1、肿瘤病因学及发病机理研究进展,浙江大学医学院肿瘤研究所 陈 丽 荣,我想对自己熟悉的人说：,我对癌症的病因理解？我印象中最深的一件与癌症及病因有关的事件？我的抗癌原则？,1998-2002年中国癌症的流行现状,癌症已成为居民死因的首位, 117万-150万, 占20%左右;农村癌症死亡率上升速度高于城市;高致死癌症是胃癌、食道癌、肝癌、大肠癌、肺癌、宫颈癌、乳腺癌、白血病、鼻咽癌；发展中国家（消化道肿瘤）和发达国家（肺癌、乳腺癌）的癌谱共存；癌症死亡率最高的城市是上海和江苏等地区；城市中肺癌、乳腺癌、膀胱癌和结直肠癌高于农村；男性高于女性，儿童是1.2:1.0, 60岁是2：1；,病因学,1,
2、 外源性病因 化学因素 物理因素 生物因素2, 内源性病因 免疫因素 遗传因素,物理因素,化学因素,生物因素,免疫因素,遗传学因素,Cancer Risk Factors (NIH),Growing older Tobacco Sunlight Ionizing radiation Certain chemicals and other substances Some viruses and bacteria Certain hormones Family history of cancer Alcohol Poor diet, lack of physical activity, or be
3、ing overweight,国际癌症研究中心关于致癌物的信息 1类：对人类是致癌物（对人类致癌性证据充分）（95种）,化学物质物理物质生物感染因素,化学物质,人工合成化合物: 4氨基联苯, 苯, 联苯胺 N，N双（氯乙基）2萘胺（萘氮芥） 毛沸石, 环氧乙烷3, 铍及其化合物2, 砷化镓, 砷及其化合物 甲醛,石棉,镉其化合物, 铬化合物（六价）2双氯甲醚和氯甲甲醚（工业品）,化学因素,天然化合物: 天然的黄曲霉毒素 含麻兜铃碱的草药 二氧化硅 结晶型（职业接触吸入的石英或方晶石尘） 含石棉状纤维的滑石,药物,环孢霉素环磷酰胺硫唑嘌呤, 氮杂硫嘌呤绝经后的雌激素治疗非甾族雌激素1甾族雌激素1
4、己烯雌酚序贯口服避孕药联合口服避孕药 三苯氧胺（注：也有结论性证据证明本品可降低对侧乳房癌危险）2，3，7，8四氯二苯对二噁英、,物理物质,32磷，作为磷酸盐239钚及其衰变物（可含有240钚和其他同位素），作为气溶胶放射性碘的短寿同位素，包括因原子反应器事故和核武器爆炸来源的131碘224镭及其化合物226镭及其化合物228镭及其化合物222氡及其化合物中子, 232钍及其衰变物，以二氧化232钍胶体溶液静脉注射X-射线和射线日光辐射,生物感染因素,HPHBV HCVHPV-16HPV-18HIV- HTLV-1HHV-8 EB病毒埃及血吸虫,基本概念现在式,癌症是一类多因素、多环节、多阶段
5、、机制复杂、高度异质性的疾病.癌变是一个多因素、多阶段和多基因参与的过程. 癌症是基因型疾病.癌症是细胞周期异常所致的疾病.,最新的进展,肿瘤是干细胞性疾病;肿瘤细胞起源于正常干细胞的转化;,肿瘤基因突变理论,基因突变是引发肿瘤的根本原因，基因改变包括染色体数目的异常和结构的异常（异位、丢失、点突变、扩增和微卫星不稳等）。肿瘤是单克隆的，正常细胞恶变为肿瘤细胞后其后代细胞只能是肿瘤细胞；肿瘤的产生是基于基因水平的细胞增殖和凋亡控制机制的缺陷，信号传导和周期相关基因、凋亡相关基因的突变是问题的关键；肿瘤细胞几乎所有特点，如低分化状态、自主性增殖、侵袭转移及多药耐药等，都可归因于特定基因的异常；几
6、乎所有的致癌因素（物理的、化学的、生物的）都作用于特定基因，通过诱发基因突变起作用；控制癌症最有前途的途径是基因干预修正突变的基因或引入自杀基因。,肿瘤的发病机制,癌基因；抑癌基因；信号转导；细胞周期相关蛋白；细胞凋亡；细胞分化；DNA错配修复；,基因受环境影响超乎想像（2008-5-6）,对46位基因结构相似但居住在不同地方的人血液中的白血球基因表现进行了分析，发现他们1/3的基因有不同的方式表现与居住有关；都市人群中呼吸有关的基因比农村人口活跃，患哮喘和支气管炎概率增高；单身或孤独人群免疫有关基因发生改变，炎症发生率增加；东方人群迁移至西方后，癌症谱系发生改变，乳腺癌、结直肠癌和前列腺癌等
