60 K-Ras结直肠癌 50 K-Ras精原细胞癌 40 K-Ras肺腺
24、癌 40 K-Ras急性非淋巴细胞白血病 30 N-Ras黑色素瘤 30 N-Ras膀胱癌 15 H-Ras在结直肠癌的研究中发现，Ras基因点突变不仅常见于结直肠癌和部分癌前病变组织中，而且在一些非癌性病变如多发性息肉也可检测到 Ras基因点突变，这让人们怀疑Ras基因在结直肠癌或肿瘤中究竟起何作用。在许多实验模型中发现，Ras基因需同其它被激活的基因协同作用才能使细胞完全转化。Ras基因激活可能是结直肠癌发生过程中的一个相对早期的事件。二、Myc基因变异与肿瘤 1、生物学特性Myc基因家族属核蛋白类，目前已知Myc家族成员有三个：C-Myc、N-Myc和L-Myc。其中C-Myc是髓细胞性
25、白血病病毒的病毒癌基因（V-Myc）的细胞同源物，其作用在三种Myc基因中最强。C-Myc是一个功能甚多的核内癌基因，自C-Myc发现以来，一直是人们研究的热点，C-Myc基因在促进细胞增殖，永生化及去分化和转化过程中起重要作用。近年来人们发现C-Myc在诱导细胞凋亡中也起重要作用。、Myc基因变异与肿瘤在正常情况下，当细胞增殖时C-Myc mRNA的量显著增加，随着细胞增殖的停止，C-Myc mRNA的量又有剧烈的减少。在许多肿瘤中，人们常发现C-Myc基因有不同程度的扩增和活化，使其表达失控。提示C-Myc在肿瘤的形成中有重要作用。C-Myc的异常激活机制有染色体移位、基因扩增、点突变、启
26、动子插入激活和C-Myc mRNA水平的异常升高。人类肿瘤中的Myc基因变异肿瘤类型 发生率（%）基因变异Burkitt淋巴瘤 近100 C-Myc 易位结直肠癌 70 C-Myc 过表达胃癌 40 C-Myc 过表达小细胞肺癌 30-40 主要为C-Myc 扩增或过表达宫颈癌 35 C-Myc 扩增或过表达乳腺癌 30 主要为C-Myc 扩增或过表达粒系白血病(M3)常见主要为C-Myc 扩增或过表达三、Bcl-2基因变异与肿瘤1、生物学特性Bcl-2基因位于18q21，编码蛋白分子量约为25KD。Bcl-2蛋白位于核膜、部分内质网及线粒体外膜上。Bcl-2的生物学作用是阻止细胞凋亡，延长细
27、胞生命期，其调节机制目前仍不清楚。、Bcl-2基因变异与肿瘤Bcl-2基因是B细胞淋巴瘤中鉴定出来的癌基因。由染色体t(14;18)(q32;q21)易位而激活。在其它肿瘤中Bcl-2基因表达也有增加，但这些肿瘤中未发现染色体易位等特异性改变，因此Bcl-2基因活化的原因还不清楚。约85%的滤泡样淋巴瘤病人有14和18号染色体易位，使18q21上的Bcl-2的激活。小细胞肺癌和宫颈癌等常见有Bcl-2 的过度表达。四、Neu基因变异与肿瘤 1、生物学特性Neu基因也称为Her-2或C-erbB2基因，是从化学致癌物诱导新生大鼠的神经胶质母细胞瘤中提取DNA进行转化实验而分离鉴定出来的。位于第1
28、7号染色体长臂。Neu基因编码的蛋白质与上皮生长因子受体EGFR非常相似，分子量约185KD，因此又被称为p185，为一磷酸化蛋白质。Neu蛋白结构分为三个区域：细胞外区域，与EGFR蛋白有40%相似；跨膜区域；细胞浆内酪氨酸激酶区域，与EGFR蛋白的 相应区域具有高度保守性信号传导至细胞核细胞核接合部酪氨酸激酶活性部分细胞浆细胞膜生长因子癌基因活化 细胞分裂 人体表皮生长因子受体人体表皮生长因子受体作用机制作用机制2、Neu基因变异与肿瘤 Neu基因异常表达的机制有点突变、基因扩增 及mRNA和蛋白过度表达。约30%以上的人类肿瘤组织中有Neu基因的扩 增和/或过度表达。Neu基因扩增及蛋白
