肿瘤分子生物学进展课件

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,肿瘤分子生物学研究进展,关勇军,中南大学肿瘤研究所,200,6,年,2,月,中国（1990-1992）与美国（1990-1991）恶性肿瘤调整死亡率（1/10万）比较,中 国,美 国,男,女,男,女,恶性肿瘤,122.35,67.61,220.2,141.1,胃,30.78,14.52,7.0,3.1,肝,25.73,9.55,3.5,1.5,肺,21.68,9.03,74.9,30.5,食管,20.22,10.32,6.0,1.5,结直肠与肛门,5.09,3.74,23.6,16.0,白血病,3.86,3.16,8.3,4.9,子宫颈,3.16,3.0,乳腺,0.04,2.93,0.2,27.2,脑,2.01,1.48,5.0,3.4,鼻咽,1.60,0.76,胰腺,1.52,1.08,10.0,7.2,前列腺,0.58,25.6,卵巢,0.39,7.8,黑色素瘤,0.13,0.07,3.1,1.5,世界卫生组织（,WHO）,提出肿瘤防治目标：,如能将现有的科学技术手段充分加以应用，则肿瘤的发生将因适当的预防措施而减少,1/3,;,1/3,的肿瘤患者将因早诊技术的恰当应用而发现于早期并得以根治;,剩余,1/3,的患者将因适当治疗措施而延长生命并使生活质量得到改善。,失控性生长,分化障碍,浸润与转移,肿瘤的基本生物学特征,Hanahan,及,Weinberg,将肿瘤的发生发展归结为五大事件：,阻止细胞增殖的信号失控,促进细胞分化的信号失调,细胞获得持续增殖的能力,逃避凋亡机制,具有侵袭能力及诱导血管生成,肿瘤共性问题：,Uncontrolled growth,Proliferation(Too much birth),Apoptosis(Too less death),细胞周期正常运行需要足够的信号以及高度有序，其紊乱将导致细胞增殖、死亡改变，因此肿瘤是细胞周期病。,诺贝尔科学奖告诉我们什么？,Leland Hartwell,Paul Nurse,Tim Hunt,因发现了一类细胞周期调控基因而获此殊荣。这些基因中有一个被命名为“起始（,start,）”，,它在细胞周期调控的第一步中起着关键作用。哈特韦尔还引入了“检测点（,checkpoint,）”,这一概念，这对理解细胞周期如何运行和运转颇有帮助。,运用遗传学和分子生物学方法首次鉴定、克隆出细胞周期的关键调控子之,CDK,分子（周期素依赖性激酶）。他还发现,CDK,在进化中高度保守，它可使其他蛋白质磷酸化，从而使细胞沿着细胞周期不断地进行分裂。,第一个发现了周期素,(,cyclin,),，,这是一类蛋白质，是,CDK,的调控分子。亨特在研究中发现，周期素在每次细胞分裂过程中均发生周期性的降解，后来证明这是细胞周期调控的一种普遍性的重要机制。,2001,年三位获奖者对细胞周期研究的主要贡献,2002,年,10,月,7,日英国人悉尼,布雷诺尔、美国人罗伯特,霍维茨和英国人约翰,苏尔斯顿，因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究荣获诺贝尔生理与医学奖,“,细胞周期在细胞增殖、凋亡中的调控作用，使其在维护基因组稳定性中具有重要意义,”,DNA Repair-,Cell Cycle,-Apoptosis,中心环节,checkpoints,癌变过程中,侵袭与转移驱动机制,不断加强,原位肿瘤,侵袭性肿瘤,转移瘤,癌变过程中,侵袭与转移监控机制,不断减弱,肿瘤分子生物学：,从分子水平研究肿瘤发生发展规律的学科,分子肿瘤学:,肿瘤发病的分子基础,肿瘤诊治的分子基础,一、肿瘤发病的分子基础,肿瘤是一类全身性疾病，涉及多种因素、多个阶段、多个基因的病理过程,多因素,：化学因素、物理因素、生物因素,遗传因素,多阶段,：激发、促进、进展和转移；,多基因,：瘤基因、抑瘤基因、损伤修复基因等,。