7、发生率增高；,最新的进展,肿瘤是干细胞性疾病;肿瘤细胞起源于正常干细胞的转化;,干细胞的分类,1, 胚胎干细胞: 是由受精卵经过五至六次分裂后发育而来，它在胚胎发育过程中逐渐失去多能性，最终分化成为组成各种器官的细胞系，胚胎干细胞是具有全能性的干细胞。 2, 生殖干细胞: 产生精子和卵子，是人类繁衍后代的源泉。 3, 成体干细胞: 如骨髓干细胞，这种细胞的分化功能被局限在只能分化成具有某种功能或某几种功能的体细胞上。,干细胞的分类,全能干细胞 ( totipotent )次全能干细胞( pluripotent )多能干细胞( multipotent )单能干细胞( unipotent )干细胞
8、存在 “等级分工”，基因表达谱的差异；,干细胞的特征,自我更新；增殖；分化；干细胞的关键特性是它们均衡分裂的能力或不对称分裂能力，每次分裂后产生一个新的干细胞和一个祖细胞，祖细胞失去自我更新的能力，分化成多种组织细胞;干细胞的数量没有变化；,肿瘤干细胞的产生,干细胞的变异,或突变;干细胞自我更新机制相关基因DNA发生突变等改变,使干细胞调控机制发生紊乱;干细胞的“直接后代” 祖细胞出现遗传水平的缺陷，不能发展为成熟细胞，而是恢复了自我更新的能力；,肿瘤干细胞的特征,自我更新和增殖能力;分化能力,能产生一种或多种具有分化表型的细胞;数量较少,约占1/1001/10,000;异质性, 良性, 交界
9、性, 恶性侵袭性生长,远处转移;对小生境改变有反应;,肿瘤发生与肿瘤干细胞,早在十九世纪八十年代，科学家们就从恶性畸胎癌与胎儿组织的相似性，特别是癌症组织与胚胎组织相似的低分化度，认识到了这两者可能存在紧密的关系。 20世纪中叶，科学家发现白血病患者体内的造血干细胞的基因突变后，会导致癌症的发生，从这个突破点入手，成体组织干细胞与肿瘤发生的关系渐渐吸引了研究者的注意力。 成体干细胞在体外扩增中的自发恶性转化(分裂90-140次),肿瘤干细胞的标志物,AML肿瘤干细胞:Thy1-,CD34+,CD38-;乳腺癌干细胞: ESA+, CD44+, CD24/low;脑肿瘤干细胞: CD133+;干
10、细胞: 呈Hoechst33324和Rhodamine123染色阴性;端粒酶?,干细胞自我更新能力的调节,Wnt 通路(APC, -catenin), 多种肿瘤;Notch 通路(HES),T细胞性白血病,乳腺癌;SHH通路(Ptc,Smo,BMP-4), 髓母细胞瘤,基底细胞癌;,干细胞的小生境(stem cell niche),定义: 参与干细胞不对称分裂调控的外在信号网络和组织结构,如细胞因子,分化因子, 肠腺隐窝等;肿瘤转移: 土壤-种子学说; 肿瘤浸润和转移是否因为所在的微环境受到破坏,肿瘤干细胞无法生存而“远走他乡”,找一处隐蔽又血供丰富的场所安营扎寨;,肿瘤干细胞与肿瘤分化,畸胎
11、瘤/畸胎癌;软组织错构瘤;唾腺多形性腺瘤(混合瘤);基底细胞癌,伴多向分化;小细胞癌,伴多向分化;肉瘤样癌 (癌肉瘤);恶性中胚层混合瘤;,肿瘤干细胞理论的意义,预防肿瘤, 寻找监测干细胞增殖和分化的手段;癌变机理, 重点转向肿瘤干细胞基因突变及其机制研究;肿瘤诊断,分析组织分化程度与肿瘤干细胞恶性度关系;肿瘤治疗, 针对肿瘤干细胞的化疗和放疗;,(二) 发病环节,肿瘤的组织发生,大肠癌的发生,腺隐窝干细胞腺瘤性或增生性或炎性不典型性 癌变,锯齿状腺瘤,结直肠癌发生途径,Adenoma-carcinoma-Familial adenomatous polyposis-Hereditary no
12、npolyposis colorectal cancerSerrated route to cancer-Hyperplastic polyposisColitis-dysplasia-cancerJuvenile polyp-carcinoma-Juvenile polyposis,胃癌的发生,胃小凹干细胞或肠上皮化生腺体隐窝干细胞异型增生 管状胃型胃癌;,球样,肠型胃癌或印戒细胞癌,Hereditary Diffuse Gastric CA.,It is an autosomal-dominant cancer susceptibility syndrome that is charact
