第三節(jié)　腫瘤分子生物學(xué)

一、腫瘤細(xì)胞的物質(zhì)代謝

腫瘤細(xì)胞的最基本的生物學(xué)特征就是惡性增殖、分化不良、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移等。這些惡性行為與腫瘤的特殊生化代謝過(guò)程密切相關(guān)。細(xì)胞癌變是從致癌因素引起靶細(xì)胞的基因突變開(kāi)始的，基因突變引起基因表達(dá)異常，導(dǎo)致細(xì)胞中蛋白質(zhì)和酶譜及其功能的改變，酶是物質(zhì)代謝的催化劑，當(dāng)酶功能和活性發(fā)生重大變化時(shí)，必然引起物質(zhì)代謝的改變。

（一）糖代謝的改變

腫瘤細(xì)胞糖代謝的改變主要表現(xiàn)為酵解明顯增強(qiáng)。正常肝組織在有氧條件下由氧化供能約占99%，而酵解供能僅占1%，但肝癌組織中糖酵解供能可高達(dá)50%。

（二）核酸代謝的改變

腫瘤組織中RNA及DNA合成速率皆比正常組織高，而分解速率則下降。

（三）蛋白質(zhì)代謝的改變

腫瘤相關(guān)的標(biāo)志酶或蛋白，如胚胎性蛋白質(zhì)合成速率增快。相反，與細(xì)胞分化相關(guān)的酶或蛋白合成則會(huì)減少或幾乎消失。

總之，與腫瘤細(xì)胞惡性增殖相關(guān)的生物化學(xué)代謝特點(diǎn)是：合成細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分的代謝途徑明顯增加；細(xì)胞成分及合成原料的分解代謝途徑明顯降低，酵解增加。

二、腫瘤細(xì)胞酶學(xué)的改變

腫瘤組織中某些酶活性增高，可能與生長(zhǎng)旺盛有關(guān)；有些酶活性降低，可能與分化不良有關(guān)。例如，肝癌病人在血中γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶、堿性磷酸酶、乳酸脫氫酶和堿性磷酸酶的同功異構(gòu)酶均可升高；骨肉瘤的堿性磷酸酶活性增強(qiáng)而酸性磷酸酶活性弱；前列腺癌的酸性磷酸酶可升高；肺鱗狀細(xì)胞癌的脂酶活性隨分化程度降低而減弱。

由于癌細(xì)胞的新陳代謝與化學(xué)組成都和正常細(xì)胞不同，可以出現(xiàn)新的抗原物質(zhì)。有些惡性腫瘤組織細(xì)胞的抗原組成與胎兒時(shí)期相似，如原發(fā)性肝癌病人血清中出現(xiàn)的甲種胎兒球蛋白（AFP），AFP的特異性免疫檢查測(cè)定方法是肝癌最有診斷價(jià)值的指標(biāo)。結(jié)腸癌的血清癌胚抗原（CEA）；胃癌的胃液硫糖蛋白（FSA）、胃癌相關(guān)抗原（GCAA）、α2糖蛋白（а2GP）也可作為診斷參考。此外，絨毛膜上皮癌和惡性葡萄胎可檢測(cè)到絨毛膜促性腺激素。

蛋白激酶與細(xì)胞的增殖和分化有密切的關(guān)系，如PKA、PKC和TPK三種蛋白激酶活化后都可通過(guò)間接的機(jī)理促進(jìn)蛋白質(zhì)和DNA的合成，增強(qiáng)某些細(xì)胞基因如c-myc/c-fos的轉(zhuǎn)錄。但PKA的活性增強(qiáng)常在細(xì)胞分化性增殖即良性增殖時(shí)發(fā)生，而去分化性增殖或惡性增殖時(shí)則往往伴有PKC和TPK活力的上升。在人類原發(fā)性肝癌中發(fā)現(xiàn)PKC在胞液和顆粒組分中分別是正常肝的8.5倍和5.9倍。

三、腫瘤細(xì)胞膜的變化及其生化基礎(chǔ)

細(xì)胞癌變后腫瘤細(xì)胞膜上組分發(fā)生改變，較重要的是糖蛋白及糖脂結(jié)構(gòu)的改變。常見(jiàn)大分子量糖蛋白消失及糖脂鏈缺損。糖鏈上唾液酸和巖藻糖的含量明顯增多。這些改變與腫瘤的增殖、轉(zhuǎn)移及免疫特性有密切關(guān)系。而質(zhì)膜組成與結(jié)構(gòu)的改變則導(dǎo)致對(duì)糖、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的通透加快，接觸抑制的喪失，細(xì)胞間粘著性減弱，細(xì)胞間交聯(lián)和信息傳遞異常以及細(xì)胞表面特異受體和調(diào)控等機(jī)能的障礙等。這些變化反映在腫瘤的惡性行為上則表現(xiàn)為不受控制地增長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移。

（一）細(xì)胞通透性異常

癌細(xì)胞膜的通透性表現(xiàn)異常，如癌細(xì)胞對(duì)某些糖類及氨基酸的運(yùn)送比相應(yīng)的正常細(xì)胞多，以致癌細(xì)胞能快速生長(zhǎng)。

