【正文】 過程分子生物學 5 2 3 4 1 6 基因的表達與調控 細胞通訊的分子機制 免疫多樣性的分子識別 胚胎發(fā)育的基因表達譜 腫瘤發(fā)生的分子機制 基因組學與系統(tǒng)生物學 腫瘤發(fā)生的分子機制 惡性腫瘤或癌癥是嚴重威脅人類健康的大敵 ， 其死亡率僅次于心血管疾病而名列第二 。 雖然癌癥困擾人類幾千年了 ， 但一直到 1911年 ， 人們對癌癥的認識才剛剛起步 。 這一年 Peyton Rous發(fā)現(xiàn) ， 雞腫瘤組織的無細胞過濾物能使健康的雞長出新的腫瘤 。 然而又過了很久人們才知道 ， Rous當年發(fā)現(xiàn)的那種過濾性無細胞組分實際上是一種腫瘤病毒 。 上世紀 80年代初 ， 隨著分子生物學進入第二階段 ， 癌癥發(fā)生分子機制的研究取得了重大突破 。 雖然迄今為止我們對癌癥的分子機制仍缺乏一個全景式的概念 ， 但至少人們可以將幾百萬字有關癌癥的學術專著一氣哈成 ， 每年的癌癥國際學術會儀也有幾十次 。各種癌癥療法已普遍在臨床上給生命重危的患者帶來生存的希望 ， 盡管他們中 90%的人在不久還是離開了人間 。 本講重點論述癌癥形成的分子機制 ， 目的是幫助我們理解抗癌 藥物的設計與應用。 腫瘤發(fā)生的分子機制 E B C D A F 癌細胞及癌癥的基本特征 病毒致癌的分子機制 原癌基因的生物學功能 原癌基因活化的分子機制 抑癌基因的作用原理 端粒酶與腫瘤形成的關系 5A 癌細胞及癌癥的基本特征 錨地依賴性 ：細胞必須附在固體上或固定的表面才能生長分裂 a 癌細胞的三大基本生物學特征 正常哺乳動物細胞的四大生物學特征 血清依賴性 ：細胞必須在生長因子的存在下才能生長 接觸抑制性 ：細胞與細胞接觸后，生長便受到抑制 形態(tài)依賴性 ：細胞稱扁平狀，并有長纖維網(wǎng)狀結構 這些特征使得正常的脊椎動物細胞在體外培養(yǎng)中，一般只能存活 50代，且細胞在培養(yǎng)皿上以平面形式生長，即單層細胞生長。正常細胞有時會改變某些特征而越過某 生理臨界點 繼續(xù)增殖并無限制分裂，這種狀態(tài)稱為 細胞系形成 ，但處于細胞系中的細胞與癌細胞不同，它的生長仍受控制，而且仍具有正常細胞的四大特征。 癌細胞的三大生物學特征 永生性 ：無終止地生長，涉及到生長控制機制的改變 轉化性 ：無限制地生長，脫離了生長因子的調控 轉移性 ：細胞獲得入侵正常組織的能力，使得癌細胞遠離起源 的組織，在機體其它區(qū)域形成新的細胞克隆，對癌癥 90%的死亡案例負有責任。 （ Science， 331， 2022） 5A 癌細胞及癌癥的基本特征 b 癌細胞的形成 癌細胞是由正常細胞 轉化 而來的 ， 這個過程稱為 細胞的轉化 ， 其中癌細胞就是 轉化細胞 。 正常細胞的轉化由 環(huán)境因素 和 遺傳因素 所觸發(fā) ，這些因素觸發(fā)的形式是細胞內分子水平上的改變 ， 因此癌癥本質上是一種 分子病 。 一般地 ， 轉化細胞的發(fā)生是多種因素綜合的結果 ， 大約需要67個因素 、 耗時 2040年 才能誘導癌癥的產(chǎn)生 。 許多化學 、 物理 、 生物試劑是正常細胞轉變成轉化細胞的外部條件 ， 這類物質稱為 致癌劑 ， 它們可分成兩大類：啟動劑和促進劑 ， 分別作用于癌細胞形成的不同階段 癌癥發(fā)生的遺傳因素 然而在某些情況下，癌癥的發(fā)生是遺傳的，這表明單一的遺傳變化已足以致癌，但更多的則是多重遺傳變化的共同結果。在這些遺傳變化中，有的是觸發(fā)或啟動癌的形成，有的則僅僅是幫助癌的形成。 