非整倍体与肿瘤发生.ppt

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1、非整倍体与肿瘤发生以及肿瘤遗传型不稳定关系的初步研究基因突变假说认为肿瘤的产生是由于细胞内一些特定基因突变的结果，这个假说现在已经被人们广泛接受。但是最近美国科学院院士Duerberg等提出基因突变不可能导致肿瘤发生，相反，一向被认为是基因突变的结果非整倍体，才可能是肿瘤发生的主要原因。非整倍体假说主要观点是：致癌因素导致细胞产生非整倍染色体，非整倍体引起有丝分裂相关基因表达异常，产生异常比例的纺锤体蛋白、甚至异常数目的中心粒。不平衡的纺锤体可导致一些染色体的随机丢失或获得。每次细胞分裂时这些非整倍染色体被随机分组并不对称地分配给子代细胞，这样恶性循环，非整倍体自身催化细胞核型的变化和进化，最

2、终导致肿瘤细胞核型的产生。因此，肿瘤的产生是非整倍体自身催化的结果，与基因突变没有直接的关系。Duerberg等将肿瘤遗传突变归于非整倍体而非特定基因是因为：1）100%的实体瘤都是非整倍体；2）只有染色体的异常才可以瞬间改变细胞内成千上万基因的表达水平，从而可能解释肿瘤细胞表型的异质性现象；而且同时可以成功地解释肿瘤细胞遗传性不稳定的特征原因；3）肿瘤细胞的最大特征永生化可以解释为：自然选择压力只给了非整倍体细胞选择永生化机制的机会，因为只有非整倍体细胞才具有通过自身催化随机丢失或获得不同染色体从而最终获得永生化细胞核型的机会。由于这样的机会很少，因此在致癌因素作用后经过数年或数十年肿瘤才发

3、生；进一步推测可以认为除了病毒转化的细胞外，所有没有经过处理或不受调节而具有永生化能力的细胞都应当是非整倍体细胞；4）肿瘤的其它特征（例如转移能力、去分化、高耐药性等等）也可以应用非整倍体假说来解释。总之，肿瘤最大的特征是非整倍总之，肿瘤最大的特征是非整倍体，肿瘤的各种表型是由于非整体，肿瘤的各种表型是由于非整倍体自身催化导致大量正常基因倍体自身催化导致大量正常基因表达量和表达比例异常的结果，表达量和表达比例异常的结果，而不是某些特定基因活性增强或而不是某些特定基因活性增强或减弱的结果。减弱的结果。非整倍体怎样产生的呢？非整倍体怎样产生的呢？Duerberg等认为致突变和非致突变因素可能通过物

4、理或者化学过程改变了一个或多个染色体，或者通过改变参与纺锤体蛋白分子从而导致非整倍体产生；对于基因变异和非整倍体产生的对于基因变异和非整倍体产生的关系需要进一步研究。关系需要进一步研究。是否肿瘤细胞的非整倍体都与是否肿瘤细胞的非整倍体都与基因变异有关呢？基因变异有关呢？1如果非整倍体都都是由基因变异引起，则某些由非非致致突突变变因因素素引起的肿瘤细胞中不应该总总是是有非整倍体染色体的出现，但是实验表明所有的由非非致致突突变变因因素素引起的肿瘤细胞都是非整倍体核型。2 “细胞有丝分裂检测点基因”的变异应当导致非整倍体产生，例如：p53、细胞有丝分裂检测点基因以及SKT15等。但是p53在肿瘤中的

5、变异率不超过50%；细胞有丝分裂检测点基因在结肠癌细胞中只有11%；SKT15在乳腺癌中也只有12%。3多多环环芳芳烃烃是是弱弱效效致致突突变变剂剂，在在微微摩摩尔尔浓浓度度下下可可以以导导致致20-80%的的细细胞胞发发生生非非整整倍倍体体核核型型。由由多多环环芳芳烃烃转转化化的的强强致致突突变变物物质质在在50%致致死死剂剂量量下下引引起起特特定定基基因因变变异异的的几几率率为为10-4-10-7，也也就就是是说说由由多多环环芳芳烃烃通通过过特特定定位位点点（比比如如有有丝丝分分裂裂基因）诱导非整倍体几率也只有基因）诱导非整倍体几率也只有10-4-10-7。4 4 如果基因突变可以独立导致

