生物化學(xué)和分子生物學(xué)5

生物化學(xué)和分子生物學(xué)5第1頁/共59頁2現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為，疾病的發(fā)生直接或間接與基因有關(guān)人類疾病都是：“基因病”經(jīng)典單基因病多基因病獲得性基因病經(jīng)典單基因?。褐饕∫蚴悄硞€(gè)基因位點(diǎn)上產(chǎn)生了缺陷等位基因，如：地中海貧血、白化病多基因?。荷婕岸鄠€(gè)基因及調(diào)控這些基因表達(dá)的環(huán)境因子之間的相互作用，如：高血壓、糖尿病獲得性基因病：主要是由病源微生物感染引起的傳染病，如肝炎、艾滋病第2頁/共59頁3腫瘤：一群生長失去正常調(diào)控的細(xì)胞形成的新贅生物（neoplasm）。腫瘤的發(fā)生多因素、多基因、多階段、多途徑第3頁/共59頁4Whatisthedifferencebetweenthebenignandmalignanttumor?

Benigntumor（良性腫瘤）:cellsstayedtogetherinonemassBenightumorusuallyarenotlifethreatening,andtheirsurgicalremovalgenerallyresultsinacompletecureMalignanttumor，cancer（惡性腫瘤，癌):cellscaninvadeanddisruptsurroundingtissues,canalsobreakofffromthetumorandmovetootherpartofthebodyThespreadingofmalignanttumorcellsthroughoutthebodyiscalledmetastasis（轉(zhuǎn)移）第4頁/共59頁5癌發(fā)生涉及多個(gè)基因的變化。細(xì)胞水平——癌是體細(xì)胞遺傳病基因水平——癌是多基因病癌的發(fā)生與常見的復(fù)雜性疾病一樣，也是由遺傳因素（基因變化）和環(huán)境相互作用的結(jié)果

——

癌是多因素病癌的遺傳事件不是單一而是多途徑如DNA甲基化。

——

癌是多途徑機(jī)制癌的發(fā)生經(jīng)歷基因多次突變的累積，其發(fā)展是一個(gè)多階段的過程。

——

癌是多階段

——

早發(fā)現(xiàn)、早治療、早預(yù)防第5頁/共59頁6一環(huán)境因素與腫瘤發(fā)生化學(xué)致癌物輻射病毒第6頁/共59頁7化學(xué)致癌物是80-90%人類腫瘤形成的病因。

第7頁/共59頁8輻射

輻射能量，如紫外線或電離輻射，在體外使細(xì)胞轉(zhuǎn)化，在體內(nèi)誘發(fā)腫瘤。輻射起致突變作用，通過造成DNA損傷而引起細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化。

第8頁/共59頁9

紫外線有三種波長：UVA（320-400nm），UVB（280-320nm）和UVC（200-280nm）。UVB易被DNA堿基吸收，引起DNA堿基的改變，因此，被認(rèn)為與皮膚癌的發(fā)生有關(guān)。第9頁/共59頁10

電離輻射包括電磁輻射（X-線和γ線）和特殊輻射（α-粒子、β-粒子、原子和中子）。自然環(huán)境的一部分，具有致癌性。電離輻射是廣泛的致癌物，可以誘導(dǎo)幾乎任何年齡、任何物種的任何組織癌變。與紫外輻射不同，單獨(dú)置于電磁輻射足以形成腫瘤。

第10頁/共59頁11病毒

現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)大量與人類腫瘤相關(guān)的DNA和RNA病毒。這些病毒是通過整合到宿主細(xì)胞DNA而發(fā)揮作用的。

