1
第十章 细胞分化与肿瘤（ 2学时）
● 细胞分化 (Cell differentiation)
● 癌细胞 (Cancer cell)
2
第一节 细胞分化 (Cell differentiation)
? 细胞分化 (cell differentiation),在个体发育中，由一种相同
的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳
定性差异，产生各不相同的细胞类群的过程。
? 细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心；
? 细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成；
? 合成特异性蛋白质实质在于组织特异性基因在时间和空间上的差异
性表达；
? 差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控。
? 细胞癌变是正常细胞分化机制失控的表现
● 细胞分化的基本概念
● 影响细胞分化的因素
●细胞分化与胚胎发育 — Hox genes
3
同源异型基因
（ homeotic selector gene,Hox gene）
? 果蝇体节发育中起关键作用的基因群。
? 含有高度保守的 180bp组成的 DNA序列，称同源框。编码 60个氨基
酸，形成 ?螺旋 -转角 -?螺旋结构，与 DNA序列大沟相互作用，启动
基因表达。
? 同源异型基因在染色体上的排列与胚胎发育在时、空序列
上是一致的。
4
一、细胞分化的基本概念
● 细胞分化是基因选择性表达的结果
● 组织特异性基因与当家基因
● 组合调控引发组织特异性基因的表达
● 单细胞有机体的细胞分化
● 转分化与再生
5
细胞分化是基因选择性表达的结果
细胞总 DNA 细胞总 RN A
输卵管细胞 成红细胞 胰岛细胞 输卵管细胞 成红细胞 胰岛细胞
卵清蛋白基因 + + + + - -
β - 珠蛋白基因 + + + - + -
胰岛素基因 + + + - - +
实验方法 S out he rn 杂交 N ort he rn 杂交
分子杂交技术检测基因及其表达
6
组织特异性基因与当家基因
?当家基因 (house-keeping genes)：
? 是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物
是对维持细胞基本生命活动所必需的；
?组织特异性基因 (tissue-specific genes)，或称
奢侈基因 (luxury genes)：
?是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其
产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特
异的功能；
? 调节基因 的产物用于调节组织特异性基因的表达，
起激活或者起阻遏作用。
7
组合调控引发组织特异性基因的表达
?组合调控（ combinational control） 概念：
有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化
的调控机制。即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调
节完成的。
?生物学作用：
借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白与其它
调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将一种类型的
细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚至
可以诱发整个器官的形成（如眼的发育）。
?分化 启动机制：
靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动。
8
转分化与再生
? 一种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞
现象称 转分化（ transdifferentiation） 。
? 转分化经历 去分化（ dedifferentiation） 和 再分化 的
过程。
? 生物界普遍存在 再生现象（ regeneration）,再生
是指生物体缺失部分后重建过程，广义的再生可包
括分子水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水
平的再生。
