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1、细胞分化与肿瘤 四川大学华西医院 肿瘤分子诊断研究室王艳萍1 增殖（增殖（proliferationproliferation）和分化和分化(differentiation)(differentiation)是细胞的两种基本生是细胞的两种基本生命属性。命属性。增殖增殖:使细胞数量增多使细胞数量增多 分化分化:机体结构和功能多样化，形成机体结构和功能多样化，形成不同类型的细胞。不同类型的细胞。2正常细胞正常细胞:增增殖殖与与分分化化在在时时间间和和空空间间上上严严密密协协调调运运行行，分分化化基基因因按按一一定定时时空空顺顺序序有有选选择择地地被被激激活活或或抑抑制制，产产生生具具有有特特殊殊功
2、功能能的的细细胞胞。分化基因有效分化基因有效调调控着控着细细胞的分裂和增殖胞的分裂和增殖。3肿肿瘤瘤细细胞胞:细细胞胞发发生生突突变变或或失失去去控控制制，其其分分化化程程序序发发生生异异常常。失失控控的的增增殖殖和和分分化化障障碍碍。缺缺乏乏成成熟熟的的形形态态和和完完整整的的功功能能，丧丧失失某某些些终终未未分分化化细细胞胞性性状状，对对正常的分化正常的分化调节调节机制缺乏反机制缺乏反应应，增殖迅速，增殖迅速4与与细细胞胞恶恶性性增增殖殖或或凋凋亡亡受受阻阻一一样样，细细胞胞分分化化异异常常在在恶恶性性肿肿瘤瘤发发病病学学上上占占有有重重要要地地位位。深深入入研研究究细细胞胞分分化化及及其
3、其异异常常的的发发生生机机制制可可能能为为恶恶性性肿肿瘤瘤的的治治疗疗提提供供新新的的手手段。段。5第一节第一节 细胞分化概述细胞分化概述6细胞分化细胞分化 (cell differentiation)(cell differentiation)是指同一来源的细胞经过分裂逐是指同一来源的细胞经过分裂逐渐产生形态结构、生理功能和蛋白合成渐产生形态结构、生理功能和蛋白合成等方面都有稳定等方面都有稳定差异差异的过程。的过程。7细胞分化的时空变化细胞分化的时空变化时：个体在不同的发育时期细胞之间有分化时：个体在不同的发育时期细胞之间有分化空：分布在不同位置的同一种细胞的后代之间空：分布在不同位置的同一
4、种细胞的后代之间向不同方向分化向不同方向分化8细胞分化的标志细胞分化的标志(1)(1)合成特异性蛋白质合成特异性蛋白质 如：红细胞如：红细胞血红蛋白血红蛋白;上皮细胞上皮细胞角蛋白角蛋白 (2)出现新组装的亚细胞结构出现新组装的亚细胞结构 如：肌细胞如：肌细胞肌节和肌浆网肌节和肌浆网;上皮细胞上皮细胞细胞骨架；细胞骨架；神经细胞神经细胞离子通道离子通道(3)形态结构变化形态结构变化 如如：神经细胞：神经细胞突触突触;红细胞红细胞核丢失核丢失(4)功能的变化功能的变化如：神经细胞如：神经细胞传导；肌细胞传导；肌细胞收缩；红细胞收缩；红细胞携氧携氧9细胞决定细胞决定（cell determinat
5、ioncell determination）细胞在发生可识别的形态学变化之前，就已细胞在发生可识别的形态学变化之前，就已经受到约束而向着特定方向分化，这时细胞内部经受到约束而向着特定方向分化，这时细胞内部已发生变化，确定了未来的发育命运已发生变化，确定了未来的发育命运10细胞决定发生的时期细胞决定发生的时期胚胎发育：胚胎发育：受精卵受精卵卵裂期卵裂期囊胚期囊胚期(桑椹胚桑椹胚)原肠胚原肠胚(三胚层形成三胚层形成)器官形成器官形成成体成体11细胞分化的特点细胞分化的特点细胞分化的稳定性细胞分化的稳定性自然条件下细胞一旦分化为某一稳定类型后，自然条件下细胞一旦分化为某一稳定类型后，就不能逆转到未分
6、化状态就不能逆转到未分化状态细胞分化的可逆性和细胞全能性细胞分化的可逆性和细胞全能性 细细胞胞分分化化是是一一种种相相对对稳稳定定和和持持久久的的过过程程，但但在一定条件下又是可逆的在一定条件下又是可逆的 12细胞全能性细胞全能性(totipotency)细胞的全能性是指在一定条件下，细胞表达其细胞的全能性是指在一定条件下，细胞表达其全部遗传信息，并进而发育成完整的充分分化的机全部遗传信息，并进而发育成完整的充分分化的机体的能力。体的能力。全能性细胞全能性细胞全能性细胞全能性细胞:可表达基因组中任何基因，分化为个体的任一种细胞。可表达基因组中任何基因，分化为个体的任一种细胞。如受精卵如受精卵,