5A 癌細胞及癌癥的基本特征 c 癌基因與抑癌基因 現(xiàn)在已經(jīng)知道人體內存在著兩大類基因，它們的突變能導致癌的形成，這兩大類基因是： 癌基因（ Oncogenes） Oncogenes最初是從 病毒基因組 中發(fā)現(xiàn)的 ， 能使病毒感染的靶細胞致癌 。 后來發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的病毒癌基因都有其對應的細胞伙伴 ， 這些與病毒癌基因相對應的細胞中的伙伴基因稱為 原癌基因 （ Protooncogenes） ， 它們在細胞中具有正常的生物學功能 。 然而在某些情況下 ， 這些原癌基因的 突變 或 異常激活 與癌的形成有關 。 目前大約有 350多 個原癌基因或癌基因被克隆鑒定。 抑癌基因（ Tumor suppressors ） 目前大約有近 30多種抑癌基因被鑒定 。 抑癌基因的突變或缺失也是致癌的一種因素 ， 而且往往是最重要的因素 。 總之 ， 癌癥發(fā)生的分子本質是基因的突變 ， 而癌癥發(fā)生的條件是 環(huán)境 和 遺傳 兩大因素。 5B 病毒致癌的分子機制 a 腫瘤病毒的轉化特性 能導致宿主動物產(chǎn)生腫瘤的病毒稱為 腫瘤病毒 。正常細胞轉化的發(fā)生可以是自發(fā)的，可以由某些化學物質或物理射線所誘導，也可以由腫瘤病毒的感染引起，而后者的可能性最為顯著。 腫瘤病毒的性質 腫瘤病毒的種類繁多 ， 但不外乎兩大類： DNA病毒 和 RNA病毒 （逆轉錄病毒 ） ， 它們廣泛存在于動物體內 。 一種細胞對病毒感染的敏感性取決于它的種屬及性狀 。 根據(jù)病毒感染后宿主細胞的命運 ， 可將其分為兩大類： 裂解型細胞 ：病毒感染后經(jīng)過裂解循環(huán) ， 產(chǎn)生并釋放出大量的成熟病毒顆粒 ， 最終導致宿主細胞裂解死亡； 轉化型細胞 ：病毒感染后不在細胞內復制后代 ， 但能整合在宿主細胞的基因組上 ， 一部分整合了病毒基因組的細胞發(fā)生轉化 ， 其性狀及生長特征發(fā)生改變 ， 遂形成癌細胞 。 腫瘤病毒使細胞發(fā)生轉化的機制 那么是什么東西促使腫瘤病毒轉化其靶宿主細胞的呢 ？ 腫瘤病毒本身并不攜帶一整套誘導宿主細胞性狀發(fā)生巨大變化的基因 ， 它們只是啟動與細胞轉化有關的一系列事件的發(fā)生 ， 而這些事件的發(fā)生需要細胞內的蛋白質來實現(xiàn) 。 從某種意義上來說 ， 腫瘤病毒只是扳動了改變靶細胞生長特性的調控開關 。 腫瘤病毒的轉化活性來源于病毒基因組中的某些特殊基因 ， 這些特殊基因就是 oncogenes癌 基因。 5B 病毒致癌的分子機制 b DNA腫瘤病毒 乳頭瘤病毒 的基因組為大約 8kb 的雙鏈 DNA。 這個家族包括大約60種人的乳頭瘤病毒成員 （ HPVs） ， 其中絕大部分病毒與息肉的初期生長有關 ， 但有些病毒成員能致癌 ， 尤其是 宮頸癌 ， 臨床上幾乎所有的宮頸癌患者均伴有 HPV感染 。 與宮頸癌發(fā)生有關的病毒產(chǎn)物是 E6和 E7 乳頭瘤病毒（ Papillomaviruses） 蛋白質，它們使靶細胞產(chǎn)生癌細胞的永生性。 多瘤病毒（ Polyoma Viruses） 多瘤病毒家族各成員的基因組為 56kb的雙鏈 DNA， 普遍存在于大鼠體內 。 多瘤病毒家族的成員之一 SV40（ Simian Virus 40） 是從彌猴細胞內分離到的 。 最近 ， 人體中的多瘤病毒同族成員 BK病毒和 JC病毒也已被鑒定 。 所有的多瘤病毒同族成員 ， 如果將之注射到新生的嚙齒目動物體內 ， 均可導致腫瘤的發(fā)生 。 