第二章 肿瘤分子生物学与细胞生物学

第二章肿瘤分子生物学与细胞生物学肿瘤，这个让人们闻之色变的词汇，一直是医学领域研究的重点和难点。

在探索肿瘤的奥秘中，肿瘤分子生物学与细胞生物学的研究发挥着至关重要的作用。

我们先来了解一下什么是细胞生物学。

细胞生物学主要研究细胞的结构、功能和生命活动规律。

对于肿瘤细胞而言，其在细胞层面上发生了诸多异常变化。

正常细胞通常遵循着严格的生长、分裂和凋亡程序，以维持身体的平衡和稳定。

然而，肿瘤细胞却打破了这种平衡。

肿瘤细胞具有不受控制的增殖能力。

它们不再对正常的生长调控信号做出反应，不断地分裂和繁殖，形成肿瘤组织。

这是因为肿瘤细胞中的一系列基因发生了突变，导致细胞周期调控机制失常。

细胞周期就像是一个精确的时钟，控制着细胞何时生长、何时分裂。

但在肿瘤细胞中，这个时钟被打乱了，细胞不停地运转，永不停歇。

同时，肿瘤细胞还具有逃避凋亡的能力。

凋亡是细胞的一种自我毁灭机制，当细胞受到损伤或者出现异常时，就会启动凋亡程序，以防止异常细胞的积累。

但肿瘤细胞通过改变相关基因的表达或功能，使得凋亡信号无法正常传递，从而得以存活和继续增殖。

接下来，我们看看分子生物学在肿瘤研究中的作用。

分子生物学侧重于研究生物大分子，如 DNA、RNA 和蛋白质的结构和功能。

在肿瘤中，DNA 的突变是导致肿瘤发生的根本原因之一。

基因突变可以分为原癌基因的激活和抑癌基因的失活。

原癌基因就像是汽车的油门，正常情况下适度地促进细胞生长和分裂。

但一旦发生突变，原癌基因就会被过度激活，变成“疯狂的油门”，使细胞失控地生长。

例如，ras 基因的突变在许多肿瘤中都被发现，导致细胞内的信号传导通路持续激活，促进细胞增殖。

而抑癌基因则如同汽车的刹车，正常情况下能够抑制细胞的过度生长和分裂。

当抑癌基因发生突变而失去功能时，就如同刹车失灵，细胞无法被有效抑制，从而引发肿瘤。

p53 基因就是一个著名的抑癌基因，其突变在多种肿瘤中都很常见。

此外，肿瘤细胞的代谢也发生了显著变化。

非病毒性生物载体（化学和物理方法）由于病毒载体是一类外源性的核酸结构材料, 且病毒本身存在一些无法解决的问题, 故不少研究人员正在努力寻找一些人体本身的生物结构材料来作为人类基因治疗的载体, 如人体细胞某些核酸结构材料.非病毒载体广义上讲就是除了病毒载体外的所有基因治疗载体。

本质：模仿病毒非病毒载体具有较好的临床应用前景，但需要解决对靶细胞转染的定向性、转染效率低、表达时间短、全身应用及保存不稳定性等问题。

在多学科的共同努力，非病毒基因载体的基因治疗将不断降低不良反应，提高疗效。

1) 裸DNA(naked DNA)（基因枪，水压法）将目的基因连接在表达质粒或噬菌体中直接注射而不依赖其它物质介导，是最简单的非病毒载体系统。

将质粒直接导入动物组织，诱导动物的免疫系统对所表达的蛋白质产生体液免疫或细胞免疫，即基因疫苗。

Nakamura等将荧光素酶基因的裸DNA直接接种到小鼠胃浆膜下，发现该基因能在胃部明显高表达，一次接种后的高表达时间可持续12h之久，其他临近器官则无明显基因表达。

肌内注射后可直接诱导相应的免疫反应，也可检测到DNA明显表达。

电穿孔(electroporation)技术和微粒子轰击法(microparticle bombardment，即基因枪)的出现，大大提高了裸DNA的转染效率，而且可使DNA直接到达细胞核，避免了各种酶对DNA的降解。

Dietrich等采用该方法将白介素12／自介素2基因质粒转染皮下负荷Lewis肺癌的裸鼠，证明能明显减慢肿瘤生长、减少肿瘤转移、延长宿主生存期。

2) 脂质体和脂质复合物(Liposome and lipoplexes)脂质体能够介导极性大分子穿透细胞膜，携带DNA进入细胞。

脂质体可分为中性脂质体、负电性脂质体、正电性脂质体。

它一般都带有一个疏水基团，保证脂质体分散在水介质中时形成脂双层结构，有效保护分子中的疏水部分，将氨基暴露在水介质中，后者通过静电引力与DNA结合并将DNA大分子压缩成可运输的小单元，成三明治状，形成脂质体复合物。