? 不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异。
9
单细胞有机体的细胞分化
● 与多细胞有机体细胞分化的不同之处：
前者多为适应不同的生活环境，而后者则通过细胞
分化构建执行不同功能的组织与器官。
● 多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更
为复杂。
10
二,影响细胞分化的因素
● 细胞的全能性 (totipotency)
● 影响细胞分化的因素
11
细胞的全能性 (totipotency)
? 概念,细胞全能性是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜
能或特性。
? 植物细胞具有全能性,在适宜的条件下可培育成正常的植株。
? 动物细胞 核移植 (Nuclear transfer)实验证明细胞核具有发育全能性
? 如蛙红细胞核移植后发育成蝌蚪
? Dolly羊的诞生 说明高度分化的哺
乳动物体细胞核也具有发育全能性
? 干细胞 (Stem cell)与细胞发育潜能
? 干细胞分化模式
? 胚胎干细胞 (embryo stem cell),具有分化成多种细胞类型及构建
组织的潜能
? 造血干细胞
? 单能干细胞 （ monopotential cell）
12
影响细胞分化的因素
? 胞外信号分子对细胞分化的影响,如眼的发生
? 细胞记忆与决定
?果蝇成虫盘 (imaginal disc)
? 受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响
? 细胞间的相互作用与位置效应
? 环境对性别决定的影响
? 染色质变化与基因重排对细胞分化的影响
13
第二节 癌细胞 (Cancer cell)
? 肿瘤（ tumor,neoplasm）是一种基因病，它是指细胞在致瘤因素作用下，
基因发生了改变，失去对其生长的正常调控，导致异常增生。可分为良
性和恶性肿瘤两大类。前者生长缓慢，与周围组织界限清楚，不发生转
移，对人体健康危害不大。后者生长迅速，可转移到身体其它部位，还
会产生有害物质，破坏正常器官结构，使机体功能失调，威胁生命。
? 癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病，是目前危害人类健康最严重
的一类疾病。在美国，恶性肿瘤的死亡率仅次于心血管疾病而居第二位。
据我国 2000年卫生事业发展情况统计公报，城市地区居民死因第一位为
恶性肿瘤，其次为脑血管病、心脏病。我国最为常见和危害性严重的肿
瘤为肺癌、鼻咽癌、食管癌、胃癌、大肠癌,肝癌、乳腺癌、宫颈癌、
白血病及淋巴瘤等。
? 动物体内 细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞 (tumor cell)。
? 癌细胞的基本特征
? 致癌因素
? 癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果
? 癌症能治疗吗？
14
一,癌细胞的基本特征
? 癌细胞有三个显著的基本特征即：不死性，迁移性和
失去接触抑制。除此之外，癌细胞还有许多不同于正
常细胞的生理、生化和形态特征。
?癌细胞的形态特征
?癌细胞的生理特征
15
癌细胞的形态特征
?癌细胞大小形态不一，通常比它的源细胞体积要大，核质比
显著高于正常细胞，可达 1:1，正常的分化细胞核质比仅为 1:4-6。
?核形态不一，并可出现巨核、双核或多核现象。核内染色体
呈 非整倍态（ aneuploidy）,某些染色体缺失，而有些染色体
数目增加。正常细胞染色体的不正常变化，会启动细胞凋亡过
程，但是癌细胞中，细胞凋亡相关的信号通路产生障碍，也就
是说癌细胞具有不死性。
?线粒体表现为不同的多型性、肿胀、增生，如嗜酸性细胞腺
瘤中肥大的线粒体紧挤在细胞内，肝癌细胞中出现巨线粒体。
?细胞骨架紊乱，某些成分减少，骨架组装不正常。细胞表面
特征改变，产生 肿瘤相关抗原（ tumor associated antigen） 。
16
二、癌细胞的生理特征
?细胞周期失控，不受正常生长调控系统的控制，能持续的分裂与增殖。
?具有迁移性,细胞粘着和连接相关的成分发生变异或缺失，相关信号通路受阻，细胞
失去与细胞间和细胞外基质间的联结，易于从肿瘤上脱落。许多癌细胞具有变形运动
能力，并且能产生酶类，使血管基底层和结缔组织穿孔，使它向其它组织迁移。
?接触抑制丧失,正常细胞在体外培养时表现为贴壁生长和汇合成单层后停止生长的特
点，即接触抑制现象，而肿瘤细胞即使堆积成群，仍然可以生长。
?定着依赖性丧失，正常真核细胞，大多须粘附于特定的细胞外基质上才能抑制凋亡而
