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编号:25564
肿瘤分子病理学研究进展.ppt
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    肿瘤分子病因和病理学

    概 述

    肿瘤分子病理学为肿瘤学、病理学和分子生物学相结合的交叉学科。

    涉及的范围非常广泛,包括细胞生长与分化,增殖与凋亡,浸润与转移,细胞内信号转导,细胞与基质的相互作用,肿瘤血管生成等多个领域。

    目前比较明确的观点

    ? 肿瘤细胞具有细胞遗传学异常并可传给子代细胞;

    ? 环境和遗传因素共同参与,主要靶基因为原癌基因激活和/或抑癌基因失活;

    目前比较明确的观点

    ? 肿瘤发生是多基因改变的结果,是经过多步骤实现的;

    ? 多种基因改变作用于多个环节并相互影响;

    ? 瘤细胞可通过多种分子机制逃逸免疫监控。

    一、肿瘤的病因与发病

    1 肿瘤细胞具有细胞遗传学异常并可不断遗传给子代细胞。

    2 环境和遗传因素共同参与肿瘤的发生,其发病过程中的主要靶基因为原癌基因激活和/或抑癌基因失活,从而导致细胞恶性转化。

    肿瘤的病因与发病

    3 肿瘤发生是多种基因改变的积累,经过多步骤实现的,启动阶段为某一基因或一组基因改变导致的单克隆性增生,推动阶段则是多种基因改变累加的结果。

    肿瘤的病因与发病

    4多种基因改变作用于肿瘤生长、分化、衰老和死亡的多个环节,并相互影响,包括生长因子信号传导,细胞周期,增殖与凋亡,细胞与基质的相互作用,DNA错配修复,端粒对衰老及永生化的影响等。

    5 肿瘤的发生与机体免疫监控失常有关。

    二、肿瘤发生的分子生物学基础

    ? (一)癌基因(oncogene)是一类对细胞生长与分化具有调控作用的基因,其突变、扩增和过表达克导致细胞恶性转化。

    ? 病毒癌基因和细胞癌基因两类

    ? 逆转录病毒→基因组→原癌基因→突变、扩增和过表达→活化→癌基因→细胞生长失控,分化异常→恶性转化

    癌基因的种类与作用

    ? ①生长因子及其受体(增殖)

    ? EGF及EGFR、IGF及IGFR、bFGF、PDGF、CSF等

    ? ②信号转导蛋白(侵犯性)

    ? GTP结合蛋白、ras(p21)

    ? 非受体酪氨酸激酶 abl

    ? ③核调节蛋白(永生化)Myc

    ? ④细胞周期调节蛋白cyclin CDKs

    激活方式

    ? ①点突变(mutation)如ras基因

    ? ②扩增(amplication)如cyclinD,CDK4

    ? ③易位(translocation)

    ? ④重排(rearrangment)

    (二)抑癌基因(suppressor gene)

    ? ①Rb基因

    ?磷酸化激活→抑制G0/G1期→S期

    ?脱磷酸→失活→静止G0/G1期

    ? ②p53基因

    ? DNA损伤、缺氧→p53蛋白活化→

    ? p21WAF错配修复GADD45上调→G1期阻滞→修复后进入G2/S,修复失败发生凋亡。

    ? DNA损伤、缺氧→突变→DNA损伤→ G2/S→细胞转化。

    ? ③p16

    ? p16蛋白→结合cyclinD1→抑制CDKS活性→G0/G1期阻滞

    ? 甲基化失活→游离cyclinD→CDKs活化→ G0/G1期

    (三)凋亡调节基因核错配修复基因

    ? 1 凋亡调节基因

    ? ①p53;

    ? ②bcl-2/bax;

    ? ③P21waf;

    ? ④caspase家族;

    ? ⑤Fas/Fasl

    ? 2 DNA错配修复基因

    (四)端粒/端粒酶系统

    ? 概念

    ? 与肿瘤关系

    (五)多步骤癌变的分子基础(以结肠癌为例)

