09 第十章 细胞分化与肿瘤.ppt

第1页：第十章 细胞分化与肿瘤

• 细胞分化(Celldifferentiation)
• 癌细胞(Cancercell)

第2页：第一节 细胞分化

• 细胞分化(cell differentiation)：在个体发育中，由一种相同的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生各不相同的细胞类群的过程。
• 细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心；
• 细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成；
• 合成特异性蛋白质实质在于组织特异性基因在时间和空间上的差异性表达；
• 差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控。
• 细胞癌变是正常细胞分化机制失控的表现
• 细胞分化的基本概念
• 影响细胞分化的因素
• 细胞分化与胚胎发育—Hox genes

第3页：同源异型基因与Hox基因

同源异型基因（homeotic selector gene，Hox gene）

• 果蝇体节发育中起关键作用的基因群。
• 含有高度保守的180bp组成的DNA序列，称同源框。编码60个氨基酸，形成
• 螺旋-转角-
• 螺旋结构，与DNA序列大沟相互作用，启动基因表达。
• 同源异型基因在染色体上的排列与胚胎发育在时、空序列上是一致的。

第4页：细胞分化的基本概念

• 细胞分化是基因选择性表达的结果
• 组织特异性基因与当家基因
• 组合调控引发组织特异性基因的表达
• 单细胞有机体的细胞分化
• 转分化与再生

第5页：细胞分化是基因选择性表达的结果

细胞分化是基因选择性表达的结果分子杂交技术检测基因及其表达

第6页：组织特异性基因与当家基因

• 当家基因(house-keeping genes)：
• 是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物是对维持细胞基本生命活动所必需的；
• 组织特异性基因(tissue-specific genes)，或称奢侈基因(luxury genes)：
• 是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特异的功能；
• 调节基因的产物用于调节组织特异性基因的表达，起激活或者起阻遏作用。

第7页：组合调控引发组织特异性基因的表达

• 组合调控（combinational control）概念：有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化的调控机制。即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调节完成的。
• 生物学作用：借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白与其它调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将一种类型的细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚至可以诱发整个器官的形成（如眼的发育）。
• 分化启动机制：靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动。

第8页：转分化与再生

• 一种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞现象称转分化（transdifferentiation）。
• 转分化经历去分化（dedifferentiation）和再分化的过程。
• 生物界普遍存在再生现象（regeneration），再生是指生物体缺失部分后重建过程，广义的再生可包括分子水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水平的再生。
• 不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异。

第9页：单细胞有机体的细胞分化

• 与多细胞有机体细胞分化的不同之处：前者多为适应不同的生活环境，而后者则通过细胞分化构建执行不同功能的组织与器官。
• 多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更为复杂。

第10页：细胞的全能性与影响细胞分化的因素

二、影响细胞分化的因素

• 细胞的全能性(totipotency)
• 影响细胞分化的因素

第11页：细胞的全能性

• 概念：细胞全能性是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜能或特性。
• 植物细胞具有全能性，在适宜的条件下可培育成正常的植株。
• 动物细胞核移植(Nuclear transfer)实验证明细胞核具有发育全能性
• 如蛙红细胞核移植后发育成蝌蚪
• Dolly羊的诞生说明高度分化的哺乳动物体细胞核也具有发育全能性
• 干细胞(Stem cell)与细胞发育潜能
• 干细胞分化模式
• 胚胎干细胞(embryo stem cell)：具有分化成多种细胞类型及构建组织的潜能
• 造血干细胞
• 单能干细胞（monopotential cell）

第12页：影响细胞分化的因素

• 胞外信号分子对细胞分化的影响, 如眼的发生
• 细胞记忆与决定
• 果蝇成虫盘(imaginal disc)
• 受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响
• 细胞间的相互作用与位置效应
• 环境对性别决定的影响
• 染色质变化与基因重排对细胞分化的影响

第13页：第二节 癌细胞

• 肿瘤（tumor，neoplasm）是一种基因病，它是指细胞在致瘤因素作用下，基因发生了改变，失去对其生长的正常调控，导致异常增生。可分为良性和恶性肿瘤两大类。前者生长缓慢，与周围组织界限清楚，不发生转移，对人体健康危害不大。后者生长迅速，可转移到身体其它部位，还会产生有害物质，破坏正常器官结构，使机体功能失调，威胁生命。
• 癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病，是目前危害人类健康最严重的一类疾病。在美国，恶性肿瘤的死亡率仅次于心血管疾病而居第二位。据我国2000年卫生事业发展情况统计公报，城市地区居民死因第一位为恶性肿瘤，其次为脑血管病、心脏病。我国最为常见和危害性严重的肿瘤为肺癌、鼻咽癌、食管癌、胃癌、大肠癌、肝癌、乳腺癌、宫颈癌、白血病及淋巴瘤等。
• 动物体内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞(tumor cell)。
• 癌细胞的基本特征
• 致癌因素
• 癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果
• 癌症能治疗吗？

