第八章化学致癌预防

为原癌基因
TIG遗传命名指南
细菌：基因符号由三个小写斜体字母组成。具有相同表型的不同基因座突
变用斜体大写字母后缀相区别，如uvrA、uvrB
等位基因用紧随基因座名称后的一系列特定的数据表示，如araA1、
araA2
蛋白质产物的名称与对应的基因或等位基因相同，但不用斜体，而
且首字母大写，如UvrA、 UvrB
病毒癌基因（ viral oncogene,V-onc）:某些RNA病毒能在动 物迅速诱发肿瘤并能在体外转化细胞，其含有能够转化细胞
的RNA片断 细胞癌基因（cellular oncogere ， C-onc）:正常细胞的DNA
中也发现存在与病毒癌基因几乎完全相同的DNA序列
由于细胞癌基因在正常细胞中以非激活的形式存在，故又称
3.基因扩增
➢ 原癌基因的扩增是指在致癌因素作用下，基因的结构基本正 常，但基因的拷贝数增多，导致基因产物大量增加。
➢双微体（double-minute chromosome，DMS）和染色质均染区 (homogeneous staining reguibsm，HSRs)
（三）抑癌基因
正常细胞与癌细胞溶合后成瘤力和转移能力均受抑制， 表明正常细胞中存在抑制癌细胞特征性表达的某种机制。以 后又发现融合的细胞的核型不稳定，容易发生染色体丢失， 当失去源于正常细胞的染色体时，肿瘤的成瘤性又恢复。
构异常。
②¡°端粒假说¡±：
端粒缩短
M1
M2
细胞永生
抑癌基因失活 激活端粒酶
➢端粒酶在生殖细胞、早期胚胎发育、干细胞中有很高 的活性
➢在大多数体细胞中，不含有端粒酶 ➢肿瘤细胞能够几乎无限制的复制 ➢绝大多数的恶性肿瘤细胞都含有一定程度的端粒酶活
性
（二）细胞周期调控系统紊乱与癌变的关系
肿瘤是一种细胞周期异常的疾病
启动细胞的表型可能正常，但具有发展为肿瘤的潜 能。
启动过程的特点之一是不可逆性，就是说它的突变已 经固定下来了。
（二）促进阶段
启动细胞在某些因素作用下，以相对于周围正常细胞的 选择优势（使启动细胞比正常细胞增殖增多或细胞凋亡相对 减少）进行克隆扩展，形成细胞群，即良性肿瘤，这就是致 癌作用的第二阶段，称为促进阶段，起促进作用的因素称作 促进剂或促癌剂。
（三）演变阶段
启动和促进两个阶段所引起的良性损伤并不是致 死性的。良性肿瘤需要通过一个称作演变的过程才能 转变为恶性肿瘤。
随着恶性度的增加，肿瘤开始获得一些新的性质： ➢ 侵袭性 ➢ 免疫抗性
➢ 耐药性 ➢ 产生新的血管使肿瘤细胞能从血液中获得营养物质和氧分
➢良性肿瘤演变为高度恶性的、致死性的癌往往涉及一 系列遗传改变 ，概括为核型不稳定和表型的异质性 。
化学物引起的”。 ➢ Higginson提出：环境因素引起的肿瘤占人类肿瘤的70％～
90％，遗传所引起的肿瘤不超过5％。
几个概念
• 化学致癌作用（chemical carcinogenesis）是指化学物质引 起生物体产生肿瘤的过程。
• 化学致癌物（chemical Carcinogen):是指能引起肿瘤的或使 肿瘤发生率增加的化学物。
乎不涉及到遗传物质的结构改变，而是依赖于基因表达的改 变。
DNA甲基化和低甲基化
在脊椎动物中，CpG二核苷酸是DNA 甲基化发生的主要位 点。CpG常成簇存在,人们将基因组中富含CpG的一段DNA 称为CpG岛(CpG island)
CpG 甲基化
➢TPA通过与蛋白激酶C（protein kinase C,PKC）高度特异性 可逆结合。PKC参与膜上信号的信号传递或刺激反应。
突变的基因型可以通过细胞分裂传递给子代细胞。
（一）DNA加合物 DNA加合物形成的后果取决于加合物在DNA链上的位置
和加合物的性质 接触标志物和效应标志物
（二）基因与癌变
肿瘤是细胞中多种基因突变累积的结果。这些
基因突变主要发生在两类细胞基因： ➢ 癌基因(oncogene) ➢抑癌基因(tumor suppressor gene)
• 细胞的复制次数是由一种位于染色体末端的叫做端粒 (telomere)的DNA重复序列（TTAGGG）控制的 。 ——细胞的生命计时器
端粒，端粒酶与肿瘤
肿瘤的发生与端粒缩短和端粒酶的激活有密切的关系
