腫瘤的生物學(xué)特性

1、腫瘤的生物學(xué)特性──增生、浸潤與轉(zhuǎn)移,一、腫瘤的概念：,以往概念：（現(xiàn)象） 機(jī)體組織細(xì)胞 物理 各種致癌、促癌因素 化學(xué)

2、 生物學(xué) 持續(xù)異常增生  新生長物/新生物 無止境異常增生 （neogrowth/neoplasm） 失分化 功能不協(xié)調(diào),,,,,,,,,,,,目前概念：

3、 （本質(zhì)） 1.多基因參與，通常2個/2個以上癌/抑制基因（除Rb例外） 按一定方式組合  例如： 結(jié)腸癌 腦膠質(zhì)瘤 肺癌 APC

4、P53 RAS RAS Interferons c-myc P53 MTS1 erbβ2(EGFR)

5、 DCC MTS2 Rb EGFR P53

6、 3P,基因改變： 缺失（等位基因雜合子、純合子缺失） 重排 斷裂 突變（誤義、無義、丟失、插入、接駁）  改變結(jié)果： 原癌基因激活 抑癌基因失活,,2.多步驟發(fā)生，一次性嚴(yán)重DNA損傷

7、 細(xì)胞死亡 多次性突變 細(xì)胞轉(zhuǎn)化 惡性細(xì)胞克隆 *腫瘤是一種多基因、經(jīng)歷多步驟突變所起的細(xì)胞克隆性 進(jìn)化性疾病,,,,,,3.細(xì)胞周期失控：許多原癌/抑制

8、基因直接/間接參與細(xì)胞 周期調(diào)控 原癌/抑制基因突變 細(xì)胞周期失控 增生過多 凋亡過少

9、 腫瘤形成 *腫瘤是一類細(xì)胞周期疾病,,,,,,,綜上所述：腫瘤是多基因經(jīng)歷多步驟變化導(dǎo)致細(xì)胞周期紊亂，使細(xì)胞失控性生長而形成的新生物（新生長物）不同致癌（促癌）因素 不同部位不同基因改變

10、 不同器官 的腫瘤 不同組織類型 （具有不同的生物學(xué)特性） 失控性增生惡性腫瘤的共同生物學(xué)特性

11、 浸潤 轉(zhuǎn)移,,,,,,,,,,,,,,二 腫瘤細(xì)胞失控性增生 (一) 細(xì)胞周期 (cell cycle) 合 成 物 質(zhì) 水 平

12、 蛋白質(zhì) RNA DNA 細(xì)胞間期 G1(DNA合成前期) ＋＋ ＋＋ (interphase) Ｓ(DNA合成期) ＋＋＋ ＋＋ ＋＋＋

13、 G2(DNA合成后期) ＋＋ ＋ 有絲分裂期 M ＋ (mitosis) 靜止期 Go

14、 細(xì)胞離開細(xì)胞分裂周期，處于靜止?fàn)顟B(tài)， (quiescence) 但保持增殖能力 Ｓ

15、 G1 G2 Go

16、 M,,,,,,,,,有絲分裂期 (mitosis) 前期 染色體凝集，中心粒移向核兩端，核 prophase 仁解體，核膜消失 中期 紡錘體形成，染色體排列在中間，形 metaphase 成赤道板

17、 后期 姐妹染色體分開，移向兩極 anaphase 末期 子核形成，胞質(zhì)分裂 telophase,(二)細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)理 1.細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制的核心 ——CDKs

18、 (cyclin-dependent kinase) CDKs: 一組由CDK基因所編碼的蛋白激酶，細(xì)胞周期素 依賴性激酶 這組蛋白激酶的共同特性，主要是： ①

19、0;  大小非常接近，分子量在35－40KD； ②   40％以上氨基酸相同； ③   主要功能均在細(xì)胞周期調(diào)控中起核心作用 人類CDKS已發(fā)現(xiàn)的主要成員有： CDK1(C

20、DC2) CDK5 CDK2 CDK6 CDK4 CDK7,,,,,,CDK

21、s主要功能：各自在細(xì)胞周期的特定時間被激活，對相應(yīng)底物磷酸化，從而驅(qū)動細(xì)胞完成生長、分裂這一完整的細(xì)胞周期；CDKs在發(fā)揮細(xì)胞周期調(diào)控作用的整個過程中，含量不變，活性/非活性比例變化。,CDKS活性狀態(tài)的調(diào)控： Cyclins CKI (1)cyclin 的起伏 CAK Weel/cd

