肿瘤发生和演进的机制

肿瘤tumorneoplasia肿瘤的概念肿瘤是机体在各种致瘤因素作用下，局部组织细胞的基因发生改变，导致异常增生而形成的新生物，通常形成局部肿块。正常细胞核内DNA，密码的基因除完成细胞功能外，尚有潜在调控细胞生长的基因原癌基因（pro-oncogene）、抑制细胞增殖的基因、细胞DNA损伤后能进行修复的DNA修复基因(DNArepairgene)和细胞DNA损伤后不能修复的凋亡基因(apoptoticgene)维持正常细胞生长、分化和稳定的遗传性状。肿瘤发生是致瘤因素作用于细胞核内DNA，使遗传密码发生改变，使某些细胞的调控基因或癌基因（oncogene）、肿瘤抑制基因(tumorsuppressorgene,TSG)、凋亡基因(apoptoticgene)和DNA修复基因(DNArepairgene)异常表达，使正常细胞转化为肿瘤细胞。一、肿瘤的异常增生肿瘤的增生与非肿瘤性增生的区别：炎症、损伤时增生的组织是适应机体的需要，当病因消除后，组织的结构、功能可恢复正常，增生就停止了。肿瘤组织生长旺盛，呈持续性(continous)、自主性生长(self-renewal)，与机体不协调，即使致瘤因素停止刺激，仍保持自主性生长。与整个机体不协调相对无止境的旺盛生长非肿瘤性增殖特点：1、多克隆性(polyclonal)2、反应性增生，是机体需要的，对机体有利;3、增殖的细胞或组织能够分化成熟;4、原因消除后不再继续增生;一般说机体内各种组织的细胞均可发生肿瘤。不同组织的细胞发生肿瘤的潜能不同。一般说成熟度低、增殖能力强的细胞成分，更容易发生肿瘤。二肿瘤的生长与扩散一）、生长方式：1、Expansivegrowth（膨胀性生长）2、Infiltrativegrowth（浸润性生长）3、Exophyticgrowth（外生性生长）二）、肿瘤的生长速度分化：细胞成熟的过程；一般说，良性肿瘤分化好，生长缓慢；而恶性肿瘤分化差，生长较快。倍增时间（Doublingtime）：即肿瘤细胞增加一倍所需要的时间(细胞增殖周期？）；生长分数：细胞群体中处于增殖状态（S、G2、M）的细胞比例；细胞丢失：坏死和凋亡；血管形成：营养的供应；Growthfraction（生长分数）处于增殖状态（S、G2、M）的细胞比例生长最旺盛的肿瘤增殖指数也仅有20%左右。恶性肿瘤生长分数高；良性肿瘤生长分数低；细胞增殖周期:是指细胞从一次分裂结束开始生长，到下一次分裂结束所经历的过程。细胞增殖周期可分为两个时期，即间期和分裂期。•细胞间期包括•G1、S和G2期：G1期：DNA复制前的准备阶段，合成蛋白、糖类、脂类等，但不合成DNA，是细胞的最初生长期。决定G1期向S期转换的特定时期称起始点（或限制点，或检验点），受内外多种因素的控制。进入G1期的细胞有三种结局：①连续分裂细胞，在细胞周期中连续运转因而又称为周期细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。②休眠细胞暂不分裂，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期，称G0期细胞，如淋巴细胞、肝细胞等。③不分裂细胞，指不可逆地脱离细胞周期，不再分裂的细胞，又称终端细胞，如红细胞、神经、肌肉、多形核细胞等等。S期：DNA合成，在真核生物DNA与组蛋白结合，形成核小体,以核小体为单位进行复制。持续时间大约7－8小时。G2期：DNA复制完成后的准备阶段：合成大量蛋白质，能否进入M期，受G2期检验点的控制，历时较短而恒定，哺乳动物细胞一般为1－1.5小时。细胞分裂期即M期：从间期结束时开始，到新的间期出现时的一个阶段，它也是一个连续的动态变化过程。根据其主要变化特征，可将其分为前期、中期、后期和末期四个分期。前期：染色质逐渐凝集形成一定数目和形状的染色体，核膜及核仁逐渐解体消失；在间期复制的中心体分开，逐渐向细胞的两极移动；每个中心体的周围出现很多放射状的细丝，两个中心体之间的细丝连接形成纺锤体，这些细丝即是微管结构。中期：染色体高度凝集，并集中排列在细胞的中部平面上，形成赤道板。后期：染色体在着丝点处完全分离，各自成为染色单体，两组染色单体受纺锤丝牵引，分别向细胞两极移动。