第十六章 遗传与肿瘤发生 肿瘤是细胞异常增殖所形成的细胞群。肿瘤形成后可在原位继续生长，也可转移进入其它组织器官，而侵袭到其他部位肿瘤的恶性程度较高。肿瘤细胞持续生长将出现严重的组织损伤和器官衰竭，最后导致死亡。目前已发现的200多种恶性肿瘤几乎涉及了所有类型的细胞、组织及器官系统。 长期以来，对肿瘤的解释颇有争议。环境污染及生活方式的影响，如吸烟与肿瘤的发生也有很大关系；然而，许多恶性肿瘤的发生并没有明显的决定性因素。在有些病例中，遗传基础起了重要的作用。例如，一些肿瘤的发生具有明确的种族倾向性：日本人患松果体瘤者比其他民族高十几倍；中国人鼻咽癌的发病率比印度人高30倍，比日本人高60倍，而且这种高发病中并不随中国人移居他国而明显降低，世界上80％左右的鼻咽癌发生在我国，持广东方言的居民是鼻咽癌的最高发人群，鼻咽癌因而又被称为“广东瘤（Canton tumor）”。可见遗传因素是诱导肿瘤发生的重要原因。如果肿瘤仅仅是一种单基因病，那么理解恶性肿瘤是如何始动的并设计治疗方案会更容易。但事实并非如此简单，基本上当诱导细胞分裂的过程出现失控、细胞分裂周期的调控缺陷和/或程序性细胞死亡（凋亡）的控制被破坏均会导致肿瘤的发生。事实上，同许多其他疾病一样，肿瘤的发生也是遗传因素和环境因素共同作用的结果，只是在同一肿瘤的发生中，遗传因素或环境因素所起的作用不等而已。 自20世纪70年代以来，肿瘤的遗传研究得益于分子遗传学技术的发展，取得了一系列重要的研究成果。癌基因、肿瘤抑制基因、肿瘤转移基因、肿瘤转移抑制基因的发现促进了对细胞周期及细胞凋亡机制的深入了解，使人们对肿瘤发生和发展的认识也日趋深入。 第一节 肿瘤发生的遗传现象 双生子调查、系谱分析、遗传流行病学和染色体分析都已证实肿瘤的发生具有明显的遗传基础，它们有的呈单基因遗传；有的呈多基因遗传；有的与染色体畸变有关，有的构成了遗传综合征的一部分。 Etiology of Cancer  As late as the 1970s,human cancers remained a black box. Theories were abundant: Cancer was hypothesized to result from defective immunity, viruses, dysregulated differentiation, mutations……In the absence of hard evidence to confirm or refute any of these theories, it was difficult to be optimistic that cancer would soon be understood, or that there was much hope for patients afflicted with disease. This has changed dramatically as a result of revolution in cancer research that has occurred in the last decade. If this revolution were to be summarized in a single sentence, that sentence would be “Cancer is, in essence, a genetic disease.” Although cancer is complex, and environmental and other nongenetic factors clearly play a role in many stages of the neoplastic process, the tremendous progress made in understanding tumorigenesis in large part is owing to the discovery of the genes, that when mutated, lead to cancer.   一、单基因遗传的肿瘤 人类单基因遗传的肿瘤种类虽然不少，但在全部人类肿瘤中所占的比例不大。其中较为多见的有视网膜母细胞瘤、肾母细胞瘤、神经母细胞瘤、皮肤鳞癌、嗜铬细胞瘤、多发性神经纤维瘤等。视网膜母细胞瘤是一种眼部的肿瘤，每20000个活婴中即有1个罹患此病，呈常染色体显性（AD）遗传，发病年龄较早（常在4岁以内），多累及双眼。此外，在人群中还有一种视网膜母细胞瘤呈散发状态，发病年龄较晚，且多为单侧性，与遗传的关系不大（图16-1）。