,（一,）,环境因素与遗传因素,1、理化因素：结合破坏生物大分子,2、生物因素：细菌（如,HP,）、病毒,RNA,肿瘤病毒,DNA,肿瘤病毒,3、遗传因素：,遗传缺陷（如胚细胞突变）,基因多态性（如,SNP）,常见的遗传性肿瘤和肿瘤综合症,名称 基 因 染色体定位 常见肿瘤病理学,视网膜细胞瘤,Rb,13q14,肉瘤,Wilm,瘤,WT-1 11p13,胚胎肾细胞瘤,乳腺/卵巢综合征,BRCA1 17q12,乳腺癌、卵巢癌,家族性腺瘤样肠息肉,APC 5q21,结直肠癌,遗传性非息肉性结肠癌,MLH1 3p21,结直肠癌,Li,Fraumeni,综合征,p53 17p13,肉瘤、乳腺癌、脑瘤,Fanconi,贫血综合征,FAA 9q22.3,急性单核细胞白血病,Bloom,综合征,BLM 15q26.1,造血系统肿瘤,着色性干皮病,XPA-G M,皮肤癌,（二）癌变的二阶段与多阶段学说,Initiation-promotion model,DMBA,Vehicle control-6 months,DMBA,Croton oil-6 months,0,tumours,Multiple,tumours,Model originally,set up dosing,mouse skin,DMBA,Croton oil-6 months,0,tumours,结 肠 癌 多 阶 段,COX-2,EGFR,TGF-,b,APC,K-RAS,PRL3,Normal,epithelium,Tubular,adenoma,Villous,adenoma,Adenocarcinoma,Metastasis,P53,TGF,b,-,RII,18qLOH,(SMAD2,SMAD4,DCC),Microsatellite,Instability(MLH1,MSH2,PMS2,PMS1),Multi-Step Carcinogenesis of Colon Cancer,ras,Met,C-erbB2,ras,p53,HLA,erbB2,Mdm2,EGFR,ATM,Met,AKT2,p16,p53,APC,Nm23,RB,Overexpression,Mutation,Amplification,Deletion,肿瘤相关基因变异与肠型胃癌发生、发展不同阶段的关系,Normal,Gastric,Tissues,Superific,Gastritis,Chronic,Atrophic,Gastritis,Intestinal,Metaplasia,Dysplasia,Carcinoma,Metastases,Multiple genetic alterations involved in human gastric carcinogenesis,ras,met,ras,p53,p53,erbB2,akt2,met,EGFR,APC,nm23,p16,mdm2,Overexpression,Down regulation,Point mutation,Amplification,Deletion,Accumulation of multiple gene changes in,human gastric carcinogenesis,initiation,promotion,progression,erbB2,Rb,Heterogenicity,Susceptibility,0 20 40 60 80 100,Age(yrs,),（三）癌基因与抑癌基因,1、癌基因（,oncogene,）,存在于病毒或细胞基因组中的一类在一定条件下能使,正常细胞发生恶性转化的核苷酸序列。,概念：,病毒癌基因,RNA,病毒癌基因,DNA,病毒癌基因,细胞癌基因,原癌基因（生命必需基因）,活化的癌基因,活化机制,突变:,H-ras:code12 G T,点突变（膀胱癌）,重排:,Ab1,易位：,t（9：22）（q34：q11）,费城染色体（,CML）,扩增:,双拷贝 超拷贝,表达倍增（活化）（乳腺癌,）,均染区（,HSR），,双微体（,DMS）,低甲基化：,CpG,中的,C,发生5-甲基化修饰 表达,分类及功能,2、抑癌基因（,tumor suppressor gene）,抑癌基因失活机制,点突变,50%以上肿瘤存在,p53,基因点突变,纯合性,丢失和杂合性丢失（,LOH）,与癌,基因产物结合,HPV E6,E7,蛋白分别与,p53,和,Rb,结合,使之失活,高甲基化,p16,基因启动子区域高甲基化,等位基因丢失,（四）肿瘤易感基因(,susceptibility