细胞周期调控与肿瘤课件

分子肿瘤学分子肿瘤学（molecular oncology)分子肿瘤学（molecularoncology)1第一节：分子肿瘤学概论第一节：分子肿瘤学概论 分子肿瘤学是从分子水平研究肿瘤的分子肿瘤学是从分子水平研究肿瘤的 发生、发展、发生、发展、预防、诊断和治疗的学科。预防、诊断和治疗的学科。第一节：分子肿瘤学概论分子肿瘤学是从分子水2一、肿瘤学及分子肿瘤学发展历史一、肿瘤学及分子肿瘤学发展历史 3000年前，殷墟甲骨文已有“瘤”字，中国的“癌”字最早见于宋 代东轩居士所著的卫济宝书中 在西方，“cancer”一词出现比“医学更早，2500年前：古希腊 学者Hippocrates用“cancer”一词来描述肿瘤。1775年：英国医生发现长期清扫烟囱者易患阴囊癌 我国在19世纪前就有了手术麻醉和食道癌的尸体解剖报告 西方国家在19世纪初开展了手术治癌工作及放射治癌。我国古代就用“砒霜”、“雄黄”、“轻粉”等药物治疗癌症。1865 年西方国家也用砷剂治疗白血病，1945年用氮芥治疗癌 症，1948年开始使用抗代谢药物治疗白血病与其他恶性 肿瘤 一、肿瘤学及分子肿瘤学发展历史3 1858年Vichow在细胞病理学中指出，癌是细胞的疾病 19世纪后叶：染料与膀胱癌、烟草与肺癌、黄曲霉素与肝癌 发病因素被认识 1908年：丹麦学者发现鸡白血病可通过无细胞滤液传染，两 年后美国学者Rous发现鸡的一种肉瘤是病毒引起，确立了病 毒致癌学说 1964年：在Burkitt淋巴瘤中发现EB病毒，确立人类肿瘤与病 毒的关系 20世纪，日晒与皮肤癌、射线照射与大鼠肿瘤、原子弹爆炸 与幸存者中白血病、肿瘤发病率、医源性白血病-物理致 癌学说 20世纪70年代随着癌基因（oncogene)、抑癌基因（tumor suppressor gene)的发现，标志着肿瘤研究真正进入分子肿 瘤学时代1858年Vichow在细胞病理学中指出，癌4二、与肿瘤相关的一些名词二、与肿瘤相关的一些名词 1 1、肿瘤（、肿瘤（tumor,neoplasm)tumor,neoplasm)：是机体在各种致瘤因素作用下，局部组织的细胞在基因水平上失掉了对其生长的正常调控，导致异常增生而形成的新生物。2 2、良性肿瘤（、良性肿瘤（benign tumor)benign tumor)：无浸润和转移能力的肿瘤。通常有包膜或边界清楚，呈膨胀性生长，生长速度缓慢，细胞分化成熟。3 3、恶性肿瘤（、恶性肿瘤（malignant tumor)malignant tumor)：具有浸润和转移能力的肿瘤。通常无包膜，边界不清楚，浸润性生长，生长速度快，细胞分化不成熟，有不同程度异形性，对机体危害大。4 4、交界性肿瘤（、交界性肿瘤（borderline tumor)borderline tumor)：组织形态和生物学行为介于良性和恶性之间的肿瘤，也可称为中间性肿瘤（intermediate tumor)。5 5、癌（、癌（carcinoma):carcinoma):上皮性恶性肿瘤。包括鳞状细胞癌、尿路上皮癌、腺癌、囊腺癌以及基底细胞癌等 二、与肿瘤相关的一些名词1、肿瘤（tumor,neopl5 6 6、癌症（、癌症（cancer):cancer):泛指一切恶性肿瘤，包括癌和肉瘤，但常被当作癌（carcinoma)的同义词。当恶性肿瘤广泛播散，称作癌病（caicinomatosis,carcinosis)7 7、肉瘤（、肉瘤（sarcoma)sarcoma)：间叶来源的恶性肿瘤。8 8、淋巴瘤（、淋巴瘤（lymphoma)lymphoma)：又称为恶性淋巴瘤(malignant lymphoma)，是一种在血液和淋巴组织主要累及淋巴结和（或）结外，通常形成明显包块的淋巴细胞恶性肿瘤。