第14页：癌细胞的基本特征

• 癌细胞有三个显著的基本特征即：不死性，迁移性和失去接触抑制。除此之外，癌细胞还有许多不同于正常细胞的生理、生化和形态特征。
• 癌细胞的形态特征
• 癌细胞的生理特征

第15页：癌细胞的形态特征

• 癌细胞大小形态不一，通常比它的源细胞体积要大，核质比显著高于正常细胞，可达1:1，正常的分化细胞核质比仅为1:4-6。
• 核形态不一，并可出现巨核、双核或多核现象。核内染色体呈非整倍态（aneuploidy），某些染色体缺失，而有些染色体数目增加。正常细胞染色体的不正常变化，会启动细胞凋亡过程，但是癌细胞中，细胞凋亡相关的信号通路产生障碍，也就是说癌细胞具有不死性。
• 线粒体表现为不同的多型性、肿胀、增生，如嗜酸性细胞腺瘤中肥大的线粒体紧挤在细胞内，肝癌细胞中出现巨线粒体。
• 细胞骨架紊乱，某些成分减少，骨架组装不正常。细胞表面特征改变，产生肿瘤相关抗原（tumor associated antigen）。

第16页：癌细胞的生理特征

• 细胞周期失控，不受正常生长调控系统的控制，能持续的分裂与增殖。
• 具有迁移性，细胞粘着和连接相关的成分发生变异或缺失，相关信号通路受阻，细胞失去与细胞间和细胞外基质间的联结，易于从肿瘤上脱落。许多癌细胞具有变形运动能力，并且能产生酶类，使血管基底层和结缔组织穿孔，使它向其它组织迁移。
• 接触抑制丧失，正常细胞在体外培养时表现为贴壁生长和汇合成单层后停止生长的特点，即接触抑制现象，而肿瘤细胞即使堆积成群，仍然可以生长。
• 定着依赖性丧失，正常真核细胞，大多须粘附于特定的细胞外基质上才能抑制凋亡而存活，肿瘤细胞失去定着依赖性，可以在琼脂、甲基纤维素等支撑物上生长。
• 去分化现象，已知肿瘤细胞中表达的胎儿同功酶达20余种。胎儿甲种球蛋白是胎儿所特有的。但在肝癌细胞中表达，因此可做肝癌早期检定的标志特征。
• 对生长因子需要量降低，体外培养的癌细胞对生长因子的需要量显著低于正常细胞，是因为自分泌或其细胞增殖的信号途径不依赖于生长因素。某些固体瘤细胞还能释放血管生成因子，促进血管向肿瘤生长。获取大量繁殖所需的营养物质。
• 代谢旺盛，核酸分解过程明显降低，DNA和RNA的含量均明显增高。
• 蛋白质合成及分解代谢都增强，但合成代谢超过分解代谢，甚至可夺取正常组织的蛋白质分解产物，结果可使机体处于严重消耗的恶病质（cachexia）状态。
• 线粒体功能障碍，即使在氧供应充分的条件下也主要是糖酵解途径获取能量。
• 可移植性，正常细胞移植到宿主体内后，由于免疫反应而被排斥，多不易存活。但是肿瘤细胞具有可移植性，如人的肿瘤细胞可移植到鼠类体内，形成移植瘤。