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病毒癌基因来源于细胞癌基因，是经过拼接、截短和/或重排后形成的融合基因。

（三）原癌基因的激活原癌基因在机体生长发育过程完成之后，多处于封闭状态或仅有低度表达。

当原癌基因的结构发生异常或表达失控时（原癌基因的激活），就会成为使细胞发生恶性转化能力的癌基因。

原癌基因可由以下几种方式被激活：1.点突变：RAS基因家族中经常发生点突变；2.基因扩增：MYC、ERBB基因家族在许多肿瘤中显示扩增；3.染色体重排：如85％的Buriktt淋巴瘤中发现有t（8；14）（q24；q32）易位，使c-myc的表达受到IgG重链启动子的调控而过量表达；而慢性髓性白血病（CML）中的t(9;22)(q34;q11)易位（费城染色体），使c-ABL和BCR融合，编码有较高的酪氨酸激酶活性的融合蛋白。

4.启动子插入，如病毒ALV插入到MYC的上游，其两端的LTR启动并增强了c-MYC的转录，从而诱导了淋巴瘤的产生。

一对细胞癌基因中只要有一个被激活，就可以以显性的方式发挥作用，使细胞趋于恶性转化。

此外，不同癌基因在癌变过程中具有协同作用。

（四）癌基因的分类和功能根据癌基因在细胞内相应的正常同源－原癌基因蛋白产物的生物学功能和生化特性可将癌基因分为以下几类：1．生长因子：生长因子可刺激细胞增殖，如SIS的产物为血小板生长因子(PDGF)?链，可促进间质细胞的有丝分裂；INT2的产物为成纤维细胞生长因子3（FGF3）；HST的产物为成纤维细胞生长因子2（FGF2）。

肿瘤分子生物学一、肿瘤细胞的物质代谢肿瘤细胞的最基本的生物学特征就是恶性增殖、分化不良、浸润和转移等。

这些恶性行为与肿瘤的特殊生化代谢过程密切相关。

细胞癌变是从致癌因素引起靶细胞的基因突变开始的，基因突变引起基因表达异常，导致细胞中蛋白质和酶谱及其功能的改变，酶是物质代谢的催化剂，当酶功能和活性发生重大变化时，必然引起物质代谢的改变。

（一）糖代谢的改变肿瘤细胞糖代谢的改变主要表现为酵解明显增强。

正常肝组织在有氧条件下由氧化供能约占99%，而酵解供能仅占1%，但肝癌组织中糖酵解供能可高达50%。

（二）核酸代谢的改变肿瘤组织中RNA及DNA合成速率皆比正常组织高，而分解速率则下降。

（三）蛋白质代谢的改变肿瘤相关的标志酶或蛋白，如胚胎性蛋白质合成速率增快。

相反，与细胞分化相关的酶或蛋白合成则会减少或几乎消失。

总之，与肿瘤细胞恶性增殖相关的生物化学代谢特点是：合成细胞结构成分的代谢途径明显增加；细胞成分及合成原料的分解代谢途径明显降低，酵解增加。

二、肿瘤细胞酶学的改变肿瘤组织中某些酶活性增高，可能与生长旺盛有关；有些酶活性降低，可能与分化不良有关。

例如肝癌病人在血中γ-谷氨酰转肽酶、碱性磷酸酶、乳酸脱氢酶和碱性磷酸酶的同功异构酶均可升高；骨肉瘤的碱性磷酸酶活性增强而酸性磷酸酶活性弱；前列腺癌的酸性磷酸酶可升高；肺鳞状细胞癌的脂酶活性随分化程度降低而减弱。

由于癌细胞的新陈代谢与化学组成都和正常细胞不同，可以出现新的抗原物质。

有些恶性肿瘤组织细胞的抗原组成与胎儿时期相似，如原发性肝癌病人血清中出现的甲种胎儿球蛋白(AFP)，AFP的特异性免疫检查测定方法是肝癌最有诊断价值的指标。

结肠癌的血清癌胚抗原(CEA)；胃癌的胃液硫糖蛋白(FSA)、胃癌相关抗原(GCAA)、а2 糖蛋白(а2GP)也可作为诊断参考。

此外，绒毛膜上皮癌和恶性葡萄胎可检测到绒毛膜促性腺激素。

蛋白激酶与细胞的增殖和分化有密切的关系，如PKA、PKC和TPK 三种蛋白激酶活化后都可通过间接的机理促进蛋白质和DNA的合成，增强某些细胞基因如c-myc/c-fos的转录。