总之，单基因遗传的肿瘤往往发病较早，但临床上并不多见。 图16-1 视网膜母细胞瘤家系 （A：AD遗传家系；B：散发性病例家系） 二、多基因遗传的肿瘤 多基因遗传的肿瘤大多是一些常见的恶性肿瘤，这些肿瘤的发生是遗传因素和环境因素共同作用的结果。如乳腺癌、胃癌、肺癌、前列腺癌、子宫颈癌等，患者一级亲属的患病率都显著高于群体患病率。 例如，对肺癌的研究提示，吸烟为本病的主要诱因，但也与遗传因素有关。芳羟化酶（arylhydrocarbon hydroxylase，AHH；OMIM#108340）的活性便与肺癌易感性相关联。AHH是一种氧化酶，又是一种诱导酶，其诱导活性的高低受遗传控制。AHH的诱导活性在人群中具有遗传多态性，人群中45％呈低诱导，46％呈中等诱导，9％呈高诱导。肺癌患者几乎没有低诱导表型，而高诱导表型达30％。已知AHH可与体内其他氧化酶一起，使吸入体内的多环碳氢化合物活化为致癌环氧化物。提示AHH活性高者易将香烟中的多环碳氢化合物活化为致癌物，故易患肺癌。目前认为，AHH诱导的多态性是肺癌易感性的重要遗传因素。 三、染色体畸变可能是肿瘤发生的原因，也可能是肿瘤发生的表现 自1960年Nowell Hungerford首次证明特征性的染色体改变（Ph染色体）与肿瘤（慢性粒细胞性白血病）相关以来，这方面的研究特别引人注目。人们不仅认识到染色体异常是肿瘤细胞的一大特征，还对肿瘤发生的染色体机制作了大量探索。 大多数恶性肿瘤细胞的染色体为非整倍体，而且在同一肿瘤内染色体数目波动的幅度较大。恶性肿瘤发展到一定阶段往往出现1～2个比较突出的细胞系，细胞系内全部细胞的染色体数目和结构都相同。在某种肿瘤内，如果某种细胞系生长占优势或细胞百分数占多数，此细胞系就称为该肿瘤的干系（stemline），干系的染色体数目称为众数（model number）；细胞生长处于劣势的其他核型的细胞系称为旁系（sideline）。 在正常组织中，干系就是以46为众数的细胞系，其众数的百分比一般可达98％～100％。在恶性肿瘤中，众数可以是46（多为假二倍体），也可为其他数目。但众数细胞百分比较低，一般约20％～30％。 在肿瘤细胞内常见到结构异常的染色休，如果一种异常的染色体较多地出现在某种肿瘤的细胞内，就称为标志染色体（marker chromosome）。在一个干系内的标志染色体往往相同，说明肿瘤起源于同一个祖细胞。标志染色体是恶性肿瘤的特点之一，可分为特异性与非特异性标志染色体两种。 特异性标志染色体是经常出现于同一种肿瘤内的标志染色体。比较突出的例子是慢性粒细胞性白血病（chronic myelogenous leukemia，CML）中的费城染色体（Philadelphia chromosome），即Ph小体。Ph小体是第22q-所形成的畸变染色体。22q断裂段易位于9号染色体长臂末端，即t（9；22）（q34；q11）（图16-2）。CML患者中95％为Ph阳性，且发现于CML早期患者的骨髓细胞中，故有早期诊断的价值。据报道，化疗后Ph小体可消失，因此Ph小体的有无又可作为判定治疗效果的一种指标。 此外，还有一些肿瘤特异的染色体标志，例如，视网膜母细胞瘤的i（6p）、del（13）（q14.1），Burkitt淋巴瘤的t（8;14）（q24；q32），甲状腺瘤的inv（10）（q11q21），脑膜瘤的22q-或-22，视网膜母细胞瘤的13q14-，CML急性变呈现的+8和17q+，急性白血病的-7或+9，Wilms瘤的11p中间缺失（11p13→p14），结肠息肉的+8或+14，小细胞肺癌3p中间缺失（3p14→p23），肺腺癌与肺鳞癌中6q-（6q23→qter），黑色素瘤中的+7或+22，鼻咽癌的t（1；3）（q41；p11）以及乳腺癌中的涉及1q的易位等。 图16-2 Ph小体的形成 有些染色体异常不属于某种肿瘤所特有，即同一种肿瘤内可能有不同的染色体异常；或同一类的染色体异常可出现于不同肿瘤中。另一方面，由于显带技术的应用，人们注意到了标志染色体的形成机制，还注意到了像Ph小体这种标志染色体在CML不同病期的变化现象，使得人们联想到染色体的某些变化（如染色体重排断裂点、脆性部位等）可能是肿瘤发生的原因。 四、某些遗传性缺陷或疾病具有易患肿瘤的倾向性 某些遗传性缺陷或疾病具有易患某些肿瘤的倾向性，称为肿瘤的遗传易感性。肿瘤有时成为这些遗传性缺陷或疾病的一部分。 （一）共济失调性毛细血管扩张症 共济失调性毛细血管扩张症（ataxia telangiectasia，AT）是一种罕见的AR遗传病，发病率为1/40000～1/100000。其主要的临床表现是进行性小脑共济失调，肺部反复感染，以及眼和面部皮肤的毛细血管扩张。