腫瘤病因學陳麗榮

1、腫瘤病因學及發(fā)病機理研究進展,浙江大學醫(yī)學院腫瘤研究所 陳 麗 榮,我想對自己熟悉的人說：,我對癌癥的病因理解？我印象中最深的一件與癌癥及病因有關的事件？我的抗癌原則？,1998-2002年中國癌癥的流行現狀,癌癥已成為居民死因的首位, 117萬-150萬, 占20%左右;農村癌癥死亡率上升速度高于城市;高致死癌癥是胃癌、食道癌、肝癌、大腸癌、肺癌、宮頸癌、乳腺癌、白血病、鼻咽癌；發(fā)展中國家（

2、消化道腫瘤）和發(fā)達國家（肺癌、乳腺癌）的癌譜共存；癌癥死亡率最高的城市是上海和江蘇等地區(qū)；城市中肺癌、乳腺癌、膀胱癌和結直腸癌高于農村；男性高于女性，兒童是1.2:1.0, >60歲是2：1；,病因學,1, 外源性病因 化學因素 物理因素 生物因素2, 內源性病因 免疫因素 遺傳因素,,,,物理因素,化學因素,生物因素,,,,,,,,免疫因素,,遺傳學因素,,Cancer Risk F

3、actors (NIH),Growing older Tobacco Sunlight Ionizing radiation Certain chemicals and other substances Some viruses and bacteria Certain hormones Family history of cancer Alcohol Poor diet, lack of physical activ

4、ity, or being overweight,國際癌癥研究中心關于致癌物的信息 1類：對人類是致癌物（對人類致癌性證據充分）（95種）,化學物質物理物質生物感染因素,化學物質,人工合成化合物: 4－氨基聯苯, 苯, 聯苯胺 N，N－雙（氯乙基）－2－萘胺（萘氮芥） 毛沸石, 環(huán)氧乙烷3, 鈹及其化合物2, 砷化鎵, 砷及其化合物 甲醛,石棉,鎘其化合物, 鉻化合物（六價）2雙氯甲醚和

5、氯甲甲醚（工業(yè)品）,化學因素,天然化合物: 天然的黃曲霉毒素 含麻兜鈴堿的草藥 二氧化硅 結晶型（職業(yè)接觸吸入的石英或方晶石塵） 含石棉狀纖維的滑石,藥物,環(huán)孢霉素環(huán)磷酰胺硫唑嘌呤, 氮雜硫嘌呤絕經后的雌激素治療非甾族雌激素1甾族雌激素1己烯雌酚序貫口服避孕藥聯合口服避孕藥 三苯氧胺（注：也有結論性證據證明本品可降低對側乳房癌危險）2，3，7，8－四氯二苯－對－二噁英、,物理物質,32

6、磷，作為磷酸鹽239钚及其衰變物（可含有240钚和其他同位素），作為氣溶膠放射性碘的短壽同位素，包括因原子反應器事故和核武器爆炸來源的131碘224鐳及其化合物226鐳及其化合物228鐳及其化合物222氡及其化合物中子, 232釷及其衰變物，以二氧化232釷膠體溶液靜脈注射X-射線和γ射線日光輻射,生物感染因素,HPHBV HCVHPV-16HPV-18HIV-Ⅰ HTLV-1HHV-8

7、 EB病毒埃及血吸蟲,基本概念現在式,癌癥是一類多因素、多環(huán)節(jié)、多階段、機制復雜、高度異質性的疾病.癌變是一個多因素、多階段和多基因參與的過程. 癌癥是基因型疾病.癌癥是細胞周期異常所致的疾病.,最新的進展,腫瘤是干細胞性疾病;腫瘤細胞起源于正常干細胞的轉化;,腫瘤基因突變理論,基因突變是引發(fā)腫瘤的根本原因，基因改變包括染色體數目的異常和結構的異常（異位、丟失、點突變、擴增和微衛(wèi)星不穩(wěn)等）。腫瘤是單克隆的，正常細胞惡變?yōu)?/p>