18章肿瘤的分子生物学肿瘤是基因起源的环境因素和肿瘤正常细胞分裂：细胞循环细胞分裂对外部信号的反应影响癌症的基因癌基因和原癌基因通过转化识别癌基因产生癌基因的突变Ras癌基因过表达蛋白Myc癌基因过表达蛋白肿瘤抑制基因或抑癌基因p16, p21, 和p53抑癌基因肿瘤形成肿瘤的遗传敏感性致癌病毒工程杀癌病毒癌症是基因起源的遗传性疾病和癌症是遗传起源的。

遗传性疾病的遗传缺陷通过生殖从一个个体传递到另一个个体。

突变必须发生在形成精子或卵子的生殖细胞，才能传递给一个多细胞生物后代。

与此相反，癌症的发生是仅限于一个单一的多细胞生物，不传给下一代。

如果一个突变发生在组成身体剩下部分的体细胞，就可导致各种可能性（图18.1）。

发生在胚胎发育早期的突变是很有害的，因为胚胎中的每一个细胞都通过发育形成很多细胞。

如果发育成一个主要的器官或组织的单一前体细胞遭受严重的突变，结果可能是严重的甚至是致命的。

大多数体细胞突变发生在后来的发展只会影响一个或几个细胞，不会有很大的影响。

一些发生在机体已达到成熟后的体细胞突变仍然危险的。

癌症是由于体细胞突变，破坏了监管系统控制细胞生长和分裂的系统。

癌症往往始于一个单细胞开始生长并再次分裂，远远超过它应该停止的时间（图18.1）。

癌症的发展有几个阶段，需要多个基因突变。

首先，细胞失去对细胞正常分裂控制。

其次，异常（突变）细胞分裂形成一个微型肿瘤。

许多遍及全身的微型肿瘤形成。

大多数这些被免疫系统破坏，而其保持他静态数月至数年。

图18.1体细胞突变形成肿瘤（A）早起胚胎具有可称为精子和卵细胞的生殖细胞和组成机体其它部分的体细胞。

根据选择的时间，一个体细胞突变通常只影响整个机体的一小部分，比如说脾脏。

（B）当一个体细胞因为DNA复制出现错误或暴露于致癌物发生突变可使肿瘤发生。

突变允许不能分裂的细胞继续分裂，突变细胞持续分裂形成微型肿瘤。

小的微型肿瘤约一百万细胞休眠，因为他们没有办法获得营养。

肿瘤细胞生物学肿瘤细胞生物学是一门探讨癌症发生、发展、转移的科学研究领域。

肿瘤细胞是具有独立生长能力和大量增殖能力的异常细胞，它们在人体内快速繁殖并不断蔓延，最终导致肿瘤的形成。

在肿瘤细胞生物学中，科学家们通过理论与实验探讨，试图了解肿瘤细胞的分子机制和行为特征，以找到对抗癌症的新药物和治疗方法。

1. 肿瘤细胞的起源在正常情况下，细胞的增殖和死亡是互相平衡的。

但当细胞发生了基因突变，或者因环境因素而产生了其他异常状况，就容易形成肿瘤细胞。

肿瘤细胞可以起源于各种细胞类型，包括成熟的细胞、间充质细胞和干细胞。

其中，干细胞是一类可以自我更新和分化为多种细胞类型的细胞，被认为是肿瘤细胞的主要来源之一。

此外，干细胞在正常情况下也参与了组织器官的生长和修复，因此在肿瘤细胞生物学中对其的研究也受到了广泛关注。

2. 肿瘤细胞的基本特征肿瘤细胞和正常细胞不同，具有以下基本特征：(1) 改变生长方式：肿瘤细胞能够无限制地繁殖和分裂，而且会形成肿瘤组织。

(2) 能够赖氧生存：由于肿瘤细胞死亡率低，且繁殖速度异常快，血液中的氧气供应不足，这时肿瘤细胞会出现“赖氧”现象，也就是在缺氧环境下继续存活和生长。

(3) 丧失细胞凋亡能力：正常细胞在受到某些刺激后，会进入细胞凋亡程序，以避免细胞的过度增殖和恶性转化。

而肿瘤细胞会通过各种机制绕过凋亡程序，而继续繁殖和扩散。

(4) 导致组织血管生成：为了供给肿瘤细胞所需的大量营养、氧气和水分，肿瘤组织会促进周围毛细血管和淋巴管的生长，从而形成新的血管循环系统。

这被称为“血管生成”现象。

(5) 容易发生突变：由于肿瘤细胞不断增殖，修复过程容易出现失误，从而对基因序列进行改变，也就是“基因突变”，这会引发各种不良后果，例如癌症。

3. 肿瘤细胞的发展过程肿瘤细胞从诞生到形成肿瘤组织，一般会经历以下几个过程：(1) 肿瘤前期：在这个阶段，某些细胞发生了基因突变，并逐渐累积多种遗传学的异常，但还未形成明显的肿瘤。