其他特征包括对射线的杀伤作用异常敏感，染色体具不稳定性，易患白血病或淋巴瘤、免疫缺陷等。患者对射线的杀伤作用异常敏感，染色体具不稳定性，易患癌症，免疫缺陷等。以前人们一直认为该病是多基因遗传病。但经过近40年的研究，AT的致病基因（ATM）终于在1995年被克隆，同时也确定AT为单基因遗传病。 （二）Bloom综合征 Bloom综合征（Bloom syndrome，BS）由Bloom首先报道，患者常见的临床表现包括身材矮小，慢性感染，免疫功能缺陷，日光敏感性面部红斑和轻度颜面部畸形，且多在30岁前发生各种肿瘤和白血病。染色体不稳定性或基因组不稳定性是BS患者细胞遗传学的显著特征，主要表现在：①体外培养的BS细胞株的染色体易发生断裂并易形成结构畸变；体内BS细胞如颊粘膜细胞在分裂间期常可见细胞内出现多个微核结构；②BS细胞的染色体易发生在染色体的同源序列之间，从而出现频发的姐妹染色单体交换（SCEs）现象；③不但在编码序列之间，而且在非编码序列之间也同样存在BS体细胞的断裂性突变；④培养的BS细胞中常见四射体结构，尤其常见于短期培养的BS淋巴细胞中，但在正常人的细胞中却罕见。有研究显示ReqQ解旋酶家族的基因突变使DNA损伤后的修复障碍导致BS的发生。 （三）着色性干皮病 着色性干皮病（xeroderma pigmentosum，XP）是一种罕见的、致死性AR遗传病，发病率为1/250000。XP的主要临床特点为早发的起源于皮肤上皮鳞状细胞或基底细胞的皮肤癌，此外还包括性发育不良、生长迟缓、伴智力低下的神经异常、小头和神经性耳聋。XP患者皮肤有许多色素斑点，也常常是皮肤癌的发生部位；此外，也易患其他一些癌症，包括恶性黑色素瘤、肉瘤、腺癌等。他们对光极敏感，皮肤、眼和舌部易受损；也有神经系统异常而且学习能力差。XP患者很少能活过20岁。正常情况下，紫外线（UV）辐射促使相邻嘧啶形成稳定的连结，如T与T连结（T-T），C与T连结（C-T），C与C连结（C-C）。这种成对共价连接的核苷酸称为二聚体。在这三种类型的二聚体中，胸腺嘧啶二聚体T-T出现频率最高。UV也可导致其他类型的核苷酸交联。除此之外，一些化合物也具有核苷酸交联剂的作用，另一些种类的化合物可为DNA碱基添加化学基团。二聚体核苷酸交联和核苷酸特异侧基破坏了染色体结构并导致突变。核苷酸切除修复（NER）系统切除这些受损的DNA核苷酸并重建正常核苷酸序列。真核细胞中NER系统具有30多种蛋白质。由于核苷酸切除修复途径缺陷，XP细胞对UV辐射高度敏感。XP患者至少分为7种互补型，A至G（也称为XP变异型），推测至少有7种不同的基因产物参与NER。 （四）Fanconi贫血症 Fanconi贫血症（Fanconi anemia，FA）相当罕见，属于AR遗传病，全世界大约有1/350 000人发病。主要表现为各类起源于骨髓细胞的血细胞发育受阻（全血细胞减少症）。主要的身体和发育异常有：骨骼畸形、脑损伤、心脏和胃肠道缺陷。儿童期癌症发生危险性也增高，尤其是急性白血病。在培养的FA细胞中普遍存在染色体不稳定，包括染色体断裂等。FA细胞主要对一些化合物如丝裂霉素C、双环氧丁烷、顺氯氨铂反应敏感，并由此导致在一个DNA链内或两条互补链之间的两个核苷酸之间形成交联。一般情况下，FA细胞在一定浓度的交联剂存在时停止生长并死亡，而野生型细胞则很少出现这种情况。至少发现了8个基因的突变参与了本病的发生，但它们与基因突变的修复及与临床表现的关系尚不清楚。 另外，18三体型综台征易患肾母细胞瘤；Bruton型无丙种球蛋白血症患者易患白血病的风险是正常人的近千倍。 第二节 癌基因 基因的改变是肿瘤起源与发展的分子基础。能够使细胞发生癌变的基因统称为癌基因（oncogene）。他们原是正常细胞中的一些基因，是细胞生长发育所必需的。一旦这些基因在表达时间、表达部位、表达数量及表达产物结构等方面发生了异常，就可以导致细胞无限增殖并出现恶性转化。 一、癌基因是一类控制细胞正常生长与发育的基因 许多已定性的人类癌基因往往与从致癌的RNA病毒中分离出的病毒癌基因（viral oncogene，v-onc）有一定的关联。从病毒中分离出的遗传物质可以使正常细胞发生转化而癌变，因此这类遗传物质（即病毒癌基因）在肿瘤的发生中起关键作用。