（二）接觸抑制降低或消失

迅速生長(zhǎng)的腫瘤細(xì)胞表面蛋白酶活性增強(qiáng)。由于蛋白酶可使細(xì)胞膜表面的糖蛋白水解，使帶有糖鏈的多肽片段脫落下來(lái)，以致細(xì)胞不易粘著，接觸抑制也消失，故蛋白酶可促細(xì)胞分裂，而蛋白酶抑制劑可抑制細(xì)胞分裂。

（三）與植物凝集素起凝集反應(yīng)

植物凝集素使轉(zhuǎn)化細(xì)胞發(fā)生凝集，而相應(yīng)的正常細(xì)胞在同樣條件下則不凝集。與植物凝集素作用的腫瘤細(xì)胞可顯示出接觸抑制現(xiàn)象。

（四）細(xì)胞膜粘著力降低

癌細(xì)胞膜表面粘著力顯著降低，其機(jī)械粘著力為正常上皮細(xì)胞的1/5～1/3。因此癌細(xì)胞容易從原發(fā)部位脫離而發(fā)生侵襲和轉(zhuǎn)移。

四、腫瘤標(biāo)志物和生化診斷

（一）腫瘤標(biāo)志物

腫瘤標(biāo)志物是指那些與惡性腫瘤有關(guān)的能用生物學(xué)或免疫學(xué)方法進(jìn)行定量測(cè)定的，并能在臨床腫瘤學(xué)方面提供有關(guān)診斷、預(yù)后或治療監(jiān)測(cè)信息的一類物質(zhì)。腫瘤標(biāo)志物通常是由惡性腫瘤細(xì)胞所產(chǎn)生的抗原和生物活性物質(zhì)，可在腫瘤組織、體液和排泄物中檢出。

（二）按腫瘤標(biāo)志物的生化性質(zhì)分類

1.酶與同工酶類，如p53—谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶、醛縮酶、乳酸脫氫酶；

2.蛋白質(zhì)類：如癌胚抗原、甲胎蛋白等；

3.腫瘤代謝物：如多胺、兒茶酚胺代謝產(chǎn)物；

4.激素：如人絨毛膜促性腺激素、降鈣素等；

5.癌基因和抗癌基因類：如p53的點(diǎn)突變、Ras基因的點(diǎn)突變。

（三）腫瘤標(biāo)志物在臨床上的應(yīng)用

主要在以下幾個(gè)方面：

1.原發(fā)腫瘤的發(fā)現(xiàn)；

2.腫瘤高危人群的篩選；

3.良性和惡性腫瘤的鑒別診斷；

4.腫瘤發(fā)展程度的判斷；

5.腫瘤治療效果的觀察和評(píng)價(jià)；

6.腫瘤復(fù)發(fā)和預(yù)后預(yù)測(cè)。

臨床上診斷腫瘤，要求標(biāo)志物有高的特異性和靈敏度，并且其含量與腫瘤的大小、進(jìn)展程度呈正比。對(duì)于某一特定的腫瘤患者，可能應(yīng)用幾種特異性較高的標(biāo)志物進(jìn)行聯(lián)合生化診斷，以提高診斷率和準(zhǔn)確率。

五、腫瘤發(fā)生的一般機(jī)制

腫瘤是環(huán)境因素和遺傳因素相互作用導(dǎo)致的一類疾病。大多數(shù)的環(huán)境致病因素如飲食、病毒、化學(xué)物質(zhì)、射線的致癌作用都是通過(guò)影響遺傳基因起作用的。對(duì)結(jié)腸癌的研究證實(shí)，癌的發(fā)生發(fā)展是一個(gè)涉及多個(gè)基因的多階段過(guò)程。在家族性結(jié)腸息肉（FPC）中抑癌基因APC發(fā)生突變形成良性的腺瘤。隨后，KRAS₂突變使其增生加速，DCC發(fā)生缺失、TP53缺失使其轉(zhuǎn)變成惡性的結(jié)腸癌。最后，nm23H1的缺失使其完成轉(zhuǎn)移過(guò)程。

六、癌基因

癌基因或腫瘤基因是指能引起細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的基因，也稱轉(zhuǎn)化基因。

（一）病毒癌基因

癌基因首先發(fā)現(xiàn)于病毒的基因組。研究發(fā)現(xiàn)一些病毒感染可使正常細(xì)胞惡變?yōu)榘┘?xì)胞，細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化與病毒基因組中特定的基因相關(guān)。病毒癌基因不是野生型病毒基因組的成分，對(duì)病毒自身的生長(zhǎng)、增殖并非必需。這種病毒攜帶的轉(zhuǎn)化基因就稱為病毒癌基因。

（二）原癌基因

在一些動(dòng)物和人的基因組中發(fā)現(xiàn)有病毒癌基因的同源序列，被稱為原癌基因或細(xì)胞癌基因。細(xì)胞癌基因是人或動(dòng)物細(xì)胞中固有的正?；?，參與調(diào)控細(xì)胞正常增殖、分化、凋亡及胚胎發(fā)育等重要的生物學(xué)功能，是維持細(xì)胞正常生命活動(dòng)所必需的基因。病毒癌基因來(lái)源于細(xì)胞癌基因，是經(jīng)過(guò)拼接、截短和/或重排后形成的融合基因。