第11頁/共59頁12常見的DNA病毒：特異性嗜淋巴細(xì)胞性皰疹病毒（EBV）、乳頭瘤病毒（HPV）和乙肝病毒。常見的RNA病毒：人類T細(xì)胞白血病病毒和人類免疫缺陷病毒。EBV主要與Burkitt淋巴瘤和鼻咽癌的發(fā)生相關(guān)。98%非洲人Burkitt淋巴瘤有EBV感染史。100%的鼻咽癌有EBVDNA。免疫缺陷病毒可以引起艾滋病和腫瘤在內(nèi)的多種疾病。第12頁/共59頁13第13頁/共59頁14二遺傳性腫瘤少數(shù)來源于神經(jīng)或胚胎組織的腫瘤常為遺傳性腫瘤。這些腫瘤按常染色體顯性遺傳方式遺傳，常為雙側(cè)性或多發(fā)性，發(fā)病早于散發(fā)型病例。遺傳性腫瘤雖然少見，但在腫瘤病因?qū)W研究上有重要意義。第14頁/共59頁15視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤（Retinoblastoma，RB)

兒童期（多在4歲以前）發(fā)病的一種眼內(nèi)的惡性腫瘤發(fā)生率約1/21000～1/10000

臨床表現(xiàn)：早期為眼底灰白色腫塊，多無自覺癥狀，以后腫瘤長入玻璃體，使瞳孔呈黃色光反射時(shí)，才容易被發(fā)現(xiàn)，稱為“貓眼”。

遺傳型多為雙側(cè)發(fā)病，發(fā)病早，有家族史。非遺傳型多為單側(cè)發(fā)病，發(fā)病晚，無家族史。第15頁/共59頁16癌基因和抑癌基因

腫瘤發(fā)生的分子基礎(chǔ)第16頁/共59頁17癌基因（oncogene)的發(fā)現(xiàn)Rous于1911年首先發(fā)現(xiàn)雞肉瘤病毒（后稱勞斯肉瘤病毒RSV），研究證明它是一種反轉(zhuǎn)錄病毒，在接種給雞后誘發(fā)肉瘤1966年，85歲的勞斯獲得諾貝爾獎。第17頁/共59頁18反轉(zhuǎn)錄病毒第18頁/共59頁19

調(diào)節(jié)和啟動轉(zhuǎn)錄

LTR

gag

pol

env

src

LTR

長末端重復(fù)序列癌基因正常的病毒基因產(chǎn)生病毒表面糖蛋白產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)錄酶和整合酶

產(chǎn)生病毒垮膜蛋白反轉(zhuǎn)錄病毒基因組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生p60src蛋白質(zhì)，磷酸化蛋白。靶蛋白磷酸化（P295）第19頁/共59頁20反轉(zhuǎn)錄病毒的復(fù)制第20頁/共59頁21原癌基因的發(fā)現(xiàn)1976年Bishop證明正常細(xì)胞中存在病毒癌基因（v-oncogene)的同源序列——原癌基因(proto-oncogeng)。第21頁/共59頁22

原癌基因(proto-oncogene)

是細(xì)胞正常生長、分化所必需的，是生長發(fā)育過程中所不可缺少的。在發(fā)育過程中的一定時(shí)間、一定組織中定量的表達(dá)，產(chǎn)生生命活動中所必需的蛋白質(zhì)，促進(jìn)某些生命過程的進(jìn)行，使生長發(fā)育得以實(shí)現(xiàn)。在機(jī)體生長發(fā)育過程完成后多處于關(guān)閉狀態(tài)，即不表達(dá)或低表達(dá)。一旦在錯(cuò)誤的時(shí)間，不恰當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，不適量表達(dá)即可能導(dǎo)致細(xì)胞無限制的增長而趨于惡性轉(zhuǎn)化。第22頁/共59頁23

原癌基因（proto-oncogene）

正常細(xì)胞內(nèi)存在的、參與細(xì)胞生長分化并具有使細(xì)胞癌變潛能的基因癌基因（oncogene）使細(xì)胞發(fā)生癌變、引起細(xì)胞無限增殖和惡性轉(zhuǎn)化的基因。在腫瘤細(xì)胞中原癌基因往往被激活，處于活躍表達(dá)的狀態(tài)第23頁/共59頁24原癌基因的功能和分類依其編碼產(chǎn)物（分布于細(xì)胞的不同部位）功能分類：