称为反转录病毒（retroviruse）的RNA分子在反转录酶（reverse transcriptase）的作用下可将RNA反转录为DNA，这种病毒DNA可以整合到人（宿主）的染色体DNA中进行表达，并导致肿瘤的发生；另一方面，对从Rous肉瘤病毒中得到src癌基因的分析显示，src癌基因并不是病毒本身的基因，而是由其祖先病毒经转导（transduction）而携带出的宿主基因，这个相应的宿主基因就是原癌基因（proto-oncogene，pro-onc）（表13-l），相对于病毒癌基因，后来发现许多原癌基因都有其相应的RNA肿瘤病毒；此外，DNA肿瘤病毒（如SV40和多形瘤病毒）的病毒癌基因，不是从原癌基因转导而来，而是病毒本身的基因。 细胞中正常的原癌基因又被称为细胞癌基因（cellular oncogene，c-onc）。它们在进化上有高度的保守性。例如，原癌基因H-ras和其对应的蛋白质在酵母和人等生物体中均有发现，表明其蛋白对维持基本的生命活动是必不可少的。研究已经表明，原癌基因的蛋白产物在信号转导和细胞生长、增殖、分化的调控方面起重要作用，当这些调节或转导发生改变时，细胞即可能发生恶性转化。 细胞癌基因按照其功能不同可以分为：①蛋白激酶类细胞癌基因的产物为某种生长因子受体，与生长因子结合后，形成蛋白质酪氨酸激酶，触发细胞内的一系列反应。例如，ERBB1癌基因的产物为表皮生长因子受体；②信号传递蛋白类细胞癌基因可进一步分为两种：其一是与膜相联系的，它们的产物为一类蛋白质酪氨酸激酶，可把ATP末端的磷酸基转移到其他蛋白质的酪氨酸残基上，从而改变其功能,影响细胞的生长和分化。例如，src癌基因与膜相联系，其产物影响胚胎发育﹑细胞骨架和细胞外形；其二是细胞值的，它们的产物是一类蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶，位于细胞之内，可把ATP末端的磷酸基转移到其他蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上，改变其功能，影响细胞的生长和分化。例如，pim癌基因就属于本家族；③生长因子类细胞癌基因的产物是某种生长因子，刺激细胞增生。例如，sis癌基因的产物是血小板生长因子（PDGF）β链，可促进间质细胞的有丝分裂；④核内转录因子类细胞癌基因的产物多与细胞核结合，调节某些基因转录和DNA的复制，促进细胞的增殖。例如，myc癌基因的产物与DNA结合后可引起DNA的复制。 表16-1 癌基因与肿瘤发生 癌基因 激活机制 肿瘤发生 原癌基因  生长因子类  v-sis  神经胶质瘤/纤维肉瘤 PDGF β-链  int-2 原病毒插入 乳腺癌 FGF家族成员  KS3 DNA转染 Kaposi肉瘤 FGF家族成员  HST DNA转染 胃癌 FGF家族成员  int-1 原病毒插入 乳腺癌 可疑的生长因子  缺乏蛋白激酶活性的受体类  mas DNA转染 乳腺癌 血管紧张肽受体  酪氨酸激酶类：膜内在蛋白质、生长因子受体  EGFR 扩增 鳞状细胞癌 酪氨酸蛋白激酶 EGFR  v-fms  肉瘤 酪氨酸蛋白激酶 CSF-IR  v-kit  肉瘸 酪氨酸蛋白激酶干细胞因子R  v-ros  肉瘤 酪氨酸蛋白激酶  MET 重排 MNNG治疗的人骨癌细胞系 酪氨酸蛋白激酶 HGF／SFR  TRK 重排 结肠癌 酪氨酸蛋自激酶 NGFR  NEU 点突变 神经母细胞瘤 酪氨酸蛋白激酶   扩增 乳腺癌   RET 重排 甲状腺癌 Men2A、Men2B 酪氨酸蛋白激酶 GDNFR  酪氨酸激酶类：与膜有关的  src  结肠癌 酪氨酸蛋白激酶  v-yes  肉瘤 酪氨酸蛋白激酶  v-fgr  肉瘤 酪氨酸蛋白激酶  v-fps  肉瘤 酪氨酸蛋白激酶  v-fes  肉瘤 酪氨酸蛋白激酶  BCR／ABL 染色体易位 慢性粒细胞白血病 酪氨酸蛋白激酶  G蛋白类  H—RAS 点突变 结肠癌、肺癌、胰腺癌 GTP酶  K—RAS 点突变 急性粒细胞白血病、甲状腺癌、黑素瘤 GTP酶  N—RAS 点突变 癌、黑素瘤 GTP 酶  gsp 点突变 甲状腺癌 G6α  gip 点突变 卵巢癌、肾上腺癌 G1α  GEF蛋白家族     Dbl 重排 弥散性B细胞淋巴瘤 GEF的ρ和 Cdc42Hs  Ost  骨瘤 GEF的ρA和Cdc42Hs  Tiam-1  转移性、癌基因性T细胞淋巴瘤 GEF的Rac和Cdc42Hs  Vay 重排 造血细胞恶性肿瘤 GEF的 Ras ？  