（三）原癌基因的激活

原癌基因在機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程完成之后，多處于封閉狀態(tài)或僅有低度表達(dá)。當(dāng)原癌基因的結(jié)構(gòu)發(fā)生異常或表達(dá)失控時(shí)（原癌基因的激活），就會(huì)成為具有使細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化能力的癌基因。

原癌基因可由以下幾種方式被激活：①點(diǎn)突變：RAS基因家族中經(jīng)常發(fā)生點(diǎn)突變；②基因擴(kuò)增：MYC、ERBB基因家族在許多腫瘤中顯示擴(kuò)增；③染色體重排：如85%的Buriktt淋巴瘤中發(fā)現(xiàn)有t（8；14）（q24；q32）易位，使c-myc的表達(dá)受到IgG重鏈啟動(dòng)子的調(diào)控而過(guò)量表達(dá)；而慢性髓性白血病（CML）中的t（9；22）（q34；q11）易位（費(fèi)城染色體），使c-ABL和BCR融合，編碼有較高的酪氨酸激酶活性的融合蛋白。④啟動(dòng)子插入，如病毒ALV插入到MYC的上游，其兩端的LTR啟動(dòng)并增強(qiáng)了c-MYC的轉(zhuǎn)錄，從而誘導(dǎo)了淋巴瘤的產(chǎn)生。

一對(duì)細(xì)胞癌基因中只要有一個(gè)被激活，就可以以顯性的方式發(fā)揮作用，使細(xì)胞趨于惡性轉(zhuǎn)化。此外，不同癌基因在癌變過(guò)程中具有協(xié)同作用。

（四）癌基因的分類和功能

根據(jù)癌基因在細(xì)胞內(nèi)相應(yīng)的正常同源-原癌基因蛋白產(chǎn)物的生物學(xué)功能和生化特性可將癌基因分為以下幾類。

1.生長(zhǎng)因子：生長(zhǎng)因子可刺激細(xì)胞增殖，如SIS的產(chǎn)物為血小板生長(zhǎng)因子（PDGF）口鏈，可促進(jìn)間質(zhì)細(xì)胞的有絲分裂；INT2的產(chǎn)物為成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子3（FGF3）；HST的產(chǎn)物為成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2（FGF2）。

2.生長(zhǎng)因子受體：生長(zhǎng)因子受體與生長(zhǎng)因子結(jié)合后形成蛋白質(zhì)酪氨酸激酶，觸發(fā)細(xì)胞的一系列反應(yīng)。如ERBB1的產(chǎn)物為表皮生長(zhǎng)因子受體（EGFR）；FMS的產(chǎn)物為集落刺激因子受體（CSFR）；KIT的產(chǎn)物為干細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體。

3.信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子：本類細(xì)胞癌基因可分為兩個(gè)亞類：一類是膜結(jié)合型的，其產(chǎn)物為蛋白質(zhì)酪氨酸激酶，細(xì)胞癌基因SRC、ABL、ROS等均屬此類。另外一類是胞質(zhì)型的，其產(chǎn)物為蛋白質(zhì)絲氨酸/蘇氨酸激酶，位于胞質(zhì)中，細(xì)胞癌基因PIM、MOS、RAF等屬于此類。

4.轉(zhuǎn)錄因子：定位于核內(nèi)，可調(diào)節(jié)某些基因轉(zhuǎn)錄和DNA復(fù)制，促進(jìn)細(xì)胞的增殖，如細(xì)胞癌基因MYC、JUN、FOS等的產(chǎn)物。

5.細(xì)胞周期相關(guān)蛋白：Cyclin D、Cyclin E、CDK4等。

6.細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)分子：Bcl-2。

七、抑癌基因

（一）抑癌基因及其生物學(xué)功能

抑癌基因泛指由于其存在和表達(dá)，使機(jī)體不能形成腫瘤的那一類基因，也可稱作腫瘤抑制基因。

確定抑癌基因的三個(gè)必需條件：①腫瘤相應(yīng)的正常組織中此基因表達(dá)正常；②腫瘤中此基因功能失活或結(jié)構(gòu)改變或表達(dá)缺陷；③將此基因的野生型導(dǎo)入此基因異常的腫瘤細(xì)胞內(nèi)，可部分或全部逆轉(zhuǎn)惡性表型。

抑癌基因在控制細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖及分化過(guò)程中起著十分重要的負(fù)調(diào)節(jié)作用，并能潛在地抑制腫瘤生長(zhǎng)。點(diǎn)突變、缺失、啟動(dòng)子區(qū)CpG島甲基化等變異使其功能喪失可導(dǎo)致細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化而發(fā)生腫瘤。抑癌基因的變異通常是隱性的，只有兩個(gè)等位基因的功能同時(shí)失活后才失去正常的抑癌功能。

