（醫(yī)學課件）腫瘤發(fā)生假說.ppt

腫瘤發(fā)生的理論假說,1,人類在癌癥研究方面經(jīng)歷了一個又一個浪潮， 20世紀2050年代，是化學致癌研究最迅猛的時代， 6070年代的掀起尋求癌癥病毒狂潮， 7080年代是癌基因瘋狂時代， 80年代末進入迷戀抑癌基因時代， 90年代細胞周期、信號轉(zhuǎn)導和細胞凋亡理論在癌癥研究中的廣泛運用，然而，浪潮很快過去了，因為這些都被證明與癌癥有關(guān)，但不是癌癥的本質(zhì)。 21世紀來了，腫瘤干細胞因為干細胞研究的進展而獲得了最佳契機，而且研究人員似乎都認識到腫瘤干細胞才是癌癥的根源。于是，腫瘤干細胞開始進入瘋狂時代。腫瘤干細胞的根本問題是自我更新控制問題，也就是生命本質(zhì)問題，在分子生物學方面，干細胞不對稱分裂方面，染色體非隨機分配方面的進展將會為腫瘤干細胞的研究注入生命力。,2,刺激假說（The irritation hypothesis),19世紀后期臨床醫(yī)生Broussais 和Billroth提出慢性炎癥是癌癥根源的假說。 該假說的主要依據(jù)： （1）腫瘤總發(fā)生在慢性炎癥遷延不愈的部位。如胃癌常發(fā)生于慢性胃潰瘍部位；90%的肝癌發(fā)生于由慢性肝炎的患者。 （2）工作環(huán)境和飲食習慣的刺激。如清掃煙塵煤灰的工人易患肺癌，水手常被暴曬的部位易患皮膚癌，經(jīng)常抽煙和酗酒的人易患食管癌。 所有這些觀察給人強烈的印象：慢性炎癥與癌癥存在密切關(guān)系,3,刺激假說的成功與不足,成功之處：對不同人員的觀察作了個總結(jié)，把臨床的觀察用于判斷癌癥的原因并形成假說，這個假說與觀察到的事實相符。 不足之處：不是所有的刺激都可以導致癌癥的發(fā)生，一些腫瘤的發(fā)生沒有經(jīng)過任何明顯的癌前刺激。 解決問題：在癌變理論中引入選擇和突變原則,4,選擇與突變,選擇是一個漸變的篩選過程，最終獲得適合于新環(huán)境的生物。突變是一個突然的過程，并且突變可以遺傳給子代。慢性炎癥不斷刺激細胞增生，許多增生的細胞不斷死亡，但是那些活下來能夠適應這種環(huán)境的細胞不斷獲得過度的增殖和侵襲能力。最終不再依賴宿主而獲得新的生命特征。 但是并不是那些具有新特征的細胞總是能夠癌變成功，因為時間漫長和環(huán)境的變化，都可能斷送演進的進程。因此一個恰當或者合適的環(huán)境可能至關(guān)重要。這可能是為什么癌變幾率很小的一個原因。 關(guān)于突變的假說主要是Boveri提出。突變可能主要發(fā)生在細胞核。當時他觀察到細胞分裂總是將核內(nèi)容物均等分配給兩個子代細胞。而在慢性炎癥刺激下，細胞的分裂常常發(fā)生錯誤，常常一分為三甚至一分為四。這樣核的分裂可能不均衡。因為有無數(shù)的機會細胞進一步獲得缺陷，能夠活下來的細胞幾率很小很小，因此癌變是一個很低概率的事件,5,新的問題,即使刺激和機會都是癌變的決定因素，為什么與上皮一樣同樣受到刺激的結(jié)締組織沒有上皮發(fā)生腫瘤的機會多？ 男女發(fā)生腫瘤的機會幾乎相等，但是男性發(fā)生的腫瘤大部分集中于消化道、呼吸道和泌尿系統(tǒng)，但是女性主要集中于生殖系統(tǒng)。怎樣的刺激造成這樣大的差別?,6,啟動-促進學說,1941年，著名腫瘤學家Bereblum I 提出了化學誘導癌癥的兩階段學說：啟動-促進學說，該學說為后來的突變和選擇學說建立基礎。 