肿瘤发生的分子生物学基础

 

1.癌基因

　　（1）原癌基因、癌基因及其产物：现代分子生物学的重大成就之一是发现了原癌基因（proto-oncogene）和原癌基因具有转化成致癌的癌基因（oncogene）的能力。Bishop和Varmus因为在这方面的贡献而获得1989年的 诺贝尔奖 。

癌基因是首先在逆转录病毒（RNA病毒）中发现的。含有病毒癌基因的逆转录病毒能在动物迅速诱发肿瘤并能在体外转化细胞。后来在正常细胞的DNA中也发现了与病毒癌基因几乎完全相同的DNA序列。被称为细胞癌基因。如ras,myc等。由于细胞癌基因在正常细胞中乃以非激活的形式存在，故又称为原癌基因。原癌基因可以由于多种因素的作用使其结构发生改变，而被激活成为癌基因。

原癌基因编码的蛋白质大多是对正常细胞生长十分重要的细胞生长因子和生长因子受体，如血小板衍生生长因子（PDGF）、纤维母细胞生长因子（FGF）、表皮细胞生长因子受体（EGF－R）、重要的信号转导蛋白质（如酪氨酸激酶、丝氨酶－苏氨酸激酶等）以及核调节蛋白（如转录激活蛋白）等。表7－4示常见的癌基因及其产物。

表7－4 几种常见的癌基因及其激活方式和相关的人类肿瘤

 

编码的蛋白质	原癌基因	激活机制	相关人类肿瘤
生长因子：
PDGF－β链	sis	过度表达	星形细胞瘤，骨肉瘤
FGF	hst-1,int-2	过度表达	胃癌，膀胱癌， 乳腺癌
生长因子受体：
EGF受体	erb-B1	扩增	胶质瘤
EGF样受体	neu(erb-B2)	扩增	乳腺癌，卵巢癌，肾癌
信号转导蛋白：
GTP－结合蛋白	ras	点突变	多种人体肿瘤，包括肺，结肠，胰， 白血病
酪氨酸激酶	abl	易位	慢性粒细胞性，急性淋巴细胞性白血病
核调节蛋白：
转录激活蛋白	myc	易位	伯基特淋巴瘤
	N－myc	扩增	神经母细胞瘤，小细胞肺癌
线粒体蛋白：	bcl-2	易位	滤泡性B－细胞淋巴瘤

（采自Basic Pathology；1992）

（2）原癌基因的激活：原癌基因在各种环境的或遗传的因素作用下，可发生结构改变（突变）而变为癌基因；也可以是原癌基因本身结构没有改变，而是由于调节原癌基因表达的基因发生改变使原癌基因过度表达。以上基因水平的改变可继而导致细胞生长刺激信号的过度或持续出现，使细胞发生转化。引起原癌基因突变的DNA结构改变包括点突变（如90％的胰腺癌有ras 基因的点突变）、染色体易位（如伯基特淋巴瘤的t(8：14)，慢性粒细胞白血病的Phl染色体）、插入诱变、基因缺失和基因扩增（如神经母细胞瘤的N－myc原癌基因可复制成多达几百个拷贝，在细胞遗传学上表现为染色体出现双微小体和均染区）。癌基因编码的蛋白质（癌蛋白）与原癌基因的正常产物相似，但有质或量的不同。通过生长因子或生长因子受体增加、产生突变的信号转导蛋白与DNA结合的转录因子等机制，癌蛋白调节其靶细胞的代谢、促使该细胞逐步转化，成为肿瘤细胞。

2．肿瘤抑制基因　与原癌基因编码的蛋白质促进细胞生长相反，在正常情况下存在于细胞内的另一类基因――肿瘤抑制基因的产物能抑制细胞的生长。若其功能丧失则可能促进细胞的肿瘤性转化。由此看来，肿瘤的发生可能是癌基因的激活与肿瘤抑制基因的失活共同作用的结果。目前了解最多的两种肿瘤抑制基因是Rb基因和P53基因。它们的产物都是以转录调节因子的方式控制细胞生长的核蛋白。其它肿瘤抑制基因还有神经纤维瘤病－1基因、结肠腺瘤性息肉基因、结肠癌丢失基因和Wilms瘤－1等。

　　（1）Rb基因：Rb基因随着对一种少见的儿童肿瘤――视网膜母细胞瘤的研究而最早发现的一种肿瘤抑制基因。Rb基因的纯合子性的丢失见于所有的视网膜母细胞瘤及部分骨肉瘤、乳腺癌和小细胞肺癌等。Rb基因定位于染色体13q14，编码一种核结合蛋白质（P105－Rb）。它在细胞核中以活化的脱磷酸化和失活的磷酸化的形式存在。活化的Rb蛋白对于细胞从G ₀ /G ₁ 期进入S期有抑制作用。当细胞受到刺激开始分裂时，Rb 蛋白被磷酸化失活，使细胞进入S期。当细胞分裂成两个子细胞时，失活的（磷酸化的）Rb蛋白通过脱磷酸化再生使子细胞处于G ₁ 期或G ₀ 的静止状态。如果由于点突变或13q14的丢失而使Rb基因失活，则Rb蛋白的表达就会出现异常，细胞就可能持续地处于增殖期，并可能由此恶变。

　　（2） p53 基因：p53基因定位于17号染色体。正常的p53蛋白（野生型）存在于核内，在脱磷酸化时活化，有阻碍细胞进入细胞周期的作用。在部分结肠癌、肺癌、乳腺癌和胰腺癌等均发现有p53基因的点突变或丢失，从而引起异常的p53蛋白表达，而丧失其生长抑制功能，从而导致细胞增生和恶变。近来还发现某些DNA病毒，例如HPV和SV－40，其致癌作用是通过它们的癌蛋白与活化的Rb蛋白或p53蛋白结合并中和其生长抑制功能而实现的。

3．多步癌变的分子基础　恶性肿瘤的发生是一个长期的、多因素造成的分阶段的过程，这已由流行病学、遗传学和化学致癌的动物模式所证明。近年来的分子遗传学研究从癌基因和肿瘤抑制基因的角度为此提供了更加有力的证明。单个基因的改变不能造成细胞的完全恶性转化，而是需要多基因的改变，包括几个癌基因的激活和两个或更多肿瘤抑制基因的丧失。以结肠癌的发生为例，在从结肠上皮过度增生到结肠癌的演进过程中，关键性的步骤是癌基因以及肿瘤抑制基因的丧失或突变。这些阶段梯性积累起来的不同基因分子水平的改变，可以在形态学的改变上反映出来（图7－20）。

图7－20　结直肠癌通过上皮增生－腺瘤－癌的阶梯性的演进的分子生物学和形态学改变的关系
（采自Kumar）