（二）重要的抑癌基因

目前已知的重要的抑癌基因有p53、Rb、p16、BRCA1、BRCA2、APC、DCC、PTEN、VHL等。其中，p53是細(xì)胞周期中的負(fù)調(diào)節(jié)因子，與細(xì)胞周期的調(diào)控、DNA修復(fù)、細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡等重要的生物學(xué)功能有關(guān)；Rb1是細(xì)胞周期的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子；INK4a編碼的p16^INK4a為CDK的抑制劑，而p19^ARF與Mdm2結(jié)合，穩(wěn)定p53；VHL調(diào)節(jié)蛋白水解；DCC、E-Cadherin為細(xì)胞粘附分子；APC參與β-catenin、Wnt信號(hào)通路的調(diào)節(jié)；MADR2、DPC4調(diào)節(jié)傳導(dǎo)TGF信號(hào)；PTEN為雙特異性磷酸酶；BRCA1和BRCA2為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，參與DNA損傷修復(fù)；MSH2、MLH1、PMS1、PMS2、MSH6參與錯(cuò)配修復(fù)。

八、細(xì)胞周期與腫瘤

（一）細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)機(jī)制

在細(xì)胞周期中起調(diào)節(jié)作用的重要蛋白包括：正向調(diào)節(jié)的細(xì)胞周期蛋白（Cyclins）和周期蛋白依賴性激酶（Cyclin-dependent kinases，CDKs）；負(fù)向調(diào)節(jié)的CDKs抑制蛋白（CDKinhibitor，CKI）。CDKs的活性表達(dá)和調(diào)控是細(xì)胞周期調(diào)控的核心機(jī)制，它們各自在細(xì)胞周期內(nèi)特定的時(shí)間激活，磷酸化相應(yīng)的底物，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞周期各時(shí)相的進(jìn)程。CDKs的時(shí)相性激活主要依賴于Cyclins的細(xì)胞周期時(shí)相性表達(dá)、積累和分解。Cyclin與CDKs瞬時(shí)結(jié)合成活化的Cyclin-CDKs復(fù)合物，構(gòu)成細(xì)胞周期的發(fā)動(dòng)機(jī)。相應(yīng)的CDK與Cyclins結(jié)合后，CDK的激活與否還受到CDK激活性蛋白激酶（CAK）、CDC25、CDK抑制劑（CKIs）、Cyclin降解等多重復(fù)雜機(jī)制的嚴(yán)格調(diào)控，如CKIs可與Cyclin-CDK復(fù)合物結(jié)合并抑制其活性，使細(xì)胞周期停止或減緩。

人類細(xì)胞主要的CDKs有CDK1（Cdc2）、CDK2、CDK4、CDK6；主要的周期蛋白有Cyclin B1、Cyclin A、Cyclin E、Cyclin D1、D2和D3。CKIs有兩個(gè)主要的家族：一個(gè)是Cip/Kip家族，如p21^Cip1、p27^Kip1和p57^Kip2，主要與CDK2的抑制有關(guān)。另一個(gè)是INK4家族，包括p16^INK4a、p15^INK4b、p18^INK4c、p19^INK4d，它們主要與CDK4和CDK6的抑制密切相關(guān)。

（二）細(xì)胞周期的啟動(dòng)機(jī)制

細(xì)胞周期能否啟動(dòng)進(jìn)行細(xì)胞增殖，主要的調(diào)控點(diǎn)在G1期，稱為限制點(diǎn)（R點(diǎn)），它決定細(xì)胞是否通過(guò)G1期進(jìn)入S期。Cyclin D-CDK4/6和Cyclin E-CDK2驅(qū)動(dòng)細(xì)胞周期通過(guò)R點(diǎn)，對(duì)G1/S時(shí)相轉(zhuǎn)換有限速作用?；罨腃DK4/6和CDK2作用于pRb，使之磷酸化后釋放轉(zhuǎn)錄因子E2F，啟動(dòng)DNA復(fù)制，細(xì)胞進(jìn)入S期。p15^INK4b、p16^INK4a、p18^INK4c、p19^INK4d和p21^Cip1可競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合Cyclin D，p21^Cip1和p27^Kip1可競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合Cyclin E，從而抑制CDK4和CDK2的活性，誘發(fā)G1/S期阻滯。

（三）細(xì)胞周期的監(jiān)控機(jī)制

細(xì)胞中存在一套對(duì)細(xì)胞周期進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)視的監(jiān)測(cè)機(jī)制，即細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)機(jī)制，其功能是保證細(xì)胞復(fù)制的忠實(shí)性和基因組的完整性和穩(wěn)定性。檢測(cè)點(diǎn)功能喪失或異常將導(dǎo)致遺傳不穩(wěn)定性，并增加細(xì)胞癌變的可能。細(xì)胞周期內(nèi)有兩類檢測(cè)點(diǎn)：時(shí)相次序檢測(cè)點(diǎn)和DNA損傷檢測(cè)點(diǎn)。