被多瘤病毒轉化的細胞基因組中含有病毒的全部或部分基因的整合拷貝 ，而且這些整合順序中總是包含病毒基因組的早期區(qū)域 。 這種早期區(qū)域后來被鑒定為 T抗原編碼基因 。 細胞轉化的特性就是 T抗原在細胞內作用的結果 。 T抗原的轉化活性依賴于它與細胞蛋白質的相互作用的能力 ， 這種相互作用刺激了處于靜止期的細胞進入分裂階段 ， 導致細胞無限制生長而形成腫瘤 ， 其名字由此而來 （ T： tumor） 。 在裂解型宿主細胞中 ， T抗原是直接與病毒基因組作用的 ， 其結果是導致病毒DNA的復制 ， 它使宿主細胞裂解 ， 但不致癌 。 腺病毒（ Adenoviruses） 腺病毒家族的基因組為 37kb的雙鏈 DNA。 該病毒最初是從人的腺體組織中分離出來的 ， 相似的病毒也已從其它哺乳類動物體內分離到 ， 它含有 80多個成員 ， 是個較大的病毒家族 。 人的腺病毒與呼吸道疾病有關 。 人體細胞對腺病毒而言是裂解型的 ， 不會致癌 ， 但對嚙齒目的動物細胞來說 ， 絕大多數(shù)的腺病毒成員均能致癌 ， 其致癌的基因是病毒基因組中的 EA1和 E1B兩個基因 。 EA1和 E1B基因編碼的是核蛋白 ， 參與基因的表達調控 。 E1A蛋白并不直接與DNA結合 ， 而是調控 RNA的多樣性剪切過程 （ 在病毒中 ） 。 E1A基因本身也是通過RNA多樣性剪切表達出三種大小不等的蛋白質 ， 這三種蛋白質都是磷酸化的 。 在靶細胞核內 ， 它們與靶細胞的轉錄因子結合 ， 或阻止轉錄 ， 或誘導 DNA合成 ， 從而導致腫瘤發(fā)生 。 埃波斯坦病毒（ EpsteinBarr Viruses） 埃波斯坦病毒的基因組為大約 160kb的雙鏈 DNA。 它是一種人的皰疹病毒 ， 能引起許多疾病 ， 如感染性單核細胞增多癥 、 鼻咽癌 、 淋巴瘤等 。 EBV宿主范圍窄 ， 體外實驗表明這種病毒可導致 B淋巴細胞癌 。 其致癌的基因是 BNLF1， 編碼一種膜蛋白 ， 致癌機制不詳 。 DNA腫瘤病毒 的基本特征是：其致癌能力由一個或多個基因編碼 ， 前三種病毒的致癌基因均是病毒早期基因 ， 只有 EBV中的BNLF1是晚期基因 。 這些致癌基因在病毒早期的裂解循環(huán)中參與病毒顆粒的復制；當轉化發(fā)生時 ， 它們整合進入轉化細胞的基因組中 ， 持續(xù)表達致癌蛋白 （ Oncoprotein） ， 并由其致癌 。 由此可見整合是病毒致癌的必要條件 。 5B 病毒致癌的分子機制 c RNA腫瘤病毒 RNA腫瘤病毒屬于 逆轉錄病毒 （ Retroviruses） 逆轉錄病毒均為 RNA單鏈病毒 ，其基因組為 69kb的單鏈 RNA，它們感染宿主細胞有兩種方式： 橫向感染 與 縱向感染 。 逆轉錄病毒的感染特征 橫向感染 逆轉錄病毒感染宿主細胞后 ， 單鏈 RNA在其編碼的逆轉錄酶的作用下 ， 先逆轉錄成單鏈 DNA， 然后轉變成雙鏈 DNA。 雙鏈 DNA最終整合入宿主細胞基因組上 ， 在那里再轉錄成有感染力的單鏈 RNA。 這一單鏈RNA作為 mRNA轉譯出病毒包衣蛋白 ， 并將 兩分子 的 單鏈 RNA包裝成成熟的逆轉錄病毒顆粒 ， 經(jīng)宿主細胞釋放后再去感染其他的宿主細胞 。 逆轉錄病毒的感染特征 縱向感染 病毒雙鏈 DNA直接整合入宿主性細胞基因組內 ， 從而以遺傳單位的形式成為宿主的內源性病毒 ， 并垂直遺傳給宿主的子代 。 由此可見 ， 不管是 橫向感染 還是 縱向感染 ， 整合 是逆轉錄病毒生命周期中的 必經(jīng)之路 。 逆轉錄病毒基因組整合的后果 逆轉錄