9 9、母细胞瘤（、母细胞瘤（blastoma):blastoma):通常指组织学相似于器官胚基组织形成的恶性肿瘤 1010、畸胎瘤（、畸胎瘤（teratoma):teratoma):发生在性腺（卵巢、睾丸）和性腺外中线部位（纵隔、骶尾部、松果体等），由内中外三个胚层的胚细胞所形成的肿瘤。6、癌症（cancer):泛指一切恶性肿瘤，包括癌和肉瘤6三、分子肿瘤学的任务和研究内容三、分子肿瘤学的任务和研究内容（1）化学、物理、环境因素等致癌机制（2）遗传与肿瘤（3）癌基因、抑癌基因与肿瘤（4）细胞信号转导分子与细胞信号转导通路与肿瘤（5）细胞凋亡与肿瘤（6）细胞周期调控与肿瘤（7）细胞分化与肿瘤（8）端粒、端粒酶与肿瘤（9）肿瘤侵袭与转移的分子机制（10）肿瘤细胞的耐药机制（11）细胞生长因子、激素与肿瘤（12）生物信息学与肿瘤（13）肿瘤的免疫逃逸机制 (14)肿瘤的分子诊断、预防和靶向治疗三、分子肿瘤学的任务和研究内容（1）化学、物理、环境因素等7四、对肿瘤发生的基本认识四、对肿瘤发生的基本认识 肿瘤的发生发展是异常复杂的，还有许多未知的领域。以下几点认识得到较多认同：（1）肿瘤从遗传学角度看是一种基因病。（2）肿瘤的形成是瘤细胞单克隆性扩增的结果。（3）肿瘤可能起源于肿瘤干细胞（4）环境的和遗传的致癌因素引起的细胞遗传物质（DNA）改变的主要靶基因是原癌基因和和肿瘤抑制基因。原癌基因的激活和（或）肿瘤抑制基因的失活可导致细胞的恶性转化。（5）肿瘤的发生不只是单个基因突变的结果，而是一个长期的、分阶段的、多种基因突变积累的过程。（6）机体的免疫监视体系在防止肿瘤发生上起重要作用，肿瘤的发生是免疫监视功能丧失的结果。四、对肿瘤发生的基本认识肿瘤的发生发展是异常复杂8第二节：细胞周期调控与肿瘤第二节：细胞周期调控与肿瘤第二节：细胞周期调控与肿瘤9一、细胞周期一、细胞周期(mitotic cycle)(mitotic cycle)概念：概念：细胞分裂结束物质积累下一次细胞分裂结束：间期：G1期 S期 G2期 分裂期：M期：前、中、后、末期一、细胞周期(mitoticcycle)概念：10分化分化衰老衰老死亡死亡G0期期Rapidlydividingcells(20-50h)M1hG18-30hS8hG23h分化Rapidlydividingcells(20-5011DNADNA合成前期（合成前期（G G1 1期）期）此期细胞内进行着一系列极为复杂的生物合成变化 不再继续增殖，永远停留在G1期直至死亡。如表皮角质化细胞、红细胞等 暂时不增殖，如肝、肾细胞，它们平时保持分化状态，执行肝、肾功能，停留在G1期，如肝、肾受到损伤，细胞大量死亡需要补充时，它们又进入增殖周期的轨道。这些细胞又可称为Go期细胞。Go期细胞较不活跃，对药物的反应也不敏感,是肿瘤复发的根源。继续进行增殖。例如骨髓造血细胞、胃肠道粘膜细胞等。DNA合成前期（G1期）12 在G1期时，正常的细胞将根据相应的外界刺激决定是进行DNA复制开始下一周期，还是处于暂时静止状态（G0期），或向一定的组织分化。G0期的细胞也可在生长因子或其他细胞外增殖信号的作用下返回G1期。当细胞开始DNA复制，将需要持续的促有丝分裂原（Mitogen）刺激信号以促使细胞通过位于G1期后期的限制点。一旦细胞通过限制点，从G1期进入S期，即使缺乏丝裂原的存在，也将依次经过G1、S、G2、M期，完成一次不可逆转的细胞周期 在G1期时，正常的细胞将根据相应的外13DNADNA合成期（合成期（S S期）期）S期主要特点是利用G1期准备的物质条件完成DNA复制，并合成一定数量的组蛋白，供DNA形成染色体初级结构。