存活，肿瘤细胞失去定着依赖性，可以在琼脂、甲基纤维素等支撑物上生长。
?去分化现象，已知肿瘤细胞中表达的胎儿同功酶达 20余种。胎儿甲种球蛋白是胎儿所
特有的。但在肝癌细胞中表达，因此可做肝癌早期检定的标志特征。
?对生长因子需要量降低，体外培养的癌细胞对生长因子的需要量显著低于正常细胞，
是因为自分泌或其细胞增殖的信号途径不依赖于生长因素。某些固体瘤细胞还能释放
血管生成因子，促进血管向肿瘤生长。获取大量繁殖所需的营养物质。
?代谢旺盛，核酸分解过程明显降低,DNA和 RNA的含量均明显增高。
?蛋白质合成及分解代谢都增强，但合成代谢超过分解代谢，甚至可夺取正常组织的蛋
白质分解产物，结果可使机体处于严重消耗的恶病质（ cachexia）状态。
?线粒体功能障碍，即使在氧供应充分的条件下也主要是糖酵解途径获取能量。
?可移植性，正常细胞移植到宿主体内后，由于免疫反应而被排斥，多不易存活。但是
肿瘤细胞具有可移植性，如人的肿瘤细胞可移植到鼠类体内，形成移植瘤。
17
二、致癌因素
? 人类肿瘤约 80％是由于与外界致癌物质接触而引起的，根据致癌物的性
质可将其分为化学、生物和物理致癌物三大类。根据它们在致癌过程中
的作用，可分为启动剂、促进剂、完全致癌物。
? 启动剂是指某些化学、物理或生物因子，它们可以直接改变细胞遗传
物质 DNA的成分或结构，一般一次接触即可完成，其作用似无明确的阈
剂量，启动剂引起的细胞改变一般是不可逆的。
? 促进剂本身不能诱发肿瘤，只有在启动剂作用后再以促进剂反复作用，
方可促使肿瘤发生。促癌物的种类也很多，如某些激素、药物等。有的
促癌物只对诱发某种肿瘤起促进作用，而对另一种肿瘤的发生不起作用，
例如糖精可促进膀胱癌的发生，但对诱发肝癌不起促进作用；苯巴比妥
促进肝癌的发生，但不促进膀胱癌的发生。
? 有些致癌物的作用很强，兼具启动和促进作用，单独作用即可致癌。称
为完全致癌物。如多环芳香烃、芳香胺、亚硝胺、致癌病毒等。
? 一,化学致癌物
? 二,生物性致癌因素
? 三,物理因素
? 多种理化因子致癌
18
一、化学致癌物
按化学结构可分为：
?①亚硝胺类，这是一类致癌性较强，能引起动物多种癌症的化学致癌物质。
在变质的蔬菜及食品中含量较高，能引起消化系统、肾脏等多种器官的肿瘤；
?②多环芳香烃类，这类致癌物以苯并芘为代表，将它涂抹在动物皮肤上，可
引起皮肤癌，皮下注射则可诱发肉瘤。这类物质广泛存在于沥青、汽车废气、
煤烟、香烟及熏制食品中；
?③芳香胺类，如乙萘胺、联苯胺,4-氨基联苯等，可诱发泌尿系统的癌症；
?④烷化剂类，如芥子气、环磷酰胺等，可引起白血病、肺癌、乳腺癌等；
?⑤氨基偶氮类，如用二甲基氨基偶氮苯（即奶油黄，可将人工奶油染成黄色
的染料）掺入饲料中长期喂养大白鼠，可引起肝癌；
?⑥碱基类似物，如 5-溴尿嘧啶,5-氟尿嘧啶,2-氨基腺嘌呤等，由于其结构与
正常的碱基相似，进入细胞能替代正常的碱基参入到 DNA链中而干扰 DNA复制
合成；
?⑦氯乙烯，目前应用最广的一种塑料聚氯乙烯，是由氯乙烯单体聚合而成。
大鼠长期吸入氯乙烯气体后，可诱发肺、皮肤及骨等处的肿瘤。通过塑料工厂
工人流行病学调查已证实氯乙烯能引起肝血管肉瘤，潜伏期一般在 15年以上；
?⑧某些金属，如铬、镍、砷等也可致癌。
19
二、生物性致癌因素
?生物性致癌因素包括病毒、细菌、霉菌等。其中以病毒与人体肿瘤的关系最
为重要，研究也最深入。
?1．肿瘤病毒：
?逆转录病毒,T淋巴细胞白血病病毒（ HTLV）、成人 T细胞白血病病毒（ ATLV）
和爱滋病病毒（ HIV）等病毒。逆转录病毒感染机体后，病毒的遗传信息整合到宿
主细胞的染色体中，成为细胞的组成部分，一般情况下受到正常细胞的调节控制，
病毒处于静止状态，但受到化学致癌物、射线辐射等因素的作用后，可能被激活病
毒表达而在体内诱发肿瘤。
?乙型肝炎病毒：人肝癌细胞 DNA中发现有 HBV病毒的碱基序列。 HBV整合到细胞
DNA中，能使细胞 DNA发生缺失、插入、转位、突变或易位等改变。
?乳头状瘤病毒：与生殖道肿瘤的发生有密切关系，并与口腔、咽、喉、气管等处的
乳头状瘤和皮肤疣等良性病变有关。在宫颈癌细胞中病毒 DNA序列已经整合到宿主
细胞的基因组中，宫颈癌的发生与原癌基因 c-ras和 c-myc的变异和突变有关。
?EB病毒,EB病毒（ Epstein-Barr virus,EBV）是一种疱疹病毒，与儿童的 Burkitt
淋巴瘤和成人的鼻咽癌发生有关。
?2．霉菌与肿瘤发生
?目前已知有数十种霉菌毒素对动物有致癌性。但除黄曲霉毒素（ aflatoxin）外，对
其它的研究都较少。黄曲霉菌广泛存在于污染的食品中，尤以霉变的花生、玉米及
谷类含量最多。黄曲霉毒素有许多种，是一类杂环化合物，其中黄曲霉毒素 B1是