參考文獻： 1、Berenblum I, Armuth V；Two independent aspects of tumor promotion；Biochim Biophys Acta. 1981 Aug 31; 651(1): 51-63. Review. 2、Established principles and unresolved problems in carcinogenesis. J Natl Cancer Inst. 1978 Apr;60(4):723-6. Review 3、A re-evaluation of the concept of cocarciongenesis；Prog Exp Tumor Res. 1969;11:21-30. Review. 4、A speculative review; the probable nature of promoting action and its significance in the understanding of the mechanism of carcinogenesis；Cancer Res. 1954 Aug;14(7):471-7 5、Classics in oncology: Isaac Berenblum, M.D.CA Cancer J Clin. 1981 Jul-Aug;31(4):239-53,7,癌基因假說,1969年，美國NATIONAL CANCER INSTITUTE的Robert J. Huebner 和 George J. Todaro提出了癌基因?qū)W說，雖然后來癌基因?qū)W說在此基礎上進行了修改。 第一個病毒癌基因的發(fā)現(xiàn)：Duesberg PH是發(fā)現(xiàn)者之一 第一個細胞癌基因（原癌基因）的發(fā)現(xiàn)，為此美國人Varmus HE, Bishop JM獲得1989年諾貝爾獎，方法就是博士后法國人Stehelin D用了半年時間制造基因探針，只是雜交了一下正常雞的組織，發(fā)現(xiàn)了病毒的癌基因竟然也存在于正常動物組織之中，由此解開了癌基因理論的序幕。 第一個證明細胞癌基因具有致瘤能力的實驗，Robert Weinberg實驗室開始的 20世紀70年代末80年代初，癌基因理論獲得的實驗支持,8,基因突變學說,1975年美國伯克力大學Bruce Ames發(fā)明了用細菌篩選化學致突變物質(zhì)方法，簡單有效，現(xiàn)在被稱為為Ames實驗，檢測了成千上萬種化學物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)大部分致突變物質(zhì)是致癌物，雖然致癌物不一定完全是致突變物質(zhì)，但是似乎為基因突變學說提供了堅實的依據(jù)。 參考文獻可以在pubmed用Ames BN作者檢索,9,非整倍體與腫瘤發(fā)生,10,基因突變假說認為腫瘤的產(chǎn)生是由于細胞內(nèi)一些特定基因突變的結(jié)果，這個假說現(xiàn)在已經(jīng)被人們廣泛接受。但是最近美國科學院院士Duerberg等提出基因突變不可能導致腫瘤發(fā)生，相反，一向被認為是基因突變的結(jié)果非整倍體，才可能是腫瘤發(fā)生的主要原因。,11,非整倍體假說主要觀點是：致癌因素導致細胞產(chǎn)生非整倍染色體，非整倍體引起有絲分裂相關(guān)基因表達異常，產(chǎn)生異常比例的紡錘體蛋白、甚至異常數(shù)目的中心粒。不平衡的紡錘體可導致一些染色體的隨機丟失或獲得。每次細胞分裂時這些非整倍染色體被隨機分組并不對稱地分配給子代細胞，這樣惡性循環(huán)，非整倍體自身催化細胞核型的變化和進化，最終導致腫瘤細胞核型的產(chǎn)生。