7、早期胚胎细胞早期胚胎细胞13 高高度度分分化化的的植植物物细细胞胞仍仍然然有有发发育育成成完完整整植植物物株株的的能能力力(1958年，年，Steward,胡萝卜胡萝卜)已已分分化化的的细细胞胞 去去分分化化（dedifferentiation）重重新新分分裂裂，回回复复到到胚胚胎胎细细胞胞状状态态再再分分化化（redifferentiation）形形成成根根、茎茎发发育成完整新植株育成完整新植株 14 动物细胞的全能性随着细胞分化程度提高而逐渐动物细胞的全能性随着细胞分化程度提高而逐渐动物细胞的全能性随着细胞分化程度提高而逐渐动物细胞的全能性随着细胞分化程度提高而逐渐受到限制，分化潜能变窄。
8、但对于细胞核而言，却始受到限制，分化潜能变窄。但对于细胞核而言，却始受到限制，分化潜能变窄。但对于细胞核而言，却始受到限制，分化潜能变窄。但对于细胞核而言，却始终保持其分化的全能性。终保持其分化的全能性。终保持其分化的全能性。终保持其分化的全能性。15细胞核的全能性细胞核的全能性:已分化成熟的体细胞的细胞核保留形已分化成熟的体细胞的细胞核保留形成正常个体的全套基因，即体细胞核具有成正常个体的全套基因，即体细胞核具有全能性全能性 16细胞的多能性细胞的多能性(pluripotency)：l在发育过程中，细胞分化潜能出现局限，失去在发育过程中，细胞分化潜能出现局限，失去了发育成完整个体的能力，只具
9、有分化成多种了发育成完整个体的能力，只具有分化成多种细胞类型及构建组织的潜能，称细胞的多能性。细胞类型及构建组织的潜能，称细胞的多能性。l如中胚层细胞分化为本胚层的多种组织。如中胚层细胞分化为本胚层的多种组织。17细胞的单能性细胞的单能性(monopotency)：l有的细胞只能分化为一种特定的细胞，如单能有的细胞只能分化为一种特定的细胞，如单能造血干细胞，红系干细胞只能分化为红细胞，造血干细胞，红系干细胞只能分化为红细胞，这种分化潜能称之。这种分化潜能称之。18干细胞：自我更新和分化潜能干细胞：自我更新和分化潜能按分化潜能将干细胞分：按分化潜能将干细胞分：全能干细胞（全能干细胞（totipo
10、tentialtotipotential cell cell）多能干细胞（多能干细胞（pluripotentialpluripotential cell cell）仅具有分化成有限细胞类型及某一胚层的组织器官的潜能仅具有分化成有限细胞类型及某一胚层的组织器官的潜能 单能干细胞或定向干细胞单能干细胞或定向干细胞 终末分化细胞终末分化细胞19l干细胞有两方面区别于其它细胞的特征：干细胞有两方面区别于其它细胞的特征：1.可分化为与自身完全相同的细胞，可分化为与自身完全相同的细胞，2.可生可生产多种类型的特异性分化的细胞。产多种类型的特异性分化的细胞。20l胚胎干细胞胚胎干细胞（embryonicst
11、emcells，ESC）从胚胎内细胞团或原始生殖细胞筛选分离从胚胎内细胞团或原始生殖细胞筛选分离出的具有全能性的细胞出的具有全能性的细胞l成体干细胞成体干细胞成体组织中保留的一部分未分化的细胞成体组织中保留的一部分未分化的细胞横向分化横向分化（TransDifferentiation)按来源将干细胞分为按来源将干细胞分为:211.1.细胞内因素细胞内因素 细细胞胞核核是是生生物物体体所所有有遗遗传传信信息息的的储储存存场场所所，对对细细胞胞的各种活的各种活动动及及细细胞分化胞分化过过程有指程有指导导作用。作用。核的全能性核的全能性 细细胞胞质质对对细细胞胞核核有有控控制制作作用用,细细胞胞质质
12、对对控控制制细细胞胞分分化化的的核核内内基基因因的的表表达达起起着着决决定定作作用用(细细胞胞融融合合实实验验和和核核移移植植实验实验)不不对对称称分分裂裂使使细细胞胞内内部部得得到到不不同同的的基基因因调调控控成成分分，表表现现出出一一种种不不同同于于其其它它细细胞胞的的核核质质关关系系和和应应答答信信号号的的能力能力影响细胞分化的因素影响细胞分化的因素222.2.细胞外因素细胞外因素l影响细胞分化的细胞外因素，包括影响细胞分化的细胞外因素，包括环境因素环境因素，胞外物质胞外物质（细胞的基质，黏附分子，细胞因子，（细胞的基质，黏附分子，细胞因子，激素等），以及激素等），以及细胞之间的相互作用