①端粒的缩短 ➢ G容易受到烷化剂、亲电致癌物以及氧化应激的攻击
➢ 端粒的DNA损伤更难修复 端粒序列的缩短会造成染色体不稳定性增加，导致染色体结
参与细胞周期调控的分子主要有： ➢ 细胞周期蛋白（cyclin) ➢ 细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK) ➢ 细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白(CKI)
➢使细胞由促进阶段进入到演变阶段的因素称为演变 剂。
➢有些化学致癌物同时具有启动、促进和演变的作用， 称为完全致癌物。
微卫星不稳定性(microsatallite instability, MSI)
微卫星(microsatellite,MS)是指DNA基因组中小 于10个核苷酸的简单重复序列, 又称短串联重复，如(CA)n、 (GT)n、(CAG)n等，尤以(CA)n重复序列最为常见。
聚合酶等与DNA合成密切相关的重要酶类基因的转录，使细 胞从G1期进入S期。
P53基因
P53基因位于人类染色体17p13 ，野生型 P53蛋白 是一种核结合蛋白 。
P53的生物学功能 ：①抑制细胞增殖：正常的P53蛋白在 DNA损伤或缺氧时活化DNA修复基因等上调性转录，使细胞 周期在G1期停滞，进入DNA修复。 ②诱导细胞凋亡 ③ P53诱导分化发育
微卫星不稳定性是指由于DNA复制错误引起的简单重复 序列的增加或丢失 ,是肿瘤中基因不稳定性一项灵敏的标 志。
第三节、化学致癌机制
体细胞突变学说 非突变致癌机制
一 体细胞突变学说
DNA加合物诱导基因突变；
大多数的致癌物在致突变实验中呈阳性； DNA修复缺陷可以导致肿瘤发生； 在许多肿瘤组织中发生染色体畸变或基因组不稳定性； 肿瘤细胞来源于单细胞克隆； 癌基因的突变以及抑癌基因突变或缺失在肿瘤细胞中普遍存在，而且
➢RAS基因家族有H-RAS、K-RAS和N-RAS三个成员，都编 码G蛋白,主要调节激素等信号通路。
➢G蛋白与GDP 、GTP和刺激信号的关系 ➢RAS基因突变的后果
4.编码转录因子的原癌基因
➢ MYC基因 ,神经细胞瘤(N－MYC基因 )和小细胞肺癌(L－ MYC基因 )
➢ C-FOS和C-JUN癌基因的产物结合形成转录因子AP-1
第八章 化学致癌作用
总体内容
• 一、序言 • 二、致癌化学过程 • 三、化学致癌机制（遗传毒性和非遗传毒性） • 四、化学致癌相关的分子事件 • 五、化学致癌物的分类 • 六、化学致癌物筛查的基本方法
第一节
序言
肿瘤是一类严重影响人类健康和生命的疾病
外因
（病原因素）
肿 瘤 病 因
➢ Boyland指出：“人类肿瘤由病毒等生物因素引起的不足5％， 放射线和紫外线等物理因素引起的也不超过5％，约有90％是
➢ ERB与上皮生长因子的受体同源 ➢ MET属于肝细胞生长因子受体 ➢ FMS为单核巨噬细胞集落刺激因子受体
——这类受体均属于受体蛋白酪氨酸激酶
3.编码细胞内信号分子的原癌基因
起“第二信使”作用，引起细胞增殖。分为： ①非受体酪氨酸蛋白激酶 如v-src ②胞浆丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 如RAF和MOS ③三磷酸鸟苷结合蛋白 如RAS家族
抑癌基因必须一对等位基因丢失或突变后失活，才能对细胞 的恶性转化起作用，故又称为隐性癌基因。
到目前为止发现的抑癌基因少于癌基因，已被克隆和尚未被
克隆的候选抑癌基因，总共只有30余种。
几种抑癌基因简介
RB基因
• 定位于人类染色体的12q14 • 二次突变学说和杂合性丢失(loss of haterozygosity，LOH) • 功能：抑制转录因子E2F以抑制细胞周期。E2F能活化DNA
• 过氧化酶体增殖剂具有刺激细胞增生的功能，主要通过与一种雌激素 样核受体－过氧化物酶体增殖物激活受体γ (peroxisome proliferator-activated receptor-γ , PPAR- γ )结合并激活此受体。
第四节
化学致癌相关的分子事件