在S期末，细胞核DNA含量增加一倍，为细胞进行分裂作了准备。DNA复制一旦受到障碍或发生错误，就会抑制细胞的分裂或引起变异，导致异常细胞或畸形的发生。S期持续时间大约78小时。DNA合成期（S期）14DNADNA合成后期（合成后期（G2G2期）期）主要特点是为细胞分裂准备物质条件。DNA合成终止，但RNA和蛋白质合成又复旺盛，主要是组蛋白、微管蛋白、膜蛋白等的合成，为纺锤体和新细胞膜等的形成备足原料。若阻断这些合成，细胞便不能进入有丝分裂。G2期历时较短而恒定，哺乳动物细胞一般为11.5小时。DNA合成后期（G2期）15分裂期（分裂期（M期）这一时期是确保细胞核内染色体能精确均等的分配给两个子细胞核，使分裂后的细胞保持遗传上的一致性。分裂期（M期）16细胞周期调控与肿瘤课件17二、细胞周期调控二、细胞周期调控 细胞周期的准确调控对生物的生存、繁殖、发育和遗传十分重要二、细胞周期调控细胞周期的准确调控对生物181 1、细胞周期调控蛋白（、细胞周期调控蛋白（cellcell cycle-regulating cycle-regulating proteinprotein）细胞周期蛋白（细胞周期蛋白（Cyclin)Cyclin)调节亚单位调节亚单位 细胞周期蛋白依赖性激酶细胞周期蛋白依赖性激酶 催化亚单位催化亚单位 (Cyclin dependent kinases,CDKs)(Cyclin dependent kinases,CDKs)CDK CDK抑制物（抑制物（CDK inhibitor,CDKI CDK inhibitor,CDKI 或或CKICKI）或CDKCDK抑制蛋白（抑制蛋白（CDK inhibitory protein,CIP)CDK inhibitory protein,CIP)抑制CDK活性1、细胞周期调控蛋白（cellcycle-regulat19 （1 1）细胞周期蛋白）细胞周期蛋白(cyclin)(cyclin)是一类随细胞周期的变化呈现周期性出现和消失 的蛋白质：（A、B1-2、C、D1-3、E、F、G、H）表达时间不同，执行功能多种多样 G1、G1/S、G2周期蛋白：Cyclin C、D、E、A M 期周期蛋白：Cyclin B（1）细胞周期蛋白(cyclin)20细胞周期调控与肿瘤课件21 CyclinCyclin具有相同的结构特点，含有具有相同的结构特点，含有100-150100-150个氨基个氨基酸的保守区，称为细胞周期蛋白盒（酸的保守区，称为细胞周期蛋白盒（Cyclin box)Cyclin box)，能，能够介导够介导CyclinCyclin与与CDKsCDKs的结合。的结合。不同的不同的CyclinCyclin识别不同的识别不同的CDKCDK，组成不同的，组成不同的Cyclin-CDKCyclin-CDK复合体，表现出不同的复合体，表现出不同的CDKCDK激酶活性激酶活性22（2 2）细胞周期蛋白依赖性激酶）细胞周期蛋白依赖性激酶 （cyclin-cyclin-dependent kinase dependent kinase，CDKs CDKs）CDK1CDK7等 与cyclin结合（通过一段类似的氨基酸序列）具有磷酸激酶的活性。不同的CDK-Cyclin复合物使特异的靶蛋白质磷酸 化而激发细胞周期各期的进行。当抑制它们的周期蛋白质搭档或有CDK抑制物存在 时，CDK便失去活性。（2）细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin-depende23细胞周期调控与肿瘤课件24（3 3）CDKCDK抑制物（抑制物（CDK inhibitor,CDKIsCDK inhibitor,CDKIs或或CIPCIP）CDKI是对CDK激酶起负性调控作用的蛋白质。