现代肿瘤学基础

1. 现代肿瘤学基础 第五章 遗传与肿瘤 肿瘤研究所 武明花

2. 前言 • 肿瘤是遗传因素与环境因素共同作用的结果。 • 在环境因素的作用下，遗传物质的损伤和基因结构的改变以及基因表达模式的变化是细胞发生恶性转化的必要前提。 • 遗传因素与肿瘤的发生密切相关，肿瘤共同的特征均涉及遗传物质基础发生变化。

3. 第一节 肿瘤发生的遗传背景 一、癌家族和家族性癌 1、癌家族（cancer family）:是指一个家族有较多成员发生一种或几种解剖部位相同的肿瘤。其特征为多种不同癌症在家族内聚集发生，涉及多种肿瘤发生相关的肿瘤易感基因群共同介导的分子改变，参与了肿瘤发生的早期分子事件。

4. G家族, 经过70多年（1895年开始）间的五次调查，有些支系已传至第七代，在842名后裔中共发现95名癌患者，其中患结肠腺癌（48人）和子宫内膜腺癌（18人）者占多数。这95人中有13人肿瘤为多发性，19人癌发生于40岁之前；95名患者中72人有双亲之一患癌，男性与女性各47和48人，接近1：1，符合常染色体显性遗传。

5. 多癌家系图谱 箭头所指为先证者，带红色“*”号个体为我们的研究对象，带蓝色“*”号个体表示其先后患有多种癌肿，圆圈代表女性，方框代表男性，黑色实心代表患有恶性肿瘤个体，灰色实心代表患有良性肿瘤个体。

6. 6代超过103个成员。其中患者15人有10人存活，涉及多种癌肿。6代超过103个成员。其中患者15人有10人存活，涉及多种癌肿。 • 按照良、恶性划分：一类是包括子宫内膜癌、乳腺癌、结肠癌、直肠癌、胃癌在内的多种恶性肿瘤（75%）；一类是包括子宫肌瘤、乳腺纤维瘤、血管瘤在内的多种良性肿瘤（25%）。 • 按部位可以大致分为乳腺、生殖系统肿瘤（50%）、消化系统的肿瘤（37.5%）和其它肿瘤（12.5%）。

7. 2、家族性癌（familial cancer） 患者的一级亲属中发病率通常高于一般人群3－4倍。这类癌的遗传方 式虽然还不很清楚，但表明一些肿瘤家族聚集现象，或家族成员对这 些肿瘤的易感性增高。 在对77对患白血病的双生子调查中发现，同卵双生者发病一致率非常高；在另一调查中，20对同卵双生子均患同一部位的同样肿瘤。这些都说明遗传因素在肿瘤发病中的作用。

8. 3、肿瘤发病的民族和种族聚集现象 • 肿瘤发生具有民族聚集倾向： 中国人鼻咽癌发病率居世界首位。在新加坡的中国人与马来人和 印度人相比，鼻咽癌发病率为13.3：3：0.4； 移居美国的华人鼻咽癌发病率比美国白人高34倍。 • 肿瘤发生具有种族聚集倾向: 美国的摩门人患结直肠癌、乳腺癌、宫颈癌等肿瘤较多。

9. 二、单基因遗传性肿瘤 （一）视网膜母细胞瘤：RB （二）神经母细胞瘤：TRK （三）Wilm瘤：WT1 （四）嗜铬细胞瘤：VHL 特点：发病年龄比较轻，双侧发生或多发性。常染色体显性遗传。

10. 三、遗传性肿瘤综合征 （一）VHL病 （二）结肠息肉综合征 1、家族性结肠息肉病 2、Gardner综合征 3、Peutz-Jehers综合征 （三）遗传性乳腺/卵巢综合征 （四）基底细胞痣综合征 （五）多发性内分泌腺肿瘤综合征

11. 四、染色体不稳定综合征 （一）Bloom综合征 （二）毛细血管扩张性共济失调 （三）Fanconi贫血 （四）着色性干皮病

12. 五、多基因遗传性的肿瘤 是由许多微效累加基因和某些环境因素共作用而引起的一大类遗传性肿瘤，大多都是一些常见的恶性肿瘤。 1、具有明显的家族聚集倾向 2、地区聚集性和种族差异性 3、存在基因组不稳定性，易受理化因素的影响 4、多因素、多基因、多阶段

17. 第二节 肿瘤的遗传易感性 一、肿瘤遗传易感性 二、肿瘤遗传易感性的发生机制 三、肿瘤遗传易感性的研究意义

18. 一、肿瘤遗传易感性的概念 指具有某些遗传缺陷即种系突变或某种基因多态性的个体容易感受环境中有害因子而发生肿瘤的特性。

19. （一）肿瘤遗传易感性往往由肿瘤易感基 因的变异决定 1、强肿瘤易感基因 强肿瘤易感基因的种系突变可以通过孟德尔方式遗传，形成所谓的“遗传性肿瘤综合征”。外显度极高，易感基因携带者发生特定肿瘤和其他部位肿瘤的风险比正常人高数十倍。 2、弱肿瘤易感基因 主要包括癌变途径相关基因的弱效等位基因和各种基因的多态性。