gene),通过遗传获得的在细胞癌变中起关键作用、对环境因素敏感高、有利于癌变克隆选择和生长能导致遗传性肿瘤和肿瘤综合征的突变基因,符合,二次打击学说,的抑癌基因均为肿瘤遗传易感基因,zygote,somatic line,C,germ line,A,B,Second Hit:Somatic,First Hit:Inherited,Cells With Malignant Potential,Knudsons,的二次,打击学说（,Two Hit Hypothesis）,肿瘤易感基因,（五）,DNA,修复基因（,DNA repair gene）,编码,DNA,修复酶或相关蛋白质的基因称,DNA,修复基因。,符合二次打击学说的,DNA,修复基因亦称,遗传易感基因,。,肿瘤易感基因,（六）单核苷酸多态性(,single nucleotide polymorphism,SNP),与,遗传易感性,基因组内某一特定核苷酸位置上存在的突变、插入、缺失,每一基因上存在多态性的人群频率大约在1%，即在整个基因组中,大约每1，000-10，000个碱基中存在一个,人类长期进化过程中环境选择的结果，成为第三代分子遗传标记，,具有标记密度高、稳定、易于分型检测的优势；,为人种之间、个体之间差异的遗传基础之一，已确定为多种遗传性,相关疾病的易感物质基础，成为患病危险程度评价，建立有效的预,警系统的新的方法。,单核苷酸多态性（,SNP）,特点,基 因,SNP,位点 基因型/等位基 相关肿瘤,hOGG1 A1165G GG,前列腺癌,XRCC3 Thr241Me Met/Met,乳腺癌,XRCC3 C18067T TT,头颈部鳞状细胞癌,XRCC1 Trp194Asg,Trp/Trp,肺 癌,LIG4 T1977C T allele,乳腺癌,RAD51 G135C C allele,乳腺癌,XPD Lys751Gln,Lys,allele,肺 癌,DNA,修复基因,SNP,与肿瘤易感,基 因,SNP,位点 基因型/等位基因 相关肿瘤,MPO,transcript factor binding site,A allele,肺癌,GSTM4 T2517C T allele,肺癌,NQO1 C609T CC,肺癌,CYP1A1,Ile,/Val Val/Val,食管鳞状细癌,致癌物代谢酶基因,SNP,与肿瘤易感,二、肿瘤诊治的分子基础,传统诊断,以细胞形态学为基础：细胞、组织病理学,以生物化学为基础：生化检测,分子诊断,应用细胞及分子生物学的理论和技术方法，对人类肿瘤发生、发展各个阶段的形态学变化，从传统的病理学概念深入到分子或基因水平加以认识，包括肿瘤易感基因的检测、肿瘤分类、早期诊断、预后判断、个体治疗方案的制定等。,基因 肿瘤类型 扩增率,c-ErbB2,乳腺癌 1633,胃、食管癌 513,卵巢癌 2033,胆囊癌 4558,肝癌 2545,c-Myc,乳腺癌 2530,结、直肠癌 36,胆囊癌 4060,肺鳞癌 1525,肝癌 2542,N-,Myc,肺腺癌 211,基因 肿瘤类型 扩增率,K-,Ras,乳腺癌 310,胰腺癌 45,卵巢癌 48,胆囊癌 3061,Int2,乳腺癌 423,N-,Ras,肝癌 24,Mdm2,肝癌 1526,c-Fos,肝癌 39,K-Sam,胃癌 21,Met,胃癌 19,几种常见肿瘤癌基因的扩增率,人类肿瘤中,Ras,癌,基因点突变频率,Ras,基因类型 肿瘤类型 突变频率（%）,Ras,基因类型 肿瘤类型 突变频（%）,K-,Ras,肺腺癌 30,H-,Ras,甲状腺癌 60,K-,Ras,结肠癌 50,N-,Ras,黑色 素瘤 20,K-,Ras,胰腺癌 90,N-,Ras,精原细胞瘤 40,K-,Ras,胆管腺癌 90,N-,Ras,急性髓白血病 30,H-,Ras,宫颈癌 25,人类肿瘤,p53,基因突变热点和频率,肿瘤类型 突变频率 突变热点（编码子）肿瘤类型 突变频率 突变热点（编码子）,肺癌 56 157,248,273 前列腺癌 30 不确定,结肠癌 50 175,245,248,273 肝细胞癌 45 249,食管癌 45 不确定 胶质瘤 25 175,248,卵巢癌 44 273 乳腺癌 22 175,248,273,胰腺癌 44 273 子宫内膜癌 22 248,皮肤癌 44 248,278 甲状腺癌 