疾病与人类健康.ppt

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1、疾病与人类健康 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望现代科学代科学认为，疾病的，疾病的发生直接或生直接或间接与基因有关接与基因有关人人类疾病都是：疾病都是：“基因病基因病”经典典单基因病基因病多基因病多基因病获得性基因病得性基因病经典单基因病经典单基因病：主要病因是某个基因位点上产生了缺陷等位基因，如：地中海贫血、白化病多基因病多基因病：涉及多个基因及调控这些基因表达的环境因子之间的相互作用，如：高血压、糖尿病获得性基因病：获得性基因病：主要是由病源微生

2、物感染引起的传染病，如肝炎、艾滋病1肿瘤与癌症2人免疫缺损病毒HIV3乙型肝炎病毒HBV（自学）4基因治疗Contents一、一、肿瘤与癌症瘤与癌症癌（cancer）是一群不受生长调控而繁殖的细胞，也称恶性肿瘤。癌是由肿瘤细胞经过一系列突变转化而来的。已证明细胞癌变的分子基础是基因突变，DNA的变化和不正常活动导致了细胞癌变。肿瘤瘤组织示意示意图（一）癌基因（一）癌基因v癌基因的分类癌基因的分类 病毒癌基因：(virusoncogene,v-onc)DNA病毒、RNA病毒（反转录病毒）细胞转化基因：(cellular-oncogene,c-onc)1.1.反转录病毒致癌基因反转录病毒致癌基因R

3、ous于1911年首先发现鸡肉瘤病毒（后称劳斯肉瘤病毒RSV），研究证明它是一种反转录病毒（单链RNA，6-9kb），在接种给鸡后诱发肉瘤。1966年，85岁的劳斯获得诺贝尔奖。1.11.1反转录病毒颗粒结构反转录病毒颗粒结构反反转录基因基因结构示意构示意图RU5LeadergagpolenvU3RPBSPPT鞘蛋白反转录酶外壳蛋白1.21.2反反转录病毒的复制病毒的复制整合的反转录病毒DNA分子称为原病毒（provirus）,它能指导病毒mRNA的合成，并利用宿主细胞中的蛋白质合成机器，翻译生成病毒外壳蛋白等，最后组装成病毒颗粒。已经在各种反转录病毒中发现了许多致癌基因，它们感染后诱导宿主产

4、生肿瘤的主要原因是激活特定基因表达；破坏宿主细胞本身固有的平衡，导致细胞发生转化。1.2.1类型根据反根据反转录病毒病毒转化化细胞的能力，将其胞的能力，将其分分为两大两大类：急性急性转化型化型非急性非急性转化型化型很短很短时间内出内出现瘤；瘤；癌癌基因位于病毒基因族内部基因位于病毒基因族内部具有体外具有体外细胞胞转化能力化能力劳斯氏肉瘤病毒基因斯氏肉瘤病毒基因结构及构及c-src原癌基因的原癌基因的转变1.2.2v-onc基因的起源表1断裂基因断裂基因完整的没有断完整的没有断裂的可读框裂的可读框部分部分c-onc和和v-onc基因基因编码区比区比较基因c-onc中的密码子数v-onc中的密码子

5、数不相同氨基酸数相似性/%v-onc中缺失的区域mos3963691197无ras189189398无ras189189796无sis2202201892无myc417417299无src5335141697C端fins9809302099C端erbB12106009983N端、C端erbA4083962295N端erb6403721197N端、C端v目前致癌基因已多达目前致癌基因已多达100100个，主要是个，主要是rasras和和mycmyc基因基因家族。家族。G1S、M期G0期生长控制点c-myc表达c-ras表达 上表皮癌的发生过程示意图上表皮癌的发生过程示意图肿瘤瘤细胞中，生胞中，生

6、长控制点不起作用，一直控制点不起作用，一直处于于细胞周期循胞周期循环之中。之中。2.2.细胞胞转化基因化基因 细胞转化基因细胞转化基因实质上就是由一类实质上就是由一类原癌基因原癌基因突变而来突变而来 。当原癌基因在某些外界因素（如放射线、化学致癌物等）的当原癌基因在某些外界因素（如放射线、化学致癌物等）的作用下，发生数量和结构上的微细变化，形成了致癌性的作用下，发生数量和结构上的微细变化，形成了致癌性的细细胞转化基因胞转化基因，从而使正常细胞转化为肿瘤细胞。，从而使正常细胞转化为肿瘤细胞。P344 P344 原癌基因是细胞内与细胞增殖相关的正常基因，是维持机体正常生命活动所必须的，在进化上高等