8、腫瘤細胞后其后代細胞只能是腫瘤細胞；腫瘤的產生是基于基因水平的細胞增殖和凋亡控制機制的缺陷，信號傳導和周期相關基因、凋亡相關基因的突變是問題的關鍵；腫瘤細胞幾乎所有特點，如低分化狀態(tài)、自主性增殖、侵襲轉移及多藥耐藥等，都可歸因于特定基因的異常；幾乎所有的致癌因素（物理的、化學的、生物的）都作用于特定基因，通過誘發(fā)基因突變起作用；控制癌癥最有前途的途徑是基因干預——修正突變的基因或引入自殺基因。,腫瘤的發(fā)病機制,癌基因；抑癌基因

9、；信號轉導；細胞周期相關蛋白；細胞凋亡；細胞分化；DNA錯配修復；,基因受環(huán)境影響超乎想像（2008-5-6）,對46位基因結構相似但居住在不同地方的人血液中的白血球基因表現進行了分析，發(fā)現他們1/3的基因有不同的方式表現與居住有關；都市人群中呼吸有關的基因比農村人口活躍，患哮喘和支氣管炎概率增高；單身或孤獨人群免疫有關基因發(fā)生改變，炎癥發(fā)生率增加；東方人群遷移至西方后，癌癥譜系發(fā)生改變，乳腺癌、結直腸癌和前列腺癌等發(fā)生

10、率增高；,最新的進展,腫瘤是干細胞性疾病;腫瘤細胞起源于正常干細胞的轉化;,干細胞的分類,1, 胚胎干細胞: 是由受精卵經過五至六次分裂后發(fā)育而來，它在胚胎發(fā)育過程中逐漸失去多能性，最終分化成為組成各種器官的細胞系，胚胎干細胞是具有全能性的干細胞。 2, 生殖干細胞: 產生精子和卵子，是人類繁衍后代的源泉。 3, 成體干細胞: 如骨髓干細胞，這種細胞的分化功能被局限在只能分化成具有某種功能或某幾種功能的體細胞上。,干

11、細胞的分類,全能干細胞 ( totipotent )次全能干細胞( pluripotent )多能干細胞( multipotent )單能干細胞( unipotent )干細胞存在 “等級分工”，基因表達譜的差異；,干細胞的特征,自我更新；增殖；分化；干細胞的關鍵特性是它們均衡分裂的能力或不對稱分裂能力，每次分裂后產生一個新的干細胞和一個祖細胞，祖細胞失去自我更新的能力，分化成多種組織細胞;干細胞的數量沒有變化；,,,

12、腫瘤干細胞的產生,干細胞的變異,或突變;干細胞自我更新機制相關基因DNA發(fā)生突變等改變,使干細胞調控機制發(fā)生紊亂;干細胞的“直接后代” 祖細胞出現遺傳水平的缺陷，不能發(fā)展為成熟細胞，而是恢復了自我更新的能力；,腫瘤干細胞的特征,自我更新和增殖能力;分化能力,能產生一種或多種具有分化表型的細胞;數量較少,約占1/100~1/10,000;異質性, 良性, 交界性, 惡性侵襲性生長,遠處轉移;對小生境改變有反應;,腫瘤發(fā)生與腫

13、瘤干細胞,早在十九世紀八十年代，科學家們就從惡性畸胎癌與胎兒組織的相似性，特別是癌癥組織與胚胎組織相似的低分化度，認識到了這兩者可能存在緊密的關系。 20世紀中葉，科學家發(fā)現白血病患者體內的造血干細胞的基因突變后，會導致癌癥的發(fā)生，從這個突破點入手，成體組織干細胞與腫瘤發(fā)生的關系漸漸吸引了研究者的注意力。 成體干細胞在體外擴增中的自發(fā)惡性轉化(分裂90-140次),腫瘤干細胞的標志物,AML腫瘤干細胞:Thy1-,CD34+,CD3

14、8-;乳腺癌干細胞: ESA+, CD44+, CD24/low;腦腫瘤干細胞: CD133+;干細胞: 呈Hoechst33324和Rhodamine123染色陰性;端粒酶?,干細胞自我更新能力的調節(jié),Wnt 通路(APC, ?-catenin), 多種腫瘤;Notch 通路(HES),T細胞性白血病,乳腺癌;SHH通路(Ptc,Smo,BMP-4), 髓母細胞瘤,基底細胞癌;,干細胞的小生境(stem cell n