1生長因子：sis、PDGF2生長因子受體：erbB1，EGFR3信號傳遞因子：src、Ras4核轉(zhuǎn)錄因子：Raf（細(xì)胞質(zhì)）

myc，fos，jun等。

5細(xì)胞周期素、CDK網(wǎng)絡(luò)成分和激酶抑制子

第24頁/共59頁25原癌基因在細(xì)胞內(nèi)的分布第25頁/共59頁26原癌基因的激活機(jī)制

細(xì)胞中原癌基因可以通過一些機(jī)制被激活,導(dǎo)致基因表達(dá)或過表達(dá),從而使細(xì)胞癌變,

一般分為4類:基因擴(kuò)增啟動子插入激活點(diǎn)突變?nèi)旧w易位或重排第26頁/共59頁27

人類腫瘤的代表性癌基因及其分類

原癌基因

癌基因

活化機(jī)制

亞細(xì)胞定位

人類的腫瘤

生長因子：

PDGF-β鏈

sis

過度表達(dá)

細(xì)胞外

星形細(xì)胞，骨肉瘤，乳腺癌等

FGF

hst-1

過度表達(dá)

細(xì)胞外

胃癌，膠質(zhì)母細(xì)胞癌

生長因子受體：

EGFR家族

erb-B1

過度表達(dá)

透膜

肺鱗癌，腦膜瘤，卵巢癌等

erb-B2

擴(kuò)

增

透膜

乳腺癌，卵巢癌，肺癌，胃癌等

erbB-3

過度表達(dá)

透膜

乳腺癌

csf-1受體

fms

點(diǎn)突變

透膜

白血病

參與信息轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白質(zhì)：

結(jié)合GTP

H-ras

點(diǎn)突變

胞膜內(nèi)

甲狀腺癌，膀胱癌等

K-ras

點(diǎn)突變

胞膜內(nèi)

結(jié)腸癌、肺癌、胰腺癌等

N-ras

點(diǎn)突變

胞膜內(nèi)

白血病，甲狀腺癌

細(xì)胞核調(diào)節(jié)性蛋白質(zhì)：

轉(zhuǎn)錄活化物

c-myc

易

位

核

內(nèi)

Burkitt淋巴瘤

N-nyc

擴(kuò)

增

核

內(nèi)

神經(jīng)母細(xì)胞瘤，肺小細(xì)胞癌

L-myc

擴(kuò)

增

核

內(nèi)

肺小細(xì)胞癌

第27頁/共59頁28EvidenceofTumorSuppressorGenesHenryHarris’sexperiment(1960):fusenormalcellwithcancercellandobservetheresultinghybridcells.Expectation:allhybridcellsbecancerousResult:somehybridcellsdidnotformtumorHypothesis:normalcellscontaingeneproductsthathastheabilitytosuppresstheuncontrolledcellproliferationofcancercellsAnotherevidence:incertaincancersthespecificchromosomeregionsweredeletedfrombothhomologues第28頁/共59頁29腫瘤抑制基因/抑癌基因

