第八章肿瘤遗传学 Cancer （ Tumor ） Genetics

第八章肿瘤遗传学Cancer（Tumor）Genetics

本章重点内容提示 • 染色体不稳定综合征的类型 • Ph染色体和14q+染色体形成机制及意义 • 癌基因概念、功能分类、激活机制 • 抑癌基因及研究途径 • 二次突变学说 • 肿瘤发生的多阶段过程（以结肠癌为例）

主要内容 第一节环境因素与肿瘤发生第二节肿瘤发生的遗传因素第三节遗传性肿瘤第四节遗传性癌前病变第五节染色体异常与肿瘤第六节染色体不稳定综合征与肿瘤发生第七节癌基因和抑癌基因第八节癌发生的多阶段学说

肿瘤：一群生长失去正常调控的细胞形成的新 赘生物（neoplasm）。 • 85%为癌(carcinoma) • 2%为肉瘤(sarcoma) • 5%为淋巴瘤(lymphoma) • 3%为白血病(leukemia) 肿瘤遗传学（Cancer Genetics) 应用遗传学的基本原理、方法，从遗传方式、遗传流行病学、细胞遗传和分子遗传学等不同的角度探讨肿瘤发生与遗传的关系,肿瘤防治的新途径，进而开辟一门多学科渗透的新兴学科。

几个观点 • 癌发生于一个细胞的（恶变）克隆。 ——癌起源于单细胞的恶变 • 癌有家族性和散发性。 ——发生在生殖细胞的突变是可遗传的肿瘤的发生多因素、多基因、多阶段、多途径

癌发生涉及多个基因的变化。 细胞水平——癌是体细胞遗传病基因水平——癌是多基因病 • 癌的发生与常见的复杂性疾病一样，也是由遗传因素（基因变化）和环境相互作用的结果 ——癌是多因素病 • 癌的遗传事件不是单一而是多途径如DNA甲基化。 ——癌是多途径机制 • 癌的发生经历基因多次突变的累积，其发展是一个多阶段的过程。 ——癌是多阶段 ——早发现、早治疗、早预防

第一节环境因素与肿瘤发生 • 化学致癌物 • 射线 • 病毒 • 烟草和酒精等

一、化学致癌物 是80-90%人类肿瘤形成的病因。大量的动物实验证实：肿瘤发生需要两个主要阶段，即始动阶段和促进阶段。当细胞暴露于一定量的始动剂可能癌变时，标志始动阶段的开始。始动阶段通常是快速的，且不可逆转。促进阶段的特点是肿瘤细胞（始动细胞）的永生化和克隆化。此外，促进阶段的因素（促进剂）不直接影响DNA，故对细胞的影响是可逆的。

（一）始动阶段 肿瘤始动阶段的致癌物是一系列天然的或人工合成的化合物，分为直接作用和间接作用化合物或致癌物前体。前者自身为致癌物，后者通过体内代谢最终转变为致癌物。

在致癌物前体中主要的一类酶是细胞色素P-450依赖性单氧化酶的同工酶，在群体中，酶的活性和诱导性的变异较大。在致癌物前体中主要的一类酶是细胞色素P-450依赖性单氧化酶的同工酶，在群体中，酶的活性和诱导性的变异较大。例如，其中一种同功酶CYP1A1负责多环芳香类碳水化合物的代谢。群体中10%的个体拥有这种高度诱导形式的酶，因此，编码这些酶的基因具有多态性，影响人群对某一致癌物的易感性。其中，吸烟者患肺癌的风险较高与此基因变异相关。

（二）促进阶段 当经历始动阶段的细胞暴露于促进剂时，遗传损伤的细胞数将增加。随着持续分裂，这些具有遗传突变的细胞将面临着选择。因此，促进阶段涉及癌前病变细胞的增殖、恶性转化及肿瘤的进展等。

促进剂不致突变，是通过诱导细胞增殖机制而起到促进肿瘤的作用。促进剂不致突变，是通过诱导细胞增殖机制而起到促进肿瘤的作用。如蛋白激酶C是磷酸肌醇信号传导通路的复合物，正常情况下受控于第二信使乙酰甘油，TPA（纤维蛋白酶原激动子）激活蛋白激酶C，活化的蛋白激酶C引起靶蛋白的磷酸化，最终刺激细胞增殖。