因此，腫瘤的產(chǎn)生是非整倍體自身催化的結(jié)果，與基因突變沒有直接的關(guān)系。,12,Duerberg等將腫瘤遺傳突變歸于非整倍體而非特定基因是因為： 1）100%的實體瘤都是非整倍體； 2）只有染色體的異常才可以瞬間改變細胞內(nèi)成千上萬基因的表達水平，從而可能解釋腫瘤細胞表型的異質(zhì)性現(xiàn)象；而且同時可以成功地解釋腫瘤細胞遺傳性不穩(wěn)定的特征原因；,13,3）腫瘤細胞的最大特征永生化可以解釋為：自然選擇壓力只給了非整倍體細胞選擇永生化機制的機會，因為只有非整倍體細胞才具有通過自身催化隨機丟失或獲得不同染色體從而最終獲得永生化細胞核型的機會。由于這樣的機會很少，因此在致癌因素作用后經(jīng)過數(shù)年或數(shù)十年腫瘤才發(fā)生；進一步推測可以認為除了病毒轉(zhuǎn)化的細胞外，所有沒有經(jīng)過處理或不受調(diào)節(jié)而具有永生化能力的細胞都應當是非整倍體細胞； 4）腫瘤的其它特征（例如轉(zhuǎn)移能力、去分化、高耐藥性等等）也可以應用非整倍體假說來解釋。,14,總之，腫瘤最大的特征是非整倍體，腫瘤的各種表型是由于非整倍體自身催化導致大量正常基因表達量和表達比例異常的結(jié)果，而不是某些特定基因活性增強或減弱的結(jié)果。,15,非整倍體怎樣產(chǎn)生的呢？,Duerberg等認為致突變和非致突變因素可能通過物理或者化學過程改變了一個或多個染色體，或者通過改變參與紡錘體蛋白分子從而導致非整倍體產(chǎn)生； 對于基因變異和非整倍體產(chǎn)生的關(guān)系需要進一步研究。,16,是否腫瘤細胞的非整倍體都與基因變異有關(guān)呢？,1 如果非整倍體都是由基因變異引起，則某些由非致突變因素引起的腫瘤細胞中不應該總是有非整倍體染色體的出現(xiàn)，但是實驗表明所有的由非致突變因素引起的腫瘤細胞都是非整倍體核型。 2 “細胞有絲分裂檢測點基因”的變異應當導致非整倍體產(chǎn)生，例如：p53、細胞有絲分裂檢測點基因以及SKT15等。但是p53在腫瘤中的變異率不超過50%；細胞有絲分裂檢測點基因在結(jié)腸癌細胞中只有11%；SKT15在乳腺癌中也只有12%。,17,3 多環(huán)芳烴是弱效致突變劑，在微摩爾濃度下可以導致20-80%的細胞發(fā)生非整倍體核型。由多環(huán)芳烴轉(zhuǎn)化的強致突變物質(zhì)在50%致死劑量下引起特定基因變異的幾率為10-4-10-7，也就是說由多環(huán)芳烴通過特定位點（比如有絲分裂基因）誘導非整倍體幾率也只有10-4-10-7。 4 如果基因突變可以獨立導致腫瘤發(fā)生，那么由于基因突變導致非整倍體和腫瘤發(fā)生的幾率都很低，因此它們同時出現(xiàn)在同一個腫瘤細胞中的幾率會更小，所以我們應該看見一定比例的二倍體腫瘤細胞，但是所有的實體瘤細胞都是非整倍體。因此即使基因變異與腫瘤有關(guān)也不能完全排除非整倍體在腫瘤發(fā)生過程中的作用。,18,非整倍體就一定能導致腫瘤發(fā)生？,由于大多數(shù)腫瘤細胞是多倍體，一般介于3倍體和4倍體之間，這提示可能存在一個上限；而一些腫瘤為近2倍體，因此也可能存在一個下限。因此Duerberg等認為在特定的范圍內(nèi)非整倍體才可能導致腫瘤產(chǎn)生，超過上限或者低于下限都不可能使腫瘤產(chǎn)生。,19,非整倍體假說雖然在邏輯上能夠比較全面地解釋有關(guān)腫瘤方面的問題，但是事實證據(jù)呢？