13 248,273,胃癌 41 不确定 白血病 12 175,248,头颈部鳞癌 37 248 宫颈癌 7 273,膀胱癌 34 280 软组织肉瘤 31 不确定,（一）肿瘤分子诊断的发展方向,1、筛选和确定敏感性高，特异性强肿瘤分子标志物，,尤其要重视癌前和早期癌变的分子标志物；,2、寻找无创或微创方法进行肿瘤早期诊断和风险人群筛查；,3、联合多种肿瘤分子标志物，结合传统（细胞,病理学,、生化,酶学）诊断、动态变量分析进行诊断；,4、结合一般分子生物学方法和高通量分析(基因芯片、组织,微阵列、蛋白质组学)技术确定新的分子标记、开展分子,诊断。,Rethinking BREAST CANCER,New detection techniques and treatments are,Exciting-and confusing.A guide to saving lives,Rethinking BREAST CANCER,New detection techniques and treatments are,Exciting-and confusing.A guide to saving lives,肿瘤基因组学及癌症基因组解剖计划（,CGAP,）,的进展为确定肿瘤标志物、肿瘤的分子分型、分子分期、分子诊断和分子预后提供了重要的实验依据。,高通量技术的发展为推进肿瘤基因组学及,CGAP,的进展提供了强有力的根据。,CANCER RESEARCH 62,1184-1190,February 15,2002,Molecular Classification of Head and,Nck,Squamous,Cell Carcinoma Using,cDNA,Microarrays,Using of,cDNA,microarrays,containing 9216 clones to measure global patterns of gene expression,identified 375 genes,which divide patients with head and neck tumors into two clinically distinct subgroup.,以基因芯片技术为基础的癌变多阶段基因表达谱的确定。,Cancer Proteomics,生物信息学技术与蛋白质组学技术结合，对癌症相关蛋白质进行筛选和鉴定，并对其功能进行研究，为肿瘤标志物的确定提供了新的方法。,Proteome analysis of esophageal cancer,以二维电泳技术为基础的肿瘤蛋白表达谱的确定,肿 瘤 应用肿瘤蛋白质组学确定的新的肿瘤标志物,乳腺癌,PCNA、HSP90、pHSP60、NMP66、,Cytokeratin,（CK）8、15、18,等,膀胱癌,CK18、CK20、PA-FABP、,galectin,-7、MRP-8、,MRP14、,Stratifin,、,Psoriasin,等,前列腺癌,PCNA、,Calreticulin,、pHSP60、HSP90、OP18、,EF2、SOD、IGFBP2、HSP27,等,卵巢癌,PCNA、OP18、,Calreticulin,、HSP90、pHSP60、,FK506,结合蛋白、,Rho,GDI、,glyoxalase,等,结直肠癌,Calgranulin,A(S100 A8)、,CalgranulinB,(S100 A9)、,Calgizzarin,(S100 A11),等,白血病,OP18、P19/nm23-H1、,clusterin,等,胰癌,HIP/PAP-1,肺腺癌,TAO1、TAO2,Cancer,Proteomics,（二）肿瘤治疗的分子策略,1、针对癌基因的活化,抑制信号转导途径：,酪氨酸激酶抑制剂,（,RGI13022，AG957，PD153035,等）,丝氨酸/苏氨酸激酶抑制剂,阻止癌蛋白的成熟：,如,L744，832，SCH44342，BZA-513,阻止基因转录、翻译（反义技术）,反义核酸技术,体外合成反义(脱氧)寡核苷酸(12-20,bp,的,As ODN),重组能表达反义,RNA,质粒或病毒载体,阻断目的基因,蛋白表达,亦可针对某些癌基因产物重组单链可变区抗体基因对抗其活性,核酶技术,核酶,一种具有剪切能力的,RNA,可形成酶-底物复合体，与底物碱基特异性配对,可设计能结合某些作用靶点并以其酶活性进行剪切的,核酶序列，实现阻断目的基因表达的反义治疗。