二、辐射 辐射能量，如紫外线或电离辐射，在体外使细胞转化，在体内诱发肿瘤。辐射起致突变作用，通过造成DNA损伤而引起细胞的恶性转化。

紫外线有三种波长：UVA（320-400nm），UVB（280-320nm）和UVC（200-280nm）。UVB易被DNA碱基吸收，引起DNA碱基的改变，因此，被认为与皮肤癌的发生有关。紫外线有三种波长：UVA（320-400nm），UVB（280-320nm）和UVC（200-280nm）。UVB易被DNA碱基吸收，引起DNA碱基的改变，因此，被认为与皮肤癌的发生有关。

电离辐射包括电磁辐射（X-线和γ线）和特殊辐射（α-粒子、β-粒子、原子和中子）。自然环境的一部分，具有致癌性。电离辐射是广泛的致癌物，可以诱导几乎任何年龄、任何物种的任何组织癌变。电离辐射包括电磁辐射（X-线和γ线）和特殊辐射（α-粒子、β-粒子、原子和中子）。自然环境的一部分，具有致癌性。电离辐射是广泛的致癌物，可以诱导几乎任何年龄、任何物种的任何组织癌变。与紫外辐射不同，单独置于电磁辐射足以形成肿瘤。

三、病毒 现已发现大量与人类肿瘤相关的DNA和RNA病毒。这些病毒是通过整合到宿主细胞DNA而发挥作用的。对DNA肿瘤病毒而言，癌基因是病毒基因组的整合部分，对RNA肿瘤病毒而言，癌基因为病毒的供体，即病毒RNA经逆转录变为前病毒，再整合到宿主基因组。

常见的DNA肿瘤病毒：EBV、乳头瘤病毒 （HPV）和乙肝病毒。常见的RNA病毒：人类T细胞白血病病毒和人类免疫缺陷病毒。 EBV主要与Burkitt淋巴瘤和鼻咽癌的发生相关。98%非洲人Burkitt淋巴瘤有EBV感染史。100%的鼻咽癌有EBV DNA。免疫缺陷病毒可以引起艾滋病和肿瘤在内的多种疾病。

第二节肿瘤发生的遗传因素 一.癌家族（Cancer family）某些癌症具有家族性聚集倾向，表现为一个家系几代人多个成员、同一/不同器官恶性肿瘤许多常见肿瘤如乳腺癌、结直肠癌、肺癌、胃癌等发生，一级亲属再发风险高于一般群体3－10倍。如： Lynch癌家族综合征 Li-Fraumeni综合征

Lynch癌家族综合征 特点：1.肿瘤发生率高； 2.某种肿瘤（腺癌、肉瘤）发病率高； 3.肿瘤有多发性（部位）； 4.发病年龄早； 5.符合常染色体显性遗传特点。

Li-Fraumeni综合征（LFS）是以乳腺癌为主的癌家族综合征，呈AD， 还患有脑瘤，骨肉瘤，横纹肌肉瘤，白血病，肺癌，结肠癌，肾上腺皮质癌等。

二.同卵双生子发病一致率研究 77对白血病患者双生子调查: 同卵双生者发病一致率高遗传因素 20对同卵双生子发病部位调查: 患者患同一部位的同样肿瘤遗传因素

三.肿瘤发生率的种族差异 不同种族中某些肿瘤发病率有明显差异例如：鼻咽癌中国人马来人印度人 13.3 : 3 : 0.4 移居到美国的华人比美国人高34倍。松果体瘤日本比其他民族高十余倍。 ——种族差异主要是遗传差异所致，在肿瘤发生中也起作用。

第三节遗传性肿瘤 p433 • 少数来源于神经或胚胎组织的肿瘤常为遗传性肿瘤。 • 这些肿瘤按常染色体显性遗传方式遗传，常为双侧性或多发性，发病早于散发型病例。 • 遗传性肿瘤虽然少见，但在肿瘤病因学研究上有重要意义。

