肿瘤遗传学

1970 年前后， B. Ames 分析了化合物 的突变性和致癌性之间的关系
结论：
化合物的突变性和致癌性之间有很大的 相关性，提示了致癌作用的最终靶分子 是DNA。 遗传物质的损伤和基因结构的改变是细 胞发生恶性转化的必要前题。

肿瘤相关基因

癌基因和抑瘤基因的发现使我们最 终认识到肿瘤实质上是一种遗传病， 即所有恶性肿瘤都是基因突变的结 果。 正是基于这种认识，我们对肿瘤的 研究才开始走上了正确的道路。

第一节 肿瘤的相关基因 及发生机理
癌基因 oncogene 抑癌基因tumor suppressor gene 肿瘤发生的遗传学说
病毒癌基因(Virus oncogene, V-onc)
肿瘤相关基因的最初线索来自于对禽类 逆转录病毒的研究。 病毒癌基因是存在于病毒基因组中、使 靶细胞发生恶性转化的基因。
正常的机体的多重防御机制
DNA损伤修复系统和细胞分裂周期控 点监控系统 细胞自杀机制 免疫监督

结肠癌发生的各个阶段和肿瘤相关基因的异常
第二节 肿瘤与遗传

遗传病的肿瘤易感性
– 某些遗传性疾病虽然并不直接诱发肿瘤，却有明 显的恶性肿瘤倾向。

肿瘤的遗传性
– 某些肿瘤也具有一定的遗传性，对多数肿瘤而言， 肿瘤遗传性表现为易感性的遗传。
病毒中确实存在促使肿瘤发 生的基因 —— 病毒癌基因， 病毒癌基因可以致癌。
人类癌症基因的克隆：
研究思路为：如果细胞基因的特异突 变能够引起人类癌症的恶性表型，并 且这些突变能在细胞水平发挥显性作 用，那么将恶性细胞的DNA序列转移 到正常细胞，预期可导致其转化为恶 性表型。 1981年这个实验在三个实验室同时获 得成功。
内源性癌基因的发现：
第一次证明膀胱癌DNA确实含有显性 作用的癌症基因，被命名为 癌基因。 正常细胞内存在与病毒癌基因同源的基 因, 称为细胞癌基因(c-onc )。

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病毒癌基因与细胞癌基因的关系：


序列上高度同源； c-onc有内含子，v-onc无内含子； v-onc有致癌能力，而c-onc无，但 突变后可能致癌； v-onc来源于c-onc。

“两次打击”学说
“两次打击”实际上就是肿瘤抑制基 因的两次突变，因此， “两次击中” 学说实质上解释了抑制基因失活引起 的肿瘤。

肿瘤的多步骤发生学说
正常细胞转化为恶性细胞需要一次以 上的突变事件的发生

正常人约有1014个细胞，在人的整个一生中约 进行1016次细胞分裂，人体的自发突变频率约 为 1.4×10-10 ，实际上加上辐射和自然界普遍 存在的致突变剂的影响，突变频率要远高于 这个数值。如果单个突变可以致癌，仅据自 发突变率计算，人一生中大约有 28 ％细胞将 癌变，那么癌症将是日常事件。
1．家族性腺瘤样息肉（Familial Adenomatous Polyposis, FAP）AD.

结直肠有广泛而密集分布的腺瘤性息肉，可引起消瘦、 肠道梗阻和便血。极易变为结肠腺癌，极难幸免。 结肠腺瘤性息肉基因（adenomatous polyposis coli,APC）产物是参与细胞连接、细胞周期调控及转 录调控的多功能蛋白。
癌基因的激活机制
肿瘤是一种体细胞遗传病：


在研究的最初阶段，认为单一的癌基因的激 活，就足以使细胞转变成肿瘤细胞。 随后认识到正常细胞的肿瘤转化通常要有两 个或两个以上癌基因的协同。 通过在适当靶组织中表达多种癌基因，已使 转基因小鼠产生肿瘤。 有理由推测在一个特定的体细胞内连续的遗 传突变的累积，导致单个体细胞转化为癌细 胞。


RB基因—第一个被克隆的TSG
视网膜母细胞瘤中，RB或发生缺失， 或在剪接点有一个点突变，产生异常 的RB蛋白。 把RB基因导入肿瘤细胞，可使其生长 特性恢复正常，说明这个克隆的基因 具有肿瘤抑制基因的应有特性。