20. （二）基因组时代的肿瘤易感性研究—GWAS（genome-wide association study） GWAS是一种对全基因组范围内的常见遗传变异：单核苷酸多态性（SNP）和拷贝数变异（CNV）进行总体关联分析的方法，即在全基因组范围内选择遗传变异进行基因分型，比较病例和对照间每个变异频率的差异，计算变异与疾病的关联强度，选出最相关的变异进行验证，并最终确认与疾病相关。

21. GWAS的研究优势 在全基因组范围内进行整体研究，能够一次性对疾病进行轮廓性概览，克服了既往的知识和理论造成的先入为主的影响，避免了区域研究造成的偏倚和局限。

22. 2005年《sicense》杂志首次报道了Klein等利用Affymetrix 100K的基因芯片对年龄相关性视网膜黄斑变形（Age-related Macular Degeneration）进行GWAS的结果。此后，特别是2006年后，一系列有关复杂性疾病的GWAS报道不断出现。 中国“十一五”期间（2009年）的863计划启动了人类重大疾病的基因组关联分析和药物基因组学分析。

23. 乳腺癌：FGFR2、TNRC9、MAP3K1和LSP1 （2007年，欧洲） 鼻咽癌：TNFRSF19、MDSIEVI1  和  CDKN2A/2B （2010年，我国，曾益新 ） 脑瘤：TERT3，CnC26，CDKN2A/B，PHLDBI，和RTELI （2009年，欧洲） 食管癌：PLCE1和C20orf54（2010，我国，王立东）

24. GWAS的结果显示，许多基因变异都是罕见的基因变异而不是关键基因，有一些变异仅仅与疾病风险因子、诱发因子有关，而不是疾病直接相关联的基因。

25. GWAS研究有其自身的缺陷 2009发表在新英格兰杂志NEJM和Nature的数篇评论GWAS研究意义的文章可能更引人关注。文章总结了历年的研究数据，发现耗费数亿美金的GWAS研究，结果并不理想，其对疾病预测的贡献值不足7%。希望GWAS研究不能急功近利，不能过度炒作，夸大其辞，应该回归理性，实事求是地进行更长远的科学分析和研究。

26. 二、肿瘤遗传易感性的发生机制 （一）染色体畸变与肿瘤遗传易感性 1、染色体脆性部位（fragile site）： (1)概念： 指染色体上非随机的断裂，与某些酶的作用点、致变（癌）剂的作用点以及瘤基因、细胞生长分化基因的位点相关。 （2）常见的染色体脆性位点：

28. 末端缺失 中间缺失 染色体杂合性缺失 指染色体某一基因座上的等位基因之一出现缺失或突变，使同源染色体相同位置上的基因呈杂合性状态。 2、染色体杂合性缺失（loss of heterozygosity，LOH）

29. 缺失的遗传效应，取决于丢失遗传物质的多少，如果缺失的染色体区段较小，损害个体生活力不严重时，在真核生物杂合体中则表现为拟显性（pseudodominance）、假等位性、生活力下降等。在人类中，几乎所有的染色体均可以发生不同类型缺失，症状表现为因染色体畸变导致的相应综合症。缺失的遗传效应，取决于丢失遗传物质的多少，如果缺失的染色体区段较小，损害个体生活力不严重时，在真核生物杂合体中则表现为拟显性（pseudodominance）、假等位性、生活力下降等。在人类中，几乎所有的染色体均可以发生不同类型缺失，症状表现为因染色体畸变导致的相应综合症。

30. 比较基因组杂交(CGH)是进行LOH的重要手段

31. 19 6p 3p 9q 8q 8q 19 9q 12 11q 6p FITC/Tex Red/ DAPI 3p 12 X 11q CGH分析鼻咽癌一个中期染色体细胞的多色数码彩图

32. 1 2 3 4 5 X 7 8 9 10 11 6 12 13 14 15 16 17 Y 20 22 19 21 18 DNA高频扩增区主要位于1q、2p、2q、3q、7q、8q、12p和12q，最小共同扩增区在3p14.3-ter, 11q23-24, 16q和9p22-ter；DNA高频缺失区位于3p、9p、11q和16q，最小共同缺失区位于1q25-31、3q24-25、7q31、8q13-ter、12q15-21。 20例鼻咽癌的CGH全貌

33. 在建立大样本库的基础上，精细定位了鼻咽癌染色体3p25-26、7q31-32、9p21-22 三个最小共同缺失区：D3S1560-D3S1620, D7S509 and D9S161-D9S1853，为鼻咽癌易感/抑瘤基因的分离和克隆奠定了重要的遗传学基础。