時(shí)相次序檢測(cè)點(diǎn)可確保細(xì)胞周期時(shí)相的嚴(yán)格次序和不重復(fù)性。在S期檢測(cè)點(diǎn)，Cyclin E與CDK2結(jié)合，啟動(dòng)DNA復(fù)制。Cdk2和Cyclin A結(jié)合參與G2期的啟動(dòng)和進(jìn)行。G2/M檢測(cè)點(diǎn)的核心是Cdc2（編碼P34^CDC2），激活后磷酸化在M期起關(guān)鍵作用的底物蛋白，使細(xì)胞進(jìn)入M期。Cyclin B1在G2/M轉(zhuǎn)換點(diǎn)與CDC2形成Cyclin B1/Cdc2（即有絲分裂促進(jìn)因子MPF）。Cyclin B1/Cdc2由CAK（Cdc2 活化激酶，由CDK7和Cyclin H組成）磷酸化激活。P21^Cip1可能抑制Cyclin B1/Cdc2。有絲分裂中期到后期轉(zhuǎn)換過(guò)程中存在紡錘體裝配檢驗(yàn)點(diǎn)，以防止染色體分離過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤。紡錘體裝配檢測(cè)點(diǎn)的成分包括Mad1-3，Bub1/BubR1和Bub3。APC/C-Cdc20復(fù)合物控制姊妹染色體的分離及M期Cyclins的降解。

在DNA損傷的情況下，哺乳細(xì)胞可將細(xì)胞周期阻止于細(xì)胞周期的相應(yīng)時(shí)相。假如DNA損傷不能被修復(fù)，細(xì)胞將進(jìn)入凋亡程序。ARF-Mdm2-p53途徑在DNA損傷誘導(dǎo)的G1期阻滯過(guò)程中起重要作用。Cdc25途徑在G2期監(jiān)測(cè)點(diǎn)中起重要作用，DNA損傷使Cdc25失活，不能激活Cdc2，實(shí)現(xiàn)G2期阻滯。

（四）細(xì)胞周期與腫瘤

腫瘤細(xì)胞的最基本特征是細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制的破壞，導(dǎo)致細(xì)胞的失控性生長(zhǎng)，因此腫瘤又被認(rèn)為是細(xì)胞周期異常性疾病。細(xì)胞增殖失控和遺傳不穩(wěn)定性是腫瘤細(xì)胞最明顯的特征，反映其檢測(cè)點(diǎn)機(jī)制和DNA修復(fù)系統(tǒng)存在功能性缺陷。

目前發(fā)現(xiàn)在人類腫瘤中，各細(xì)胞周期中的蛋白分子幾乎都可出現(xiàn)不同程度的異常表達(dá)。它們或與癌基因和抑癌基因協(xié)同作用，或本身作為癌基因促進(jìn)和維持轉(zhuǎn)化。G1期蛋白分子與細(xì)胞癌變的關(guān)系十分密切，例如Cyclin D1的過(guò)度表達(dá)，常見(jiàn)于大多數(shù)腫瘤。在不同的腫瘤細(xì)胞中，存在著不同的Cyclins和CDKs的過(guò)表達(dá)和基因的重排。CKIs（p21Cip1）、Rb和p53的異常是對(duì)細(xì)胞周期驅(qū)動(dòng)機(jī)制的更為常見(jiàn)、更為直接的破壞。p16最常見(jiàn)的異常是突變和缺失。

九、細(xì)胞凋亡與腫瘤

細(xì)胞凋亡是一種程序性細(xì)胞死亡，是細(xì)胞的生理性、主動(dòng)性的“自殺行為”。細(xì)胞凋亡是機(jī)體在生長(zhǎng)、發(fā)育和受到外來(lái)刺激時(shí)清除多余、衰老和受損細(xì)胞以保持機(jī)體內(nèi)環(huán)境平衡和維持正常生理活動(dòng)過(guò)程的一種自我調(diào)節(jié)機(jī)制。

（一）細(xì)胞凋亡的一般特征

胞漿空泡與胞膜融合導(dǎo)致膜發(fā)泡（blebbing）；細(xì)胞皺縮、變圓，與臨近細(xì)胞脫離；染色質(zhì)凝聚、DNA降解；胞質(zhì)蛋白降解、線粒體功能喪失；核膜破裂，細(xì)胞核分解為碎片；胞膜內(nèi)陷，將細(xì)胞內(nèi)容物包被成囊狀小泡，形成凋亡小體；凋亡小體被周圍細(xì)胞吞噬，不引起炎癥反應(yīng)。

（二）細(xì)胞凋亡的主要信號(hào)通路

1. 死亡受體途徑：死亡受體屬腫瘤壞死因子受體（TNFR）超家族，通過(guò)與相應(yīng)配體結(jié)合，傳遞細(xì)胞凋亡的信號(hào)。被激活后可在幾秒鐘內(nèi)級(jí)聯(lián)活化Caspase，也可通過(guò)激活線粒體凋亡信號(hào)，在幾小時(shí)內(nèi)完成細(xì)胞凋亡。研究得較多的有Fas和TNFR。

2. 線粒體途徑：線粒體在接受凋亡信號(hào)后釋放凋亡因子，包括細(xì)胞色素C、Samc和凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）等。在細(xì)胞色素C和ATP/dATP存在下，細(xì)胞色素C和Apaf-1能通過(guò)其N端的CARD與Caspase-9結(jié)合，導(dǎo)致其自身剪切和活化，并進(jìn)一步活化下游的Caspase，從而引發(fā)凋亡。