第17页：致癌因素

• 人类肿瘤约80％是由于与外界致癌物质接触而引起的，根据致癌物的性质可将其分为化学、生物和物理致癌物三大类。根据它们在致癌过程中的作用，可分为启动剂、促进剂、完全致癌物。
• 启动剂是指某些化学、物理或生物因子，它们可以直接改变细胞遗传物质DNA的成分或结构，一般一次接触即可完成，其作用似无明确的阈剂量，启动剂引起的细胞改变一般是不可逆的。
• 促进剂本身不能诱发肿瘤，只有在启动剂作用后再以促进剂反复作用，方可促使肿瘤发生。促癌物的种类也很多，如某些激素、药物等。有的促癌物只对诱发某种肿瘤起促进作用，而对另一种肿瘤的发生不起作用，例如糖精可促进膀胱癌的发生，但对诱发肝癌不起促进作用；苯巴比妥促进肝癌的发生，但不促进膀胱癌的发生。
• 有些致癌物的作用很强，兼具启动和促进作用，单独作用即可致癌。称为完全致癌物。如多环芳香烃、芳香胺、亚硝胺、致癌病毒等。
• 一、化学致癌物
• 二、生物性致癌因素
• 三、物理因素
• 多种理化因子致癌

第18页：化学致癌物

• ①亚硝胺类，这是一类致癌性较强，能引起动物多种癌症的化学致癌物质。在变质的蔬菜及食品中含量较高，能引起消化系统、肾脏等多种器官的肿瘤；
• ②多环芳香烃类，这类致癌物以苯并芘为代表，将它涂抹在动物皮肤上，可引起皮肤癌，皮下注射则可诱发肉瘤。这类物质广泛存在于沥青、汽车废气、煤烟、香烟及熏制食品中；
• ③芳香胺类，如乙萘胺、联苯胺、4-氨基联苯等，可诱发泌尿系统的癌症；
• ④烷化剂类，如芥子气、环磷酰胺等，可引起白血病、肺癌、乳腺癌等；
• ⑤氨基偶氮类，如用二甲基氨基偶氮苯（即奶油黄，可将人工奶油染成黄色的染料）掺入饲料中长期喂养大白鼠，可引起肝癌；
• ⑥碱基类似物，如5-溴尿嘧啶、5-氟尿嘧啶、2-氨基腺嘌呤等，由于其结构与正常的碱基相似，进入细胞能替代正常的碱基参入到DNA链中而干扰DNA复制合成；
• ⑦氯乙烯，目前应用最广的一种塑料聚氯乙烯，是由氯乙烯单体聚合而成。大鼠长期吸入氯乙烯气体后，可诱发肺、皮肤及骨等处的肿瘤。通过塑料工厂工人流行病学调查已证实氯乙烯能引起肝血管肉瘤，潜伏期一般在15年以上；
• ⑧某些金属，如铬、镍、砷等也可致癌。

第19页：生物性致癌因素

• 生物性致癌因素包括病毒、细菌、霉菌等。其中以病毒与人体肿瘤的关系最为重要，研究也最深入。
• 1．肿瘤病毒：
• 逆转录病毒：T淋巴细胞白血病病毒（HTLV）、成人T细胞白血病病毒（ATLV）和爱滋病病毒（HIV）等病毒。逆转录病毒感染机体后，病毒的遗传信息整合到宿主细胞的染色体中，成为细胞的组成部分，一般情况下受到正常细胞的调节控制，病毒处于静止状态，但受到化学致癌物、射线辐射等因素的作用后，可能被激活病毒表达而在体内诱发肿瘤。
• 乙型肝炎病毒：人肝癌细胞DNA中发现有HBV病毒的碱基序列。HBV整合到细胞DNA中，能使细胞DNA发生缺失、插入、转位、突变或易位等改变。
• 乳头状瘤病毒：与生殖道肿瘤的发生有密切关系，并与口腔、咽、喉、气管等处的乳头状瘤和皮肤疣等良性病变有关。在宫颈癌细胞中病毒DNA序列已经整合到宿主细胞的基因组中，宫颈癌的发生与原癌基因c-ras和c-myc的变异和突变有关。
• EB病毒：EB病毒（Epstein-Barr virus，EBV）是一种疱疹病毒，与儿童的Burkitt淋巴瘤和成人的鼻咽癌发生有关。
• 2．霉菌与肿瘤发生
• 目前已知有数十种霉菌毒素对动物有致癌性。但除黄曲霉毒素（aflatoxin）外，对其它的研究都较少。黄曲霉菌广泛存在于污染的食品中，尤以霉变的花生、玉米及谷类含量最多。黄曲霉毒素有许多种，是一类杂环化合物，其中黄曲霉毒素B1是已知最强的化学致癌物之一，可引起人和啮齿类、鱼类、鸟类等多种动物的肝癌。