与此同时，细胞向两极伸长，中部的细胞质开始缩窄，细胞膜内陷。两个中心体已移到细胞的两极，纺锤体更明显，纺锤丝与每个染色体的着丝点相连。末期：染色体逐渐解螺旋恢复为染色质纤维；核仁和核膜重新出现，形成新的胞核；细胞中部继续缩窄变细，最后断裂形成两个子细胞，完成有丝分裂;子细胞即进入下一周期的间期。细胞周期调控1、细胞周期检验点：细胞要分裂，必须正确复制DNA、合成足够的蛋白（细胞器、骨架等）和达到一定的体积，在获得足够物质支持分裂以前，细胞不可能进行分裂。细胞周期的运行，是在一系列称为检验点（checkpoint）的严格检控下进行的，当DNA发生损伤，复制不完全或纺锤体形成不正常，周期将被阻断。细胞周期检验点由感受异常事件的感受器、信号传导通路和效应器构成。细胞周期检验点•G1/S检验点:控制细胞由静止状态的G1进入DNA合成期，相关的事件包括：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？•S期检验点：DNA复制是否完成？•G2/M检验点：是决定细胞一分为二的控制点，相关的事件包括：DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？•中-后期检验点（纺锤体组装检验点）：任何一个着丝点没有正确连接到纺锤体上，都会抑制APC的活性，引起细胞周期中断。2、细胞周期蛋白激酶（CDK):•与细胞周期蛋白结合才具有激酶的活性,可将靶蛋白磷酸化而产生相应的生理效应，使细胞周期的不断运行。CDK激酶和其调节因子又被称作细胞周期引擎。•发现的CDK在动物中有7种。各种CDK分子均含有一段相似的激酶结构域即PSTAIRE，与周期蛋白的结合有关。3、细胞周期蛋白激酶抑制剂（CKI):•对细胞周期起负调控作用;•CKI分为两大家族:①Ink4(Inhibitorofcdk4)，如P16、P15、P18c和P19，特异性抑制cdk4·cyclinD1、cdk6·cyclinD1复合物。②Kip(Kinaseinhibitionprotein)：包括、P27、P57等，能抑制大多数CDK的激酶活性;4、细胞周期蛋白cyclin:•周期蛋白激活CDK的作用,决定了CDK何时、何处、将何种底物磷酸化，从而推动细胞周期的前进;•在脊椎动物中为A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等;•分为G1型、G1/S型、S型和M型4类；•各类周期蛋白均含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介导周期蛋白与CDK结合。不同类型的周期蛋白激酶复合体脊椎动物CyclinCDKG1-CDKCyclinD*CDK4、6G1/S-CDKCyclinECDK2S-CDKCyclinACDK2M-CDKCyclinBCDK1(CDC2)*D1-3，各亚型cyclinD，在不同细胞中的表达量不同，但具有相同的功效•细胞在生长因子的刺激下，G1期cyclinD表达，并与CDK4、CDK6结合成复合物；进而使下游的蛋白质如Rb磷酸化；磷酸化的Rb释放出转录因子E2F，促进许多基因的转录，如编码cyclinE、A和CDK1的基因。•在G1-S期，cyclinE与CDK2结合，促进细胞通过G1/S限制点而进入S期。在G2-M期，cyclinA、cyclinB与CDK1结合，CDK1使底物蛋白磷酸化、如将组蛋白H1磷酸化导致染色体凝缩，核纤层蛋白磷酸化使核膜解体等下游细胞周期事件。细胞周期的时间细胞周期和增殖：1、流式细胞仪检测不同细胞周期的比例；2、免疫组化检测Ki67或PCNA可以反应细胞增殖状态；细胞丢失＝坏死＋凋亡凋亡：是细胞的程序性死亡；由体内外某些因素触发细胞内预存的死亡程序所导致细胞的主动死亡过程;保障细胞正常遗传形状稳定的基础；组织胚胎发育、成体组织器官的激素撤退、成熟细胞的更换、自身免疫性疾病,肿瘤过程区别点细胞凋亡细胞坏死起因生理或病理性病理性变化或剧烈损伤范围单个散在细胞大片组织或成群细胞细胞膜保持完整，一直到形成凋亡小体破损染色质凝聚在核膜下呈半月状呈絮状细胞器无明显变化肿胀、内质网崩解细胞体积固缩变小肿胀变大凋亡小体有，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬无，细胞自溶，残余碎片被巨噬细胞吞噬基因组DNA有控降解，电泳图谱呈梯状随机降解，电泳图谱呈涂抹状蛋白质合成有无调节过程受基因调控被动进行炎症反应无，不释放细胞内容物有，释放内容物。