15、iche),定義: 參與干細胞不對稱分裂調控的外在信號網絡和組織結構,如細胞因子,分化因子, 腸腺隱窩等;腫瘤轉移: 土壤----種子學說; 腫瘤浸潤和轉移是否因為所在的微環(huán)境受到破壞,腫瘤干細胞無法生存而“遠走他鄉(xiāng)”,找一處隱蔽又血供豐富的場所安營扎寨;,腫瘤干細胞與腫瘤分化,畸胎瘤/畸胎癌;軟組織錯構瘤;唾腺多形性腺瘤(混合瘤);基底細胞癌,伴多向分化;小細胞癌,伴多向分化;肉瘤樣癌 (癌肉瘤);惡性中胚層混合瘤;,

16、腫瘤干細胞理論的意義,預防腫瘤, 尋找監(jiān)測干細胞增殖和分化的手段;癌變機理, 重點轉向腫瘤干細胞基因突變及其機制研究;腫瘤診斷,分析組織分化程度與腫瘤干細胞惡性度關系;腫瘤治療, 針對腫瘤干細胞的化療和放療;,(二) 發(fā)病環(huán)節(jié),腫瘤的組織發(fā)生,大腸癌的發(fā)生,腺隱窩干細胞腺瘤性或增生性或炎性不典型性 癌變,,,鋸齒狀腺瘤,,,結直腸癌發(fā)生途徑,,Adenoma-carcinoma-Familial adenomato

17、us polyposis-Hereditary nonpolyposis colorectal cancerSerrated route to cancer-Hyperplastic polyposisColitis-dysplasia-cancerJuvenile polyp-carcinoma-Juvenile polyposis,,,胃癌的發(fā)生,胃小凹干細胞或腸上皮化生腺體隱窩干細胞→異型增生→ 管狀→胃型

18、胃癌;,,球樣,,腸型胃癌或印戒細胞癌,Hereditary Diffuse Gastric CA.,It is an autosomal-dominant cancer susceptibility syndrome that is characterized by signet ring cell gastric cancer and lobular breast cancer. Accounts for 1-3%

19、 Germline mutation of E-cad(CDH1) gene discovered by Guilford in 1998 CDH1 mutation rate is more than 40%,,,,,,,,,Loss of E-cad Expression,CDH1 mutationPromoter hypermethylationLOHIntragenic deletion,Absent or r

20、educed Staining of E-cad,Second CDH1 allele down regulated or lost,,,Diagnostic criteria of HDGC,在I級或II級親屬中，發(fā)生2位或以上的HDGC， 其中一位發(fā)病年齡在50歲之前；在I級 或II 級 親屬中 有三位或以上的HDGC， 無年齡限制；HDGC的患者年齡在40歲之前的，無家族史；家族中同時發(fā)生HDGC 和LBC疾病的，其中有一位

21、年齡在40歲之前；,,,腫瘤基因突變理論（GIST/KIT）,基因突變是引發(fā)腫瘤的根本原因，基因改變包括染色體數目的異常和結構的異常（異位、丟失、點突變、擴增和微衛(wèi)星不穩(wěn)等）。腫瘤是單克隆的，正常細胞惡變?yōu)槟[瘤細胞后其后代細胞只能是腫瘤細胞；腫瘤的產生是基于基因水平的細胞增殖和凋亡控制機制的缺陷，信號傳導和周期相關基因、凋亡相關基因的突變是問題的關鍵；腫瘤細胞幾乎所有特點，如低分化狀態(tài)、自主性增殖、侵襲轉移及多藥耐藥等，都可歸因于特

22、定基因的異常；幾乎所有的致癌因素（物理的、化學的、生物的）都作用于特定基因，通過誘發(fā)基因突變起作用；控制癌癥最有前途的途徑是基因干預——修正突變的基因或引入自殺基因。,,胃腸道間質腫瘤是消化道最常見的間葉性腫瘤.KIT基因（CD117）的過表達和KIT基因突變是診斷胃腸間質瘤的非常重要的指標之一.KIT基因突變屬于激活型或致瘤性突變，引起KIT基因蛋白自動磷酸化，進而激活下游信號轉導蛋白發(fā)生磷酸化，對細胞增殖、凋亡和粘附發(fā)揮調節(jié)