13、erized by signet ring cell gastric cancer and lobular breast cancer. Accounts for 1-3% Germline mutation of E-cad(CDH1) gene discovered by Guilford in 1998 CDH1 mutation rate is more than 40%,Loss of E-cad Expression,CDH1 mutationPromoter hypermethylationLOHIntragenic deletion,Absent or reduced Stai
14、ning of E-cad,Second CDH1 allele down regulated or lost,Diagnostic criteria of HDGC,在I级或II级亲属中，发生2位或以上的HDGC， 其中一位发病年龄在50岁之前；在I级 或II 级 亲属中 有三位或以上的HDGC， 无年龄限制；HDGC的患者年龄在40岁之前的，无家族史；家族中同时发生HDGC 和LBC疾病的，其中有一位年龄在40岁之前；,肿瘤基因突变理论（GIST/KIT）,基因突变是引发肿瘤的根本原因，基因改变包括染色体数目的异常和结构的异常（异位、丢失、点突变、扩增和微卫星不稳等）。肿瘤是单克隆的，正常
15、细胞恶变为肿瘤细胞后其后代细胞只能是肿瘤细胞；肿瘤的产生是基于基因水平的细胞增殖和凋亡控制机制的缺陷，信号传导和周期相关基因、凋亡相关基因的突变是问题的关键；肿瘤细胞几乎所有特点，如低分化状态、自主性增殖、侵袭转移及多药耐药等，都可归因于特定基因的异常；几乎所有的致癌因素（物理的、化学的、生物的）都作用于特定基因，通过诱发基因突变起作用；控制癌症最有前途的途径是基因干预修正突变的基因或引入自杀基因。,胃肠道间质肿瘤是消化道最常见的间叶性肿瘤.KIT基因（CD117）的过表达和KIT基因突变是诊断胃肠间质瘤的非常重要的指标之一.KIT基因突变属于激活型或致瘤性突变，引起KIT基因蛋白自动磷酸化，
16、进而激活下游信号转导蛋白发生磷酸化，对细胞增殖、凋亡和粘附发挥调节作用.,胃肠道间质肿瘤的发病机理,发病率呈上升趋势,病因不清楚组织形态学和免疫表型存在多样性KIT基因突变与发病直接相关KIT基因突变形式存在多样性生物学行为存在不确定性,GISTs的分子病理时代,KIT and PDGFRA: Structure,IgG, immunoglobulin G.Images courtesy of C. Corless. Taylor ML et al. Hematol Oncol Clin North Am. 2000;14:517-535; Corless C et al. J Clin On
17、col. 2005;23:5357-5364.,CD117(KIT)的生物化学和遗传学特性,4q12,全长70kb,有21外显子(exon)组成，位于PDGFRa链遗传因子的近旁;型蛋白酪 氨酸激酶受体,由954个氨基酸组成, 分子量为145kDa; 是一种膜贯通性糖蛋白,膜外领域(domain)是Ig-SF,配体是SCF;细胞内领域具有自身磷酸化功能的酪 氨酸激酶区;,KIT Mutation Patterns,KIT基因位于4q12，有21个外显子；KIT基因突变呈杂合性和排他性，主要见于外显子9、11、13、17；外显子9： 13%，Dup；外显子11：60-70%，In frame m