Lbc 癌基因性 粒细胞白血病 GEF的ρ  丝氨酸／苏氨酸激酶：细胞质的  v-mos  肉瘤 丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶  v-raf  肉瘤 丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶  pim-1 原病毒插入 T细胞淋巴瘤 丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶  细胞质调控因子  v-crk   SH-2/SH-3衔接子  核蛋白质家族  v-myc  髓细胞瘤样癌 转录因子  N-MYC 基因扩增 神经母细胞瘤、肺癌 转录因子  L-MYC 基因扩增 肺癌 转录因子  v-myb  成髓细胞瘤病 转录因子  v-fos  骨瘤 转录因子 AP1  v-jun  肉瘤 转录因子 AP1  v-ski  癌 转录因子  v-rel  淋巴细胞白血病 突变型 NFkB  v-ets  成髓细胞瘤病 转录因子  v-eRB1A  成红细胞增多症 突变型硫氧还蛋白受体   二、原癌基因的突变与肿瘤发生 细胞中原癌基因可以通过一些机制而被激活，出现基因表达或过表达，从而使细胞癌变。不同的癌基因其激活的机制与途径不同，一般分为四类。 （一）点突变 原癌基因中由于单个碱基突变而改变编码蛋白的功能，或使基因激活并出现功能变异。原癌基因点突变是癌的早期变化，它具有明显的始动作用。早期的一个重要发现是对从膀胱癌细胞系的ras癌基因的分析得来的：癌基因与对应的原癌基因仅有一个碱基的差异，即第12位密码子GGC突变为GTC，使甘氨酸变为缬氨酸，这种肿瘤体细胞中的点突变便产生了能刺激细胞发生转化的异常蛋白。癌基因在细胞水平呈显性，一个等位基因的突变足以使正常细胞发生恶变。Ras蛋白是一个位于细胞膜内部，存在于细胞膜上的信号转导蛋白。当它被细胞外因子激活时，便会从GDP状态变为有活性的GTP状态，产生刺激细胞生长的信号。而突变的Ras蛋白始终处于被激活的GTP活性状态。现已在许多肿瘤中发现了ras基因的点突变。 （二）染色体易位 由于染色体断裂与重排导致细胞癌基因在染色体上的位置发生改变，使原来无活性或低表达的癌基因易位至一个强大的启动子、增强子或转录调节元件附近，或由于易位而改变了基因的结构并与其他高表达的基因形成所谓的融合基因（fusional gene），进而控制癌基因的正常调控机制的作用减弱，并使其激活及具有恶性转化的功能。 表16-2 原癌基因激话的机制 机 制 被激活的基因类型 结 果  调节突变 生长因子基因 表达或分泌的增加  结构突变 生长因子受体，信号转导蛋白 持续的细胞增殖信号  易位，反转录病毒插入 核内癌基因 过量表达  基因扩增 核内癌基因 过量表达   在慢性粒细胞白血病中，可在造血干细胞中观察到第9号染色体与第22号染色体的易位，结果第22号染色体上的原癌基因abl易位到9号染色体的BCR（Breakpoint CIuster Region）基因处，BCR DNA序列与abl序列相连表达形成一个嵌合蛋白，它比正常的abl蛋白要长，但酪氨酸激酶活性增强。尽管正常abl蛋白与BCR蛋白的功能还不清楚，但嵌合蛋白被认为改变了恶性造血细胞中abl正常蛋白的功能和表达。用反转录病毒载体构建的BCR-abl融合基因导入正常鼠的骨骨髓中，结果实验鼠发生了血细胞癌，其中也包括慢性粒细胞白血病，这个结果表明Ph染色体的这种易位可能是引起癌变的原因。 在Burkitt淋巴瘤的t（8；14）易位中，（c-myc癌基因由第8号染色体易位到第14号染色体的 Ig重链基因附近，易位使（c-myc置于Ig的H链基因活跃的启动子控制之下。因而易位的c-myc基因转录活性明显增高，增多的MYC蛋白使一些控制生长的基因活化，最终导致细胞恶变。 细胞遗传学上的变化为肿瘤的标志，并且晚期肿瘤或更恶性化的肿瘤及浸润阶段的肿瘤比早期肿瘤更常见。许多肿瘤发生方面的细胞遗传学研究来自白血病，研究的焦点在于这些异常的细胞遗传学及分子基础，现在看来其中的许多异常涉及到原癌基因，并且可能激活了原癌基因的表达。 （三）基因扩增 在肿瘤细胞尤其是神经系统肿瘤中经常可以看到基因扩增（gene amp1ification）现象。扩增的DNA片段在细胞遗传学上往往以两种方式存在而可以检测到，即均染区（homogeneously staining regions，HSRs）和双微体（double minutes，DM）。前者是在染色体的某一位置上可以看到的串联扩增现象，后者则是一个独立存在的小染色体。在神经母细胞瘤的染色体显带中，可以看到一个比正常染色体加长的不显带的均匀染色区。均染区及双微体是如何及为何产生的还不大清楚，研究发现被扩增的区域包括原癌基因的过量拷贝，如在40％的神经母细胞瘤细胞中，N-myc原癌基因被扩增了200倍以上。这种基因扩增被认为可产生原癌基因的过量表达。 （四）病毒诱导与启动子插入 原癌基因附近一旦被插入一个强大的启动子, 如逆转录病毒基因组中的长末端重复序列（long terminal repeat sequence，LTR），也可被激活。 