已知最强的化学致癌物之一，可引起人和啮齿类、鱼类、鸟类等多种动物的肝癌。
20
三、物理因素
?1．电离辐射
?电离辐射可以引起人体各部位发生肿瘤，但据估计在所有肿瘤的总病
例数中只占 2%～ 3％左右。居里夫人的去世，日本原子弹爆炸后引起
白血病的发病率增高，都是著名的例子。
?辐射可引起染色体,DNA的突变，或激活潜伏的致癌病毒。放射线引
起的肿瘤有：白血病、乳腺癌、甲状腺肿瘤、肺癌、骨肿瘤、皮肤癌、
多发性骨髓瘤、淋巴瘤等。
?2．紫外线
?紫外线照射可引起细胞 DNA断裂、交联和染色体畸变，紫外线还可抑
制皮肤的免疫功能，使突变细胞容易逃脱机体的免疫监视，这些都有
利于皮肤癌和基底细胞癌的发生。近年来由于环境恶化，大气层的臭
氧减少，出现地球臭氧空洞，地表紫外线的辐照强度将急剧增高，其
诱发人体皮肤癌的潜在危险性将大为增加。据估计，大气臭氧减少
1%，皮肤癌就要增加 2-6％，美国每年就会增加 10000～ 20000名皮
肤癌的患者。
21
三、癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果
癌症主要是体细胞突变产生的遗传病, 涉及到两大类与
细胞增殖相关的基因的突变 。
● 促进细胞增殖相关基因突变,原癌基因 (proto-
oncogene)突变形成癌基因 (oncogene)
● 抑制细胞增殖相关基因突变,肿瘤抑制基因 (tumor-
suppressor gene)
● 细胞癌变是基因突变累积和自然选择的结果, 所以
患者多为年长者 。
● 原癌基因与肿瘤抑制基因产物 协调作用, 避免细胞
癌变 。
22
? 原癌基因 (oncogene)是细胞内与细胞增殖相关的基因，是维
持机体正常生命活动所必须的，在进化上高等保守。当原癌
基因的结构或调控区发生变异 (显性突变 ),基因产物增多或
活性增强时，使细胞过度增殖，从而形成肿瘤。
? 原癌基因的产物 主要包括：①生长因子，如 sis，②生长因子
受体，如 fms,erbB，③蛋白激酶及其它信号转导组分，如
src,ras,raf，④细胞周期蛋白，如 bcl-1，⑤细胞凋亡调控
因子，如 bcl-2，⑥转录因子，如 myc,fos,jun。
? 癌基因是控制细胞生长和分裂的原癌基因的一种突变形式。
23
? 抑癌基因 是正常细胞增殖过程中的负调控因子。抑癌基因编码的蛋白
抑制细胞增殖，使细胞停留于检验点上阻止周期进程，因此起负调控
作用。
? 抑癌基因的产物主要包括：①转录调节因子，如 Rb,p53，②负调控
转录因子，如 WT，③周期蛋白依赖性激酶抑制因子（ CKI），如 p15、
p16,p21，④信号通路的抑制因子，如 ras GTP酶活化蛋白（ NF-
1），磷脂酶（ PTEN）；⑤ DNA修复因子，如 BRCA1,BRCA2。
? 抑癌基因 发生功能丧失性突变 (隐性突变 )，则导致细胞周期失控而过
度增殖。
? Rb（人类视网膜细胞瘤）基因是第一个被克隆的抑癌基因。 Rb基
因突变导致视网膜母细胞瘤形成。散发性 Rb发生较晚，一般只危及
一眼，遗传性 Rb往往危及双眼,3岁左右发病形成多个肿瘤。
? pRb对细胞周期运转作用
? 在 G1期 Rb与 E2F结合，抑制 E2F的活性，在 G1/S期 Rb被 CDK2磷
酸化失活而释放出转录因子 E2F，促进蛋白质的合成。
? P53基因突变 将导致细胞癌变或凋亡
24
四、癌症能治疗吗
● 传统思路是手术, 放疗, 化疗
● 癌症治疗新方案
◆ 免疫治疗 (Immunotherapy)
◆ 基因治疗 (Gene therapy)
◆ 抑制癌症促进蛋白的活性
◆ 抑制肿瘤血管形成
25
几种生物的细胞数目与类型
物种 细胞数 细胞类型
团藻
海绵
水螅
涡虫
人
10
2
10
3
10
5
10
9
10
14
2
5 ─ 10
10 ─ 20
100
> 200
26
27
Fig.21-19
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
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一些肿瘤相关的病毒
第十章 细胞分化与肿瘤（ 2学时）
● 细胞分化 (Cell differentiation)
● 癌细胞 (Cancer cell)
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第一节 细胞分化 (Cell differentiation)
? 细胞分化 (cell differentiation),在个体发育中，由一种相同
的细胞类型经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳
定性差异，产生各不相同的细胞类群的过程。
? 细胞分化是多细胞生物发育的基础与核心；
? 细胞分化的关键在于特异性蛋白质合成；
? 合成特异性蛋白质实质在于组织特异性基因在时间和空间上的差异
性表达；
? 差异性表达的机制是由于基因表达的组合调控。
? 细胞癌变是正常细胞分化机制失控的表现
● 细胞分化的基本概念
● 影响细胞分化的因素
●细胞分化与胚胎发育 — Hox genes
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同源异型基因
（ homeotic selector gene,Hox gene）
? 果蝇体节发育中起关键作用的基因群。
? 含有高度保守的 180bp组成的 DNA序列，称同源框。编码 60个氨基
酸，形成 ?螺旋 -转角 -?螺旋结构，与 DNA序列大沟相互作用，启动
基因表达。
? 同源异型基因在染色体上的排列与胚胎发育在时、空序列
上是一致的。
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一、细胞分化的基本概念
● 细胞分化是基因选择性表达的结果
● 组织特异性基因与当家基因
● 组合调控引发组织特异性基因的表达
● 单细胞有机体的细胞分化
● 转分化与再生
5
细胞分化是基因选择性表达的结果
细胞总 DNA 细胞总 RN A
输卵管细胞 成红细胞 胰岛细胞 输卵管细胞 成红细胞 胰岛细胞
卵清蛋白基因 + + + + - -
β - 珠蛋白基因 + + + - + -
胰岛素基因 + + + - - +
实验方法 S out he rn 杂交 N ort he rn 杂交
分子杂交技术检测基因及其表达
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组织特异性基因与当家基因
?当家基因 (house-keeping genes)：
? 是指所有细胞中均要表达的一类基因，其产物
是对维持细胞基本生命活动所必需的；
?组织特异性基因 (tissue-specific genes)，或称
奢侈基因 (luxury genes)：
?是指不同的细胞类型进行特异性表达的基因，其
产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特
异的功能；
? 调节基因 的产物用于调节组织特异性基因的表达，
起激活或者起阻遏作用。
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组合调控引发组织特异性基因的表达
?组合调控（ combinational control） 概念：
有限的少量调控蛋白启动为数众多的特异细胞类型的分化
的调控机制。即每种类型的细胞分化是由多种调控蛋白共同调
节完成的。
?生物学作用：
借助于组合调控，一旦某种关键性基因调控蛋白与其它
调控蛋白形成适当的调控蛋白组合，不仅可以将一种类型的
细胞转化成另一种类型的细胞，而且遵循类似的机制，甚至
可以诱发整个器官的形成（如眼的发育）。
?分化 启动机制：
靠一种关键性调节蛋白通过对其他调节蛋白的级联启动。
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转分化与再生
? 一种类型分化的细胞转变成另一种类型的分化细胞
现象称 转分化（ transdifferentiation） 。
? 转分化经历 去分化（ dedifferentiation） 和 再分化 的
过程。
? 生物界普遍存在 再生现象（ regeneration）,再生
是指生物体缺失部分后重建过程，广义的再生可包
括分子水平、细胞水平、组织与器官水平及整体水
平的再生。
? 不同的细胞有机体，其再生能力有明显的差异。
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单细胞有机体的细胞分化
● 与多细胞有机体细胞分化的不同之处：
前者多为适应不同的生活环境，而后者则通过细胞
分化构建执行不同功能的组织与器官。
● 多细胞有机体在其分化程序与调节机制方面显得更
为复杂。
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二,影响细胞分化的因素
● 细胞的全能性 (totipotency)
● 影响细胞分化的因素
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细胞的全能性 (totipotency)
? 概念,细胞全能性是指细胞经分裂和分化后仍具有产生完整有机体的潜
能或特性。