22、c25,+ － (2)CAK的磷酸化,CDKs (3)Weel/cdc25磷酸化/去磷酸化,+ ± (4)CKIs的抑制,,,,,(1)cyclins對CDKS 活性的調(diào)控 cyclins是調(diào)控CDKS在細(xì)胞周期呈特定時間激活（時相性

23、 激活）的關(guān)鍵因子， 人類cyclins（細(xì)胞周期素）主要成員有： cyclin D1.2.3(由CCND1.CCND2.CCND3基因編碼) cyclin E cyclin A cyclin B1  cyclins對CDK的調(diào)控機(jī)理：

24、,① cyclins水平在細(xì)胞周期呈時相性起伏 cyclins分別在細(xì)胞周期不同時相呈高峰表達(dá)：,②  特定的CDK被特定的cyclin結(jié)合并激活 cyclin D1. 2. 3 / CDK2. 4. 5. 6 它們的結(jié)合 G1期運(yùn)行必要條件 cyclin E / CDK2

25、 S 期啟動 cyclin A / CDK2 G2期啟動，運(yùn)行 cyclin B1 /CDC2(CDK1) M 期啟動，運(yùn)行,,調(diào)節(jié)亞單位 催化亞單位,Cyclin

26、 CDK cyclin--CDK復(fù)合物 （非活性態(tài)） （活性態(tài)）,cyclin的分子結(jié)構(gòu)（功能區(qū)） 細(xì)胞周期素盒* 與CDK結(jié)合區(qū)域 (cyclin box) (調(diào)節(jié)亞單位，100＋

27、aa ) 裂解盒 控制cyclin降解 （destruction box） 特別區(qū)間 引導(dǎo)CDK到特定底物/部位 * 若該區(qū)突變,則調(diào)節(jié)CDK功能喪失,,,CDK的分子結(jié)構(gòu)（功能區(qū)） 催化亞單位，300＋aa,在該區(qū)內(nèi) CDK2: Thr

28、160(蘇) CDK1: Thr 161(蘇) 非活化態(tài)下： 活化態(tài)下： “T”環(huán)遮蓋 該處被暴露才有可能 被磷酸化而激活， （由CAK完成）,,,（2）CAK對cyclin-CDK復(fù)合物中CDK－Thr160/161的磷酸化 CAK：cyclin-de

29、pendent kinase-activated kinase CDK激活性蛋白激酶 結(jié)構(gòu)：其分子結(jié)構(gòu)是一種cyclin-CDK 復(fù)合物 調(diào)節(jié)亞單位 催化亞單位 cyclin H CDK7 (MO 15)

30、 為高度保守的CDK相關(guān)蛋白激酶,機(jī)理：CAK中CDK7-thr170的磷酸化是發(fā)揮CAK激酶 活性的關(guān)鍵（也象其它c(diǎn)yclin-CDK 復(fù)合物激活 原理一樣）,能激活所有cyclin-CDK c

31、yclin D-CDK4-thr160 ? cyclin H-CDK7-Thr170 ? cyclin D-CDK2-thr160 ? (CAK) cyclin E-CDK2-thr160 ? cyclin A-CDK

32、2-thr160 ? cyclin B1-CDC2-thr161? ? 例： pRb-E

33、2F pRb-? +E2F,,,,（3）Weel / CDC25 對cyclin-CDK復(fù)合物中 CDK-thr 14/tyr15*的磷酸化/去磷酸化 Weel CDC25 性質(zhì)：一種蛋白

34、激酶 磷酸酶家族 CDC25 A.B.C 作用：促進(jìn)底物磷酸化 使底物去磷酸化 CDC25 A.B.C分別在G1.S.G2 發(fā)揮對CDK的調(diào)控 * CDK

35、分子近NH4－ 端 CDC2－Thr14(蘇氨酸殘端) CDK2－Tyr15(酪氨酸殘端) Weel/CDC25是一對作用相反的酶，通過控制 CDK-Thr14/tyr15的磷酸化/去磷酸化， 進(jìn)一步控制CDK的活性,(4)CKIs對CDK活性

