Oncology 2|肿瘤的生物学行为
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肿瘤和细胞周期

增殖细胞:处于细胞周期的细胞
G0细胞(休止细胞):暂不增殖,受某些刺激后可以重新进入细胞周期
终末分化细胞和永久细胞如神经细胞、肌细胞等不再增殖

细胞周期的调控机制

驱动机制:
细胞周期蛋白cyclins如Cyclin A,B,D,E是调控CDKs活性的最基本成分。
CDK(cyclins dependent kinase)细胞周期蛋白依赖性激酶是细胞周期调控的核心,比如CDK1,2,4,5,6,7
监控机制:
细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(cyclin- dependent kinase inhibitor,CDKIs)是抑制CDKs活性的成分,比如p21,p27,p15,p16
细胞周期检查点check points:G1/S,G2/S,G2/M,能否通过检查点是能否进入细胞周期的关键因素。

细胞周期与肿瘤发生

肿瘤组织的细胞周期失调,获得无限增殖的能力,细胞增殖高于细胞丢失,如细胞丢失抑制,细胞生长速度将更快。
肿瘤是一类细胞周期异常的疾病。肿瘤细胞的生长与丢失的速度决定肿瘤的生长速度。

细胞周期调控的异常

  • CDKs/Cyclins过度表达
    • 癌基因的功能。见于多种肿瘤中
    • 套细胞淋巴瘤中为Cyclin D1,黑色素瘤中为CDK4
  • CDKIs失活
    • 抑癌基因的功能。同样见于多种肿瘤中。
    • p16多肿瘤抑制基因,在一半的肿瘤中有突变,造成功能丧失。

倍增时间和生长分数

  • 倍增时间doubling time,DT
    • 指肿瘤细胞增加一倍所需的时间
    • 临床上指肿瘤体积增大一倍所需的时间
  • 生长分数growth fraction,GF或增殖比率
    • 指增殖细胞群在肿瘤细胞中的比例,决定了生长速度
    • GF越大,对药物越敏感
    • 增殖标志ki67

细胞周期与肿瘤治疗

  • 细胞周期的细胞对肿瘤药或放射治疗比较敏感
  • G0细胞对肿瘤药或放疗不敏感,可成为肿瘤复发的根源
  • 针对肿瘤细胞各时相的药物:
    • 周期非特异性药物:作用于各个时相,包括G0
    • 周期特异性药物:仅对某些时相敏感,对G0一定不敏感
  • 针对细胞周期相关蛋白的肿瘤治疗
    • 抑制CDKs活性:
      • 抑制肿瘤细胞过度生长
      • 比如黄素蛋白类药物、CDK小分子抑制剂
    • 抑制细胞周期检查点chk:
      • 使chk功能缺陷无法修复损伤DNA,损伤细胞大量积累加速肿瘤死亡
      • 比如CHK1,CHK2激酶活性抑制剂

细胞死亡与肿瘤

细胞死亡

细胞死亡的表现:

  • 丧失细胞膜完整性
  • 细胞彻底碎裂
  • 在体内细胞残骸被邻近细胞吞噬
    细胞死亡的形式:
  • 细胞凋亡(apoptosis)
  • 细胞坏死(necrosis)
  • 自噬性细胞死亡(autophagic cell death)
    也可分为程序性细胞死亡和非程序性细胞死亡

细胞凋亡

细胞凋亡是指细胞在一定的生理或病理条件下遵循自身的程序由基因调控的主动性死亡过程,是不同于坏死的。
形态学特征:

  1. 细胞缩小,形成小泡,细胞质浓缩
  2. 染色质凝集成新月体
  3. 核固缩,形成凋亡小体
  4. 邻近巨细胞摄取和清除
    生化改变:
  • 核小体间DNA双链裂解,形成180-200bp大小及其倍数的核苷酸片段
  • Ca2+的堆积和重新分布
  • 谷氨酰胺转移酶的积累并激活
  • 细胞表面糖链、植物血凝素的增加
  • 细胞骨架的改变
    检测方法:
  • 电镜
  • 琼脂糖凝胶电泳
  • 脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的缺口末端标记法(Tunel)
  • 流式细胞分析(FCM)
    DNA ladder特征:
    电泳后呈阶180-220bp梯状特征

细胞凋亡的调控

细胞凋亡是一个多基因调控的过程。
促进细胞凋亡的基因:

  • bax,bcl-xs
  • 野生型p53
  • caspase家族
  • FAS/Apo-1
    抑制细胞凋亡的基因:
  • bcl-2,bcl-xl
  • 突变型p53
  • survivin

caspase家族

ICE/Ced3基因统称为caspase半胱氨酰天冬氨酸特异性蛋白酶(cysteinyl Aspartate-specific proteinase)
Caspase家族凋亡调节功能:

  • 炎性亚家族
  • 凋亡亚家族 是细胞凋亡调控的关键分子
    • 起始分子:caspase-2,8,9,10
    • 执行分子:caspase-3,6,7
    • 主要功能:灭活细胞凋亡抑制蛋白,剪切细胞结构蛋白,剪切细胞效应蛋白

bcl-2基因家族

首先发现于t(14;18)的滤泡性淋巴瘤中。
该基因家族是一组bcl-2的同源蛋白,含有bcl-2同源结构域(bcl-2 homology,BH)和跨膜结构域。
凋亡调节功能:
主要分为三类。

  1. bcl-2 subfamily抑制各种刺激诱发的细胞凋亡:bcl-2,bcl-xl,bcl-w,Mcl-1,A1
  2. bax subfamily促进细胞凋亡:bax,bak,bok
  3. BH3 subfamily促进细胞凋亡:bik,blk,biml,bad,bid,EGL-1

细胞凋亡其他调控基因

  • Fas/FasL:细胞凋亡信号转导作用
  • p53: wtp53促进细胞凋亡,mtp53抑制细胞凋亡。
  • C-myc:有生长因子-细胞增殖;缺乏生长因子-促进细胞凋亡

细胞凋亡产生的步骤

  1. 信号传递
    是指诱导细胞凋亡的细胞外因素进入细胞内的过程,主要通过受体介导完成。
    细胞外因素(死亡配体如FasL)和细胞表面受体(死亡受体DR如FAS)结合激活死亡蛋白酶系统,诱导细胞凋亡。
  2. 中央调控
    线粒体内抗衡。
    凋亡基因:caspase家族
    抑制凋亡基因:bcl-2
  3. 细胞结构改变
    • 细胞缩小/细胞质浓缩
    • 染色质凝集成新月体
    • 凋亡小体
    • 邻近巨细胞摄取和清除

细胞凋亡与肿瘤发生

细胞凋亡异常见于大多数肿瘤中。细胞凋亡基因和凋亡活化基因异常导致细胞增殖多于细胞死亡。
比如乳腺癌、肝癌、膀胱癌中bcl-2高表达;50%以上恶性肿瘤中p53基因突变。
因此诱导细胞凋亡是治疗肿瘤的一条有效途径。例如三氧化二砷治疗APL的机制就是诱导细胞凋亡。
化疗&放疗都可以不同程度地诱导细胞凋亡。
诱导细胞凋亡的途径:
* 增强凋亡促进基因的作用
* 灭活凋亡抑制基因

(本节未完待续)

参考:

复旦大学上海医学院 陈海泉 教授 《肿瘤学概论》课程

魏于全、贺捷主编,《肿瘤学(第二版)》,北京:人民卫生出版社,2015年。

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