13、细胞之间的相互作用.23环境因素环境因素 环境因素影响胚胎细胞的决定和分化，如温环境因素影响胚胎细胞的决定和分化，如温度、光线、细胞在胚胎中的位置等度、光线、细胞在胚胎中的位置等 。异常环境可干扰细胞增殖与分化，使正常细异常环境可干扰细胞增殖与分化，使正常细胞转化为癌细胞，而在适当环境条件下，又可胞转化为癌细胞，而在适当环境条件下，又可使癌细胞逆转成正常细胞。使癌细胞逆转成正常细胞。24l细胞间的相互作用细胞间的相互作用 诱导诱导（inductioninduction）一部分细胞对邻近细胞产生影响，一部分细胞对邻近细胞产生影响，并决定邻近细胞分化方向及形态发生的过程。并决定邻近细胞分化方向及形
14、态发生的过程。抑制抑制（inhibitioninhibition）指在胚胎发育中，已分化的细胞抑指在胚胎发育中，已分化的细胞抑制邻近细胞进行相同分化而产生的负反馈调节作用制邻近细胞进行相同分化而产生的负反馈调节作用 细胞外基质细胞外基质（extracellularextracellular matrix.ECMmatrix.ECM）的影响的影响:胶原、层粘蛋白胶原、层粘蛋白 细细胞胞粘粘附附分分子子（cell cell adhere adhere molecule,molecule,CAMCAM）:细细胞胞间间识别并黏合识别并黏合 激素和生长因子激素和生长因子:HGF,EPO,GM-CSF,I
15、L-3:HGF,EPO,GM-CSF,IL-325第二节第二节 细胞分化的调控细胞分化的调控26 各种分化细胞含有相同数量的遗传信息，各各种分化细胞含有相同数量的遗传信息，各种细胞表型不同，这是特定基因的选择性表达的种细胞表型不同，这是特定基因的选择性表达的结果。结果。细细胞分化的胞分化的实质实质就是基因表达就是基因表达调调控控。基基因因的的差差异异表表达达（differential differential expressionexpression）或顺序表达或顺序表达（sequential expressionsequential expression）：）：在在胚胚胎胎发发育育过过程程中
16、中，基基因因组组的的基基因因严严格格按按照照时空顺序，有选择地相继活化表达的现象。时空顺序，有选择地相继活化表达的现象。27管家基因（管家基因（house-keeping genehouse-keeping gene）：）：维维持持细细胞基本胞基本生命活生命活动动所必所必须须的的结结构蛋白和功能蛋白构蛋白和功能蛋白编码编码的基因，的基因，是各是各类细类细胞普遍共有的胞普遍共有的。奢侈基因奢侈基因(luxury gene)(luxury gene)（组织特异性基因，组织特异性基因，tissue-specific genetissue-specific gene）：）：编码细胞特异性蛋白，与各种分
17、化细胞的特定编码细胞特异性蛋白，与各种分化细胞的特定性状直接相关，这类基因对细胞自身生存无直接影性状直接相关，这类基因对细胞自身生存无直接影响。响。28一、转录水平的调控一、转录水平的调控细胞分化过程中，基因表达的调控细胞分化过程中，基因表达的调控主要主要发生在发生在转录水平，即细胞是否出现某种性状取决于它是否转录水平，即细胞是否出现某种性状取决于它是否存在相关的存在相关的mRNA。基因转录的调控：基因转录的调控：基因的活化、基因的活化、顺式作用元件（顺式作用元件（cisactingelements）反式活化因子（反式活化因子（anti-activatingfactor）即转录因即转录因子（子
18、（transcriptionfactor）29(一一)基因的活化基因的活化真真核核生生物物DNA与与组组蛋蛋白白和和非非组组蛋蛋白白组组成成具具有有紧紧密密结结构构的的染染色色体体，使使RNA聚聚合合酶酶不不能能和和DNA链链接触而启动转录。接触而启动转录。基基因因的的活活化化首首先先要要求求待待活活化化基基因因所所处处的的染染色色质质松解。松解。细细胞胞分分化化过过程程中中，基基因因活活化化的的高高度度特特异异性性决决定定了了相相应应部部位位染染色色质质松松解解的的特特异异性性。这这一一特特异异的的染染色体松解过程涉及一系列相关事件。色体松解过程涉及一系列相关事件。301.1.组蛋白修饰引起
19、的染色质结构改变组蛋白修饰引起的染色质结构改变l组蛋白的修饰（乙酰化、磷酸化、甲基化和泛素组蛋白的修饰（乙酰化、磷酸化、甲基化和泛素化等）所引起的染色质结构变化影响基因的开关。化等）所引起的染色质结构变化影响基因的开关。l组蛋白乙酰转移酶（组蛋白乙酰转移酶（histonehistone acetylaseacetylase,HAT,HAT）和组蛋白去乙酰化酶（和组蛋白去乙酰化酶（histonehistone deacetylasedeacetylase,HDACHDAC）参与决定组蛋白乙酰化状态参与决定组蛋白乙酰化状态lHAT HAT 催化组蛋白乙酰化，导致染色质结构的松散、催化组蛋白乙酰化，