第三节 肿瘤抑制基因 肿瘤抑制基因也称抑癌基因或隐性癌基因（recessive oncogene）。肿瘤抑制基因的概念最初是60年代在肿瘤细胞与正常细胞杂交研究的基础上提出的。正常细胞与肿瘤细胞融合形成的杂交细胞不具备肿瘤细胞表型，此外，正常细胞的染色体可以逆转肿瘤细胞表型。因此，人们提出了正常细胞中可能存在抑制肿瘤发生的基因，称为肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene，TSG）。自从1986年在人类恶性肿瘤中首次发现肿瘤抑制基因RB以来，目前已经发现并确认了十几种肿瘤抑制基因。例如p53、RB等；nm23是从黑色素瘤细胞中克隆到的肿瘤转移抑制基因。许多人类遗传性肿瘤综合征常常伴有肿瘤抑制基因的缺失或失活。 一、视网膜母细胞瘤的RB1基因 如果说原癌基因的产物助长了细胞的生长，那么肿瘤抑制基因则对细胞的异常生长和恶性转化起抑制作用。原癌基因的突变是显性的，而大多肿瘤抑制基因的突变表现为隐性，即当肿瘤抑制基因的两个等位基因因缺陷而失去功能时即可促使细胞发生恶变。 视网膜母细胞瘤是婴儿视网膜发生的恶性肿瘤，发病率约l/20000个活婴，大约40％的视网膜母细胞瘤是遗传性的，子代通过生殖细胞遗传一个突变的RB1基因。如果在一个视网膜细胞中发生一次体细胞突变，剩下的另一个正常等位基因失活则可产生肿瘤。患病的幼童大多双眼均受累，家族性视网膜母细胞瘤往往表现为显性遗传及外显不全。另有约60％的视网膜母细胞瘤是散发性的，这些病例的视网膜母细胞，往往一个细胞中的2个RB1等位基因固体细胞突变而失活，由于这种情况的发生比较稀有，所以往往发病时只表现为单侧肿瘤，而且比家族性视网膜母细胞瘤发病年龄要晚。 Knudson用二次突变假说（two-hit hypothesis）来解释视网膜母细胞瘤的遗传性与散发性，也可解释遗传性视网膜母细胞瘤的显性遗传与肿瘤抑制基因（隐性基因）的关系。二次突变假说认为遗传性视网膜母细胞瘤家族连续传递时，已经携带了一个生殖细胞系（germline）的突变，此时若在体细胞（如视网膜细胞）内再发生一次体细胞突变，即产生肿瘤，这种事件较易发生，所以发病年龄较早；而散发性的视网膜母细胞瘤是由于一个细胞内的两次体细胞突变而产生的，发生率较低或不易发生，所以发病年龄一般较晚（图16-3）。 图16-3遗传性肿瘤与散发性肿瘤的比较及二次突变假说的解释 RB1基因已定位于13q14.1-q14.2，全长约200kb，有27个外显子，基因编码924个氨基酸残基的核磷蛋白（Pl10RB1），分子质量为110000。RB1基因编码的蛋白调控细胞的分裂与增殖，它可结合于E2F蛋白并使其失活，而E2F蛋白属一种转录因子，它对细胞分裂由G1期、S期的是一个必要蛋白质。RB1基因不仅在视网膜细胞中表达，也在其他组织中有表达。 二、p53、BBCAJ等是其他一些常见的肿瘤抑制基因 通过对家族性肿瘤如Wilms瘤、家族性肠息肉瘤、神经纤维瘤Ⅰ型、Li-Fraumeni综合征等的研究，还定性了其他一些肿瘤抑制基因（表16-3）。尽管在大多数情况下，这些家族性肿瘤呈常染色体显性遗传，但其发生需要相应的肿瘤抑制基因的基因座上两个等位基因的全部失活。第一次失活或突变可由家系传递的生殖细胞而来，也可由体细胞突变而来；第二次突变则由体细胞产生，因为肿瘤是克隆发生的，所以一个组织的许多细胞中，只要有一个细胞发生上述的两次突变即可引起肿瘤的产生。另外，肿瘤抑制基因也与其他几个常见的非遗传性肿瘤（如结肠癌）有关。 在肿瘤抑制基因的研究中还发现，同一个基因的缺失或失活可在几种常见的肿瘤中发现,例如，位于第17号染色体短臂上的p53基因的异常或失活在散发性肺癌细胞和乳腺癌细胞中均有发现；RB1基因在所有的小细胞肺癌和其他许多类的肺癌中均有失活，但在结肠癌中没有发生变化。二次突变假说中第二次突变或遗传改变的情况还不很清楚，现在看来，肿瘤的恶性化潜能的发展需要不同基因座上的多次突变。 对的p53基因的研究是最为深入的。p53和RB1都是一类细胞周期的调控因子，它们使细胞维持在静止期甚至使细胞产生自杀作用，除非有合适的条件使细胞进入周期过程。p53的功能形式为一个四聚体，p53基因座上的两个等位基因均参与编码四聚体中的亚基，一个p53等位基因的突变可以使整个p53的活性丧失，p53的基因突变就表现为“显性失活（dominant negatives）”的特征。相反，RB1蛋白为一个单聚体，RB1座位上一个等位基因的突变几乎不产生什么影响，即RB1的突变对野生型来说是隐性的，这就与呈显性的癌基因和p53基因的显性失活突变完全不同。