凋亡细胞的主要特征是：①染色质聚集、分块、位于核膜上，胞质凝缩，最后核断裂，细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体；②凋亡小体内有结构完整的细胞器，还有凝缩的染色体，可被邻近细胞吞噬消化，因始终有膜封闭，没有内溶物释放，故不会引起炎症；③凋亡细胞中仍需要合成一些蛋白质，但是在坏死细胞中ATP和蛋白质合成受阻或终止；④核酸内切酶活化，导致染色质DNA在核小体连接部位断裂，形成约200bp整数倍的核酸片段，凝胶电泳图谱呈梯状；⑤凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病理性变化。细胞凋亡激活和执行蛋白－Caspase家族•Caspase属于半胱氨酸蛋白酶，相当于线虫中的ced-3，这些蛋白酶是引起细胞凋亡的关键酶。•特点：①酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲和性；②总是在天冬氨酸之后切断底物，所以命名为caspase（cysteineaspartate-specificprotease）③都是由两大、两小亚基组成的异四聚体，大、小亚基由同一基因编码，前体被切割后产生两个活性亚基。•按功能分类：执行蛋白如caspase-3、6、7，它们可直接降解胞内的结构蛋白和功能蛋白，引起凋亡；启动蛋白如caspase-8、9，受到信号后，能通过自剪接而激活，然后引起caspase级联反应，如caspase-8可依次激活caspase-3、6、7。•凋亡执行蛋白Caspase3、6和7的功能1）可激活核酸酶CAD（caspase-activatedDnase),CAD能在核小体的连接区将其切断，形成约为200bp整数倍的核酸片段。正常情况下CAD存在于胞质中，并且与抑制因子ICAD/DFF-45蛋白结合，不能进入细胞核。活化的Caspase可以降解ICAD/DFF-45，释放出CAD，使它进入细胞核降解DNA。2）分解或剪切关键性细胞基质包括细胞骨架的结构蛋白，核蛋白如DNA修复酶。•凋亡启动蛋白Caspase8和9的活化调控1）受凋亡受体信号通路的激活：2）受凋亡酶活化因子的激活3）细胞中还具有caspase的抑制因子，称为IAPs（inhibitorsofapoptosisproteins），属于一个庞大的蛋白家族。它们能通过BIR结构域（baculovirusIAPrepeatsdomain）与caspase结合，抑制其活性，如XIAP。诱导细胞凋亡的因素：死亡受体；离子照射；病毒攻击；细胞应激：生长因子或血清缺乏氧自由基等；T淋巴细胞释放的毒性颗粒•TNF(tumournecrosisfactor)•TNFR1(TumourNecrosisFactorReceptor-1)•DD(deathdomain）•TRAF2(TNF-associatedfactor2)•TRADD（TNFR-associateddeathdomain）•TRAIL(TNF-relatedapoptosisinducingligand)•FADD(Fas-associateddeathdomain)•DED(deatheffecterdomain)•DISC(DeathInducingSignalingComplex)•RAIDD(RIP-associatedICH-1/CED-3homologousproteinwithadeathdomain)•CARD(caspaserecruitmentdomain)•AIF(apoptosisinducingfactor)•Apaf-1（apoptoticproteaseactivatingfactor-1）•IAPs（inhi