36、的負(fù)調(diào)節(jié)（抑制）作用CKIs細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶抑制物（CDK inhibitor） 由CKI基因編碼的蛋白質(zhì)家族分類 ① P21 CIP1/WAF1 ② P16 INK P27K2P1 P15INK4β

37、 序列同源性 40％ 38－82％功能:與CDK2 、CDK4抑制有關(guān) 與CDK4、CDK6抑制有關(guān) 機(jī)理:未確切清楚,,,,,個別情況如下： P16INK4 + CDK4 P16INK4 -CDK4,CDK4 +cyclin X,CKI cyclin-CDK cyclin-CDK-CKI,大多數(shù)情況如下

38、：,,,,,,,生理性調(diào)節(jié)： TGF-β P15 cAMP P16 （轉(zhuǎn)錄水平） cyclin-CDK P27 (轉(zhuǎn)錄后水平) EGF (Go 期) PDG

39、F P21 （轉(zhuǎn)錄水平） FGF,,,CKI蛋白水平變化：細(xì)胞周期時相起伏（與cyclins似） 當(dāng)細(xì)胞周期在G1/S交界處，泛肽化依賴性蛋白質(zhì)水解 機(jī)制 CKI降解 細(xì)胞進(jìn)入S期,綜上所述：細(xì)胞周期能夠運(yùn)行完成細(xì)胞周期，

40、 從G1 S G2 M 最終使細(xì)胞一分為二，是依靠上述的四方面機(jī)制： cyclins、CAK、Weel/CDC25、 CKI調(diào)控處于不同 時期的CDKs的活性狀態(tài)而實(shí)施的,其中CDKs的激活

41、 是整個事件的關(guān)鍵。然而，細(xì)胞能否進(jìn)入細(xì)胞周期 的運(yùn)行，運(yùn)行過程是否忠實(shí)無誤，則還有賴于細(xì)胞 周期的驅(qū)動和監(jiān)控兩方面。,,,,,2．細(xì)胞周期的驅(qū)動機(jī)制（R點(diǎn)的通過） 目的:啟動G1 S (Restriction point),綜上所見：pRb為主要制動分子，通過pR

42、b的磷酸化狀態(tài) 控制細(xì)胞周期的啟動 周期啟動前：低磷酸化pRb/E2F 周期啟動時：CDK4激活 ? pRb ? + E2F pRb失去對細(xì)胞周期的抑制 結(jié)果：①細(xì)胞周期跨過R點(diǎn)從G1 S ②E2F啟動S期D

43、NA合成、轉(zhuǎn)錄及相關(guān)蛋白合成,,,3．細(xì)胞周期的監(jiān)控機(jī)制（檢測點(diǎn)的檢測作用） 目的：檢測DNA復(fù)制的 忠實(shí)性 (check point) (1)     檢測點(diǎn)的類型： 從功能角度: ①DNA損傷檢測點(diǎn)：檢測DNA損傷、修復(fù)/合成錯誤 ②時相次序檢測

44、點(diǎn)：確保細(xì)胞周期時相的嚴(yán)格次序，不重復(fù)性 從機(jī)制角度： ①傳感器部分：發(fā)現(xiàn)DNA損傷/錯誤，轉(zhuǎn)換成信號傳到下一部分； ②制動部分：根據(jù)發(fā)現(xiàn)問題的信號制動細(xì)胞周期停頓； ③檢修部分：對DNA損傷/錯誤部分作修理； ④處理部分：根據(jù)修檢結(jié)果，決定細(xì)胞的歸宿

45、 檢修好 繼續(xù)以后的細(xì)胞周期 無法檢修 凋亡,,,（2）DNA損傷檢測的機(jī)制 ① G1期檢測點(diǎn)的監(jiān)控: 各種損傷因素 DNA損傷 信號 P53蛋白 P21WAF1 結(jié)合 cyclin-CDK-p21 WAF1 物理（放射線）

46、 （轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)） 化學(xué)（缺氧） 生物（病毒） 結(jié)果：抑制細(xì)胞G1 S向前運(yùn)行，為DNA修復(fù)提供足夠的時間。 （P21 WAF1為細(xì)胞周期通用性抑制物 可在多個周期時相發(fā)揮作用）,,,,,,② G2期檢測點(diǎn)的監(jiān)控： DNA損傷 激活 hATM/hATR ? （蛋白激酶） chk1 ? （蛋白激酶）