? 植物细胞具有全能性,在适宜的条件下可培育成正常的植株。
? 动物细胞 核移植 (Nuclear transfer)实验证明细胞核具有发育全能性
? 如蛙红细胞核移植后发育成蝌蚪
? Dolly羊的诞生 说明高度分化的哺
乳动物体细胞核也具有发育全能性
? 干细胞 (Stem cell)与细胞发育潜能
? 干细胞分化模式
? 胚胎干细胞 (embryo stem cell),具有分化成多种细胞类型及构建
组织的潜能
? 造血干细胞
? 单能干细胞 （ monopotential cell）
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影响细胞分化的因素
? 胞外信号分子对细胞分化的影响,如眼的发生
? 细胞记忆与决定
?果蝇成虫盘 (imaginal disc)
? 受精卵细胞质的不均一性对细胞分化的影响
? 细胞间的相互作用与位置效应
? 环境对性别决定的影响
? 染色质变化与基因重排对细胞分化的影响
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第二节 癌细胞 (Cancer cell)
? 肿瘤（ tumor,neoplasm）是一种基因病，它是指细胞在致瘤因素作用下，
基因发生了改变，失去对其生长的正常调控，导致异常增生。可分为良
性和恶性肿瘤两大类。前者生长缓慢，与周围组织界限清楚，不发生转
移，对人体健康危害不大。后者生长迅速，可转移到身体其它部位，还
会产生有害物质，破坏正常器官结构，使机体功能失调，威胁生命。
? 癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病，是目前危害人类健康最严重
的一类疾病。在美国，恶性肿瘤的死亡率仅次于心血管疾病而居第二位。
据我国 2000年卫生事业发展情况统计公报，城市地区居民死因第一位为
恶性肿瘤，其次为脑血管病、心脏病。我国最为常见和危害性严重的肿
瘤为肺癌、鼻咽癌、食管癌、胃癌、大肠癌,肝癌、乳腺癌、宫颈癌、
白血病及淋巴瘤等。
? 动物体内 细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞 (tumor cell)。
? 癌细胞的基本特征
? 致癌因素
? 癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果
? 癌症能治疗吗？
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一,癌细胞的基本特征
? 癌细胞有三个显著的基本特征即：不死性，迁移性和
失去接触抑制。除此之外，癌细胞还有许多不同于正
常细胞的生理、生化和形态特征。
?癌细胞的形态特征
?癌细胞的生理特征
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癌细胞的形态特征
?癌细胞大小形态不一，通常比它的源细胞体积要大，核质比
显著高于正常细胞，可达 1:1，正常的分化细胞核质比仅为 1:4-6。
?核形态不一，并可出现巨核、双核或多核现象。核内染色体
呈 非整倍态（ aneuploidy）,某些染色体缺失，而有些染色体
数目增加。正常细胞染色体的不正常变化，会启动细胞凋亡过
程，但是癌细胞中，细胞凋亡相关的信号通路产生障碍，也就
是说癌细胞具有不死性。
?线粒体表现为不同的多型性、肿胀、增生，如嗜酸性细胞腺
瘤中肥大的线粒体紧挤在细胞内，肝癌细胞中出现巨线粒体。
?细胞骨架紊乱，某些成分减少，骨架组装不正常。细胞表面
特征改变，产生 肿瘤相关抗原（ tumor associated antigen） 。
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二、癌细胞的生理特征
?细胞周期失控，不受正常生长调控系统的控制，能持续的分裂与增殖。
?具有迁移性,细胞粘着和连接相关的成分发生变异或缺失，相关信号通路受阻，细胞
失去与细胞间和细胞外基质间的联结，易于从肿瘤上脱落。许多癌细胞具有变形运动
能力，并且能产生酶类，使血管基底层和结缔组织穿孔，使它向其它组织迁移。
?接触抑制丧失,正常细胞在体外培养时表现为贴壁生长和汇合成单层后停止生长的特
点，即接触抑制现象，而肿瘤细胞即使堆积成群，仍然可以生长。
?定着依赖性丧失，正常真核细胞，大多须粘附于特定的细胞外基质上才能抑制凋亡而
存活，肿瘤细胞失去定着依赖性，可以在琼脂、甲基纤维素等支撑物上生长。
?去分化现象，已知肿瘤细胞中表达的胎儿同功酶达 20余种。胎儿甲种球蛋白是胎儿所
特有的。但在肝癌细胞中表达，因此可做肝癌早期检定的标志特征。