7、保守。当原癌基因的结构或调控区发生变异，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。2.1 2.1 原癌基因原癌基因2.1.1原癌基因的特点:广泛存在于生物界中；基因序列高度保守；作用通过其产物蛋白质来体现；正常情况下表达水平很低正常情况下表达水平很低;被激活后，形成致癌性的细胞转化基因。2.1.22.1.2原癌基因的分类：原癌基因的分类：2.1.2.1根据原癌基因产物在细胞中的位置，可分为：与膜结合的蛋白，如src基因产物；可溶性蛋白，如mos基因产物；核蛋白，如myc基因产物。2.1.2.2 根据原癌基因表达根据原癌基因表达产物的功能，可分物的功能，可分为：蛋白激蛋白激酶类，如

8、，如src家族（酪氨酸蛋白激家族（酪氨酸蛋白激酶类）生生长因子因子类生生长因子受体因子受体类 GTP结合蛋白合蛋白类，如，如ras家族家族核蛋白核蛋白类（DNA结合蛋白），如合蛋白），如myc家族家族未知功能未知功能类2.2原癌基因的表达原癌基因在正常细胞中通常以单拷贝形式存在，只有低水平的表达或根本不表达。很多情况下，原癌基因的结构发生了点突变或插入、重排、缺失及扩增等，改变其转录活性。细胞中原癌胞中原癌细胞基因胞基因转变为癌基因的主要途径癌基因的主要途径2.2.1点点突突变变：最最常常见见的的机机制制ras基基因因的的点点突突变变及及转转化化活活性性分分析析 2.2.2LTR插入插入 LT

9、R是逆是逆转录病毒基因病毒基因组两端的两端的长末端重复序列（末端重复序列（long ter-mmal repeat）,结构中含有构中含有强的启的启动子序列，当子序列，当LTR插入原癌基因启插入原癌基因启动子区子区域或域或邻近部位后，可从根本上改近部位后，可从根本上改变基因的正常基因的正常调控控规律。律。2.2.3基因重排基因重排 大多数大多数类型的人型的人肿瘤中存在染色体数目和瘤中存在染色体数目和结构异常构异常现象，象，说明存在原癌基因重排的可能。明存在原癌基因重排的可能。abl原癌基因通原癌基因通过选择性染色体重排性染色体重排转变成成细胞癌基因胞癌基因重组位点重组位点重组位点重组位点bcr/

10、abl 融合基因融合基因poly A,bcr/abl 融合基因融合基因mRNABcr/Abl 融合蛋白融合蛋白abl基因位于第九号染色体基因位于第九号染色体bcr 基因位于第基因位于第22号染色体号染色体因首见于美国费城因首见于美国费城（Philadelphia）而命名。系）而命名。系其其22号染色体部分长臂接到号染色体部分长臂接到9号染色体长臂的一种易位号染色体长臂的一种易位 非受体型酪氨酸蛋白激酶慢性骨髓瘤2.2.4 缺失（缺失（Deletion）oncogene(-)cancer一些原癌基因一些原癌基因5上上游存在游存在负调控序列控序列，该序列的缺失或突序列的缺失或突变，则丧失抑制癌基因

11、表失抑制癌基因表达的能力。达的能力。Brukitt淋巴瘤中淋巴瘤中 c-myc因因负调控序列缺控序列缺失或失或LTR插入而增插入而增强表达。表达。2.2.5 基因基因扩增增 蛋白蛋白质结构未构未变化，但化，但总量大大提高量大大提高基因基因扩增增 原癌基因原癌基因使每个细胞中基因拷贝数增加，从而直接增加可用的转录模板数以增加基因表达。3基因互作与癌基因表达3.1染色体构象对原核基因表达的影响基因表达不仅取决于基因本身及其相邻区域的一级结构，也取决于其空间构象，即基因在染色体上的空间排列和染色质的结构。当两个基因相距太近时，往往不易形成有利于高效转录的空间结构。v基因领域：基因与基因之间的间隔距离