29、的过度表达:恶性生长 预后不良 采用抗Neu蛋白的抗体可改变依赖于Neu过度表 达的肿瘤细胞的恶性生长。人类肿瘤中的C-erbB2基因异常肿瘤类型 发生率（%）C-erbB2基因乳腺癌 25-30 过表达胃癌 40 过表达 膀胱癌 40-50 过表达非小细胞肺癌 30 过表达卵巢癌 30 过表达宫颈癌 25 过表达食道癌 常见 过表达五、c-Met基因变异与肿瘤 1、生物学特性 c-Met基因位于7q3l，编码190KD的跨膜糖蛋白，属于酪氨酸激酶生长因子受体家族。其50KD的链位于细胞外，145KD的链具有胞外配体结合区、跨膜区和胞内络氨酸激酶区，两链之间由二硫键相连。C-Met RNA表达
30、在某些上皮组织，如胎盘、肝、肾、甲状腺、消化道上皮等。c-Met蛋白是肝细胞因子(hepatocyte growth factor，HGF)或离散因子(separation factor，SF)的受体，HGF和SF可使c-Met受体的酪氨酸激酶磷酸化，促使细胞的有丝分裂、细胞动力和向腺上皮的形态分化。、c-Met基因变异与肿瘤c-Met基因变异主要为基因扩增、过量表达、突变和基因重排。在体外细胞恶性转化的过程中可以出现c-Met基因扩增、重排和过量表达 研究表明c-Met基因在肠型胃癌中有扩增和过度表达。肠化及不典型增生胃粘膜的c-Met基因过表达呈持续高水平，提示与胃粘膜癌变过程的发生和发展
31、密切相关，可能是胃癌发生早期的基因改变之一。在儿童肝细胞癌、肾乳头状细胞癌和胃癌中发现Met基因的突变。六、Mdm-2基因与肿瘤 1、生物学特性Mdm-2定位在12q13-14染色体区域，编码一个长度为491氨基酸的锌指蛋白质。蛋白定位在细胞核，半衰期很短。研究结果表明野生型p53可以阻止细胞从G1期进入S期，但当Mdm-2表达升高时p53对细胞的这种作用受到影响，由此提示Mdm-2可能是一个p53基因的负调控因子。2、Mdm-2基因与肿瘤Mdm-2基因高表达时呈现癌基因的功能，Mdm-2蛋白可与p53和RB蛋白相结合而使其功能失活，这是Mdm-2蛋白促进癌细胞生长的重要机制之一。一些研究表明
32、多种因素可以影响Mdm-2，如紫外线照射可诱导Mdm-2蛋白的表达，Rb，Abl基因分别通过作用于Mdm-2基因而影响细胞的增殖分化的平衡。在多种肿瘤(如胃癌)中有Mdm-2扩增，有关Mdm-2和p53基因在G1期的作用靶点及相互之间的调节作用，以及与肿瘤发生、发展的关系有待深入探讨 七、细胞周期蛋白与肿瘤1、生物学特性细胞周期受一系列因子的共同调控，其中最主要的正调因子是一组Cyclin蛋白（细胞周期蛋白）。它们与细胞周期素依赖性激酶（cyclin-dependent kinases CDKs）相结合而对细胞周期一系列控制点发挥调节作用，其中最重要的控制点为G1晚期的R点，经过此点细胞则不可
33、逆地进入分裂期，当细胞受刺激进入周期后最早表达的是CyclinD，CyclinD通常与CDK4结合，在有些细胞中也与CDK6结合促使细胞通过R限制点。CDK4 CyclinD+Rb蛋白低/非磷酸化 Rb蛋白磷酸化(E2F)+G1期 S期 G1期 S期2、细胞周期蛋白与肿瘤已知有三种类型的CyclinD(D1、D2和D3)。现已证明CyclinD1和D2变异可起癌基因的作用。CyclinD合成增加会导致细胞周期的进程不再依赖于生长因子而与肿瘤发生有关。在一部分淋巴瘤、乳腺癌、非小细胞肺癌、胃癌和食道癌中检测到CyclinD1的过度表达。一些实验结果表明细胞周期蛋白基因的变异是细胞增殖异常的重要原
34、因之一。八、端粒酶与肿瘤1、端粒染色体端粒（telomere）是位于细胞染色体末端由端粒DNA和端粒蛋白质构成的一种特殊结构。端粒DNA由（TTAGGG）n 短片段序列重复串联组成，长约220kb。端粒在染色体定位、复制、保护和控制细胞生长寿命等方面有重要作用，并与细胞凋亡、细胞转化和永生密切相关。正常细胞每分裂一次，端粒缩短一次，每次丢失约50-200个核苷酸，经过若干分裂周期后。端粒缩短到临界长度，细胞进入凋亡，端粒缩短限制了细胞增殖能力。2、端粒酶及其生物学特性端粒序列的复制依赖于端粒酶。端粒酶是一种能延长端粒末端的核糖蛋白酶，具有逆转录功能，它能以酶分子内部的RNA为模板，复制端粒DN