20、导致染色质结构的松散、激活转录；而激活转录；而HDAC HDAC 使组蛋白去乙酰化，导致染色使组蛋白去乙酰化，导致染色质集缩，并抑制基因的转录。质集缩，并抑制基因的转录。312.DNA2.DNA甲基化甲基化（DNA DNA methylationmethylation）DNA复复制制后后，由由甲甲基基化化酶酶将将腺腺苷苷甲甲硫硫氨氨酸酸的的甲基转移到胞嘧啶的甲基转移到胞嘧啶的5位上的碱基修饰位上的碱基修饰 甲甲基基化化位位点点：二二核核苷苷酸酸序序列列5-CG-3(CpG)中中的的C上，成上，成5-mCG-3 32l正常哺乳动物的正常哺乳动物的DNADNA共有共有70%70%的的CpGCpG位
21、点被活化位点被活化 -基因组基因组CpGCpG位点整体的广泛甲基化位点整体的广泛甲基化lCpGCpG岛主要位于看家基因和岛主要位于看家基因和40%40%组织特异性基因的组织特异性基因的55端，正常组织中端，正常组织中,除印记基因和失活的除印记基因和失活的X X染色染色体外体外,包括启动子在内的基因包括启动子在内的基因5CpG5CpG岛大部分是岛大部分是非甲基化的。非甲基化的。CpGCpG岛岛:富含富含CpG的区域的区域33DNA甲基化的意义甲基化的意义(1)甲基化使基因表达失活，在甲基化位置上可阻甲基化使基因表达失活，在甲基化位置上可阻止转录因子的结合，故止转录因子的结合，故DNA甲基化与基因
22、转录甲基化与基因转录的抑制有密切联系。基因越活跃，甲基化程度越的抑制有密切联系。基因越活跃，甲基化程度越低。低。(2)在发育过程中，在发育过程中，DNA的甲基化可使完成一定作的甲基化可使完成一定作用的基因关闭。在用的基因关闭。在维持细胞正常分化的机制中起维持细胞正常分化的机制中起重要作用。重要作用。34启动子异常甲基启动子异常甲基化（化（abrrantmethylation)（启动子过度甲基化，启动子过度甲基化，hypermethylation）发生于基因启动子发生于基因启动子CpG岛的甲基化岛的甲基化启动子区域的甲基化：启动子区域的甲基化：内源性突变剂内源性突变剂抑制基因正常表达抑制基因正常
23、表达与缺失或突变类似与缺失或突变类似肿瘤：肿瘤：基因组整体的低甲基化基因组整体的低甲基化特定基因（肿瘤抑制基因）启动子区域特定基因（肿瘤抑制基因）启动子区域的过度的过度甲基化甲基化35 DNA甲基化抑制基因转录机制甲基化抑制基因转录机制DNADNA启动子甲基化以后直接影响转录因子与启启动子甲基化以后直接影响转录因子与启动子或其他调控序列的结合活性，不能起始基动子或其他调控序列的结合活性，不能起始基因转录。因转录。CpG甲基化，通过改变染色质的构象或者通过甲基化，通过改变染色质的构象或者通过与甲基化与甲基化CpG结合的蛋白因子间接影响转录因结合的蛋白因子间接影响转录因子与子与DNA的结合。的结合
24、。甲基化的甲基化的DNADNA是突变的热点（是突变的热点（C:GC:G到到T:AT:A）36（二）顺式作用元件（二）顺式作用元件 基因组成可分为两个区域，一个是编码区，基因组成可分为两个区域，一个是编码区，另一个是调控区。另一个是调控区。顺式作用元件是指那些与被转录基因在距离顺式作用元件是指那些与被转录基因在距离上比较接近，并对转录具有调控作用的特殊上比较接近，并对转录具有调控作用的特殊DNA序列。通常包括启动子、增强子和沉默子。序列。通常包括启动子、增强子和沉默子。在细胞分化过程中，顺式调控元件在调节组在细胞分化过程中，顺式调控元件在调节组织特异性基因表达活性方面起重要作用织特异性基因表达活
25、性方面起重要作用371 1启动子（启动子（promoterpromoter）l在转录起始位点在转录起始位点55端上游端上游100100200bp200bp的范围的范围内内l含含3 3个保守的个保守的DNADNA序列，分别称为序列，分别称为TATATATA盒、盒、CAATCAAT盒和盒和GCGC盒。盒。l启动子是转录因子和启动子是转录因子和RNARNA聚合酶的结合部位，聚合酶的结合部位，主要作用是调控转录的起始点。主要作用是调控转录的起始点。lTATATATA盒对转录调控最重要，缺乏盒对转录调控最重要，缺乏TATATATA盒的启动盒的启动子，其基因转录的起始位点不稳定。子，其基因转录的起始位点不