12、基因领域：基因与基因之间的间隔距离v基因领域效应：同一基因领域效应：同一DNADNA链上两个具有相同转录方向的基因链上两个具有相同转录方向的基因间隔小于一定长度时，影响有效转录所必需的染色质结构间隔小于一定长度时，影响有效转录所必需的染色质结构的形成，从而使这两个基因中的一个或两个均不能转录或的形成，从而使这两个基因中的一个或两个均不能转录或转录活性显著降低。转录活性显著降低。0.3kb-5kb，最佳间隔距离与两个基因的总长度成正相关。vc-myc（8号染色体），两侧分别有强表达的基因，使c-myc受到基因领域效应影响，转录抑制。vBurkitt淋巴瘤中，基因发生重排，c-myc一侧的强表达基

13、因消失，消除了基因领域效应，c-myc转录活性增强。3.2原癌基因终产物对基因表达的影响某种原癌基因产物对另一种原癌基因表达的调控作用，也包括某种原癌基因产物对自身表达的反馈调控作用两大类。P349癌基因产物通过介质传递生长刺激信号的部位有癌基因产物通过介质传递生长刺激信号的部位有3 3处：处：癌基因产物本身模拟了癌基因产物本身模拟了生长因子生长因子，因而与相应的受体作，因而与相应的受体作用，以自分泌的方式刺激细胞生长；用，以自分泌的方式刺激细胞生长；癌基因产物模拟了已结合配体的癌基因产物模拟了已结合配体的生长因子受体生长因子受体，从而在，从而在无外源生长因子时提供了促进细胞分裂的信号；无外源

14、生长因子时提供了促进细胞分裂的信号；癌基因产物作用于癌基因产物作用于细胞内生长控制途径细胞内生长控制途径，解除此途径对，解除此途径对外源刺激信号的需求。外源刺激信号的需求。3.3抑癌基因产物对原癌基因的调控因为抑癌基因产物能抑制细胞的恶性增殖，所以它也是被认为是一种隐性癌基因。v原癌基因是显性基因，一个等位基因突变即可显示致癌效应；v肿瘤抑制基因的突变，则是隐性的，即只有一个肿瘤抑制等位基因发生突变，不会发生致癌效应。3.4外源信号对原癌基因表达的影响细胞外信号作用于靶细胞后，通过细胞膜受体系统或其它直接途径被传递至细胞内，再通过多种蛋白激酶的活化，对转录因子进行修饰，然后引发一系列基因的转录

15、激活。许多原癌基因参与多原癌基因参与细胞信号胞信号转导过程程快速反应基因：不受蛋白质合成抑制剂影响；转录激活维持时间很短二、人免疫缺损病毒HIV1HIV病毒粒子的形态结构和传染HIV-HIV-病毒粒子病毒粒子结构模型构模型图内膜蛋白内膜蛋白外壳蛋白外壳蛋白反反转录酶外壳蛋白外壳蛋白核衣壳核衣壳2HIV基因组及其编码的蛋白HIV基因基因组由两条由两条单链正正链RNA组成，每个成，每个RNA基因基因组约为9.7kb。在。在RNA5端有一帽子端有一帽子结构（构（m7G5GmpNp）,3端有端有poly(A)尾巴。尾巴。HIV的主要基因的主要基因结构核构核组织形式与其他反形式与其他反转录病毒相病毒相同

16、。均由同。均由5末端末端LTR、结构蛋白构蛋白编码区（区（gag）、）、蛋白蛋白酶编码区区（pro）、具有多种）、具有多种酶活性的蛋白活性的蛋白编码区（区（pol）、）、外膜蛋白外膜蛋白（erv）和，）和，3末端末端LTR组成。成。编码病毒的核心蛋白编码反转录酶、整合酶和蛋白酶编码外膜蛋白gagp55p24（外壳蛋白，CA）pP17（内膜蛋白，MA）p15p9和p7（核衣壳蛋白，NC）polp66（逆转录酶）p22（整合酶）prop22，切割，促进蛋白质成熟envgp160糖蛋白gp120（外膜蛋白），与CD4受体结合gp41（跨膜蛋白）插入寄主细胞膜HIV-HIV-基因基因结构和所构和所编码