（三）細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)分子

Caspase家族、IAPs、死亡配體和受體、Bcl-2家族、TRAIL/Apo2L和DR4、DR5及誘餌受體、p53、MAPKs家族、鈣和NO信號(hào)等均可參與凋亡的調(diào)節(jié)。常見(jiàn)的促進(jìn)凋亡的基因有Bax、Bak、Bad、Bid、Bim、Bcl-Xs、Noxa等；抑制凋亡的基因有Bcl2、Bcl-XL、Bcl-W、Mcl-1、ERK、Akt、IAPs、Survivin、FLIP、SODD等。

（四）常見(jiàn)的細(xì)胞凋亡檢測(cè)方法

電鏡檢測(cè)；細(xì)胞核的熒光染色，用DAPI、Hoechest33258等染料染色可顯示細(xì)胞核固縮和斷裂的情況；流式細(xì)胞術(shù)；磷脂酰絲氨酸（PS）標(biāo)記法，用熒光標(biāo)記的Annexin-V可檢測(cè)位于細(xì)胞膜內(nèi)表面的PS外翻到細(xì)胞膜的外表面；DNA ladder；單細(xì)胞DNA電泳（彗星檢測(cè)）；DNA缺口標(biāo)記法，如TUNEL檢測(cè)；Caspase活性的檢測(cè)。其他方法：如檢測(cè)細(xì)胞的克隆形成率、線粒體細(xì)胞色素C的釋放及其膜電位的降低等。

（五）細(xì)胞凋亡與腫瘤

癌癥發(fā)生的重要原因之一是細(xì)胞凋亡異常。在惡性腫瘤的發(fā)病過(guò)程中，細(xì)胞凋亡異常的發(fā)生機(jī)制幾乎涉及細(xì)胞凋亡信號(hào)途徑的所有方面。

以選擇性地誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡為目標(biāo)的凋亡干預(yù)技術(shù)可能成為治療惡性腫瘤的基本策略。目前大多數(shù)化療藥物都是通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡清除腫瘤細(xì)胞。對(duì)細(xì)胞凋亡機(jī)制的深入研究可為抗癌藥物的研發(fā)提供新的靶點(diǎn)和思路。許多細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)分子被用來(lái)作為抗腫瘤藥物篩選及腫瘤基因治療的的靶點(diǎn)。獲得FDA批準(zhǔn)的Gleevec已成功用于治療CML，是目前唯一能特異殺傷腫瘤細(xì)胞的小分子藥物，其研發(fā)完全基于對(duì)細(xì)胞凋亡和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基礎(chǔ)研究。同時(shí)，在腫瘤細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)入凋亡活化基因或滅活凋亡抑制基因是腫瘤基因治療的另一策略。例如腺病毒介導(dǎo)的TRAIL基因轉(zhuǎn)移，不但能介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡，而且產(chǎn)生旁觀者效應(yīng)，同時(shí)對(duì)正常成纖維細(xì)胞和肺上皮細(xì)胞不起作用，但可大量殺傷肝細(xì)胞。而DR4和DR5的單克隆抗體不僅呈現(xiàn)抗腫瘤活性，而且對(duì)肝臟細(xì)胞沒(méi)有毒性，相關(guān)臨床研究正在進(jìn)行中。

十、細(xì)胞分化與腫瘤

（一）細(xì)胞分化的概念及特點(diǎn)

細(xì)胞分化指在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，由一種相同的細(xì)胞類型經(jīng)細(xì)胞分裂后逐漸在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上形成穩(wěn)定性差異，產(chǎn)生不同細(xì)胞類群的過(guò)程。細(xì)胞分化具有穩(wěn)定性、遺傳性、可逆性和普遍性的特點(diǎn)。

（二）細(xì)胞分化的影響因素

動(dòng)物體內(nèi)不同類型的細(xì)胞所含DNA相同，細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是奢侈基因在時(shí)間和空間上的差異表達(dá)。這種差異表達(dá)不僅涉及到基因轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平的精確調(diào)控，而且涉及染色體和DNA水平、翻譯和翻譯后加工與修飾水平上的復(fù)雜而嚴(yán)格的調(diào)控機(jī)制。

影響細(xì)胞分化的因素主要包括以下兩個(gè)方面：

1. 胞內(nèi)因素：①細(xì)胞質(zhì)對(duì)細(xì)胞分化的影響；②核質(zhì)的相互作用。

2. 胞外因素：①細(xì)胞-細(xì)胞間的信號(hào)作用；②位置效應(yīng)；③細(xì)胞數(shù)量效應(yīng)；④細(xì)胞外基質(zhì)；⑤胞外信號(hào)分子；⑥細(xì)胞記憶及決定；⑦端粒酶。