26、稳定。CAATCAAT盒和盒和GCGC盒决定启动子的转录效率和特异性。盒决定启动子的转录效率和特异性。382.2.增强子（增强子（enhancerenhancer）一一类类特特定定的的DNA序序列列通通过过结结合合特特定定的的转转录录因因子子或或影影响响DNA构构象象，能能大大大大地地增增强强与与之之相相连连锁锁的的基基因因转转录录活活性性，从从而而明明显显地地提提高高RNA的转录速率。的转录速率。39l增强子是增强子是能通过启动子来增强基因转录的顺式作能通过启动子来增强基因转录的顺式作用元件，无位置及方向性用元件，无位置及方向性l存在组织特异性，这种组织特异性是细胞分化过存在组织特异性，这种
27、组织特异性是细胞分化过程中特异基因表达的重要调控机制决定的。程中特异基因表达的重要调控机制决定的。l在细胞的不同分化阶段针对不同基因发挥作用。在细胞的不同分化阶段针对不同基因发挥作用。403 3沉默子（沉默子（silencersilencer）l无位置和方向性，但能减弱转录效应无位置和方向性，但能减弱转录效应l在特定组织和特定发育阶段在特定组织和特定发育阶段 ，与相应的反式与相应的反式阻抑因子（阻抑因子（repressorrepressor）结合直接或间接作用结合直接或间接作用减弱或抑制特异基因减弱或抑制特异基因的表达的表达41（三）转录因子（三）转录因子 转录因子（转录因子（transcri
28、ption factortranscription factor）是一类是一类细胞核内蛋白因子。是调节基因表达转录的另一细胞核内蛋白因子。是调节基因表达转录的另一类关键成分，又称调节蛋白。它通过识别和结合类关键成分，又称调节蛋白。它通过识别和结合顺式作用元件，实现对基因表达的正负调控。顺式作用元件，实现对基因表达的正负调控。是生物体分化发育的分子开关是生物体分化发育的分子开关42 按功能可将转录因子分为两类：按功能可将转录因子分为两类：通用转录因子（通用转录因子（general transcription factorsgeneral transcription factors）:与与结结合合
29、RNARNA聚合聚合酶酶的核心启的核心启动动子子结结合合,如如TATATATA盒盒结结合因合因子子TFIIDTFIID、GCGC盒盒结结合因子合因子SP1SP1。特异转录因子（特异转录因子（specific transcription factorsspecific transcription factors）:与特异性的各种调控位点结合，决定该基因的时间、与特异性的各种调控位点结合，决定该基因的时间、空间特异性表达，促进或抑制其转录空间特异性表达，促进或抑制其转录。4344l典型的特异性转录因子至少包括两种结构域典型的特异性转录因子至少包括两种结构域:DNA DNA结合域结合域、转录激活域转
30、录激活域 蛋白蛋白-蛋白相互作用的结构域蛋白相互作用的结构域45 根据根据DNADNA结合域或蛋白结合域或蛋白-蛋白相互作用的结蛋白相互作用的结构域的结构特点，转录因子可分为结构和功能构域的结构特点，转录因子可分为结构和功能相似的几类：相似的几类：l锌指结构（锌指结构（zinc fingerzinc finger）：）：能与特异的能与特异的DNADNA序序列结合的结构列结合的结构l亮氨酸拉练（亮氨酸拉练（leucineleucine zipper zipper）l螺旋螺旋-环环-螺旋（螺旋（helix-loop-helix,HLH helix-loop-helix,HLH）46基因调节元件不同
31、，存在于细胞内基因调节元件不同，存在于细胞内的转录因子种类、性质及浓度不同，所的转录因子种类、性质及浓度不同，所发生的发生的DNA-蛋白质、蛋白质蛋白质、蛋白质-蛋白质相蛋白质相互作用类型不同，产生协同、竞争或拮互作用类型不同，产生协同、竞争或拮抗，调节基因的转录激活方式。抗，调节基因的转录激活方式。47l特异转录因子种类特异转录因子种类1、AP-1/Fos/Jun2、MyoD和和E蛋白蛋白:肌细胞分化相关转录因子肌细胞分化相关转录因子3、肝细胞分化相关因子、肝细胞分化相关因子:HNF1,4、POU结构域蛋白结构域蛋白(Pit-1,Oct-1,Unc-86)5、红细胞系分化相关转录因子红细胞系