一.视网膜母细胞瘤（Retinoblastoma，RB) 儿童期（多在4岁以前）发病的一种眼内的恶性肿瘤发生率约1/21000～1/10000 临床表现：早期为眼底灰白色肿块，多无自觉症状，以后肿瘤长入玻璃体，使瞳孔呈黄色光反射时，才容易被发现，称为“猫眼”。 • 遗传型多为双侧发病，发病早，有家族史。 • 非遗传型多为单侧发病，且在2岁以后才发病。

遗传性非遗传性（散发型） AD遗传散发家族史无双侧单侧(约90%）早发晚发 20～25% 75～80% 视网膜母细胞瘤（RB）

二.肾母细胞瘤（ Wilms瘤，WT) 婴幼儿恶性胚胎肿瘤，患者腹部有无症状的肿块。发病率为1/10000，3/4的肿瘤发生在4岁以前，90%在20岁前发生。可分为遗传型和非遗传型。遗传性非遗传性（散发型） • AD遗传散发 • 双侧单侧 • 早发晚发 • 38% 62%

研究表明： Wilms瘤基因(WT)是一种抑癌基因，基因产物为一种有锌指结构的蛋白质，与早期生长反应基因（EGR-1)的DNA相结合而抑制其转录激活作用。患者的肿瘤组织中有WT的纯合缺失，其正常组织中则为杂合子。 Wilms瘤发生机理可能与视网膜母细胞瘤相同。

Wilms瘤如伴有无虹膜，泌尿生殖道畸形，智力低下，则称为WAGR综合征。该综合征患者有11号染色体短臂的中间缺失，del(11)(p13),因此认为11p13位点载有肿瘤抑制基因。Wilms瘤如伴有无虹膜，泌尿生殖道畸形，智力低下，则称为WAGR综合征。该综合征患者有11号染色体短臂的中间缺失，del(11)(p13),因此认为11p13位点载有肿瘤抑制基因。

三.神经母细胞瘤（ Neuroblatoma，NB) 一种儿童常见的恶性胚胎瘤，起源于神经嵴，发病率约1/10000。有的NB还并发神经纤维瘤，神经节瘤，嗜铬细胞瘤等。可分为遗传型和非遗传型。遗传性非遗传性（散发型） • AD遗传散发 • 早发晚发 • 多发单发 • 20% 80% 致病基因定位于1p36。该基因的第一次突变可能只干扰神经嵴的正常发育，第二次突变才导致恶性肿瘤的发生。

同是一种肿瘤,为什么既有遗传型又有散发型?发病年龄又不同呢? 1971年Knudson为解释家族性(遗传型)视网膜母细胞瘤提出二次突变学说(two hits theory),解释这种现象。

恶性肿瘤的发生需经两次以上的突变。 遗传性病例中，第一次突变发生于生殖细胞，结果个体每一个细胞均带有一个突变，成为突变的杂合子。在此基础上发生的第二次突变是体细胞突变。两次突变累加，即可完成始动（initiation)，而从良性细胞变成恶性细胞。恶性细胞在一定条件下，形成增殖优势，即可完成促进阶段,形成恶性细胞克隆。因此，遗传型病例常为双侧或多发且发病较早。

在非遗传性病例中， 两次突变都是体细胞突变，而且必须在同一个体细胞中两次发生独立才能完成始动的过程。这种机会比较少，需要经过漫长过程的积累。因此非遗传性肿瘤多为单发，且发病较晚。

正常细胞转化为恶性细胞需要两次以上的突变事件的发生 p470 • 正常人约有1014个细胞，在人的整个一生中约进行1016次细胞分裂，人体的自发突变频率约为1.4×10-10，实际上加上辐射和自然界普遍存在的致突变剂的影响，突变频率要远高于这个数值。如果单个突变可以致癌，仅据自发突变率计算，人一生中大约有28％细胞将癌变，那么癌症将是日常事件。

总结： Alfred Knudson 两次打击（two hit）学说：连续两次基因突变使正常细胞转化为癌细胞。生殖细胞突变+体细胞突变　遗传性肿瘤正常体细胞两次突变散发性肿瘤