与RB1基因类似，多数肿瘤抑制基因对野生型来讲是隐性的。 p53基因定位于17p13.1，其编码的蛋白质含375个氨基酸残基，N端73个氨基酸残基为调控活性区域，其中含与mdm-2细胞周期蛋白结合的区域，p53基因受mdm-2基因编码蛋白的调控，缺失p53功能的肿瘤组织有高表达的mdm-2基因。另外还有一些与p53相关的基因在人类肿瘤细胞中也发生突变，Cipl蛋白的合成受p53的控制，肿瘤组织也发现它的突变，p16基因也有突变发生。所以许多人类肿瘤有控制细胞周期（即起负调作用）的基因的突变，如RB1、p53、mdm-2、Cipl、p16和cyclinD。因此，细胞周期控制因子的失活对肿瘤的发生是很重要的。 NM23基因是1988年由Steeg首先从黑色素瘤K-1735细胞系中通过削减杂交（subtractive hybridization）方法克隆到的能抑制癌细胞转移的基因。NM23基因编码由153个氨基酸残基组成的分子量为17000的蛋白质。NM23基因家族中有两个成员：NM23H1和NM23H2，均定位于17q21.3，二者有高度的同源性。nm23蛋白具有核苷二磷酸激酶的活性，还有嘌呤结合功能。NM23基因是一种肿瘤转移抑制基因（tumor metastasis suppressor gene），表达水平在低转移性肿瘤中明显低于高转移性肿瘤。将NM23基因转染到高转移肿瘤细胞中，可使癌细胞转移潜能下降。目前发现NM23基因参与乳腺癌、肺癌等多种恶性肿瘤的转移过程。 表16-3 肿瘤抑制基因与肿瘤发生 肿瘤抑制基因 相关的遗传性癌变综合征 存在体细胞突变的癌 编码蛋白的功能  RB1 家族性视网膜母细胞瘤 视网膜母细胞瘤、骨瘤、小细胞肺癌、乳腺癌、前列腺癌、膀胱癌、胰腺癌、食道癌等 转录调控子；与 E2F结合  TPP53（即p53） Li-Fraumeni综合征 近50％种类的癌（例如前列腺癌、神经瘤） 转录因子 调控细胞周期和凋亡  p16／NK4A 家族性黑素瘤、家族性胰腺癌 近25％-3o％种类的癌（例如乳腺癌、肺癌、胰腺癌、膀胱癌） Cdk抑制因子（例如 cdk4、cdk6）  p14Arf （p19Arf） 家族性黑素瘤 近15％种类的癌 p53蛋白；改变p16／NK4A基因的读框  APC 家族性结肠息肉（FAP）、Gardner综合征、Turcot综合征 结肠癌、硬纤维瘤 调节胞质溶胶中的B-catenin蛋白水平：与微管结合  WT－1 WAGR 综合征、 Denys- Drash综合征 Wilms瘤 转录因子  NF-1 神经纤维瘤-Ⅰ 黑素瘤、神经瘤 p21ras-GTP酶  NF-2 神经纤维瘤-Ⅱ 神经鞘瘤、脑（脊）膜瘤、室管膜瘤 连接细胞骨架  VHL Von Hppel-Lindau 综合征 肾癌、成血管细胞瘤 调控蛋白质的稳定性  BRCA1 遗传性乳腺癌及卵巢癌 近10％的卵巢癌、极少数乳腺癌 DNA修复；形成Rad51和BRCA2复合体；调控转录  BRCA2 遗传性乳腺癌（包括女性和男性）及胰腺癌（?）等 极少数胰腺癌等? DNA修复；形成Rad51和BRCA1复合体  MEN-1 多发性内分泌腺瘤Ⅰ型 甲状旁腺瘤、垂体瘤、胰腺腺瘤 未知  PTCH Gorlin综合征、遗传性基底细胞癌综合征 基底细胞皮肤癌、成神经管细胞瘤 声波刺刺因子的转膜受体光面蛋白质的负调控子  PTEN／MMAC1 Cowden综台征；家族性青少年型息肉综合征（散发病例） 胶质演、乳腺癌、前列腺癌、甲状腺滤泡癌、头颈鳞癌 磷酸肌醇3-磷酸酶：蛋白质酪氨酸酶  DPC4 家族性青少年型息肉综合征 近50％的胰腺癌、近10％～5％的结肠癌，其他癌中罕见 TGF-β倍号转导途径的转录因子1  E-CAD 家族性扩散型胃癌 扩散型胃癌、小叶乳腺癌，其他癌（例如卵巢癌）中罕见 细胞黏连分子  LKB1／STK1 Peutz-Jeghers综合征 极少数结肠癌 丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶  EX71 遗传性多发性外生骨疣 未知 糖基转移酶；延长硫酸乙酰肝素链  EXT2 遗传性多发性外生骨疣 未知 糖基转移酶；延长硫酸乙酰肝素链  TSC1 结节性硬化 未知 未知；定位细胞质颗粒  TSC2 结节性硬化 未知 可能为 Rap1和 rab5的GTP酶激活蛋白；高尔基体定位  MSSH2、MLHl、PMS1、PMS2 遗传性非息肉型结肠癌 结肠癌、目癌、子宫内膜癌 DNA错配修复   三、基因杂合性丢失与肿瘤发生 通过对RB1基因与遗传性视网膜母细胞瘤患者基因座附近DNA多态性的研究发现，某些视网膜母细胞瘤患者的基因突变是由于13q14.1-q14.2区域的缺失或易位。