（三）細(xì)胞分化異常與腫瘤

腫瘤細(xì)胞的基本特征之一是細(xì)胞的異常分化。惡性腫瘤往往和胚胎組織一樣，呈現(xiàn)旺盛的增殖能力，它們常常顯示未分化細(xì)胞的形態(tài)學(xué)特征，甚至在細(xì)胞膜上表達(dá)癌胚抗原。最典型的例子是血液系統(tǒng)惡性腫瘤，尤其是白血病，其發(fā)生即是多能造血干細(xì)胞在發(fā)育分化的某一階段受阻的結(jié)果。95%的急性早幼粒細(xì)胞白血?。ˋPL）患者中存在一種非隨機(jī)性染色體易位t（15；17）（q22；q21），累及15號(hào)染色體上的PML（早幼粒細(xì)胞白血?。┗蚝?7號(hào)染色體上的RAR（維甲酸受體）基因。PML-RAR融合基因在APL發(fā)生中以顯性負(fù)的方式發(fā)揮作用，既能阻止造血細(xì)胞分化，同時(shí)也能抑制造血細(xì)胞凋亡，是導(dǎo)致APL發(fā)生的重要分子基礎(chǔ)。

由于細(xì)胞分化異常在腫瘤發(fā)病學(xué)上占有重要地位，誘導(dǎo)分化已成為惡性腫瘤治療的一條途徑，例如用全反式維甲酸（ATRA）治療APL患者，完全緩解率可達(dá)80%以上，因而ATRA誘導(dǎo)分化治療已成為臨床治療APL的首選手段。目前，誘導(dǎo)分化研究所涉及的領(lǐng)域已從血液系統(tǒng)腫瘤擴(kuò)展到實(shí)體瘤，如畸胎瘤、神經(jīng)母細(xì)胞瘤、黑色素瘤、乳腺癌、結(jié)腸癌、鱗狀上皮細(xì)胞癌等。

十一、腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移

腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤的基本特征和重要標(biāo)志，是惡性腫瘤的主要致死原因。腫瘤侵襲是指癌細(xì)胞侵犯和破壞周圍正常組織，進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的過(guò)程，同時(shí)癌細(xì)胞在繼發(fā)組織器官中定位生長(zhǎng)也包含侵襲。腫瘤轉(zhuǎn)移是指腫瘤細(xì)胞脫離原發(fā)部位，通過(guò)多種轉(zhuǎn)移途徑到達(dá)繼發(fā)組織或器官得以繼續(xù)增殖生長(zhǎng)，形成與原發(fā)腫瘤相同性質(zhì)的繼發(fā)腫瘤的全過(guò)程。

（一）腫瘤轉(zhuǎn)移的基本過(guò)程

腫瘤轉(zhuǎn)移是一個(gè)多步驟、多因素參與的復(fù)雜過(guò)程，主要步驟包括：①早期原發(fā)癌生長(zhǎng)；②腫瘤血管形成；③腫瘤細(xì)胞脫落進(jìn)入基質(zhì)形成侵襲性生長(zhǎng)；④進(jìn)入脈管系統(tǒng)形成微小癌栓；⑤錨定于特定的繼發(fā)組織或器官；⑥腫瘤細(xì)胞穿出血管進(jìn)入周圍組織形成轉(zhuǎn)移灶；⑦轉(zhuǎn)移灶中的血管生成；⑧免疫逃避。

（二）腫瘤轉(zhuǎn)移的途徑

目前已認(rèn)識(shí)到的腫瘤轉(zhuǎn)移途徑主要有淋巴道、血道和種植轉(zhuǎn)移。

（三）腫瘤轉(zhuǎn)移的器官選擇性

腫瘤轉(zhuǎn)移是有組織、非隨機(jī)、存在器官選擇性的過(guò)程。腫瘤轉(zhuǎn)移的器官選擇性的影響因素包括：

1.腫瘤細(xì)胞的異質(zhì)性；

2.器官微環(huán)境對(duì)腫瘤細(xì)胞增殖的影響；

3.器官微環(huán)境內(nèi)轉(zhuǎn)移介質(zhì)分子（生長(zhǎng)因子、粘附分子和化學(xué)趨化因子）的影響。

（四）腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)基因

腫瘤轉(zhuǎn)移涉及多個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的異常，這些異常與癌基因、抑癌基因的改變有關(guān)。研究表明MTA1的表達(dá)水平與腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力呈正相關(guān)。腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中不僅有促轉(zhuǎn)移基因的激活，也伴有轉(zhuǎn)移抑制基因的失活。腫瘤轉(zhuǎn)移抑制基因指在體內(nèi)可以特異性地抑制轉(zhuǎn)移形成，而不影響原發(fā)腫瘤生長(zhǎng)的一類基因。目前已知的轉(zhuǎn)移抑制基因有nm23-H1、nm23-H2、KAL1、CD44、KISS1、BRSM1和NMK4。

十二、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制與腫瘤

（一）細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)

信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是指細(xì)胞膜上或胞內(nèi)受體與外界信號(hào)特異性地結(jié)合，將信號(hào)轉(zhuǎn)換后傳給相應(yīng)的細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)系統(tǒng)，使細(xì)胞對(duì)外界信號(hào)作出適當(dāng)反應(yīng)的過(guò)程。