6、肿瘤发生，那如果基因突变可以独立导致肿瘤发生，那么由于基因突变导致非整倍体和肿瘤发生的几么由于基因突变导致非整倍体和肿瘤发生的几率都很低，因此它们同时出现在同一个肿瘤细率都很低，因此它们同时出现在同一个肿瘤细胞中的几率会更小，所以我们应该看见一定比胞中的几率会更小，所以我们应该看见一定比例的二倍体肿瘤细胞，但是所有的实体瘤细胞例的二倍体肿瘤细胞，但是所有的实体瘤细胞都是非整倍体。因此即使基因变异与肿瘤有关都是非整倍体。因此即使基因变异与肿瘤有关也不能完全排除非整倍体在肿瘤发生过程中的也不能完全排除非整倍体在肿瘤发生过程中的作用。作用。非整倍体就一定能导致肿瘤发生非整倍体就一定能导致肿瘤发生？由

7、于大多数肿瘤细胞是多倍体，一般介于由于大多数肿瘤细胞是多倍体，一般介于3倍倍体和体和4倍体之间，这提示可能存在一个上限；倍体之间，这提示可能存在一个上限；而一些肿瘤为近而一些肿瘤为近2倍体，因此也可能存在一个倍体，因此也可能存在一个下限。因此下限。因此Duerberg等认为在特定的范围内等认为在特定的范围内非整倍体才可能导致肿瘤产生，超过上限或者非整倍体才可能导致肿瘤产生，超过上限或者低于下限都不可能使肿瘤产生。低于下限都不可能使肿瘤产生。非整倍体假说虽然在非整倍体假说虽然在逻辑上能上能够比较全面地解释有关肿瘤方够比较全面地解释有关肿瘤方面的问题，但是面的问题，但是事实证据呢？呢？1）致癌剂都

8、能使细胞产生非整倍体；）致癌剂都能使细胞产生非整倍体；2）Weinberg等用三个互不相关的癌基因等用三个互不相关的癌基因转化的肿瘤细胞被转化的肿瘤细胞被Duesberg等推测并证等推测并证明这些细胞明这些细胞100%是非整倍体核型；是非整倍体核型；3）Duesberg等根据非整倍体假说推测肿等根据非整倍体假说推测肿瘤细胞对化疗药物具有很高的瘤细胞对化疗药物具有很高的“突变率突变率和多药耐药性和多药耐药性”是由非整倍体染色体催是由非整倍体染色体催化染色体重新分组的结果，而不是基因化染色体重新分组的结果，而不是基因突变的结果，这个推测被证实；突变的结果，这个推测被证实；4 4）Duesberg等

9、证明：用致癌剂转化的肿等证明：用致癌剂转化的肿瘤细胞瘤细胞100%是非整倍核型；肿瘤细胞遗是非整倍核型；肿瘤细胞遗传性不稳定的程度与被转化细胞的非整传性不稳定的程度与被转化细胞的非整倍程度呈正比关系；非整倍体而不是个倍程度呈正比关系；非整倍体而不是个别基因变异能够通过改变细胞的代谢和别基因变异能够通过改变细胞的代谢和染色体的不对称分裂导致肿瘤表型的出染色体的不对称分裂导致肿瘤表型的出现；被转化的细胞首先发生非整倍核型，现；被转化的细胞首先发生非整倍核型，其次才演化为肿瘤细胞；推测并证实被其次才演化为肿瘤细胞；推测并证实被转化的肿瘤细胞在某一阶段具有特定的转化的肿瘤细胞在某一阶段具有特定的核型；

10、核型；5）Lengauer等实验结果表明非整倍体确等实验结果表明非整倍体确实可以导致细胞基因组不稳定，与实可以导致细胞基因组不稳定，与Duesberg的实验结果一致，最近他们的的实验结果一致，最近他们的数学模型表明细胞转化前首先发生非整数学模型表明细胞转化前首先发生非整倍体核型然后才发生抑癌基因的变异；倍体核型然后才发生抑癌基因的变异；6）推测并证实非肿瘤性永生化细胞的永）推测并证实非肿瘤性永生化细胞的永生化机制也是通过染色体的重新分组而生化机制也是通过染色体的重新分组而获得的，是非整倍体核型并且是癌前细获得的，是非整倍体核型并且是癌前细胞。胞。上述说明非整倍体假说在逻辑和实验证据方面都难以找