32、分化相关转录因子(GATA-1)48二、转录后二、转录后加工水平的加工水平的调控调控 lmRNAmRNA的前体的前体核内不均一核内不均一RNA(RNA(hnRNAhnRNA)选择选择性地移出细胞核性地移出细胞核lhnRNAhnRNA需需经过经过一系列的加工一系列的加工（55端加帽，端加帽，33加加多聚腺苷酸多聚腺苷酸polyApolyA尾）、内含子和外尾）、内含子和外显显子的剪接、子的剪接、RNARNA编辑编辑等等过过程才能成熟、然后由胞核运到胞程才能成熟、然后由胞核运到胞质质 49三、翻译水平的调节三、翻译水平的调节 蛋白质的起始及延长蛋白质的起始及延长 mRNAmRNA在细胞质中的定位在细
33、胞质中的定位 mRNAmRNA的结构的结构 mRNAmRNA的稳定性的稳定性50第三节第三节 细胞分化与癌变细胞分化与癌变51 正常细胞在环境中的各种致癌因素的作用正常细胞在环境中的各种致癌因素的作用下，导致癌基因的激活或抑癌基因的失活，细下，导致癌基因的激活或抑癌基因的失活，细胞的增殖、分化、凋亡等基本生命活动发生改胞的增殖、分化、凋亡等基本生命活动发生改变。其中，最大的差异就在于它们的分化状态变。其中，最大的差异就在于它们的分化状态的不同的不同，肿瘤细胞表现为低分化。，肿瘤细胞表现为低分化。52（一）肿瘤细胞形态学特征肿瘤细胞形态学特征l低分化，幼稚化低分化，幼稚化l细胞器发育不良，与分化
34、有关的细胞器如细胞器发育不良，与分化有关的细胞器如连接（紧密连接、间隙通讯连接）、细胞分连接（紧密连接、间隙通讯连接）、细胞分泌颗粒减少泌颗粒减少一、肿瘤细胞的基本特征一、肿瘤细胞的基本特征53（二）肿瘤细胞生长（二）肿瘤细胞生长特点特点 1 1永生性永生性(immortality)immortality)的获得的获得 是是指指在在体体外外培培养养中中，细细胞胞呈呈现现持持久久生生长长和和增增殖、可无限殖、可无限传传代而不代而不发发生生细细胞凋亡的能力胞凋亡的能力 正常培养细胞的体外生命期正常培养细胞的体外生命期：542.2.接触抑制接触抑制(contactinhibition)或或运运动动的
35、的接接触触抑抑制制(contactinhibitionoflocation）丧丧失失553.3.生长的密度生长的密度依赖性抑制（依赖性抑制（density-dependentdensity-dependentinhibitionofgrowthinhibitionofgrowth）降低降低降低降低 表现在一定容积内细胞生长的饱和密度增加表现在一定容积内细胞生长的饱和密度增加564.血清依赖性降低血清依赖性降低正常细胞正常细胞:不加血清不加血清(15%)不能增殖不能增殖癌细胞癌细胞:低血清中低血清中(1%-5%)仍能生长。肿瘤细仍能生长。肿瘤细胞胞(Autocrine)或内泌性或内泌性(Endo
36、crine)产生促增殖生长因子。产生促增殖生长因子。57 4.集落集落(克隆克隆)形成力增强形成力增强 集落集落(克隆克隆)形成力形成力:细胞以低密度被接种到培养瓶细胞以低密度被接种到培养瓶 中，贴壁并能存活生长成细胞小群中，贴壁并能存活生长成细胞小群(集落或克隆集落或克隆)的能力。的能力。集集落落形形成成率率反反映映细细胞胞的的群群体体依依赖赖性性(独独立立生生存存力力)及及细胞生活力细胞生活力 正常细胞：单个的正常细胞很难长期生存正常细胞：单个的正常细胞很难长期生存 肿瘤细胞：克隆形成力强肿瘤细胞：克隆形成力强585.5.细胞周期变化细胞周期变化 G或或G1延长延长 G/G1期细胞减少期细
37、胞减少 S/M期细胞增加期细胞增加 活跃增殖细胞所占比例大活跃增殖细胞所占比例大 细胞群体倍增时间缩短细胞群体倍增时间缩短 细胞增生与丢失失衡，细胞凋亡受阻细胞增生与丢失失衡，细胞凋亡受阻59（三）肿瘤细胞的恶性特征（三）肿瘤细胞的恶性特征1.1.锚着依赖性（锚着依赖性（Anchorage-dependent）的丧的丧失失锚着非依赖性锚着非依赖性(Anchorage-independent):不不依依赖赖于于支支持持物物,能能在在半半固固体体琼琼脂脂中中生生长长形形成成集集落落的的特特性性。仅仅肿肿瘤瘤细细胞胞及及造造血血干干细细胞胞具具有有此此特特性。性。反反映映癌癌细细胞胞的的增增殖殖力力
38、，也也是是判判断断受受试试细细胞胞良良恶恶性性的的重重要要指指标标，与与动动物物体体内内成成瘤瘤性性之之间间有有良良好好的相关性。的相关性。602.动物接种成瘤性（动物接种成瘤性（tumorigenecity)体体外外培培养养的的癌癌细细胞胞或或转转化化细细胞胞在在接接种种到到同同种种或或异异种种动动物物体体内内能能形形成成肿肿瘤瘤的的特特性性。判判断断体体外外培培养养细细胞恶性特征最重要的指标。胞恶性特征最重要的指标。3.侵袭性和转移性侵袭性和转移性 侵袭性生长侵袭性生长(lnvasion)和和转移性转移性(Metastasis)是恶性肿瘤是恶性肿瘤的两个主要标志。的两个主要标志。61（四）