（TumorSuppressorGene，TSG）

正常細(xì)胞中存在的一類調(diào)節(jié)細(xì)胞生長增殖分化的基因，具有抑制腫瘤細(xì)胞增殖作用。與原癌基因區(qū)別：原癌基因是顯性基因，一個(gè)等位基因突變即可顯示致癌效應(yīng)；腫瘤抑制基因的突變，則是隱性的。一個(gè)腫瘤抑制等位基因發(fā)生突變，不會發(fā)生致癌效應(yīng)。即只有當(dāng)其一對基因拷貝失活、喪失功能后，形成隱性狀態(tài)才失去抑制腫瘤發(fā)生的作用，故亦稱隱性癌基因。第29頁/共59頁30抑癌基因與原癌基因在生物學(xué)上有以下幾點(diǎn)差異：①在功能上，抑癌基因起負(fù)調(diào)控作用，而原癌基因起正調(diào)控作用；②在遺傳方式上，原癌基因是顯性的，而抑癌基因在細(xì)胞水平上是隱性的，③在突變發(fā)生的細(xì)胞類型上，抑癌基因突變可以發(fā)生在體細(xì)胞中，也可能發(fā)生在生殖細(xì)胞中并通過生殖細(xì)胞得到遺傳。原癌基因突變只發(fā)生在體細(xì)胞中。第30頁/共59頁31第31頁/共59頁32RB基因—第一個(gè)被克隆的TSG第32頁/共59頁33癌的發(fā)生與細(xì)胞周期的調(diào)控

Rb1及其產(chǎn)物與細(xì)胞周期的調(diào)控P53及其產(chǎn)物與細(xì)胞周期的調(diào)控第33頁/共59頁34TSG與細(xì)胞周期：G1SG2MRBE2FCyclin/cdkE2F磷酸化P16、P21、P27等Ｒb１及其產(chǎn)物在細(xì)胞周期的G1期發(fā)揮調(diào)控40%的癌癥發(fā)生Rb的突變或缺失，RB蛋白質(zhì)是細(xì)胞周期G1/S期的因子，起DNA復(fù)制阻斷的作用，它能與失活的轉(zhuǎn)錄因子E2F結(jié)合，防止DNA復(fù)制。Rb的突變使其蛋白質(zhì)失活，E2F被釋放，誘導(dǎo)DNA不斷復(fù)制，使細(xì)胞無休止地分裂。第34頁/共59頁35P53及其產(chǎn)物與細(xì)胞周期調(diào)控P53編碼轉(zhuǎn)錄因子，多種類型腫瘤中都存在其突變和缺失而致腫瘤的發(fā)生，在約50％的腫瘤細(xì)胞中，可以檢測到P53發(fā)生了突變與RB1作用相似，亦為隱性純合性致癌第35頁/共59頁36P53突變的致癌機(jī)理：P53的突變或缺失將使細(xì)胞受在到輻射損傷或致癌物刺激時(shí)無法阻斷細(xì)胞周期，細(xì)胞失去了對G1期的監(jiān)控功能，使細(xì)胞帶著受損傷的DNA繼續(xù)分裂（G1→S)，加速了基因組的不穩(wěn)定性，導(dǎo)致一系列突變的積累，最終轉(zhuǎn)化成逃避監(jiān)控的惡性細(xì)胞。第36頁/共59頁37一些重要的TSG

TSG染色體定位TSG染色體定位

p5317p13.1RB13q14.1WT111p13p169q21P159q21NF117q1.2P216p21.1p2712p13BRCA117q12DCC8q21.2FAP5q21p731p36.33NM2317q21.3第37頁/共59頁38癌癥的多階段發(fā)生學(xué)說(multi-stage)第38頁/共59頁39Thedevelopmentofcanceris

notasuddeneventingeneralCancerisbelievedtobetheresultsofaseriesofgeneticmutationsofspecialclassesofgenesinacelloveraperiodoftimeTheescalatinggeneticdamagescausecelllostabilitytorespondtogrowthregulatingsignals---dividesuncontrollably*APC:anaphasepromotingcomplex*DCC:codeforglycoprotein,tumorsuppressing第39頁/共59頁40

結(jié)腸癌發(fā)生的分子事件第40頁/共59頁41小結(jié)腫瘤的發(fā)生既有環(huán)境因素的作用，也有遺傳因素的作用。無論是原癌基因還是抑癌基因，都是調(diào)控細(xì)胞正常生長、增殖與分化的基因。腫瘤的發(fā)生是一個(gè)多因素、多階段、累計(jì)漸進(jìn)的過程。第41頁/共59頁42核輻射獲得性免疫缺陷綜合癥/艾滋?。ˋcquiredimmunedeficiencysyndrome,AIDS）乙型肝炎(HepatitisB)