,20,1）致癌劑都能使細胞產(chǎn)生非整倍體； 2）Weinberg等用三個互不相關(guān)的癌基因轉(zhuǎn)化的腫瘤細胞被Duesberg等推測并證明這些細胞100%是非整倍體核型； 3）Duesberg等根據(jù)非整倍體假說推測腫瘤細胞對化療藥物具有很高的“突變率和多藥耐藥性”是由非整倍體染色體催化染色體重新分組的結(jié)果，而不是基因突變的結(jié)果，這個推測被證實；,21,4）Duesberg 等證明：用致癌劑轉(zhuǎn)化的腫瘤細胞100%是非整倍核型；腫瘤細胞遺傳性不穩(wěn)定的程度與被轉(zhuǎn)化細胞的非整倍程度呈正比關(guān)系；非整倍體而不是個別基因變異能夠通過改變細胞的代謝和染色體的不對稱分裂導致腫瘤表型的出現(xiàn)；被轉(zhuǎn)化的細胞首先發(fā)生非整倍核型，其次才演化為腫瘤細胞；推測并證實被轉(zhuǎn)化的腫瘤細胞在某一階段具有特定的核型；,22,5）Lengauer等實驗結(jié)果表明非整倍體確實可以導致細胞基因組不穩(wěn)定，與Duesberg的實驗結(jié)果一致，最近他們的數(shù)學模型表明細胞轉(zhuǎn)化前首先發(fā)生非整倍體核型然后才發(fā)生抑癌基因的變異； 6）推測并證實非腫瘤性永生化細胞的永生化機制也是通過染色體的重新分組而獲得的，是非整倍體核型并且是癌前細胞。,23,上述說明非整倍體假說在邏輯和實驗證據(jù)方面都難以找出缺點，最重要的是不但它的預測結(jié)果能被證實而且以前沒能解釋的實驗現(xiàn)象它還可以解釋清楚。從這些方面看，非整倍體假說可能確實有它自己存在的道理，但是這些能說明基因變異假說就不可靠嗎？Duesberg等提出下列疑問：,24,1 基因變異假說認為致癌因素都是通過基因突變導致腫瘤發(fā)生，但是現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)許多不能引起基因突變卻可誘導腫瘤發(fā)生的化學物質(zhì)； 2 腫瘤的最主要的特征是基因變異，但是20多年的研究并沒有發(fā)現(xiàn)腫瘤存在特定的變異基因； 3 一些遺傳性疾病（如錯配修復缺失的硬皮病和與遺傳有關(guān)的大腸癌患者）為什么只產(chǎn)生特定類型的腫瘤（例如皮膚和大腸癌），而不發(fā)生其他類型的腫瘤；為什么遺傳性的染色體不平衡疾病如Blooms綜合征患者發(fā)生腫瘤的幾率升高100倍；,25,4 基因變異假說認為腫瘤細胞具有很高的突變幾率，是“基因變異集合體”，但是一些實驗表明腫瘤的突變率正常，只有少數(shù)腫瘤突變率中度增高； 5 腫瘤細胞的表型應當與基因變異一樣穩(wěn)定。但大多數(shù)腫瘤表現(xiàn)為遺傳型和表現(xiàn)型不穩(wěn)定； 6 在腫瘤耐藥方面，基因變異假說認為腫瘤細胞產(chǎn)生耐藥性是藥物代謝基因的失活或多藥耐藥基因的激活的結(jié)果，但是為什么正常二倍體細胞的基因變異率非常地低（10-12），但是腫瘤細胞對化療藥物的變異率和多藥耐藥率卻出奇的高（10-3-10-6）？為什么耐藥基因只在腫瘤細胞中存在很高的變異率？,26,7 雖然一些逆轉(zhuǎn)錄病毒和人工制造的癌基因確實可以使正常細胞轉(zhuǎn)化，但這個過程主要依賴病毒的高表達啟動子；另外，病毒制造使細胞轉(zhuǎn)化的蛋白質(zhì)不依賴特定的前體蛋白和酶的作用，只需要宿主細胞提供足夠的氨基酸和核苷酸。