2009年诺贝尔生理学或医学奖
贡献：揭示了 “how chromosomes are protected by telomeres and the enzyme telomerase” (染色体是如何被端粒和端粒酶保护的)。
第二节 化学致癌过程
化学致癌作用——一个多基因、多因素参与的多阶段过 程
一、细胞癌变的多阶段学说
目前比较公认的学说是化学致癌过程至少包括三 个阶段： ➢启动阶段（initiation） ➢促进阶段(promotion) ➢演变阶段(progression)
（一）启动阶段
在此阶段中，致癌物直接作用于DNA的序列，引 起基因突变或表观遗传变异，使单个细胞或少量细胞 发生永久性的、不可逆的遗传性改变，此种细胞称为 “启动细胞”（initiated cell），诱发细胞突变的因素称 为启动剂。
（四）.内分泌激素失衡
有丝分裂剂主要通过以下途径促进有丝分裂： ①与受体结合后，或通过第二信使，或者直接调节与生长有 关基因的表达 ②通过改变DNA甲基化水平而影响基因的表达
（五）过氧化酶体增殖剂激活受体
• 过氧化酶体是位于细胞质中的单层膜的细胞器，肝细胞中最多。其作 用除了清除ROS外，对脂质代谢有作用，对脂肪酸的分解过程中释放 ROS。部分化学物有刺激肝脏过氧化物酶体增生的作用，这类物质统 称为过氧化酶体增殖剂。故认为过氧物酶体增殖剂可通过ROS损伤 DNA而启动肝细胞。
促进剂的特点：
➢ 器官特异性 ➢ 物种特异性 ➢ 具有阈剂量 ➢ 是一个可逆的过程 ➢ 大多数促进剂是通过受体介导起作用的
启动剂和促进剂的关系特点：
1.启动剂作用之后，促癌剂的慢性作用将引起肿瘤； 2.启动剂单独作用一般不会引起肿瘤； 3.只有促癌剂的慢性作用而没有启动剂的作用也不会引起肿瘤； 4.启动剂与促癌剂的作用先后次序十分重要，启动必须发生在促进之 前； 5.启动产生的是不可逆的改变，促进在早期阶段的改变是可逆的。
（一）原癌基因的分类
1.编码生长因子的原癌基因 猴肉瘤病毒中的v-sis是第一个被发现能编码生长
因子的癌基因。原癌基因SIS的异常表达，可引起具有PDGF (血小板衍生生长因子)受体细胞的转化
原癌基因INT-2、HST的表达产物与成纤维细胞生长因子 有40％～50％的同源性
2.编码生长因子受体的原癌基因
常见的促进剂
✓ 弗波醇酯（TPA):12-邻十四烷酰大戟二萜醇-13-乙酸酯,用 于小鼠皮肤癌模型的促进剂
✓苯巴比妥 肝脏肿瘤
✓ TCDD
大鼠肝脏肿瘤，皮肤和肺
✓ 雌、雄激素
靶器官及肝脏肿瘤
✓ 胆汁酸促进结肠的癌前病变和恶性改变
ຫໍສະໝຸດ Baidu促进剂的作用机制
➢ 肿瘤促进过程作用机制复杂，很可能通过非遗传过程而发生。 ➢ 促癌剂不与DNA发生反应，不会引起基因突变，促进阶段似
(二）原癌基因的激活
1.原癌基因点突变
RAS基因的点突变主要发生于12位密码子，其 次是13位，再就是59和61位，多是三连密码子第二位 碱基发生置换，改变了G蛋白的构象 。
例：亚硝基甲基脲诱发的鼠乳腺癌中，H-RAS基因的12密码 子的GGC变成了GAC
2.染色体易位和重排
易位或基因重排，都可以激活癌基因，引起原癌基 因的高度表达。如Burkitt淋巴瘤 t（8；14） , C-MYC 由8号易位到了14号染色体免疫球蛋白重链基因附近
（三）DNA修复与化学致癌
二、非遗传毒性致癌机制
(一）表观遗传调控失常导致肿瘤发生 在基因组中除了DNA和RNA序列以外，还有许多调控
基因的信息，它们虽然本身不改变基因的序列，但是可以通 过基因修饰，蛋白质与蛋白质、DNA和其它分子的相互作用， 而影响和调节遗传基因的功能和特性，并且通过细胞分裂和 增殖周期影响遗传。
（二）细胞异常增生致癌 为什么细胞增殖会引起肿瘤？
✓A.细胞分裂过程中S期细胞DNA处于解螺旋状态，富含 电子的部位大量暴露，易受到亲电物的攻击；
✓B.细胞增殖速度加快，使细胞周期缩短，进入S期前用 于DNA修复的时间减少；
✓C.启动细胞需要增殖才能继续演变为恶性肿瘤
（三）.免疫抑制剂致癌
肿瘤的发生是免疫监视功能丧失的结果 机制：选择性放任瘤前细胞存在和增生。