肿瘤抑制基因又称为隐性癌基因
原癌基因是显性基因，一个等位基因 突变即可显示致癌效应； 肿瘤抑制基因的突变，则是隐性的， 即只有一个肿瘤抑制等位基因发生突 变，不会发生致癌效应。
Turner 综合征：
易继发卵巢癌
（二）单基因遗传病的癌变倾向



家族性腺瘤样息肉（Familial Adenomatous Polyposis, FAP）AD 基底细胞痣综合征（basal cell nevus syndrome,BCNS） AD染色体不稳定综合征（Chromsome unstable syndrome） 遗传性免疫缺陷



2次打击学说的证据：

1978年，Francke 系统检查一个视网膜母细胞 瘤家族，发现全身细胞均有13q14缺失，证实 存在“第一次打击” 患者肿瘤细胞也有此缺失，而且脂酶活性消失。 说明一对等位基因已经全部失活。证实肿瘤细 胞存在“第二次打击”。 1981年应用定位克隆的方法，克隆了RB基因， 这是首次成功应用定位克隆方法的实例之一。
儿童期就发病的眼科恶性肿瘤，猫眼。 遗传型多为双侧发病，发病早，有家族史。

非遗传型多为单侧发病，且在2岁以后才发病。
two-hit theory

正常视网膜要变成瘤细胞必须经过一对具有肿瘤抑制 作用的等位基因的连续2次突变事件。 遗传性肿瘤是由于第一次突变发生于生殖细胞或由父 母遗传而来，而视网膜体细胞中只要再发生一次突变， 即导致该肿瘤抑制蛋白的完全消失，完成肿瘤转化。 非遗传性肿瘤则是由于同一个体细胞内连续发生二次 独立的体细胞突变，相比之下，可能性要小得多。 因此，遗传性肿瘤有家族性、双侧性、早发性的特点， 而非遗传性肿瘤则发病迟，具散发性单侧性的特点。
小鼠3T3细胞的转染实验：
实验模型： 体外培养细胞的转化
1.
2.
3.
primary cell：忠实表现体内表型， 但经过 几次分裂就进入衰老状态，随后进入临界 点，此时绝大部分细胞死亡，但有时有极 少数可以越过临界点。 immortalization：越过临界点存活，可无 限制进行细胞分裂，但仍具有贴壁依赖性、 生长因子依赖性和接触抑制作用。 transformed cell：永生化细胞受到致癌物 质的诱导，逐渐产生肿瘤细胞的特征。体 内接种可以致瘤。

细胞周期的失控与肿瘤发生：

癌症已不仅仅是一些癌基因被激活和抑癌基 因丢失或失活使细胞获得了一种增殖优势， 而最主要的是癌症多阶段渐积累突变的过程 中，细胞的控点(checkpoint)调控因子丧失作 用，使在肿瘤细胞中抑制信号无法再对细胞 周期蛋白(cyclin-CDK)起任何调控作用。
肿瘤发生的机理

原来无活性或低表达的癌基因易位到一个强大启动子/ 增强子附近，或由于易位而改变了癌基因的结构，与 其他高表达的基因形成融合基因，使癌基因的正常调 控作用减弱，使其激活 。

Ph染色体（费城1号染色体）：t(9;22)(q34;q11)
Ph1染色体（费城染色体）

t(9;22)(q34;q11) 易位的结果而导致9q+和22q90%慢性粒细胞白血病（chronic myelocytic leukemia,CML）
V-ocn的发现：
1910 年， D.Rous 用鸡肉瘤的无细胞提取 液接种到健康鸡身上结果诱发了新的肉 瘤，他证明转化因子是一种逆转录病毒， 命名为Rous Sarcoma virus（RSV）。 这是第一次实验证实病毒可以致癌。
V-ocn的发现：