第42頁/共59頁43什么是核輻射？放射性物質(zhì)以波或微粒形式發(fā)射出的一種能量就叫核輻射，核爆炸和核事故都有核輻射。核輻射主要是α、β、γ三種射線：

α射線是氦核，只要用一張紙就能擋住，但吸入體內(nèi)危害大；β射線是電子，皮膚沾上后燒傷明顯。這兩種射線由于穿透力小，影響距離比較近，只要輻射源不進(jìn)入體內(nèi)，影響不會太大；γ射線的穿透力很強(qiáng)，是一種波長很短的電磁波。y輻射和X射線相似，能穿透人體和建筑物，危害距離遠(yuǎn)。宇宙、自然界能產(chǎn)生放射性的物質(zhì)不少，但危害都不太大，只有核爆炸或核電站事故泄漏的放射性物質(zhì)才能大范圍地對人員造成傷亡。電磁波是很常見的輻射，對人體的影響主要由功率(與場強(qiáng)有關(guān))和頻率決定第43頁/共59頁44如果暴露在核輻射中，身體能立即感受到什么感覺嗎？當(dāng)你暴露于核輻射環(huán)境下，你可能會得輻射病。這種病是有癥狀的。幾小時(shí)內(nèi)你就會感到惡心嘔吐，隨后會出現(xiàn)腹瀉、頭痛或發(fā)燒等癥狀。在最初的癥狀過去之后，可能會出現(xiàn)一個(gè)短暫的無癥狀期，但數(shù)周后就會出現(xiàn)新的、更嚴(yán)重的癥狀。第44頁/共59頁45輻射對人體造成的傷害能治愈嗎？雖然輻射可能對人體造成損傷，但如果劑量不高，機(jī)體可以通過自身的代謝過程對受損傷的細(xì)胞或局部組織進(jìn)行修復(fù)。這種修復(fù)作用程度的大小，既與原初損傷的程度有關(guān)，又可能因個(gè)體間的差異而有所不同。第45頁/共59頁46輻射對人體健康有何種危害？暴露于電離輻射可能會增加患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。對原子彈爆炸幸存者、接受放射診療的病人、職業(yè)受照人群以及前蘇聯(lián)切爾諾貝利核事故受照人群的輻射流行病學(xué)研究表明，在全身輻射劑量低于100毫西弗(mSv)時(shí)，未發(fā)現(xiàn)明顯的輻射致癌效應(yīng)。對日本原子彈爆炸幸存者的調(diào)查研究表明，在遭受輻射后數(shù)年里，患白血病的風(fēng)險(xiǎn)增加；10年后患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)增加。第46頁/共59頁47輻射可能對人體造成的長期影響是什么？輻射對人體健康的長期影響最嚴(yán)重的方面是它會引發(fā)癌癥。一般而言，一個(gè)正常的細(xì)胞一旦到了其壽命，它會“自殺”，從而死亡，給新生的細(xì)胞讓路。而當(dāng)細(xì)胞喪失了這種“自殺”功能時(shí)，癌癥便發(fā)生了。這種細(xì)胞變得“永生不老”，持續(xù)進(jìn)行細(xì)胞分裂增殖，失去控制。第47頁/共59頁48面對輻射污染，兒童是否面臨更大的風(fēng)險(xiǎn)？從某種意義上來說，是的。這是因?yàn)閮和纳L更為迅速，細(xì)胞分裂也更加頻繁，細(xì)胞在對損傷進(jìn)行自動修復(fù)時(shí)也就有更大的幾率出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致嚴(yán)重后果。在1986年烏克蘭切爾諾貝利核電站事件發(fā)生之后，聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織注意到當(dāng)?shù)氐膬和技谞钕侔┑谋壤霈F(xiàn)顯著上升。第48頁/共59頁49獲得性免疫缺陷綜合癥/艾滋?。ˋcquired