47、 ? CDC25-ser.216 ? （磷酸酶）

48、 + 14－3－3蛋白 （14―3－3）-CDC25-Ser-216 ? (CDC25失活)  ? ＋cyclnB1/CDC2-thr14/tyr15 cyclinB1/CDC2-thr14/tyr1

49、5- ?   結(jié)果：CDC2不能被激活，抑制細(xì)胞G2 M，而中止于G2期,,,,,,,,,（3）時相次序檢測的監(jiān)控 ①通過不同類型的cyclin呈時相性起伏，特異性地結(jié)合特 定的CDK，從而使CDK呈時相地激活，有序地推進(jìn)細(xì) 胞周期時相運(yùn)行； ② S期和G2-M期分別有不同的促進(jìn)因子 SPF（S-phase promoting factor）和 MPF（M

50、-phase promoting factor） 分別承擔(dān)不同的功能 SPF： 存在于S期，誘發(fā)G1 S期，不能使G2 S期 MPF：存在于G2-M期，誘發(fā)G2期細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂,,,③ S期啟動DNA復(fù)制步驟的檢測 首先：Pre－RC(pre-replication complex)復(fù)制前復(fù)合物組裝 由ORC(origin recog

51、nition complex,起始部位識別復(fù)合物) 事先結(jié)合于DNA復(fù)制的起始部位 CDC6p 到達(dá)DNA復(fù)制起始部位，催化Mcm結(jié)合到DNA 復(fù)制起始部位 Mcm 三組蛋白組合成Pre-RC

52、,只有Pre-RC組裝完成才能進(jìn)行下一步 第二：S期CDK/DDK（不同的蛋白激酶）被激活后 啟動 DNA復(fù)制， 同時 ， S、M期CDK的激活 Pre-RC再組裝 上述結(jié)果：保證細(xì)胞周期按序進(jìn)行S期的DNA復(fù)制，且只能一次,,,,④ M期完成有絲分裂步驟的檢測 主要是由APC(anaphase promoting complex 又稱cycloso

53、me，有絲分裂后 期促進(jìn)復(fù)合物)承擔(dān) 首先： 第二： M期CDK激活 APC激活 泛肽化途徑 有絲分裂后期的抑制物降解 （識別含裂解盒蛋白） Pdslp 與姊妹染色體分離有關(guān)

54、 cutzp Aselp 與后期紡錘體有關(guān) Polo/CDC5 促M(fèi)期蛋白的激酶

55、 M期cyclin結(jié)果：姊妹染色體分離，形成兩個子細(xì)胞 APC活性至G1期為止，使G1期CDK能累積 M期cyclin 水解，松解了pre-RC組裝的抑制 為下一周期作準(zhǔn)備,,,,,,,,,綜上所述：細(xì)胞周期是由一系列瀑布式的CDK激活所驅(qū)動。

56、 CDK的激活主要受cyclin、CAK、 Weel/CDC25 和CKI 等方面的調(diào)控；而在細(xì)胞周期演過程中， 同時受到R點(diǎn)的制約和G1、G2檢測點(diǎn)和時相次 序的監(jiān)控， 確保細(xì)胞周期適時運(yùn)行和忠實(shí)復(fù)制， 最終能精確地完成細(xì)胞的生長與分裂。,(二)細(xì)胞周期的失控與腫瘤由上可見

57、細(xì)胞周期的調(diào)控是相當(dāng)復(fù)雜、精密的，一旦涉及細(xì)胞周期啟動、運(yùn)行及監(jiān)控過程的的任何改變，即使是很微小的改變，都是可能引起細(xì)胞周期的紊亂，包括： ①遺傳物質(zhì)DNA合成的改變（質(zhì)方面） ②細(xì)胞周期不受控的運(yùn)行（量方面）這些改變的逐步積累，最終導(dǎo)致腫瘤的形成，并賦予腫瘤細(xì)胞失控性增生的特性。,3．與細(xì)胞周期監(jiān)控有關(guān)基因/蛋白異常與腫瘤 P53 基因突變 50％以上人類腫瘤

58、 〔皮膚病、胃癌、結(jié)腸癌、肺癌、鼻咽癌…… 基因缺失 肺癌、乳癌、結(jié)腸直腸癌、膀胱癌、膽囊癌、 鼻咽癌 …… 蛋白滅活 宮頸癌、外陰癌、腮腺、鼻咽癌…… （病毒蛋白結(jié)合）,,,,三、腫瘤的浸潤 （一）腫瘤浸潤的概念腫瘤細(xì)胞及代謝產(chǎn)物