39、肿瘤细胞的遗传学特征（四）肿瘤细胞的遗传学特征 核型：多倍体、异倍体；核型：多倍体、异倍体；染色体畸变染色体畸变:断裂、缺失、倒位、易位断裂、缺失、倒位、易位62（五）其他特性（五）其他特性1.1.细胞间相互作用改变：细胞间相互作用改变：膜受体膜受体 、细细胞粘附胞粘附、细细胞胞识别识别 2.2.蛋白表达谱改变：蛋白表达谱改变：癌癌细细胞常常表达某些胚胎胞常常表达某些胚胎时时期的蛋白期的蛋白 3.3.细胞骨架改变细胞骨架改变 4.4.细胞间隙通讯连接减少或消失细胞间隙通讯连接减少或消失 63二、肿瘤细胞的分化异常二、肿瘤细胞的分化异常肿瘤细胞的去分化肿瘤细胞的去分化：肿瘤细胞通常肿瘤细胞通常缺
40、乏成熟的形缺乏成熟的形态态和完整的和完整的功能，功能，丧丧失某些失某些终终未分化未分化细细胞性状，胞性状，其形其形态和功能均类似于未分化的胚胎细胞态和功能均类似于未分化的胚胎细胞，幼，幼稚化，稚化，对对正常的分化正常的分化调节调节机制缺乏反机制缺乏反应应64低分化癌细胞的起源低分化癌细胞的起源“去分化（去分化（dedifferentiationdedifferentiation）”学说学说“异分化异分化（disdifferentiationdisdifferentiation）学说学说dysdifferentiationdifferentiation65“去分化去分化（dedifferenti
41、ationdedifferentiation）”学学说说逆分化逆分化(retro-differentiation)(retro-differentiation)肿瘤起源于已分化甚至完全分化成熟了的肿瘤起源于已分化甚至完全分化成熟了的细胞，由于逆行发育，去分化而不同程度地丧细胞，由于逆行发育，去分化而不同程度地丧失其正常分化的特点，回复到未分化的状态，失其正常分化的特点，回复到未分化的状态，且不会重新获得再分化的潜能。且不会重新获得再分化的潜能。争议争议：66“异分化（异分化（disdifferentiationdisdifferentiation）学学说说 （干细胞起源学说）（干细胞起源学说）
42、肿瘤起源于一些未分化或微分化，但具有分肿瘤起源于一些未分化或微分化，但具有分化潜力的干细胞，肿瘤细胞是在分化过程中停止化潜力的干细胞，肿瘤细胞是在分化过程中停止下来的未分化的细胞，并不是已出现特征的细胞下来的未分化的细胞，并不是已出现特征的细胞再度去分化。再度去分化。肿瘤细胞是由干细胞直接转化而来的话，不肿瘤细胞是由干细胞直接转化而来的话，不需要去分化的过程需要去分化的过程67StewartS.CriticalReviewsinOncology/Hematology,2004,51:1肿瘤起源于不同分化阶段的干细胞：如果致癌因子作用于未分化的干细胞，干细胞就成为肿瘤性干细胞而形成恶性肿瘤；如果
43、致癌因子作用于近于终末期分化而仍能合成DNA的细胞则形成良性肿瘤；如果致癌因子击中的是中间状态的细胞会出现中等程度分化而介于这两种极端之间的肿瘤。68肿瘤干细胞肿瘤干细胞l目前还没有一个合适的公认的定义。目前还没有一个合适的公认的定义。l是存在于肿瘤组织中、极小一部分具有干细胞是存在于肿瘤组织中、极小一部分具有干细胞性质的细胞群体，具有自我更新的能力，是形性质的细胞群体，具有自我更新的能力，是形成不同分化程度肿瘤细胞和肿瘤不断扩大的源成不同分化程度肿瘤细胞和肿瘤不断扩大的源泉泉。69等级学说等级学说(Hierarchy)(Hierarchy)肿瘤细胞在功能上是异质的；只有少量肿瘤干细胞具有无限
44、增殖的可能随机学说随机学说(Stochastic)(Stochastic)突变理论突变理论所有肿瘤细胞均存在无限增殖的可能；但以很小的几率,随机地进入细胞周期增生分裂70肿瘤干细胞肿瘤干细胞与干细胞的相似特征与干细胞的相似特征自我更新能力和不定分化潜能自我更新能力和不定分化潜能相似的细胞表面标志相似的细胞表面标志一些相同的细胞信号调节通路一些相同的细胞信号调节通路 (如如Notch,Notch,WntWnt,BM,BM信号通路等信号通路等)71肿瘤干细胞与干细胞的区别肿瘤干细胞与干细胞的区别l自我更新信号转导途径的负反馈机制已被破坏；自我更新信号转导途径的负反馈机制已被破坏；l缺乏分化成熟能力