35、A重复序列并加到染色体末端以维持端粒的长度。端粒酶有3个亚单位组成：1）RNA亚单位TR(telornerasc RNA)、2）催化亚单位TERT(telomerase reverse transcriptase)3）相关蛋白 TEPl(telomerase-associated protein 1)。人类TERT(hTERT)是由1132个氨基酸残基组成，分子量为127kDa。端粒酶的活性与hTERT基因表达水平高度相关，它能被多种转录因子、癌基因、抑癌基因调控。3、端粒酶与肿瘤绝大多数正常体组织细胞（造血干细胞、生殖细胞和部分胚胎细胞有低水平的端粒酶活性）和良性肿瘤的端粒酶为阴性，而超过8
36、0以上的永生化细胞系及大多数肿瘤组织中检测到活化状态的端粒酶。因此普遍认为端粒酶的激活与恶性肿瘤的发生和发展密切相关。端粒酶的活化涉及了一系列基因表达和调控的变化，从而导致细胞增殖分化的异常。端粒酶基因也可被认为是癌基因的一个重要成员。到1997年为止 国内外专家已对20种肿瘤1700余病例进行端粒酶活性检测，发现端粒酶活化在恶性肿瘤中的阳性率为85-95%。专家认为端粒酶活性可作为为恶性肿瘤标记物，用于恶性肿瘤的诊断和微转移的检测。也有通过抑制端粒酶活性来治疗肿瘤的报道。九、从肿瘤细胞多样性、基因多态性和基因 变异多样性认识肿瘤生物学行为的复杂性 研究表明 同一器官的肿瘤可表现为不同的组织学
37、类型（如胃癌可分为弥漫型和肠型）同一组织类型的肿瘤中 可由多种不同类型的细胞组成的。同一组织同一类型的肿瘤细胞 其生长特性和药物的反应性也可不同。这些研究结果表明肿瘤细胞多样的生物学特性可能决定了肿瘤生物学行为的复杂性。已有许多研究表明，细胞癌变及肿瘤的发生、发展是一个多因素、多阶段及多基因变异的综合病变过程。肿瘤生物学行为的复杂性与基因多态性和多基因变异（包括基因变异种类、方式和数量）有关。肿瘤细胞中变异的多种基因彼此相互作用形成一个网络系统，其复杂性如同一个精密的集成电路板。因此基因变异与细胞癌变和肿瘤临床生物学特征之间的关系，还要进行大量深入的研究工作，认识肿瘤生物学行为的复杂性需了解
38、1）从一个细胞癌变到肿瘤的形成有多少基因参与。2）这些基因以什么样的方式发生变异。3）基因变异在细胞癌变和肿瘤的发生、发展过程 中如何起作用。4）变异基因产物的水平、活性、调节方式和相互 作用的关系。5）在晚期肿瘤中许多基因改变是致癌的原因还是 结果。这些是人类认识肿瘤发生、发展过程中多种基因、多种方式变异累积规律的前提。肿瘤的基因治疗不同于单基因遗传病，除基因载体和基因导入手段存在的复杂问题外，就靶基因而言要比单基因遗传病复杂的多：1）肿瘤为多基因变异，2）肿瘤的个体差异较大，3）肿瘤进展过程中的不同阶段，起作用的靶 基因也不一样。细胞癌变过程中基因改变是十分复杂的，其主要特征是在多种致癌因
39、素作用下，细胞内多种重要基因发生结构和表达的异常，由此导致了一系列的生物学改变。因此，要从根本上改善恶性肿瘤的诊断和治疗水平，必须重视细胞癌变机制的研究，通过阐明细胞癌变及肿瘤发生、发展过程中基因变异的规律，才能真正从细胞和基因水平上进行肿瘤生物学行为的判断，以改善和提高对恶性肿瘤的诊断和治疗水平。第五节 癌基因与肿瘤的 预防诊断和治疗 大量的实验室和临床研究表明肿瘤是一个多 因素、多阶段、多基因变异累积的复杂病变 过程，当研究工作深入到基因水平以后，人 们会发现肿瘤相关基因的研究如大海捞针，而肿瘤的特异性基因的鉴定如盲人摸象。后基因组时代将对肿瘤相关基因功能有更深 入的了解。随着重大疾病相关