34. 3、姊妹染色单体互换（sister chromosome exchange） 指受损DNA的复制产物在两条染色单体之间的同源位点上的交换，与DNA链断裂和重组有关。 二亚硝基哌嗪DNP处理三种样本后的递增系数分析

35. 甲基硝基亚硝基胍（MNNG）是直接致癌物，可直接诱发不同种类细胞的SCE甲基硝基亚硝基胍（MNNG）是直接致癌物，可直接诱发不同种类细胞的SCE

36. 黄曲霉素B1（aflatoxin B1,AFB1）是一种间接致癌物，经体外活化系统活化后具有强烈的致癌作用

37. （二）基因组变异与肿瘤遗传易感性 1、基因组拷贝数变异(copy number variation, CNV)：是指在人类基因组中广泛存在的，从1000bp（kb）到数百万bp（Mb）范围内的缺失（deletions）、嵌入（insertions）、重复（duplications）或复合型多位点变异（complex multisite variants）。

38. CNV形成的机制 非等位同源重组、非同源末端连接、复制叉停滞和模板转换及L1介导的反转录转座模型

39. copy number analysis（dChip） 7#，9#，10#，12#，13#，16#，18#个体在5q21.2-5q21.3的位置发现了共同的拷贝数增加

40. 2、遗传重组（genetic recombination） 指分别来自于两个亲本的基因连锁群间所产生的交换，形成两个亲本所没有的连锁群组合，产生具有重组性状的后代（重组体）的现象。 重组的基础是来自两个亲本的DNA分子之间发生的交换。 包括：非同源重组：不涉及DNA的断裂重接。 同源重组：发生DNA的断裂重接。

41. （三）基因突变与肿瘤遗传易感性 1、瘤基因或抑瘤基因的突变 原瘤基因：是存在于人类或动物细胞中固有的一类与细胞生命活动密切相关的基因，参与细胞的生长与分化。 突变是通过改变原瘤基因编码蛋白的结构而激活瘤基因。通常涉及蛋白的关键调节区域，导致突变的蛋白具有不可调控的持久的活性。

42. Ras基因点突变与细胞生物学行为的关系 V-H-Ras基因(N/R)及其突变体(51S,10V,15V,22K,33H,116Y,117Q和NEO)转染NIH3T3细胞,可获得形态和动物致瘤性明显不同的二类细胞. 一组形态转化明显的细胞在裸小鼠有强致瘤性,同时在免疫互补性小鼠也能形成肿瘤.

43. 2、线粒体DNA突变 线粒体病：mtDNA突变引起的疾病被列入继单基因、多基因、染色体病后的第四类遗传性疾病。 （1）D-Loop区突变是癌细胞中常见的突变模式，可以影响mtDNA翻译速度和复制速度的改变。 （2）活性氧分子（ROS）相关途径的影响： （3）抑瘤基因p53缺失产生的影响：

44. 3.动态突变（dynamic mutation） 指组成DNA分子中的核苷酸重复序列发生不同程度的扩增而导致的突变。

45. （四）单核苷酸多态性是肿瘤发生的重要遗传易 感风险因子

46. （五）免疫缺陷增加了肿瘤的遗传易感性 免疫缺陷性疾病均伴有严重或显著的免疫抑制现象。

47. （六）基因组印记与肿瘤遗传易感性 基因组印记（genomic imprinting）：指在哺乳动物某些组织细胞中，控制某一表型的一对等位基因由于亲源不同而呈差异性表达，即机体只表达来自亲本一方的等位基因，而与自身性别无关。 印记基因：指存在亲本染色体上的等位基因的表达取决于他们是在父源染色体上还是在母源染色体上。印记基因的存在能导致细胞中两个等位基因的一个表达而另一个不表达。

48. 肿瘤印记基因与肿瘤遗传性 （1）在肿瘤抑制基因的两个等位基因中，其中一 个已被印记沉寂，另一个仍有正常功能，若随后发生一次LOH，使后者沉寂，即可启动癌变过程。 （2）在促生长基因或瘤基因的两个等位基因中，一个被印记，另一个正常表达，如印记的基因发生印记丢失，即可导致双等位基因的表达，启动肿瘤的发生。

49. 三、肿瘤遗传易感性的研究意义 1、在肿瘤易感基因型中鉴定肿瘤的环境致癌危险因子，可以起到通过切断环境因素的致癌因子，积极预防肿瘤发生。 2、通过肿瘤遗传易感性筛查，可以保护易感人群避免基础相应的危险因素，或在不可避免的已接触致癌因子的人群中，重点保护易感人群，起到积极预防肿瘤发生的作用。 3、检测肿瘤患者与药物相关的联合等位基因型，可指导选用个体敏感的药物，慎用不敏感的药物，提提高疗效，减少毒副作用。

50. 第三节 肿瘤发生的遗传机制假说 一、染色体不平衡假说 1914年德国的科学家T.Boveri提出：不对称的体细胞有丝分裂异常导致子细胞中染色体分布的不平衡，染色体含量的异常是引起肿瘤的根本原因。