17、的主要蛋白的主要蛋白HIV-在人体细胞内的复制和侵染过程示意图在人体细胞内的复制和侵染过程示意图3 HIV的复制的复制4HIV-基因的表达调控与大多数反与大多数反转录病毒相比，病毒相比，HIV的最大特点就的最大特点就是含有是含有许多多调控基因控基因。这些基因些基因编码相相应的的调控蛋白，它控蛋白，它们在病毒在病毒RNA的的转录、转录后加工、蛋白后加工、蛋白质翻翻译包装以及病包装以及病毒毒颗粒的粒的释放等各个放等各个过程中程中发挥重要作用。重要作用。4.1LTR序列HIVHIV基因基因组LTRLTR区中区中DNADNA和和RNARNA结合蛋白的作用位点合蛋白的作用位点鸡卵蛋白卵蛋白转录因子因子C

18、OUP（负）上游激活因子上游激活因子USF（负）激活蛋白激活蛋白1（正）（正）激活激活T细胞核因子胞核因子NFAT（正）（正）T细胞因子胞因子TCF（正）（正）核因子核因子NFkB（正）（正）4.24.2调控蛋白控蛋白vTat蛋白蛋白：转录激活因子，促激活因子，促进RNA聚合聚合酶转录起始复合物的起始复合物的组装。装。vRev蛋白蛋白：反式激活因子，：反式激活因子，对结构基因起正构基因起正调控作用，增加未控作用，增加未编辑的基的基因因组全全长转录产物。物。vNef蛋白蛋白：负调控因子和磷酸化蛋白，非复制必需，抑制前病毒基因的控因子和磷酸化蛋白，非复制必需，抑制前病毒基因的表达，提高表达，提高H

19、IV的含量。的含量。vVpr蛋白蛋白：R蛋白，作用于蛋白，作用于LTR，提高，提高HIV的复制速度，在早期中起作的复制速度，在早期中起作用。用。vVpu蛋白蛋白：U蛋白，磷酸化蛋白，存在于蛋白，磷酸化蛋白，存在于细胞膜中，可能促胞膜中，可能促进HIV的的组装、成熟和装、成熟和释放。放。vVif蛋白蛋白：增加：增加HIV 的侵染性。的侵染性。5HIV的感染及致病机理HIV的主要靶细胞是细胞表面表达CD4分子的细胞，主要是CD4+T淋巴细胞，还有单核细胞、巨噬细胞等。细胞表面CD4分子是HIV受体，通过HIV膜蛋白gp120与细胞膜上CD4结合后，由gp41介导使病毒传入易感细胞内，造成细胞破坏。

20、HIV感染后的发病机理如下 HIV侵入人体后首先与细胞表面含有CD4受体CD4+T淋巴细胞结合，进入细胞进行复制，部分整合于细胞染色体DNA中成为潜伏型机体细胞免疫和体液免疫对机体细胞免疫和体液免疫对HIV的抵抗作用，使感染初期的的抵抗作用，使感染初期的 HIV低低水平复制水平复制 在其他因素的作用下，潜伏的HIV被激活而大量复制，广泛侵入CD4+T淋巴细胞，使CD4+T淋巴细胞、单核巨噬细胞、B淋巴细胞、CD8+T淋巴细胞和NK细胞等功能受损，最后导致整个免疫功能缺陷，最终发生一系列顽固性机会感染和肿瘤的发生。三、基因治疗genetherapy基因治疗：就是向有功能缺陷的细胞补充相应功能基因

21、，以纠正或补偿其基因缺陷，从而达到治疗的目的。对象体细胞生殖细胞胞1、定义、定义2、基因治疗的策略1）基因置换（genereplacement）：基因替换用正常的基因原位替换病变细胞内的致病基因，使细胞内的DNA完全恢复正常状态。2）基因修复（genecorrection）：基因修正，是指将致病基因的突变碱基序列纠正，而正常部分予以保留。3）基因修饰（geneaugmentation）：基因补充，又称基因增补，将目的基因导入病变细胞或其它细胞，目的基因的表达产物能修饰缺陷细胞的功能或使原有的某些功能得以加强。4）基因失活（geneinactivation）：利用反义技术、核酶技术或基因敲除技术