?对生长因子需要量降低，体外培养的癌细胞对生长因子的需要量显著低于正常细胞，
是因为自分泌或其细胞增殖的信号途径不依赖于生长因素。某些固体瘤细胞还能释放
血管生成因子，促进血管向肿瘤生长。获取大量繁殖所需的营养物质。
?代谢旺盛，核酸分解过程明显降低,DNA和 RNA的含量均明显增高。
?蛋白质合成及分解代谢都增强，但合成代谢超过分解代谢，甚至可夺取正常组织的蛋
白质分解产物，结果可使机体处于严重消耗的恶病质（ cachexia）状态。
?线粒体功能障碍，即使在氧供应充分的条件下也主要是糖酵解途径获取能量。
?可移植性，正常细胞移植到宿主体内后，由于免疫反应而被排斥，多不易存活。但是
肿瘤细胞具有可移植性，如人的肿瘤细胞可移植到鼠类体内，形成移植瘤。
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二、致癌因素
? 人类肿瘤约 80％是由于与外界致癌物质接触而引起的，根据致癌物的性
质可将其分为化学、生物和物理致癌物三大类。根据它们在致癌过程中
的作用，可分为启动剂、促进剂、完全致癌物。
? 启动剂是指某些化学、物理或生物因子，它们可以直接改变细胞遗传
物质 DNA的成分或结构，一般一次接触即可完成，其作用似无明确的阈
剂量，启动剂引起的细胞改变一般是不可逆的。
? 促进剂本身不能诱发肿瘤，只有在启动剂作用后再以促进剂反复作用，
方可促使肿瘤发生。促癌物的种类也很多，如某些激素、药物等。有的
促癌物只对诱发某种肿瘤起促进作用，而对另一种肿瘤的发生不起作用，
例如糖精可促进膀胱癌的发生，但对诱发肝癌不起促进作用；苯巴比妥
促进肝癌的发生，但不促进膀胱癌的发生。
? 有些致癌物的作用很强，兼具启动和促进作用，单独作用即可致癌。称
为完全致癌物。如多环芳香烃、芳香胺、亚硝胺、致癌病毒等。
? 一,化学致癌物
? 二,生物性致癌因素
? 三,物理因素
? 多种理化因子致癌
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一、化学致癌物
按化学结构可分为：
?①亚硝胺类，这是一类致癌性较强，能引起动物多种癌症的化学致癌物质。
在变质的蔬菜及食品中含量较高，能引起消化系统、肾脏等多种器官的肿瘤；
?②多环芳香烃类，这类致癌物以苯并芘为代表，将它涂抹在动物皮肤上，可
引起皮肤癌，皮下注射则可诱发肉瘤。这类物质广泛存在于沥青、汽车废气、
煤烟、香烟及熏制食品中；
?③芳香胺类，如乙萘胺、联苯胺,4-氨基联苯等，可诱发泌尿系统的癌症；
?④烷化剂类，如芥子气、环磷酰胺等，可引起白血病、肺癌、乳腺癌等；
?⑤氨基偶氮类，如用二甲基氨基偶氮苯（即奶油黄，可将人工奶油染成黄色
的染料）掺入饲料中长期喂养大白鼠，可引起肝癌；
?⑥碱基类似物，如 5-溴尿嘧啶,5-氟尿嘧啶,2-氨基腺嘌呤等，由于其结构与
正常的碱基相似，进入细胞能替代正常的碱基参入到 DNA链中而干扰 DNA复制
合成；
?⑦氯乙烯，目前应用最广的一种塑料聚氯乙烯，是由氯乙烯单体聚合而成。
大鼠长期吸入氯乙烯气体后，可诱发肺、皮肤及骨等处的肿瘤。通过塑料工厂
工人流行病学调查已证实氯乙烯能引起肝血管肉瘤，潜伏期一般在 15年以上；
?⑧某些金属，如铬、镍、砷等也可致癌。
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二、生物性致癌因素
?生物性致癌因素包括病毒、细菌、霉菌等。其中以病毒与人体肿瘤的关系最
为重要，研究也最深入。
?1．肿瘤病毒：
?逆转录病毒,T淋巴细胞白血病病毒（ HTLV）、成人 T细胞白血病病毒（ ATLV）
和爱滋病病毒（ HIV）等病毒。逆转录病毒感染机体后，病毒的遗传信息整合到宿
主细胞的染色体中，成为细胞的组成部分，一般情况下受到正常细胞的调节控制，
病毒处于静止状态，但受到化学致癌物、射线辐射等因素的作用后，可能被激活病
毒表达而在体内诱发肿瘤。
?乙型肝炎病毒：人肝癌细胞 DNA中发现有 HBV病毒的碱基序列。 HBV整合到细胞
DNA中，能使细胞 DNA发生缺失、插入、转位、突变或易位等改变。
?乳头状瘤病毒：与生殖道肿瘤的发生有密切关系，并与口腔、咽、喉、气管等处的
乳头状瘤和皮肤疣等良性病变有关。在宫颈癌细胞中病毒 DNA序列已经整合到宿主
细胞的基因组中，宫颈癌的发生与原癌基因 c-ras和 c-myc的变异和突变有关。
?EB病毒,EB病毒（ Epstein-Barr virus,EBV）是一种疱疹病毒，与儿童的 Burkitt
淋巴瘤和成人的鼻咽癌发生有关。
?2．霉菌与肿瘤发生
?目前已知有数十种霉菌毒素对动物有致癌性。但除黄曲霉毒素（ aflatoxin）外，对
其它的研究都较少。黄曲霉菌广泛存在于污染的食品中，尤以霉变的花生、玉米及