CyclinCDKs CDKIs共同构成一个对细胞周期进行调控的网络系统。抑制多种抑制多种CDKCDK（3）CDK抑制物（CDKinhibitor,CDKIs25CDKIsCDKIs分两大类：分两大类：INK4（inhibitor of CDK4)家族:(p16、p15、p18、p19)Cip/Kip家族:P21cip、27kip1、57kip2 在 G1期抑制多种CDKCDKIs分两大类：262 2、细胞周期监（检）测点（、细胞周期监（检）测点（cell cycle cell cycle checkpoint)checkpoint)调控调控 细胞周期运行是在一系列称为细胞周期监测点的严格控制下进行的，以确保细胞周期事件有序进行，当DNA损伤、复制不完全、纺锤体形成不正常时，周期将被阻断2、细胞周期监（检）测点（cellcyclecheckp27G1SG1S检测点：检测点：在在G1G1晚期有一个关键的限制点，检晚期有一个关键的限制点，检测测DNADNA损伤损伤 、细胞外环境、细胞体积大小。在哺乳细、细胞外环境、细胞体积大小。在哺乳细胞中称胞中称“R “R（restrction point)”,restrction point)”,通过此点的细通过此点的细胞不可逆进入胞不可逆进入S S期期S S检测点：检测点：检测检测DNADNA复制错误复制错误G2MG2M检测点：检测点：决定细胞一分为二的控制点。完整精确决定细胞一分为二的控制点。完整精确修复后可通过。修复后可通过。M M中期中期-M-M后期后期检测点：检测点：纺缍丝组装检测点，控制失调时即可纺缍丝组装检测点，控制失调时即可 引起各种染色体畸变，基因扩增、突变、癌发生等引起各种染色体畸变，基因扩增、突变、癌发生等G1S检测点：在G1晚期有一个关键的限制点，检测DN28染色体分离染色体分离合适吗？合适吗？损伤的损伤的DNA修复了吗？修复了吗？营养条件合适吗？营养条件合适吗？细胞生长足够大？细胞生长足够大？前次有丝分裂完毕？前次有丝分裂完毕？DNA复制完毕复制完毕？DNA损伤损伤修复？修复？染色体分离合适吗？29三三 、细胞周期调控与肿瘤、细胞周期调控与肿瘤-要点要点 1、细胞动力学的研究提示，绝大多数人体肿瘤（Burkitt淋巴肉瘤等极少数例外）的细胞周期，不仅不比与它们相当的正常组织为短，而是相同或较长。2、肿瘤和正常的组织样，也具有几种不同的细胞群：（1）增殖细胞群（A）：与肿瘤生长直接有关，是化学疗法最易攻击的部分。（2）暂不增殖细胞群（B）：它是延长了的G1细胞或G0细胞，目前不参加细胞周期，与肿瘤的扩大暂时无直接关系。在一定条件下可成为肿瘤复发的根源。（3）不再增殖群（C）：它们不再参与细胞周期，而日趋衰老、死亡，对肿瘤增长已无意义，肿瘤增长的情况取决于3种细胞群的比例。（4）肿瘤干细胞（群？）三、细胞周期调控与肿瘤-要点1、细胞动力学的研究提303、CyclinsCDKsCDKIs是细胞周期最主要调控系统，CDKs处于中心地位，Cyclins起正调节作用，CDKIs起负调节作用4、细胞周期调控失衡、细胞增殖失控是肿瘤细胞的重要生物学特性。5、Cyclin D1是G1/S期转换的关键蛋白，在细胞增殖中意义最大，目前的研究显示Cyclin D的异常表达与肿瘤关系最密切。6、细胞周期调控异常在肿瘤发生、发展中的机制非常复杂，涉及多个环节。