23、作用.,胃腸道間質腫瘤的發(fā)病機理,發(fā)病率呈上升趨勢,病因不清楚組織形態(tài)學和免疫表型存在多樣性KIT基因突變與發(fā)病直接相關KIT基因突變形式存在多樣性生物學行為存在不確定性,GISTs的分子病理時代,,,,,KIT and PDGFRA: Structure,IgG, immunoglobulin G.Images courtesy of C. Corless. Taylor ML et al. Hematol Oncol

24、Clin North Am. 2000;14:517-535; Corless C et al. J Clin Oncol. 2005;23:5357-5364.,CD117(KIT)的生物化學和遺傳學特性,4q12,全長70kb,有21外顯子(exon)組成，位于PDGFRa鏈遺傳因子的近旁;???型蛋白酪 氨酸激酶受體,由954個氨基酸組成, 分子量為145kDa; 是一種膜貫通性糖蛋白,膜外領域(domain)是Ig-SF,配

25、體是SCF;細胞內領域具有自身磷酸化功能的酪 氨酸激酶區(qū);,KIT Mutation Patterns,KIT基因位于4q12，有21個外顯子；KIT基因突變呈雜合性和排他性，主要見于外顯子9、11、13、17；外顯子9： 13%，Dup；外顯子11：60-70%，In frame mutation，PM, Del, ITD, Dup； 外顯子13：4%，PM外顯子17：4%，PM,Deletions,Point mutat

26、ion,Duplications,KIT激活的形式,CD117過表達;KIT基因產物激酶區(qū)肽鏈高磷酸化;基因水平擴增;基因在不同domain 發(fā)生突變,缺失或重復;,,2003-11045B: M(21,22位之間插入C): 1668與1669之間插入堿基C,移碼突變,556位后插入C,,,,2001-3342: M(21-27缺失,GTGGAAG): ,556-558位缺失Val(V)- Glu(E)-G,GISTs Geno

27、types,GISTs,GISTs/KIT+,GISTs/KIT-,GISTs/PDGFRA+,GISTs/PDGFRA-,,,,,GIST進展的啟示,人類腫瘤基因決定論的成功范本 ? ? ? ? ?,發(fā)現異?；?研究基因功能,mRNA 轉錄,蛋白質 表達,開發(fā)特異靶向藥物,專一性殺滅腫瘤,GIST/ KIT/ Gleevec

28、,Gleevec,Imatinib mesylate, a phenylaminopyrimidine derivative;Autoinhibitory domain(547-579) inserts into the kinase active site and disrupts the formation of the active conformationThr670, the gatekeeper residue, wh

29、en mutated, Imatinib binding to the kinase site is precluded; A-loop/Tyr823 phosphrylated when kit activated, or Tyr 823 mutated;,,Antonescu CR,et al. Clin Cancer Res 2005;,Gleevec治療后的GIST影象變化,,Gleevec治療前后的GIST病理變化,,,A

30、Knock-In Mouse Model of Gastrointestinal Stromal Tumor Harboring Kit K641E,Brian P.Rubin, Cristina R.Antonescu, James P.Scott-Browne, Melisa L. Comstock, Yansong Gu, Munir R. Tanas, Carol B. Ware, Jessica WoodellCancer

31、 Res 2005; 65(15):6631-9,Introduction of KITK641E into the Mouse genome by Allelic Conversion,A KIT gene K641E, in sporadic and familial GIST 129Sv embryonic stem cells microinjected into C57B6 blastocysts;C57

32、B6 Male chimeras backcrossed with C57B6 females to establish germ cell transmission(243);Three genotypes: KIT +/+, KIT -/K641E.Neo, KIT K641E.Neo /K641E.Neo,,KIT K641E.Neo/K641E.N

33、eo,Gain-of-Functions1,食道至直腸的 ICC細胞高 度增生; 2.胃擴張;3, 盲腸GIST, 類似人類GISTs;4,K641E存在劑量效應;5,K641E可能存在致瘤 部位選擇；,Loss-of-Functions1,毛色變白;2,真皮肥大細胞減少;3,生殖細胞減少，引 起不孕；,,,,,干細胞特性在GISTs中的表現,GIST發(fā)生自ICC的前體細胞(Rubin,2006),