第20页：物理致癌因素

三、物理因素

• 1．电离辐射
• 电离辐射可以引起人体各部位发生肿瘤，但据估计在所有肿瘤的总病例数中只占2%～3％左右。居里夫人的去世，日本原子弹爆炸后引起白血病的发病率增高，都是著名的例子。
• 辐射可引起染色体、DNA的突变，或激活潜伏的致癌病毒。放射线引起的肿瘤有：白血病、乳腺癌、甲状腺肿瘤、肺癌、骨肿瘤、皮肤癌、多发性骨髓瘤、淋巴瘤等。
• 2．紫外线
• 紫外线照射可引起细胞DNA断裂、交联和染色体畸变，紫外线还可抑制皮肤的免疫功能，使突变细胞容易逃脱机体的免疫监视，这些都有利于皮肤癌和基底细胞癌的发生。近年来由于环境恶化，大气层的臭氧减少，出现地球臭氧空洞，地表紫外线的辐照强度将急剧增高，其诱发人体皮肤癌的潜在危险性将大为增加。据估计，大气臭氧减少1%，皮肤癌就要增加2-6％，美国每年就会增加10000～20000名皮肤癌的患者。

第21页：癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果

• 促进细胞增殖相关基因突变：原癌基因(proto-oncogene)突变形成癌基因(oncogene)
• 抑制细胞增殖相关基因突变：肿瘤抑制基因(tumor-suppressorgene)
• 细胞癌变是基因突变累积和自然选择的结果，所以患者多为年长者。
• 原癌基因与肿瘤抑制基因产物协调作用，避免细胞癌变。

第22页：原癌基因与癌基因

原癌基因(oncogene)是细胞内与细胞增殖相关的基因，是维持机体正常生命活动所必须的，在进化上高等保守。当原癌基因的结构或调控区发生变异(显性突变) ，基因产物增多或活性增强时，使细胞过度增殖，从而形成肿瘤。

• 原癌基因的产物主要包括：①生长因子，如sis，②生长因子受体，如fms、erbB，③蛋白激酶及其它信号转导组分，如src、ras、raf，④细胞周期蛋白，如bcl-1，⑤细胞凋亡调控因子，如bcl-2，⑥转录因子，如myc、fos、jun。
• 癌基因是控制细胞生长和分裂的原癌基因的一种突变形式。

第23页：抑癌基因

• 抑癌基因的产物主要包括：①转录调节因子，如Rb、p53，②负调控转录因子，如WT，③周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CKI），如p15、p16、p21，④信号通路的抑制因子，如ras GTP酶活化蛋白（NF-1），磷脂酶（PTEN）；⑤DNA修复因子，如BRCA1、BRCA2。
• 抑癌基因发生功能丧失性突变(隐性突变)，则导致细胞周期失控而过度增殖。
• Rb（人类视网膜细胞瘤）基因是第一个被克隆的抑癌基因。Rb基因突变导致视网膜母细胞瘤形成。散发性Rb发生较晚，一般只危及一眼，遗传性Rb往往危及双眼，3岁左右发病形成多个肿瘤。
• pRb对细胞周期运转作用
• 在G1期Rb与E2F结合，抑制E2F的活性，在G1/S期Rb被CDK2磷酸化失活而释放出转录因子E2F，促进蛋白质的合成。
• P53基因突变将导致细胞癌变或凋亡

第24页：癌症的治疗

四、癌症能治疗吗

• 传统思路是手术、放疗、化疗
• 癌症治疗新方案
• 免疫治疗(Immunotherapy)
• 基因治疗(Genetherapy)
• 抑制癌症促进蛋白的活性
• 抑制肿瘤血管形成

第25页：几种生物的细胞数目与类型

几种生物的细胞数目与类型：源文件本页仅给出表题，表内文字缺失。建议对照原课件图片补充各种生物（如酵母、果蝇、小鼠、人等）的细胞总数与细胞类型数目对比。

第26页：

第27页：图21-19 细胞分化相关示意图

Fig.21-19

第28页：

第29页：

第30页：

第31页：

第32页：

第33页：

第34页：

第35页：

第36页：

第37页：

第38页：

第39页：

第40页：

第41页：

第42页：

第43页：

第44页：

第45页：

第46页：

第47页：

第48页：一些肿瘤相关的病毒

一些肿瘤相关的病毒：源文件本页仅给出标题，表内文字缺失。建议对照原课件图片补充病毒名称、所属病毒科及其与人类肿瘤（如肝癌、宫颈癌、Burkitt淋巴瘤等）的对应关系。