11、出缺点，最重要的是不但它的预测结果能被证实而且以前没能解释的实验现象它还可以解释清楚。从这些方面看，非整倍体假说可能确实有它自己存在的道理，但是这些能说明基因变异假说就不可靠吗？Duesberg等提出下列疑问：1基因变异假说认为致癌因素都是通过基因突变导致肿瘤发生，但是现在发现许多不能引起基因突变却可诱导肿瘤发生的化学物质；2肿瘤的最主要的特征是基因变异，但是20多年的研究并没有发现肿瘤存在特定的变异基因；3 一些遗传性疾病（如错配修复缺失的硬皮病和与遗传有关的大肠癌患者）为什么只产生特定类型的肿瘤（例如皮肤和大肠癌），而不发生其他类型的肿瘤；为什么遗传性的染色体不平衡疾病如Blooms综合征

12、患者发生肿瘤的几率升高100倍；4基因变异假说认为肿瘤细胞具有很高的突变几率，是“基因变异集合体”，但是一些实验表明肿瘤的突变率正常，只有少数肿瘤突变率中度增高；5肿瘤细胞的表型应当与基因变异一样稳定。但大多数肿瘤表现为遗传型和表现型不稳定；6在肿瘤耐药方面，基因变异假说认为肿瘤细胞产生耐药性是药物代谢基因的失活或多药耐药基因的激活的结果，但是为什么正常二倍体细胞的基因变异率非常地低（10-12），但是肿瘤细胞对化疗药物的变异率和多药耐药率却出奇的高（10-3-10-6）？为什么耐药基因只在肿瘤细胞中存在很高的变异率？7虽然一些逆转录病毒和人工制造的癌基因确实可以使正常细胞转化，但这个过程主要

13、依赖病毒的高表达启动子；另外，病毒制造使细胞转化的蛋白质不依赖特定的前体蛋白和酶的作用，只需要宿主细胞提供足够的氨基酸和核苷酸。由于原癌基因不具备这些特点，因此只是根据原癌基因和病毒癌基因之间序列的相似来推测原癌基因的激活可以导致肿瘤的假设存在缺陷；8 以前人们认为细胞的生物化学反应受一些特定限速酶的控制，但是近25年研究表明复杂系统并不受限速酶的控制，所以建立在“限速酶”假说之上的肿瘤基因变异假说存在难以克服的缺陷。DuesbergDuesberg能够否定有数量庞大的实验能够否定有数量庞大的实验依据支持的基因突变假说吗？问题的依据支持的基因突变假说吗？问题的关键在于在肿瘤细胞中非整倍体作用关

14、键在于在肿瘤细胞中非整倍体作用是什么。除此之外，从两种对立假说是什么。除此之外，从两种对立假说的矛盾焦点出发也可能会发现问题的的矛盾焦点出发也可能会发现问题的症结所在。因此需要明确下列问题症结所在。因此需要明确下列问题：是否某些非整倍体可以作为独是否某些非整倍体可以作为独立因素导致肿瘤细胞发生？立因素导致肿瘤细胞发生？人们按照基因变异假说转移癌基因来转化正常细胞，那么按照非整倍体假说用微细胞介导的染色体转移技术微细胞介导的染色体转移技术或非致突非致突变剂变剂人工制造非整倍体细胞是否也可以转化正常细胞？因为非整倍体假说认为非整倍体可以导致细胞遗传性不稳定从而引起非整倍体自身催化现象，最终导致肿瘤

15、细胞发生。促癌剂是通过什么原因促进肿促癌剂是通过什么原因促进肿瘤发生瘤发生？化学致癌作用一般分为激发和促进两个阶段。激发过程是由致癌物引起不可逆的DNA永久损伤（突变）过程。激发的细胞具有形成肿瘤的潜能。促癌剂本身不致癌，却可诱导激发的细胞发生肿瘤。那么促癌剂是通过什么原因促进肿瘤发生？是通过促进被激发的细胞产生附加突变？是促进非整倍体的产生？是促进被激发的非整倍体细胞向肿瘤细胞核型的转化速率？还是促癌剂本身可以产生并加速非整倍体产生和演化？特定基因变异的细胞和动物肿特定基因变异的细胞和动物肿瘤发生率高是什么原因？瘤发生率高是什么原因？实验表明p53等特定基因突变的细胞和动物的肿瘤发生率升高，