,缺点,分子量过大(100个,bp,左右),不能区别正常和突变的癌基因序列,RNA,干扰技术,RNA,干扰现象是一种存在于植物和动物体内的基因沉寂现象,RNaseIII,双链,RNA(dsRNA,),21-23,bp,RNA(SiRNA,),结合相关,蛋白质,协同降解,mRNA,同源互补序列,被认为是生物体进化中获得的一种自然保护机制,人工合成,SiRNA,直接转染细胞,重组至表达载体,转染细胞,mRNA,水平,干扰靶基因表达,优点,效价高,类似酶促方式(非化学计量效应)，少量,dsRNA,能清除大量,mRNA,干扰效应具有可遗传扩散性,2、针对抑癌基因的失活和修复机制缺陷,用正常基因置换有缺陷的基因（关键在转基因方法和载体选择）,野生型抑癌基因(,p53,p16,Rb,等)或,DNA,修复基因导入肿瘤细胞,重建失活的抑癌基因功能,恢复正常生长表型,诱导细胞凋亡,恢复细胞的,DNA,修复功能,3、针对癌细胞的转移,抗转移基因的置换（,nm23，TIMP,等）,抗血管生成治疗,抑制内皮细胞的迁移和粘附,基质金属蛋白酶(,MMPs,),抑制剂,细胞粘附分子抑制剂,重组,PEX(MMP2-C,端片段)基因导入,竞争抑制,MMP,与整合素,av,3,结合，抑制血管形成和生长,化学合成抑制剂,Batinastat,marimastat,与,MMP,底物竞争 期临床,RGD,序列小肽,整合素,av,3,拮抗剂 临床,I、II,期,Vitaxin,人源化,av,3,抗体 完成,I,期临床试验,抑制内皮细胞的活化和增殖,重组,TSP-1,基因,抑制内皮的活化,Angiostain/endostatin,基因,抑制内皮增殖，促内皮细胞凋亡,内源性,抑制物,TNP-470,烟曲毒素的合成衍生物，抑制内皮增殖、迁移,进入临床期 化学合成物,直接针对肿瘤血管靶分子,人源化,VEGF,抗体,抑制,VEGF,与受体结合,完成,I、II,期临床试验,SU6668，SUS416,抑制,VEGF，bFGF,和,PDGF,受体酪氨酸酶活性,临床试验,以受体为靶,Asprinin,NS-398,抑制,COX(cyclooxgenase,),(,刺激结肠癌释放,PE，,诱导,内皮生成),以酶为靶,DT385(VEGF+,白喉毒素),抑制内皮增殖和血管形成,以肿瘤血管为靶,4、针对肿瘤的抗原,重组人源化抗体,基因工程技术,噬菌体抗体库技术,分 子 疫 苗,核酸疫苗,蛋白/多肽疫苗,基因修饰疫苗,5、针对化疗耐受,（1）肿瘤化疗耐受的分子机制,ATP,结合盒式糖蛋白（能量依整性药泵）,Mdr（86）P170,底物：亲脂类化疗药、抗癌抗生素、,长春碱类、鬼臼类、紫杉醇等,Mrp（92）MRP,底物：,ADM、VP-16、VCR、,放线菌素,D,等,Bcrp（98）BCRP,底物：,Mitoxantrone（MXR,）,（Topo,tcan），SN-38,等,细胞保护作用分子,：,GSH，GST，MT，DNA,损伤修复酶、端粒酶,相关癌基因：,Bcl-2，Survivin，Her-2，,突变型,P53,等,（,2）针对耐受分子的治疗策略,耐药逆转剂,VRP，CsA（SDZ-PSC833）,及特异性蛋白抑制剂,特异的单克隆抗体,如,Herceptin,特异性基因治疗,反义技术,耐药基因导入造血细胞,促凋亡药,酰基鞘氨酸,细胞分化诱导剂,G-CSF、,维甲酸等,Cancer is an international epidemic that knows no borders,singles out no race,and pays no attention to politics.Finding a cure for cancer is a job for the whole of humankind.We must win the war against cancer,but this can only happen if we work together.Only then can our dream of a cancer-free world become a reality,谢谢！,