22、封闭有害基因，能特异地封闭基因表达特性，抑制一些有害基因的表达，达到治疗疾病的目的。5）免疫调节(immuneadjustment)：将抗体、抗原或细胞因子的基因导入病人体内，改变病人免疫状态，达到预防和治疗疾病的目的。3基因治疗的两大途径3.1exvivo3.1exvivo途径（回体法）途径（回体法）指将含外源基因的指将含外源基因的载体在体在体外体外导入人体自身或异体（异种）入人体自身或异体（异种）细胞胞这种方法不种方法不易形成易形成规模，而且必模，而且必须有固定的有固定的临床基地。床基地。3.2invivo3.2invivo途径（在体法）途径（在体法）这是将外源基因装配于特是将外源基因装配

23、于特定的真核定的真核细胞表达胞表达载体上，直接体上，直接导入人体内。入人体内。4基因治疗中的病毒载体用于基因治疗的病毒载体应具备以下条件：携带外源基因并能装配成病毒颗粒；介导外源基因的转移和表达；对机体没有致病力。4.1病毒载体的分类重重组型病毒型病毒载体体无病毒基因的病毒无病毒基因的病毒载体体常用病毒常用病毒载体的特性和适用范体的特性和适用范围病毒载体生物学特征适用范围反转录病毒载体可感染分裂细胞整合到染色体中表达时间较长有致癌的危险exvivo基因治疗肿瘤基因治疗腺病毒载体可感染分裂和非分裂细胞invivo基因治疗肿瘤基因治疗疫苗不整合到染色体中外源基因表达水平高表达时间较短免疫原性强病毒

24、载体生物学特征适用范围腺病毒伴随病毒载体可感染分裂和非分裂细胞整合到染色体中无致病性，免疫原性弱可长期表达外源基因在骨骼肌、心肌、肝脏、视网膜等组织中表达水平较高invivo基因治疗exvivo基因治疗遗传病基因治疗获得性慢性疾病的基因治疗疱疹病毒载体具嗜神经性，可逆轴突传递可潜伏感染容量大可感染分裂和非分裂细胞神经系统疾病的基因治疗肿瘤基因治疗续表续表4.2基因治疗中的问题1.靶向性基因靶向性基因导入系入系统 基因治基因治疗中的关中的关键 问题是必是必须将治将治疗基基因送入特定的靶因送入特定的靶细胞，并在胞，并在该细胞中得到高效表达胞中得到高效表达2.外源基因表达的可控性外源基因表达的可控性

25、 基因基因导入后表达入后表达处于无于无调控状控状态，将，将会造成会造成严重后果。重后果。3.治治疗基因基因过少少 致病基因致病基因还有待有待阐明，可明，可选择的靶基因不多。的靶基因不多。55非病毒非病毒载体体v裸裸DNAv脂脂质体体/DNA复合物复合物v多聚物多聚物/DNA复合物复合物6、基因治疗的前景1）反义技术（antisenseoligodeoxynucleotides）一种从基因水平进行治疗的技术，它们以不同方式，在DNA复制、转录和翻译水平发挥作用。利用人工合成的反义RNA或DNA导入靶细胞，阻断Gene的转录或复制，控制细胞的中间阶段，使编码蛋白的Gene不能转录为mRNA，或阻断

26、翻译相应蛋白.DNADNARNARNA反义RNA阻断表达2）药物靶向治疗（drugstargeting）病毒导向酶的药物前体治疗（virusdirectedenzymepro-drugtherapy，VDEPT），即用反转录病毒载体的外源基因转移到细胞内。该基因编码一种酶，此酶可将一种无害的药物前体转变为细胞毒素复合物。带有这一基因的病毒载体只在特殊组织或肿瘤细胞中而不在正常细胞中表达。例如，胞嘧啶脱氨酶（cytosinedeaminase）可将无害的5氟胞嘧啶（5-fluorocytosine，5-FC）转变为细胞毒素5氟胞嘧啶（5-fluorocytosine，5-FC）。此病毒可感染正常细胞和癌细胞，但将该酶基因连接到一种“分子开关”后，则只能在肿瘤细胞中表达。自杀基因 +病毒载体 重组载体药物前体无毒药物前体无毒Gene酶酶 药物复合物有毒药物复合物有毒细胞死亡细胞死亡转染转染（外源基因）（外源基因）