40、基因、功能基 因组、环境基因组、药物基因组研究和生物 芯片技术的发展，肿瘤相关基因与肿瘤发生 发展的关系将会进一步明确。根据肿瘤的分子生物学特性根据肿瘤的分子生物学特性 选择合适的化疗药物选择合适的化疗药物 ERCC1ERCC1（excision repair cross-comlement-1excision repair cross-comlement-1）错配切除修复蛋白错配切除修复蛋白-1-1基因基因 过表达过表达 顺铂顺铂不敏感不敏感 RRM1RRM1（ribonucleotide eeductase M1ribonucleotide eeductase M1）核苷酸还原酶核苷酸还原
41、酶 M1M1基因基因 过表达过表达 健择健择不敏感不敏感 tubulin tubulin 微管蛋白微管蛋白 阳性表达阳性表达 紫杉类紫杉类不敏感不敏感一、环境致病因素与癌基因变异的累积 研究表明许多肿瘤的发生与环境致病因素有关。如食管癌、胃癌和肝癌与营养素的缺乏，病毒(HBV，HCV)或细菌(HP)感染等有关。同时研究 也发现多种肿瘤有明显的家族聚集现象，表明 遗传易感性是另一个重要的致病因素。从环境致病因素和遗传易感性相互作用的关系 为切入点进行肿瘤研究，有可能发现另一些细 胞癌变的关键基因。这样可深入了解肿瘤的发 生发展机制，也可为肿瘤的诊断、预防和治疗 提供信息。二、细胞癌变的分子模型与
42、肿瘤相关基因的鉴定Vogelstein在建立了结肠癌分子模型的基础上鉴定 和 克 隆 了 许 多 与 肿 瘤 相 关 的 基 因。在Vogelstein结肠癌分子模型的基础上，胃癌、食管癌、肺癌和乳腺癌的分子模型也逐渐建立。这些分子模型的建立进一步阐明了这些肿瘤由正常细胞演化为癌变细胞的分子机制。为这些肿瘤的基因诊断和治疗研究奠定了基础。肿瘤相关基因变异的方式与肠型胃癌发生发展不同阶段的关系NormalGastricTissuesSuperificGastritisChronicAtrophicGastritisIntestinalMetaplasiaDysplasiaCarcinomaMet
43、astasesRasMetC-erbB2Rasp53HLAerB2Mdm2EGFRATMMETAKTp16p53APCnm23RbMultiple genetic alteration involved in human gastric carcinogenesis OverexpressionMutationAmplificationDeletion根据肠型胃癌基因变异的种类、数量和方式在胃粘膜不同病变阶段的综合分析的结果表明：1、基因过量表达多发生在细胞癌变的起始阶段，2、基因点突变可能是细胞癌变起动阶段的一个主 要事件，这一阶段的可逆性较大；3、基因扩增、重排多发生在癌变的促进阶段，癌
44、变细胞可能开始向不同的生物学行为分化，可 能表现出多样性或异质性；4、基因缺失不仅能导致癌变细胞生物学行为的多 样化并导致癌变细胞增殖分化平衡失调，促使 肿瘤迅速发展。三、致癌与抗癌因素调节的肿瘤相关基因的鉴定 研究表明肿瘤的发生、发展受多种环境致癌因素的影响，同时也发现环境中有许多非常有效的抗癌因素，如大蒜、黄连在日常生活和医疗实践中都证明它们是有效的抗癌因子。但是这些天然的有效成分是如何发挥作用的，目前还不清楚。随着大量基因的克隆，为研究这些有效成分与基因表达调控的关系奠定了良好的基础。通过对肿瘤相关基因的表达和功能的检测可了解这些天然的抗癌成分的作用机制。第六节 癌基因与肿瘤生物学 的关键科学问题 人类在以前的研究工作中已确定在肿瘤中可检出多种肿瘤相关基因的变异，包括癌基因与抑癌基因。对这些基因变异形式和在细胞癌变过程中基因变异一些规律有一定了解。但仍有一些几个科学问题有待于进一步阐明：癌基因与不同肿瘤细胞的信号传导；癌基因变异与肿瘤的易感性；癌基因与不同个体肿瘤的生物学特性；癌基因与机体内外环境平衡调控的分子机制；癌基因表达时空性与细胞的更新换代；癌基因与肿瘤的临床病理学基因分型。