谷类含量最多。黄曲霉毒素有许多种，是一类杂环化合物，其中黄曲霉毒素 B1是
已知最强的化学致癌物之一，可引起人和啮齿类、鱼类、鸟类等多种动物的肝癌。
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三、物理因素
?1．电离辐射
?电离辐射可以引起人体各部位发生肿瘤，但据估计在所有肿瘤的总病
例数中只占 2%～ 3％左右。居里夫人的去世，日本原子弹爆炸后引起
白血病的发病率增高，都是著名的例子。
?辐射可引起染色体,DNA的突变，或激活潜伏的致癌病毒。放射线引
起的肿瘤有：白血病、乳腺癌、甲状腺肿瘤、肺癌、骨肿瘤、皮肤癌、
多发性骨髓瘤、淋巴瘤等。
?2．紫外线
?紫外线照射可引起细胞 DNA断裂、交联和染色体畸变，紫外线还可抑
制皮肤的免疫功能，使突变细胞容易逃脱机体的免疫监视，这些都有
利于皮肤癌和基底细胞癌的发生。近年来由于环境恶化，大气层的臭
氧减少，出现地球臭氧空洞，地表紫外线的辐照强度将急剧增高，其
诱发人体皮肤癌的潜在危险性将大为增加。据估计，大气臭氧减少
1%，皮肤癌就要增加 2-6％，美国每年就会增加 10000～ 20000名皮
肤癌的患者。
21
三、癌症产生是基因突变积累和自然选择的结果
癌症主要是体细胞突变产生的遗传病, 涉及到两大类与
细胞增殖相关的基因的突变 。
● 促进细胞增殖相关基因突变,原癌基因 (proto-
oncogene)突变形成癌基因 (oncogene)
● 抑制细胞增殖相关基因突变,肿瘤抑制基因 (tumor-
suppressor gene)
● 细胞癌变是基因突变累积和自然选择的结果, 所以
患者多为年长者 。
● 原癌基因与肿瘤抑制基因产物 协调作用, 避免细胞
癌变 。
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? 原癌基因 (oncogene)是细胞内与细胞增殖相关的基因，是维
持机体正常生命活动所必须的，在进化上高等保守。当原癌
基因的结构或调控区发生变异 (显性突变 ),基因产物增多或
活性增强时，使细胞过度增殖，从而形成肿瘤。
? 原癌基因的产物 主要包括：①生长因子，如 sis，②生长因子
受体，如 fms,erbB，③蛋白激酶及其它信号转导组分，如
src,ras,raf，④细胞周期蛋白，如 bcl-1，⑤细胞凋亡调控
因子，如 bcl-2，⑥转录因子，如 myc,fos,jun。
? 癌基因是控制细胞生长和分裂的原癌基因的一种突变形式。
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? 抑癌基因 是正常细胞增殖过程中的负调控因子。抑癌基因编码的蛋白
抑制细胞增殖，使细胞停留于检验点上阻止周期进程，因此起负调控
作用。
? 抑癌基因的产物主要包括：①转录调节因子，如 Rb,p53，②负调控
转录因子，如 WT，③周期蛋白依赖性激酶抑制因子（ CKI），如 p15、
p16,p21，④信号通路的抑制因子，如 ras GTP酶活化蛋白（ NF-
1），磷脂酶（ PTEN）；⑤ DNA修复因子，如 BRCA1,BRCA2。
? 抑癌基因 发生功能丧失性突变 (隐性突变 )，则导致细胞周期失控而过
度增殖。
? Rb（人类视网膜细胞瘤）基因是第一个被克隆的抑癌基因。 Rb基
因突变导致视网膜母细胞瘤形成。散发性 Rb发生较晚，一般只危及
一眼，遗传性 Rb往往危及双眼,3岁左右发病形成多个肿瘤。
? pRb对细胞周期运转作用
? 在 G1期 Rb与 E2F结合，抑制 E2F的活性，在 G1/S期 Rb被 CDK2磷
酸化失活而释放出转录因子 E2F，促进蛋白质的合成。
? P53基因突变 将导致细胞癌变或凋亡
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四、癌症能治疗吗
● 传统思路是手术, 放疗, 化疗
● 癌症治疗新方案
◆ 免疫治疗 (Immunotherapy)
◆ 基因治疗 (Gene therapy)
◆ 抑制癌症促进蛋白的活性
◆ 抑制肿瘤血管形成
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几种生物的细胞数目与类型
物种 细胞数 细胞类型
团藻
海绵
水螅
涡虫
人
10
2
10
3
10
5
10
9
10
14
2
5 ─ 10
10 ─ 20
100
> 200
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Fig.21-19
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一些肿瘤相关的病毒