7、肿瘤细胞周期及其调控的研究是肿瘤研究的持续热点，对肿瘤发病机制、生物学行为、治疗和预后均有重要意义3、CyclinsCDKsCDKIs是细胞周期最主要调控31四、细胞周期调控与肿瘤四、细胞周期调控与肿瘤-某些现象某些现象1、cyclin D1 基因位于11q13，在多种肿瘤中都有该区基因的异常2、在多种肿瘤中有cyclin D1 基因的高表达3、肿瘤D类细胞周期蛋白半衰期长，稳定性异常增高4、在某些肿瘤中发现有cyclin D2基因的扩增5、在一些人类肿瘤中发现CDK4、CDK6高表达6、已发现某些CDKI分子如P15、P16、P21、P27、P40、P57等与肿瘤的发生密切相关，例如神经胶质瘤的P16失活，主要是缺失或突变。7、多种癌基因、抑癌基因、凋亡调控基因如c-myc、Rb、P53、bcl2等参与了细胞周期调控，在肿瘤的发生、发展中起重要作用四、细胞周期调控与肿瘤-某些现象1、cyclinD1基因32五、细胞调周期调控与肿瘤五、细胞调周期调控与肿瘤-部分机制部分机制 1 1、cyclin D-CDKcyclin D-CDK（CDK4CDK4、6 6）发挥作用与）发挥作用与RbRb有关，有关，RbRb失活促进肿瘤细胞增殖失活促进肿瘤细胞增殖 RbRb（视网膜母细胞瘤基因）（视网膜母细胞瘤基因）：RBRB基因产物是一个核内蛋白。有两种形式。磷酸化基因产物是一个核内蛋白。有两种形式。磷酸化和去磷酸化。和去磷酸化。RBRB的表达和磷酸化的水平与细胞周期有关。的表达和磷酸化的水平与细胞周期有关。非磷酸化的非磷酸化的RBRB可以阻止细胞从可以阻止细胞从G0G0进入进入S S期，期，抑制细胞的增抑制细胞的增殖殖，也是细胞成熟分化所必需的。一旦磷酸化后则失去这，也是细胞成熟分化所必需的。一旦磷酸化后则失去这活性，从而使细胞进入增殖周期。活性，从而使细胞进入增殖周期。其抑制细胞增殖的作用机理，可能是抑制其抑制细胞增殖的作用机理，可能是抑制c-mycc-myc和和c-c-fos fos 的表达。因为细胞进入的表达。因为细胞进入S S期需要这两种蛋白的表达。期需要这两种蛋白的表达。五、细胞调周期调控与肿瘤-部分机制1、cyclinD-C33 RbRb（抑癌基因）（抑癌基因）-pRb(-pRb(蛋白产物）蛋白产物）低磷酸化pRb（活化状态）-使细胞停滞在G1期 磷酸化pRb（非活化状态）-解除对细胞周期抑制 cyclin D-CDK使低磷酸化pRb磷酸化失活，细胞进入S期 cyclin D-CDK对pRb的作用又被CDKI（p16、p21、p27等）负向调节，p16-cyclin D-CDK-pRb形成一条极为重要的负反馈调节通路Rb（抑癌基因）-pRb(蛋白产物）34cyclinDCDK4,6Rb-PRbE2FE2F(转录因转录因子子)G1SP16-cyclin D1-RbP16-cyclin D1-Rb系统调节模式图系统调节模式图CDKs使Rb磷酸化失活，激活E2F,解除细胞周期阻滞cyclinDCDK4,6Rb-PRbE2FE2FG135cyclinDcdk4,6Rb-PE2FE2FP16cdk4,6G1SRb低磷酸化的Rb是活化石我Rb,结合并抑制E2F,抑制细胞的增生cyclinDcdk4,6Rb-PE2FE2FP16cdk362 2、SurvivinSurvivin、cyclinD1 cyclinD1与肿瘤与肿瘤 Survivin基因是凋亡抑制蛋白家族的新成员，定位于17q25,Survivin蛋白在正常情况下仅见于胚胎、睾丸、胸腺、分泌期子宫内膜，在分化成熟的组织中不表达 在大多数肿瘤组织中Survivin表达或高表达，已成为肿瘤诊断和预后判断的重要指标 Survivin的高表达与cyclinD1的表达呈正相关，在肿瘤的发展过程中起协同作用，既促进细胞的增殖又抑制凋亡 