細(xì)胞間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)一般分為直接轉(zhuǎn)導(dǎo)和間接轉(zhuǎn)導(dǎo)。直接轉(zhuǎn)導(dǎo)指信號(hào)分子通過(guò)細(xì)胞間隙連接而進(jìn)行信息傳遞，能調(diào)節(jié)小分子的直接流動(dòng)。間接信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)指通過(guò)大分子信號(hào)或相隔一段距離細(xì)胞分泌的信號(hào)分子進(jìn)行的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。少數(shù)信號(hào)分子可穿過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，與胞質(zhì)或胞核中的效應(yīng)受體結(jié)合，形成復(fù)合物，并與DNA結(jié)合啟動(dòng)基因的表達(dá)。多數(shù)信號(hào)分子不能穿過(guò)細(xì)胞膜，而是與細(xì)胞膜上的相應(yīng)受體結(jié)合，先將細(xì)胞外的第一信號(hào)轉(zhuǎn)換為細(xì)胞內(nèi)的第二信號(hào)，通過(guò)一系列途徑將信號(hào)傳遞到效應(yīng)器，引起相應(yīng)的細(xì)胞反應(yīng)，即所謂的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。

（二）跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)

跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)由配體（第一信使）、細(xì)胞膜受體、第二信使和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞體系組成。受體所接受的外界信號(hào)統(tǒng)稱配體。細(xì)胞膜受體為跨膜糖蛋白，其配體主要是一些親水性的、不能直接穿越質(zhì)膜的肽類激素、生長(zhǎng)因子和神經(jīng)遞質(zhì)等。膜受體的基本類型包括：離子通道受體、催化型受體、G蛋白（GTP結(jié)合蛋白）偶聯(lián)受體。其中G蛋白偶聯(lián)受體是膜受體中最大的家族，分布廣泛、類型多樣，如5-羥色胺受體，腎上腺素受體等。受體與G蛋白偶聯(lián)，當(dāng)配體與受體結(jié)合后，觸發(fā)受體構(gòu)型改變，使G蛋白的亞單位被激活，催化下游效應(yīng)分子腺苷酸環(huán)化酶、磷脂酶等，在胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使cAMP、cGMP、NO、IP3、DAG、Ca²⁺等。通過(guò)激活胞漿內(nèi)的一些激酶，如Ca²⁺/CaM、PKA、PKG、PKC等將信號(hào)繼續(xù)傳遞下去。蛋白激酶使底物發(fā)生磷酸化，介導(dǎo)蛋白質(zhì)的磷酸化和去磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)，調(diào)節(jié)基因表達(dá)并產(chǎn)生一系列生物效應(yīng)。此外，受體激活G蛋白的亞單位，可活化Ras蛋白并啟動(dòng)和激活MAP激酶通路。

從分子意義上講，細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞過(guò)程是以一系列細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的構(gòu)象和功能改變?yōu)榛A(chǔ)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。來(lái)自細(xì)胞外的信號(hào)經(jīng)過(guò)細(xì)胞內(nèi)逐級(jí)雪崩式的酶促放大作用，迅速擴(kuò)播和傳遞到整個(gè)細(xì)胞。

（三）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常與腫瘤治療

在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，由于正常的基因調(diào)控紊亂，可導(dǎo)致細(xì)胞信號(hào)傳遞網(wǎng)絡(luò)的異常。最常發(fā)生異常的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路有：酪氨酸激酶受體通路、G蛋白偶聯(lián)受體通路、TGF通路、TNF通路、Wnt通路、Integrin傳導(dǎo)通路、Hedgehog通路、MAPK通路等。與正常細(xì)胞相比，腫瘤細(xì)胞中往往一些通路處于異?；钴S狀態(tài)，而有些通路卻傳遞受阻。不同通路之間有著錯(cuò)綜復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，因此一種信號(hào)的改變，能引起多個(gè)通路的反應(yīng)。

大部分人類腫瘤都伴隨著信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的異常，可引起細(xì)胞過(guò)度增殖、凋亡受阻、血管形成、浸潤(rùn)與轉(zhuǎn)移，因此它們也是腫瘤治療的靶標(biāo)。針對(duì)信號(hào)通路中某些特定的靶分子所設(shè)計(jì)的一些藥物（如單抗、小分子化合物等），已經(jīng)給腫瘤臨床治療帶來(lái)希望。乳腺癌中HER-2擴(kuò)增和異常表達(dá)與臨床耐藥及預(yù)后密切相關(guān)。Herceptin是HER-2的單克隆抗體，通過(guò)與HER-2的膜結(jié)合區(qū)域結(jié)合，阻滯由HER-2傳遞到核內(nèi)的生長(zhǎng)信號(hào)，引起腫瘤細(xì)胞的凋亡，并可抑制HER-2介導(dǎo)的血管生長(zhǎng)，從而增加化療藥物的作用，對(duì)一部分高分化乳腺癌患者非常有效。95%的慢性髓性白血病（CML）中存在Ph染色體，即t（9；22）染色體易位，導(dǎo)致ABL和BCR基因融合，產(chǎn)生210kDa的融合蛋白。已被FDA批準(zhǔn)上市的治療CML的小分子化合物STI571（商品名為Gleevec），即是針對(duì)該融合基因設(shè)計(jì)的小分子抑制劑。