18、utation，PM, Del, ITD, Dup； 外显子13：4%，PM外显子17：4%，PM,Deletions,Point mutation,Duplications,KIT激活的形式,CD117过表达;KIT基因产物激酶区肽链高磷酸化;基因水平扩增;基因在不同domain 发生突变,缺失或重复;,2003-11045B: M(21,22位之间插入C): 1668与1669之间插入碱基C,移码突变,556位后插入C,2001-3342: M(21-27缺失,GTGGAAG): ,556-558位缺失Val(V)- Glu(E)-G,GISTs Genotypes,GISTs,GISTs
19、/KIT+,GISTs/KIT-,GISTs/PDGFRA+,GISTs/PDGFRA-,GIST进展的启示,人类肿瘤基因决定论的成功范本 ,发现异常基因,研究基因功能,mRNA 转录,蛋白质 表达,开发特异靶向药物,专一性杀灭肿瘤,GIST/ KIT/ Gleevec,Gleevec,Imatinib mesylate, a phenylaminopyrimidine derivative;Autoinhibitory domain(547-579) inserts into the kinase active site and disrupts the formation of the a
20、ctive conformationThr670, the gatekeeper residue, when mutated, Imatinib binding to the kinase site is precluded; A-loop/Tyr823 phosphrylated when kit activated, or Tyr 823 mutated;,Antonescu CR,et al. Clin Cancer Res 2005;,Gleevec治疗后的GIST影象变化,Gleevec治疗前后的GIST病理变化,A Knock-In Mouse Model of Gastroint
21、estinal Stromal Tumor Harboring Kit K641E,Brian P.Rubin, Cristina R.Antonescu, James P.Scott-Browne, Melisa L. Comstock, Yansong Gu, Munir R. Tanas, Carol B. Ware, Jessica WoodellCancer Res 2005; 65(15):6631-9,Introduction of KITK641E into the Mouse genome by Allelic Conversion,A KIT gene K641E, in
22、sporadic and familial GIST 129Sv embryonic stem cells microinjected into C57B6 blastocysts;C57B6 Male chimeras backcrossed with C57B6 females to establish germ cell transmission(243);Three genotypes: KIT +/+, KIT -/K641E.Neo, KIT K641E.Neo /K641E.Neo,KIT K641E.Neo/K641E.Neo,Gain-of-Functions1,食道至直肠的
23、 ICC细胞高 度增生; 2.胃扩张;3, 盲肠GIST, 类似人类GISTs;4,K641E存在剂量效应;5,K641E可能存在致瘤 部位选择；,Loss-of-Functions1,毛色变白;2,真皮肥大细胞减少;3,生殖细胞减少，引 起不孕；,干细胞特性在GISTs中的表现,GIST发生自ICC的前体细胞(Rubin,2006),具有ICC等多向分化潜能, 平滑肌,神经纤维等;Gleevec治疗GIST后残留的散在小细胞可能属干细胞,具有抗药、复制的能力；,预防癌症的根本途径？,“最适宜人类居住的生存环境”？,防癌招数,1, 辩清致癌物, 尽可能少接触致癌物;2, 找好对象, 优生优育; 3. 防癌抗癌, 从娃娃 抓起, 受益终生;3, 保护机体立足于干细胞, 避免细胞损伤和干细胞接触致癌物;,