16、那么原因是什么呢？是由于这些基因突变增加了其它基因突变的几率？还是由于这些基因突变增加了细胞产生非整倍体的机会？肿瘤细胞的各种表型能否遗传？肿瘤细胞的各种表型能否遗传？这些表型之间是否存在确定关系这些表型之间是否存在确定关系？基因变异假说和非整倍体假说最典型的区别是关于基因变异假说和非整倍体假说最典型的区别是关于肿瘤表型能否遗传的问题。按照基因变异假说，在肿瘤表型能否遗传的问题。按照基因变异假说，在肿瘤的发生发展过程中肿瘤细胞的各种表型的获得肿瘤的发生发展过程中肿瘤细胞的各种表型的获得是由于不可逆性的积累突变基因的结果，因此肿瘤是由于不可逆性的积累突变基因的结果，因此肿瘤细胞各种表型也应当具有

17、遗传性、积累性和不可逆细胞各种表型也应当具有遗传性、积累性和不可逆性特点。相反，非整倍体假说认为肿瘤细胞的各种性特点。相反，非整倍体假说认为肿瘤细胞的各种表型获得是由于肿瘤细胞染色体的随机分组产生不表型获得是由于肿瘤细胞染色体的随机分组产生不同细胞核型的结果，由于非整倍体总是引起肿瘤细同细胞核型的结果，由于非整倍体总是引起肿瘤细胞染色体的不对称分配造就不同的细胞核型，因此胞染色体的不对称分配造就不同的细胞核型，因此肿瘤细胞的表型除了只受自然选择的控制外不具有肿瘤细胞的表型除了只受自然选择的控制外不具有遗传性、积累性和不可逆性特点。遗传性、积累性和不可逆性特点。是否存在二倍体的肿瘤干细胞是否存在

18、二倍体的肿瘤干细胞和永生化细胞？和永生化细胞？肿瘤干细胞是指肿瘤组织中具有自我更新能力并能产生其它具有不同增殖能力肿瘤细胞的一类特殊肿瘤细胞。按照基因变异假说肿瘤干细胞可以是二倍体细胞，它们与正常二倍体细胞的区别只是含有一些突变的特定基因。相反，非整倍体假说认为非整倍体是肿瘤的最大特征，肿瘤细胞的克隆性就是非整倍体性，因此不存在整二倍体的肿瘤干细胞。而且，除了由病毒和人工转化的永生化细胞以及体内干细胞（假设人体组织不死）外，其他所有动物和人的永生化细胞都是非整倍体核型。为了解决上述问题，我们决定应用为了解决上述问题，我们决定应用微细胞介导的染色体转移技术、染微细胞介导的染色体转移技术、染色体分

19、析技术、连续克隆形成实验色体分析技术、连续克隆形成实验等技术方法分析非整倍体与肿瘤发等技术方法分析非整倍体与肿瘤发生发展以及与肿瘤细胞一些特征表生发展以及与肿瘤细胞一些特征表型和遗传型之间的关系型和遗传型之间的关系，为最终明为最终明确肿瘤发生发展机制提供实验依据确肿瘤发生发展机制提供实验依据。项目的研究内容项目的研究内容1）人工制造非整倍体细胞诱导肿瘤发生；人工制造非整倍体细胞诱导肿瘤发生；2）探探讨讨促促癌癌剂剂在在促促进进肿肿瘤瘤发发生生过过程程中中非非整整倍倍体的作用；体的作用；3）细细胞胞和和动动物物的的特特定定基基因因变变异异导导致致肿肿瘤瘤发发生生率高与非整倍体的产生关系研究；率高

20、与非整倍体的产生关系研究；4）肿瘤细胞转移能力能否遗传研究；肿瘤细胞转移能力能否遗传研究；5）肿瘤干细胞和永生细胞系是否存在二倍体肿瘤干细胞和永生细胞系是否存在二倍体细胞研究。细胞研究。研究目标研究目标1）明确非整倍体与肿瘤发生发展关系；2）明确非整倍体与肿瘤表型和遗传型之间的关系。本项目的特色与创新之处。本项目的特色与创新之处。1）人工制造非整倍体细胞诱导肿瘤发生在国内外文献中未见报道；2）应用非整倍体假说研究肿瘤的二次突变学说在国内外文献中未见报道；3）应用非整倍体假说研究肿瘤细胞的转移能力能否遗传在国内外文献中未见报道；4）研究致突变剂、非致突变剂以及促癌剂和特定基因的变异与非整倍体产生的关系研究以及导致肿瘤发生的机理研究在国内外文献中未见报道。谢谢