Survivin促进细胞的增殖的机制是与CDK4结合，释放p21、p27，使pRb磷酸化而失活，使细胞从G1期进入S期 cyclinD1和Survivin是肿瘤治疗的重要潜在靶标2、Survivin、cyclinD1与肿瘤373 3、P53P53、cyclinD1cyclinD1与肿瘤与肿瘤 P53基因是重要的抑癌基因，当DNA损伤时，野生型P53积聚，上调其下游P21靶基因表达，P21与cyclinD1竞争结合CDK4，使pRb无法磷酸化，导致G1期阻滞，使细胞在进入S期之前得以修复损伤的DNA。若cyclinD1过表达、P53失活，则将导致细胞的过度增殖，乃至肿瘤发生。Rb的过表达能抑制p53凋亡诱导作用。3、P53、cyclinD1与肿瘤384 4、TGFTGF对细胞周期的调控与肿瘤对细胞周期的调控与肿瘤 TGF对不同类型的细胞和在不同的条件 下作用于细胞，其生物学作用不同，有时甚至是相反的作用。TGF通过增加细胞外基质蛋白的产生或增加生长因子及其受体的形成而促进细胞增生，但在大多数情况下TGF是作为细胞生长抑制剂发挥作用。上皮细胞、内皮细胞、淋巴造血细胞等对TGF的细胞抑制作用非常敏感。4、TGF对细胞周期的调控与肿瘤39TGF的细胞生长抑制机理：TGF通过与受体形成复合物起作用，介导信号转导（transduction）。TGF对细胞生长的抑制作用，其主要作用是在G1后期抑制RB蛋白的磷酸化，使细胞周期停止在G1期。目前认为是通过影响cyclin-cdk复合物形成和激酶活性来实现的。肿瘤细胞对TGF的生长抑制作用的抵抗是肿瘤生物学的一个特征。Rb-PRbE2FE2F(转录因转录因子子)G1STGFTGFTGF的细胞生长抑制机理：Rb-PRbE2FE2FG1404 4、bcl-2bcl-2家族对细胞周期的调控与肿瘤家族对细胞周期的调控与肿瘤TheBCL2familyhasbeenshowntoplayaroleinmyeloidleukemogenesis.4、bcl-2家族对细胞周期的调控与肿瘤The41Modelforthedualfunction.Followingdeathreceptorsuimulation,BIDinitiatesaproapoptoticprogramatthemitochondria.FollowingDNAdamage,BIDisphosphorylatedinthenucleusandplaysaroleincellcyclecheckpoint.DeletionofBIDinmyeloidcellspromotesmyeloidleukemogenesis,demonstratingthatthissingleBH3-onlyproteinplaysacriticalroleinmaintenanceofnormalmyeloidhomeostasisandtumorsuppression.Modelforthedualfunctio42AbilityofBCL2/BCL-xLtodrivecellsintoenhancedG0arrestleadstodelayinG1progressionandG1/StransitionActivationofcyclinE/cdk2andcyclinD/cdk4,whichdefinestherestrictionpointinnormalG1toSprogression,wasdelayedanddampenedinBCL2andBCL-xLcells,owingtopersistentlyhighp27inthecyclin/cdkcomplexes.AbilityofBCL2/BCL-xLtodriv43