由于原癌基因不具備這些特點，因此只是根據(jù)原癌基因和病毒癌基因之間序列的相似來推測原癌基因的激活可以導致腫瘤的假設存在缺陷； 8 以前人們認為細胞的生物化學反應受一些特定限速酶的控制，但是近25年研究表明復雜系統(tǒng)并不受限速酶的控制，所以建立在“限速酶”假說之上的腫瘤基因變異假說存在難以克服的缺陷。,27,Duesberg能夠否定有數(shù)量龐大的實驗依據(jù)支持的基因突變假說嗎？問題的關(guān)鍵在于在腫瘤細胞中非整倍體作用是什么。除此之外，從兩種對立假說的矛盾焦點出發(fā)也可能會發(fā)現(xiàn)問題的癥結(jié)所在。因此需要明確下列問題：,28,是否某些非整倍體可以作為獨立因素導致腫瘤細胞發(fā)生？,人們按照基因變異假說轉(zhuǎn)移癌基因來轉(zhuǎn)化正常細胞，那么按照非整倍體假說用微細胞介導的染色體轉(zhuǎn)移技術(shù)或非致突變劑人工制造非整倍體細胞是否也可以轉(zhuǎn)化正常細胞？因為非整倍體假說認為非整倍體可以導致細胞遺傳性不穩(wěn)定從而引起非整倍體自身催化現(xiàn)象，最終導致腫瘤細胞發(fā)生。,29,促癌劑是通過什么原因促進腫瘤發(fā)生？,化學致癌作用一般分為激發(fā)和促進兩個階段。激發(fā)過程是由致癌物引起不可逆的DNA永久損傷（突變）過程。激發(fā)的細胞具有形成腫瘤的潛能。促癌劑本身不致癌，卻可誘導激發(fā)的細胞發(fā)生腫瘤。那么促癌劑是通過什么原因促進腫瘤發(fā)生？是通過促進被激發(fā)的細胞產(chǎn)生附加突變？是促進非整倍體的產(chǎn)生？是促進被激發(fā)的非整倍體細胞向腫瘤細胞核型的轉(zhuǎn)化速率？還是促癌劑本身可以產(chǎn)生并加速非整倍體產(chǎn)生和演化？,30,免疫監(jiān)視學說,腫瘤免疫的概念是在1909年Ehrlich首先提出的。60年代Thomas、Burnet和Good等人將腫瘤免疫的觀點系統(tǒng)化提出了免疫監(jiān)視學說。 免疫監(jiān)視學說的中心思想：疫系統(tǒng)具有一個十分完備的監(jiān)視功能，能精確地區(qū)分“自己“和“非己“的成分；它不僅能清除外界侵入的各種微生物，排斥同種異體移植物，而且還能消滅機體內(nèi)突變的細胞，防止腫瘤的生長，保護機體的健康。每當免疫監(jiān)視功能由于這種或那種原因被削弱時，便為腫瘤的發(fā)生提供了有利條件；如果機體不具備免疫監(jiān)視功能，人類的腫瘤發(fā)病率會大大提高。 臨床也得到了一些支持的證據(jù),31,腫瘤免疫,著名的腫瘤免疫學奠基人之一Richmond T. Prehn首先發(fā)現(xiàn)腫瘤特異性抗原，在1970年左右提出腫瘤免疫刺激學說，與諾貝爾獎獲得者Bernet的免疫監(jiān)視學說相反。,32,胚胎殘跡假說,胚胎殘跡假說，1829年lobstein和recamier提出癌癥起源于成人體內(nèi)的胚胎殘留組織。該假說也是現(xiàn)在流行的腫瘤起源于干細胞假說的原始鼻祖。 該假說的觀點是，在發(fā)育過程中，少數(shù)組織停止下來，沒有沿著機體大部分細胞發(fā)育的方向繼續(xù)發(fā)育成熟，但是在后來某些因素的影響下有開始其發(fā)育分化歷程，但是走向一個異常的方向。,33,胚胎殘留假說的證據(jù),1、顯微鏡下面，惡性腫瘤細胞分裂活躍，形態(tài)幼稚，與胚胎細胞有著非常類似的特征。 2、胚胎殘留的存在： 1）垂體是咽發(fā)育的一個分支，垂體中常殘留具有形成形成唾液腺的粘膜；咽部的垂體殘留可能是腦咽瘤的前身 。 2）主支氣管在哺乳動物的胚胎某一階段出現(xiàn)，其殘留可