第四节、遗传性癌前病变 p433 一些单基因遗传的疾病和综合征中，有不同程度的恶性肿瘤倾向，称为癌前病变（precancerous lesion)。其遗传方式大部分为常染色体显性。

一.家族性结肠息肉综合征 （Familial Polyposis Coli, FPC) 常染色体显性遗传特征：为病变局限于结肠和直肠，息肉为腺瘤性，数目可多可少，十几岁时即可能开始恶变为腺癌，40岁前多恶变为癌。致病基因：APC是一种抑癌基因，位于5q21-q22，在其有杂合性缺失的基础上，又经癌基因KRAS2、抑癌基因DCC、p53等的多步变化，才形成结肠腺癌。

二.神经纤维瘤（Neurofibromatosis, NF) 常染色体显性遗传，患者的皮肤有牛奶咖啡斑和纤维瘤样皮肤瘤，如有6个以上直径超过1.5cm的牛奶咖啡斑即可诊断为该病。在儿童期，皮肤中即可出现神经纤维瘤，主要分布于躯干，从针尖至橘子大小。3%～15%可恶变为纤维肉瘤、鳞癌和神经纤维肉瘤。致病基因NF位于11q11.2，是一种抑癌基因，其产物有特异的抑制RAS癌基因的作用。

三.基底细胞痣综合征 （Basal Cell Nerves Syndrome, BCNS) 是常染色体显性遗传，患者面部、手臂和躯干有多数基底细胞痣，青春期增多，青年期即可发生恶变， 40岁时90%恶变为基底细胞癌，并有颌骨囊肿。致病基因BCNS位于9q22.3-q31，是一种抑癌基因。

第五节染色体异常与肿瘤 数目异常结构异常染色体异常是癌细胞遗传学的基本特征细胞内染色体的不稳定是产生肿瘤的根本原因——Boveri 1914

每一个正常细胞中有一种特殊的排列可以抑制细胞分裂，…假定存在一些抑制分裂确定的染色体，它的丢失将引起肿瘤细胞的无限生长…，另一方面，假定还存在促进分裂的染色体， …当受到某种刺激激活时，细胞就发生分裂…，由此可推断恶性肿瘤细胞的快速无限增殖的趋势，是由于促进分裂的染色体的持久优势所致。 Theodor Boveri，1911 今天，大量的科学证据表明：抑制细胞生长的染色体抑癌基因促进细胞生长的染色体癌基因

同一肿瘤的每个细胞具有共同的染色体特点 经分裂、增殖而成的克隆同一突变细胞但由于各种因素影响，克隆癌细胞核型有不同变化。克隆演化（clone evolution) 主导克隆 --- 干系(stem line)--众数(modal number) 非主导克隆 --- 旁系(side line) 一、数目异常——多为非整倍体或异倍体

超二倍体（染色体>46条) 非整倍体亚二倍体（染色体<46条）三倍体多倍体四倍体数目变化并不反映恶性程度。

二、结构异常 染色体断裂、重排形成的结构异常的染色体经常出现于某一种肿瘤细胞中，则称之为标记染色体。染色体结构异常——易位、缺失，引起癌基因的激活和抑癌基因的失活，这是癌症发生的重要分子基础。

（1） Ph1 染色体 1960年首先在美国费城的CML患者骨髓和外周血淋巴细胞中，发现一个很小的近端着丝粒染色体，小于G组染色体。被称为Ph1染色体。原因： t（9；22）（q34；q11）易位结果导致9q+和22q-（ Ph1）

临床意义： 1.作为CML诊断依据，约95%的CML病例中存在Ph1 染色体； 2.用于预后判断—— Ph1阴性CML对治疗反应差，预后不佳； 3.用于早期诊断—— Ph1染色体先于临床症状出现。

t（9；22）（q34；q11） 9q+和22q-（ Ph1）（95%）

2）14q+染色体: Burkitt淋巴瘤（BL）患者的特异性标记染色体，在75%的BL患者中存在。 t（8；14）（q24；q32） 8q- 和14q+

第八章 肿瘤遗传学 Cancer （ Tumor ） Genetics