    ? 正常上皮

    ? ↓ APC缺失或突变

    ? 过度增生

    ? ↓DNA甲基化缺失,bcl-2增加

    ? (早期)管状腺瘤

    ? ↓ras突变

    ? (晚期)绒毛状腺瘤

    ? ↓DDC基因缺失

    ? 晚期腺瘤

    ? ↓p53突变

    ? 结肠癌

    三、环境致癌因素

    ? (一)化学致癌因素

    ? 1 间接作用化学致癌物

    ? (1)多环芳烃类

    ? 来源:焦油、石油、尾气、吸烟

    ? 作用部位:肺、胃

    ? 机制:经肝氧化→环氧化物→与核酸共价结合→突变

    ? (2)芳香胺与偶氮类染料

    ? 来源:油漆、联苯胺

    ? 作用部位:膀胱

    ? (3)亚硝胺类

    ? (4)真菌霉素:黄曲霉素B1

    (二)直接作用的化学致癌物

    ? (1)烷化剂

    ?环磷酰胺、氮芥

    ? 实体瘤治疗后可继发白血病

    ? (2)其他

    ?重金属

    ?镍鼻烟癌、肺癌

    ?铬肺癌

    ?镉前列腺、肝

    ?铍皮肤、肝

    ? (二)物理致癌因素

    ? 电离辐射:X线、γ射线、紫外线等

    ? (三)病毒致癌因素

    ? 1 HPV 食管、子宫癌

    ? 2 EBV 鼻咽癌、淋巴瘤

    ? 3 HBV 肝癌

    四、肿瘤免疫

    ? 1 肿瘤抗原

    ?肿瘤特异性抗原mage

    ?肿瘤相关抗原CEA、AFP、CA125、PSA、HMB45、CD20、CD45RO等

    ? 2 肿瘤免疫效应

    ? 1)CTL 穿孔素

    ? 2)NK ADCC

    ? 3)巨噬细胞 TNF-α

    ? 3 免疫监视与免疫逃逸

    ?免疫缺陷AIDS、器官移植

    ? 自身免疫病:肿瘤发病高

    ? 免疫逃逸:

    ? ①克隆选择性杀灭

    ? ②识别困难 MHC缺乏

    ? ③共刺激分子信号缺乏 双重识别、抗原+MHC④免疫抑制分子TGF-β

    ? ⑤FAS反击

    五、肿瘤的生长与扩散

    ? 一、肿瘤的生长生物学

    ? 单克隆性:同工酶的测定,B细胞淋巴瘤κλ链等。

    ? 二、生长的阶段性

    ? 细胞永生化→克隆性增生→局部侵犯→转移

    单细胞→30次分裂(3年时间)

    生长动力学

    ? 1 肿瘤细胞倍增时间(doubling time)单个细胞倍增时间与正常细胞相似,整体倍增时间快。

    ? 2 生长分数指处于S+G2期细胞的比例,早期高,晚期低。分数高者化疗敏感,低者化疗不敏感(减瘤术的意义)

    ? 3 瘤细胞的生成与丢失增殖与凋亡失衡

    ? 生长速度=生长/丢失

    肿瘤血管生成

    ? 斯坦福大学: Folkman等

    ? 无血管期 血管生成期

    ? 血管生成因子 血管生成抑制因子

    ? VEGF/b-FGF 血管抑素angiostatin

    ? 内皮抑素endostatin

    肿瘤的演进和异质化

    ? 演进(progression)恶性肿瘤生长过程中逐渐获得侵袭性的现象(生长加快、浸润和转移等)

    ? 异质化(heterogeneity)一个克隆来源的肿瘤细胞在生长过程中形成在侵袭力、生长速度、对激素的反映和化疗抗性方面有所不同的亚克隆的过程。如高侵袭性、快速增殖、抗化疗、凋亡逃逸、休眠、激素受体缺失、免疫逃逸等。

    六、肿瘤浸润转移的机制

    ? 1局部浸润(四个过程)

    ? 脱离(E-cadherin)→贴附(整合素、层粘连蛋白及其受体等)→降解穿破(肿瘤细胞分泌转移相关蛋白酶,如尿激酶原纤维蛋白溶解酶UPA、组织蛋白酶cathepsinD、基质金属蛋白酶MMP-2及层粘连蛋白和纤维连接蛋白受体等参与)→移出、运动(肿瘤细胞分泌移动因子)

    肿瘤浸润转移的机制

    ? 血行播散

    ? 与基底膜分离的肿瘤细胞分泌转移相关蛋白酶→侵入血管。

    ? 结局:NK细胞杀伤→死亡

    ? 纤维素包裹,逃避杀伤,形成瘤

    ? 栓→侵出血管→血管生成→转移

    ? 癌。

    七、肿瘤转移的分子机制

    ? 1促进转移相关基因:cathepsinD、MMP、CD44v6、 UPA等。

    ? 2 抑制转移相关基因:E-cadherin、nm23、TIMP等。

    八、肿瘤分子病理学研究的一些新方法

    ? 染色体荧光原位杂交(FISH)技术

    ? 比较基因组杂交(CGH)技术

    ? 基因微阵列(Microarray)技术

    ? 组织微阵列(Tissue array)技术

    ? 肿瘤蛋白组学研究技术

    染色体荧光原位杂交(FISH)技术原理

    ? 染色体为遗传基因载体,多种遗传基因改变可表现为染色体结构的异常,包括:染色体断裂、丢失、扩增、易位等。近20年来发展的染色体荧光原位杂交技术可在基因组构成水平上对多种肿瘤的染色体进行定位检测,成为肿瘤病理诊断的有用的工具。