45、；缺乏分化成熟能力；l倾向于累积复制的错误，而干细胞能够防止复倾向于累积复制的错误，而干细胞能够防止复制错误的发展等制错误的发展等72肿瘤干细胞的特点肿瘤干细胞的特点l极强的自我复制更新能力，能够产生与上一代极强的自我复制更新能力，能够产生与上一代完全相同的子代细胞。完全相同的子代细胞。l不断的分化能力，能够产生不同表型的肿瘤细不断的分化能力，能够产生不同表型的肿瘤细胞，并在体内形成新的肿瘤。胞，并在体内形成新的肿瘤。l具有与非致瘤细胞不同的表面标志。具有与非致瘤细胞不同的表面标志。l在肿瘤中的所占的比例较少。在肿瘤中的所占的比例较少。73研究肿瘤干细胞的意义研究肿瘤干细胞的意义l有望代替肿瘤
46、细胞系，成为更加理想的肿瘤研有望代替肿瘤细胞系，成为更加理想的肿瘤研究工具。究工具。l用于研究肿瘤的发生机制，有助于研究观念的用于研究肿瘤的发生机制，有助于研究观念的转变及对肿瘤本质的理解。转变及对肿瘤本质的理解。l为临床有效地诊断出恶性生长细胞的存在部位为临床有效地诊断出恶性生长细胞的存在部位并进行有效治疗，提供了新的思路。并进行有效治疗，提供了新的思路。74肿瘤干细胞研究的问题和展望肿瘤干细胞研究的问题和展望l是否所有的肿瘤中都存在肿瘤干细胞是否所有的肿瘤中都存在肿瘤干细胞l如何分辨众多肿瘤细胞中的肿瘤干细胞如何分辨众多肿瘤细胞中的肿瘤干细胞l如何区分正常干细胞与肿瘤干细胞如何区分正常干细
47、胞与肿瘤干细胞l寻找和鉴定特异性的肿瘤干细胞分子表面标志寻找和鉴定特异性的肿瘤干细胞分子表面标志l寻找机体微环境内诱导肿瘤干细胞分化的物质是亟待解寻找机体微环境内诱导肿瘤干细胞分化的物质是亟待解决的问题决的问题l诱导干细胞分化的化学药物的毒副作用、药物耐受等亦诱导干细胞分化的化学药物的毒副作用、药物耐受等亦有待于研究有待于研究l75三、癌基因、抑癌基因与细胞分化三、癌基因、抑癌基因与细胞分化l分化与增殖是相互制约和协调进行的过程。分化与增殖是相互制约和协调进行的过程。l在正常细胞分化的过程中，必然涉及与增殖和在正常细胞分化的过程中，必然涉及与增殖和分化有关原癌基因或抑癌基因的改变分化有关原癌基
48、因或抑癌基因的改变。l癌基因的激活或抑癌基因的失活导致的分化和癌基因的激活或抑癌基因的失活导致的分化和增殖失衡，其机制之一是这些癌基因和抑癌基增殖失衡，其机制之一是这些癌基因和抑癌基因的改变涉及到多种转录因子的激活。因的改变涉及到多种转录因子的激活。76lc-fos/c-junc-fos/c-junlc-myc:肿瘤细胞经分化诱导剂诱导其分化时，肿瘤细胞经分化诱导剂诱导其分化时，c-mycc-myc表达下降是共同的特征表达下降是共同的特征lrasras家族家族lsrcsrc、sissis、rosros、erberb-B-B癌基因癌基因抑癌基因抑癌基因lRblP53：对转录的负调控发生在分化的后
49、期，对转录的负调控发生在分化的后期，可能是抑制细胞周期进程及诱导终末分化的可能是抑制细胞周期进程及诱导终末分化的先决条件。先决条件。77细胞周期调节相关基因与肿瘤分化异常细胞周期调节相关基因与肿瘤分化异常基因转录调控与肿瘤分化基因转录调控与肿瘤分化细胞周期蛋白（细胞周期蛋白（cyclins)细胞周期蛋白依赖性激酶（细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs)细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂（细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂（CKIs)细胞周期检测点（细胞周期检测点（chk)DNA甲基化异常甲基化异常组蛋白乙酰化异常组蛋白乙酰化异常78白血病基因异常白血病基因异常染色体移位：染色体移位：Burkitt淋巴瘤淋巴瘤
50、t(8;14)慢粒的慢粒的bcr-abl融合基因融合基因,t(9;22)lAPLRAR:维甲酸受体维甲酸受体PML:早幼粒细胞白血病基因早幼粒细胞白血病基因PML-RARPLZF:早幼粒白血病锌指基因早幼粒白血病锌指基因PLZF-RAR79第四节第四节 肿瘤的诱导分化治疗肿瘤的诱导分化治疗80一、肿瘤诱导分化的概念一、肿瘤诱导分化的概念肿瘤细胞诱导分化肿瘤细胞诱导分化 (induced differentiation of tumor cells)在在体体内内外外分分化化诱诱导导剂剂存存在在下下，肿肿瘤瘤细细胞胞被被诱诱导重新向正常细胞方向逆转的现象。导重新向正常细胞方向逆转的现象。rever