这些患者其他组织或正常组织细胞中许多基因座是杂合的，但相同的基因座在肿瘤组织中却是纯合的，所以肿瘤组织中的DNA样本只含有一对13号同源染色体中一条染色体上的等位基因，表现出杂合性丢失（loss of heterozygosity，LOH）或缺失基因的完全表现。单个等位基因的缺失可以产生杂合性丢失，减数分裂时的重组或交换以及染色体不分离也是产生杂合性丢失的可能原因。 微卫星DNA或短串重复（STR）DNA多态性现象方便了对杂合性丢失的研究并用于基因诊断。Weissenbach等（1992）以STR为标记的第2代连锁图取代了RFLPs的人类基因组连锁图，STR呈孟德尔式遗传及有很高的杂合度，在基因诊断中很有价值。对于肿瘤抑制基因，可以利用其附近的连锁的微卫星DNA多态标记检测杂合性丢失情况。杂合性丢失在Wilms瘤等许多肿瘤中均有发现，包括遗传性和散发性肿瘤。杂合性丢失的发生同时也暗示了旁边可能存在着一个肿瘤抑制基因，从而可以进行新的肿瘤抑制基因的研究。 第四节 肿瘤的多步骤发生和癌基因组解剖学计划 一、肿瘤的多步骤发生 研究证明肿瘤的发生是多步骤的，涉及到多种相关基因包括癌基因和抑癌基因的变异。一种肿瘤会有多种基因的变化，而同一种基因的改变也会在不同种类肿瘤的发生中起作用，大多数肿瘤的发生与癌基因的活化和/或抑癌基因的失活有关。美国麻省理工学院的Land等（1983）发现，若只用EJ-HA-RAS癌基因，仅能诱导体外培养的大鼠胚胎成纤维细胞发生过量增殖，但并未出现癌变。然而若将RAS癌基因与v-myc病毒癌基因共同转染，则能使这些细胞转化为癌细胞。由此可见，细胞癌变至少需要两种致癌基因的联合作用，每一个基因的改变只完成其中的一个步骤，另一些基因的变异最终完成癌变过程。其后这个观点得到了许多实验结果的进一步证实，并逐渐发展形成了被人们普遍认同的多步骤致癌（multistep carcinogenesis）假说，也称多步骤损伤学说（multistep theory）。目前的认识是：细胞癌变往往需要多个癌相关基因的协同作用，要经过多阶段的演变，其中不同阶段涉及不同的癌相关基因的激活与失活。不同癌相关基因的激活与失活在时间上有先后顺序，在空间位置上也有一定的配合，所以癌细胞表型的最终形成是这些被激活与失活癌相关基因的共同作用结果。在恶性肿瘤的起始阶段，原癌基因激活的方式主要表现为逆转录病毒的插入和原癌基因点突变，而染色体重排、基因重组和基因扩增等激活方式的表现则意味着恶性肿瘤进入演进阶段。不同肿瘤发生中的癌基因活化途径并不相同，但其变化的形式可概括为两方面：一是转录水平的改变，通常是表现为活性增高，产生过量的与肿瘤发生有关的蛋白质，而导致细胞恶性转化。这类癌基因激活中只有数量的变化而没有质的改变，主要包括强启动子插入和DNA片段的扩增等激活方式；二是转录产物的结构变化，产生结构异常的癌蛋白或者摆脱了调控基因的控制，出现异常的表达而导致细胞恶性转化。这类癌基因激活中涉及了质变，主要包括基因点突变和基因重组等激活方式。总而言之，正是由于各种原癌基因发生了量变和质变，导致表达异常，造成细胞分裂和分化失控，通过多阶段演变而转化为癌细胞，这就是多步骤致癌学说的基本观点。多步骤致癌原因除包括原癌基因的激活外，还包括病毒癌基因的整合，抑癌基因的突变或缺失，这些都是多步致癌过程的重要环节（图16-4）。 图16-4肿瘤多步骤发生 诚然，肿瘤的发生演变同致癌或促癌因子、营养、激素、机体免疫状态以及机体遗传因素均有密切关系，但从正常细胞一旦恶变为癌细胞后，只复制出与恶变后类似的癌细胞，并具有浸润和转移的特性来说，癌变的本质是遗传物质或遗传信息的变化。 二、癌基因组解剖学计划 癌基因组解剖学计划（cancer genome anatomy project，CGAP）是美国NIH在90年代发起的一项有关肿瘤研究的宏伟计划。同时建立了CGAP网址（httP://www.ncbi.nlm.nih.gov/ncicgap）。这个网址旨在提供与癌症发生密切相关的基因的信息。同时，这个信息网将协助研究者探索这些基因在癌症中的具体作用，并且可以把这些成果运用到癌症研究的所有方面：包括预防、流行病学、早期发现、诊断和治疗。 CGAP的目标是采用具创造性的技术全面透彻地理解癌症的分子生物学机理，并以此为基础确定与癌症相关的所有基因以及这些基因的改变。其最终目的是提供一种建立在患者和相关疾病分子特征基础之上的治疗方法。为了达到这种分析目的，CGAP为全社会提供技术、信息（数据和分析工具）、资源（克隆与文库）和各种研究方法。 （王培林）