    染色体荧光原位杂交(FISH)技术原理

    ? 利用某一基因的特异性核苷酸片段作为探针,? 荧光素标记后与细胞基因组进行杂交,? 荧光显微镜检测杂交信号,? CCD相机摄取荧光信号,计算机图象处理,确定基因的位置、数目等以发现基因的易位、缺失等细胞遗传学异常。

    FISH的在肿瘤诊断中的应用

    ? 黑色素瘤 1号和17号染色体变异

    ? 尤因瘤 11号和12号染色体易位

    ? 滑膜肉瘤 X与18号染色体易位

    ? 平滑肌肉瘤 13号染色体缺失

    比较基因组杂交(CGH)技术原理

    ? 用不同的荧光素分别标记肿瘤细胞的DNA和正常细胞的DNA制备成探针,? 两种探针等量混合后再与正常细胞中期染色体铺片进行竞争性原位杂交,? 对比两种荧光信号强度,显示肿瘤细胞染色体某一区域的扩增(获得)和缺失。

    CGH的特点和应用

    特点

    ? 简便易行

    ? 能反映基因组改变全貌

    ? 了解染色体臂或区带的增加或缺失

    应用

    ? 乳腺癌、肺癌、淋巴瘤、白血病、软组织肉瘤

    基因微阵列(Microarray)

    技术原理

    ? 将大量基因探针固定在一张载玻片上,构成阵列即基因芯片,? 从肿瘤组织和正常组织中提取mRNA,纯化后进行逆转录PCR反应,? 用两种荧光染料标记cDNA,与基因芯片进行杂交,? 杂交结果用激光共聚焦扫描仪进行判读。

    基因微阵列(Microarray) 杂交结果的判读

    ? 如肿瘤mRNA用假色为红色的cy5标记,正常组织用假色为绿色的cy3标记。在扫描仪上的红色点为肿瘤组织中高表达的基因;绿色点为肿瘤缺失表达的基因;若为黄色点(红绿重合点)则为肿瘤和正常组织均有表达的基因,大部分为看家基因。经计算机处理给出点阵图和散点图。

    基因微阵列(Microarray)

    技术优点

    ? 高通量,每此可检测数千或数万个基因

    ? 平行检测,可避免不同实验批次之间的系统误差,? 具有较好的客观性和准确性。

    目前利用基因芯片进行的研究工作

    ? 肿瘤的分子分类研究,如淋巴瘤和白血病

    ? 肿瘤生物学特性的研究与预测,如肿瘤转移潜能的相关基因的筛选,化疗药物敏感性及耐药相关基因的筛选,肿瘤发病中易感基因的发现与筛选等。

    组织微阵列(Tissue array)技术

    ? 通过"组织芯片制备仪",从多种肿瘤组织的蜡块中取出组织块,排布在一个受体蜡块上构成微阵列,用石蜡切片机切片制备成组织芯片。

    ? 每张组织芯片可含有300-500个肿瘤组织,事先由显微镜观察选点,具有典型的组织学特点或特殊形态结构,芯片中可包含多种对照组织。

    ? 可进行组织化学、免疫组化、原位杂交、细胞凋亡等检测

    肿瘤蛋白组学研究技术

    ? 肿瘤蛋白组织技术是对不同类型,不同发展阶段的肿瘤组织与相应正常组织中的差异蛋白进行定性和定量研究的技术。该技术主要由双向 电泳和飞行质谱测定两部分组成。

    双向电泳和飞行质谱

    ? 双向电泳是一种新的蛋白质分离方法,经过在X和Y两个轴线上进行两次等电聚胶电泳,利用激光密度计对待检肿瘤标本与对照组标本的蛋白质点进行比较,筛选出差异蛋白质。

    ? 利用飞行质谱方法确定这些蛋白的氨基酸序,通过计算机生物信息检索系统确定蛋白的名称与性质。以此发现或筛选出新的或者相关蛋白质。

    肿瘤蛋白组学研究技术应用

    ? 寻找新的肿瘤标记物用于肿瘤诊断;

    ? 寻找新的肿瘤抗原分子制备相应抗体来治疗肿瘤或制备肿瘤疫苗;

    ? 利用这些蛋白质寻找药物治疗的新靶点。

    肿瘤分子病理学主要研究领域的某些进展

    ? 肿瘤的血管形成

    ? 肿瘤中的细胞凋亡调控失常

    ? 肿瘤分子诊断的研究进展

    肿瘤的血管形成

    ? 肿瘤的血管依赖性的概念

    ? 肿瘤新生血管的形态特点

    ? 肿瘤血管形成的分子机制

    ? 肿瘤血管生成拟态的概述

    肿瘤的血管依赖性的发现......(后略) ......