59、 侵入、破壞（宿主）周圍正常組織，并在該處增生浸潤是惡性腫瘤的生物學(xué)行為之一，是轉(zhuǎn)移的前奏；浸潤是腫瘤細(xì)胞與宿主之間相互作用的結(jié)果。,,（二）腫瘤浸潤的過程 主要包括： 粘連 降解 移動 增生 1. 粘連：（以癌為例）癌細(xì)胞突破基底膜前，首先要粘 附于基底膜上。 影響細(xì)胞粘連的因素 癌細(xì)胞本身的生物學(xué)

60、特性 基質(zhì)成分的介導(dǎo),,,,,,,細(xì)胞外基質(zhì)種類 ①基底膜 基板：致密的膠原蛋白（IV）及基質(zhì) （extra cell matrix） 網(wǎng)板：網(wǎng)狀纖維及基質(zhì) ②間隙基質(zhì) 成分 ①膠原蛋白（已

61、知14型）：I、II、III型為間隙 （collagen） 基質(zhì) , IV型為基底膜

62、 ②糖蛋白：包括 Laminin（LN，層連蛋白）* （glycoprotein） Fibronectin（FN，纖維連接蛋白）,,,,*Laminin是基底膜主要的非膠原成分，介導(dǎo)上皮細(xì)胞（包括 癌細(xì)胞）與細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的粘連。*研究顯示浸潤性癌巢前緣細(xì)胞（惡性度

63、高）Laminin-5陽性， 提示表達(dá)Laminin（受體）的腫瘤細(xì)胞較易粘附于ECM上。,③蛋白多糖： 硫酸軟骨素（proteoglycan） 透明質(zhì)酸④彈性蛋白（elastin） 來源：宿主基質(zhì)：宿主間質(zhì)細(xì)胞/上皮細(xì)胞產(chǎn)生 腫瘤基質(zhì)：腫瘤細(xì)胞分泌 腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子刺激

64、 宿主間質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生,2. 酶降解：癌細(xì)胞粘連于基底膜后，產(chǎn)生IV型膠原酶等 基底膜分解、呈節(jié)段性缺失，利于癌細(xì)胞 穿過。 *研究顯示高轉(zhuǎn)移性傾向的腫瘤細(xì)胞可分泌溶IV型 膠原的金屬蛋白酶（metalloproteinase）。,,⒊ 移動：基底膜被酶破壞后，癌細(xì)胞通

65、過自身運(yùn)動 （移動、阿米巴運(yùn)動）穿過基底膜，進(jìn)入 周圍組織間隙中。,4. 基質(zhì)內(nèi)增生：進(jìn)入組織間隙后，借助下列因素： ①  宿主間質(zhì)營養(yǎng)、支持、信息， ②   自身不斷分泌各種產(chǎn)物，

66、 ③   惡性腫瘤細(xì)胞的失控性增生特性， 結(jié)果：腫瘤細(xì)胞與宿主間質(zhì)之間形成親密 關(guān)系，并且形成腫瘤浸潤灶或侵襲 局部脈管，體腔面，為腫瘤轉(zhuǎn)移打

67、 下基礎(chǔ)。,（三）腫瘤浸潤的途徑 1. 組織浸潤 (直接蔓延或播散) 2. 淋巴管滲透 3. 血管滲透 4. 漿膜/粘膜面蔓延,（四）腫瘤浸潤的機(jī)理 包括了多種因素 腫瘤本身生物學(xué)特性 周圍間質(zhì)作用

68、 機(jī)體的免疫狀況 1.   腫瘤細(xì)胞的增生與運(yùn)動 （1） 腫瘤細(xì)胞的增生，是浸潤的前提。 不斷增生 腫瘤組織內(nèi)壓力上升 利于向外擴(kuò)散,,,（2）腫瘤細(xì)胞的運(yùn)動，利于腫瘤細(xì)胞的擴(kuò)散。*有研究認(rèn)為腫瘤細(xì)胞的移動能力與某些癌基因表達(dá)有關(guān)， ras基因表達(dá)高，腫瘤細(xì)胞浸潤能力強(qiáng)，