1970 年， Martin 等通过分析野生型 RSV 和 缺失转化能力的变异株病毒基因的差别，发 现细胞的恶性转化与RSV基因组中的一个特 定基因 Src 相关。此基因为第一个命名的病 毒癌基因，V-Src。 此后陆续发现与肿瘤发生密切相关的病毒癌 基 因 ： V-fms,V-mos,V-erbB,V-kit,Vros,V-yes ， V-fps, V-fes, V-abl, V-sis, V-ras,V-myc。
一、遗传病的肿瘤易感性
遗传性癌前病变（Precancerious lesion）： 染色体病和单基因遗传病的患者易于 并发或转化为肿瘤，这些遗传病被称为遗 传性癌前病变。
（一）染色体病的癌变倾向
染色体病患者的肿瘤发病率常高于正常群 体数倍至数十倍。 Down综合征： Klinefelter综合征： 易继发ALL(1/3000-1/95) 易继发乳腺癌
对ras基因的进一步研究：
来自膀胱癌的ras基因可引起转化，但来 自正常细胞的ras基因不能引起转化。 在膀胱癌ras基因中，只发现了一个核苷 酸的改变。 令人兴奋和惊讶之处：在细胞内上万个 基因中只是一个基因发生一个核苷酸的 点突变，竟然是使之恶性转化为驱动力 量。

原癌基因(proto-oncogene):

细胞周期的调控：
Onc与细胞周期的关系：
生长因子通过其受体和多级信号转导， 调控一系列基因表达，最终导致其晚期 应答基因cyclin D的表达，cyclin D导致 细胞通过G1期限制点，启动了一轮分裂 周期。 多种癌基因的激活可以导致该路增殖信 号的异常活跃。

TSG与细胞周期：P16、P21、P27等
20世纪70年代初，Alfred Knudson为解 释家族性(遗传型)视网膜母细胞瘤首次提 出了肿瘤抑制基因模型，即2次打击学说 (two-hit theory)。 至80年代中期，一系列精心设计的实验 证明Knudson假说非常精确。

视网膜母细胞瘤（retinoblastoma，RB）

人类c-onc编码蛋白质的功能
癌基因的激活机制：

点突变（point mutation） 病毒诱导与启动子插入激活 基因扩增（gene amplification） 染色体易位或重排
(chromosome translocation or recombination)
染色体断裂与重排：


肿瘤细胞中存在着显形作用的癌基因，在正 常细胞中有与之同源的正常基因,被称为原 癌基因。 原癌基因的产物与细胞的生长与分化有关。 在肿瘤细胞中原癌基因往往被激活，处于活 跃表达的状态，因此，原癌基因概念为正常 细胞中存在的，与细胞生长和分化相关，激 活后可促使癌变的基因（与病毒癌基因同源 或不同源）。
RB E2F Cyclin/cdk 磷酸化 E2F
G1
S
M
G2
细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白 (cyclin-dependent kinase inhibitor, CKI)

CKI多种成员，其中P21、P27、P57属广 谱的CDK抑制，而P15、P16、P18、P19 是CDK4/CDK6的特异性抑制物。它们在 细胞周期调控及肿瘤发生中的作用已引 起广泛的关注。
2．基底细胞痣综合征（basal cell nevus syndrome,BCNS）AD


患者面部、手臂和躯干有多个基底细胞痣，青 春期增多，青年期即可发生恶变，40岁时90% 恶变为基底细胞癌并有颌骨囊肿。 致病基因已定位。
第九讲 肿瘤遗传学
肿瘤遗传学 cancer genetics

从遗传方式、遗传流行病学、细胞遗传 和分子遗传等不同方面分析肿瘤发生的 机制与规律，从而探讨肿瘤防治的新途 径的一门多学科渗透的新兴学科。
肿瘤(tumor)

泛指一群生长失去正常调控的细胞形成 的新生物（neoplasm）。
–85%为癌(carcinoma) –2%为肉瘤(sarcoma) –5%为淋巴瘤(lymphoma) –3%为白血病(leukemia)
激活的癌基因可以引起家族性肿瘤吗？
如果多数散发性肿瘤是由于多个癌基因 在体细胞内连续突变所致，是否某些家 族性肿瘤是由于生殖系的癌基因激活所 致的呢？ 研究发现，尽管原癌基因突变在散发性 肿瘤的体细胞突变中发挥重要作用，但 在家族性肿瘤的生殖系中一般没有该类 基因的突变。

肿瘤抑制基因（TSG）的发现：
“分子警察”
P53基因
P53突变的致癌机理：
P53的突变或缺失将使细胞受在到辐射 损伤或致癌物刺激时无法阻断细胞周 期，细胞失去了对 G1 期的监控功能， 使细胞带着受损伤的 DNA 继续分裂， 加速了基因组的不稳定性，导致一系 列突变的积累，最终转化成逃避监控 的恶性细胞。 在约 50 ％的肿瘤细胞中，可以检测到 P53发生了突变。