1、第九章 疾病与人类健康 肿瘤与癌症肿瘤与癌症 人免疫缺陷病毒人免疫缺陷病毒HIVHIV 乙型肝炎病毒乙型肝炎病毒HBVHBV 人禽流感的分子生物学机制人禽流感的分子生物学机制 严重急性呼吸系统综合症严重急性呼吸系统综合症SARSSARS的分子机制的分子机制 基因治疗基因治疗Contents第一节 肿瘤与癌症内容提要：内容提要：反转录病毒致癌基因反转录病毒致癌基因原癌基因（细胞转化基因）产物及其分类原癌基因（细胞转化基因）产物及其分类原癌基因的表达调控原癌基因的表达调控基因相互作用与癌基因表达基因相互作用与癌基因表达 u癌：癌：是一群不受生长调控而繁殖的细胞，也称是一群不受生长调控而繁殖的细胞，
2、也称恶性肿瘤恶性肿瘤。u良性肿瘤：良性肿瘤：是一群仅局限在自已的正常位置，是一群仅局限在自已的正常位置，且不侵染周围其他组织和器官的细胞。且不侵染周围其他组织和器官的细胞。u细胞癌变的分子基础：细胞癌变的分子基础：基因突变基因突变一、癌基因（oncogene)癌基因的分类癌基因的分类1.1.病毒癌基因病毒癌基因 ：(virus oncogene,(virus oncogene,v-oncv-onc)DNA DNA病毒病毒(乙肝病毒乙肝病毒)、RNARNA病毒（反转录病毒）病毒（反转录病毒）2.2.细胞转化基因：细胞转化基因：(cellular-oncogene,(cellular-oncoge
3、ne,c-oncc-onc)原癌基因的原癌基因的突变产物。突变产物。(一)反转录病毒致癌基因（P339）RousRous于于19101910年首先发现年首先发现鸡肉瘤病毒鸡肉瘤病毒（后称劳斯肉（后称劳斯肉瘤病毒瘤病毒RSVRSV），研究证明它是一种），研究证明它是一种反转录病毒反转录病毒，接种给鸡后可诱发肉瘤接种给鸡后可诱发肉瘤 。1966年，85岁的劳斯获得诺贝尔奖。1 1、反转录病毒颗粒结构（、反转录病毒颗粒结构（P339P339）调节和调节和启动转录启动转录 LTR gag pol env src LTR 长末端长末端重复序列重复序列癌基因癌基因正常的病毒基因正常的病毒基因产生病毒产生病
4、毒表面糖蛋白表面糖蛋白产生逆转录产生逆转录酶和整合酶酶和整合酶 产生病毒产生病毒 垮膜蛋白垮膜蛋白2 2、反转录病毒基因组结构、反转录病毒基因组结构p60p60srcsrc蛋白质，蛋白质，磷酸化蛋白。靶蛋磷酸化蛋白。靶蛋白磷酸化白磷酸化（P341P341）3 3、反转录病毒的复制、反转录病毒的复制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 (二二)细胞转化基因细胞转化基因 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 。当原癌基因在某些当原癌基因在某些外界因素外界因素（如放射线、化学致癌（如放射线、化学致癌物等）的作用下，发生数量和
5、结构上的微细变化，物等）的作用下，发生数量和结构上的微细变化，形成了致癌性的形成了致癌性的细胞转化基因细胞转化基因，从而使正常细胞转，从而使正常细胞转化为肿瘤细胞。化为肿瘤细胞。原癌基因原癌基因是细胞内与细胞增殖相关的正常基因，是维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，在进化上高等保守。持机体正常生命活动所必须的，在进化上高等保守。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。活性增强时，使细胞过度增殖，从而形成肿瘤。1、原癌基因原癌基因的特点原癌基因的特点:广泛存在于生物界
6、中；广泛存在于生物界中；基因序列高度保守；基因序列高度保守；作用通过其产物蛋白质来体现；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。被激活后，形成致癌性的细胞转化基因。原癌基因的分类：原癌基因的分类：根据原癌基因产物在根据原癌基因产物在细胞中的位置细胞中的位置，可分为：，可分为：与膜结合的蛋白，如与膜结合的蛋白，如srcsrc基因产物；基因产物；可溶性蛋白，如可溶性蛋白，如mosmos基因产物；基因产物；核蛋白，如核蛋白，如mycmyc基因产物。基因产物。根据原癌基因表达根据原癌基因表达产物的功能产物的功能，可分为：，可分为：蛋
7、白激酶类，如蛋白激酶类，如SrcSrc家族（酪氨酸蛋白激酶类）家族（酪氨酸蛋白激酶类）生长因子类生长因子类 生长因子受体类生长因子受体类 GTPGTP结合蛋白类，如结合蛋白类，如RasRas家族家族 核蛋白类（核蛋白类（DNADNA结合蛋白），如结合蛋白），如MycMyc家族家族 未知功能类未知功能类 原癌基因：单拷贝、正常情况下低水平表达或根本不表达癌基因？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。碱基碱基缺失或缺失或单碱基突变单碱基突变基因基因扩增扩增染染色体重排色体重排蛋白质活蛋白质活性大大提性大大提高高蛋白质未变化，蛋白质未变化，但总量大
8、大提但总量大大提高高增强子功能增强子功能使癌基因高使癌基因高效表达效表达与强启动子基因与强启动子基因相融合，提高癌相融合，提高癌基因表达效率基因表达效率 原癌基因原癌基因2、原癌基因的激活机制（P346）（1）点突变）点突变（2 2）LTRLTR（long terminal repeat)long terminal repeat)插入插入强启动子（3 3）基因重排（）基因重排（rearrange)rearrange)（4 4）缺失（）缺失（DeletionDeletion）oncogeneoncogene(-)(-)cancercancer一些原癌基因一些原癌基因55上上游存在负调控序列，游存
9、在负调控序列，该序列的缺失或突变该序列的缺失或突变，则丧失抑制癌基因，则丧失抑制癌基因表达的能力。表达的能力。BrukittBrukitt淋巴瘤中淋巴瘤中 c-c-mycmyc因负调控序列缺因负调控序列缺失或失或LTRLTR插入而增强插入而增强表达。表达。（5 5）基因扩增）基因扩增蛋白质结构未变化，但总量大大提高蛋白质结构未变化，但总量大大提高基因基因扩增扩增 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。加可用的转录模板数以增加基因表达。3 3、基因互作与癌基因表达、基因互作与癌基因表达（1 1）染色体构象染色
10、体构象对原癌基因表达的影响对原癌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，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。往往不易形成有利于高效转录的空间结构。基因领域：基因领域：基因与基因之间的间隔距离基因与基因之间的间隔距离 基因领域效应：基因领域效应：同一同一DNADNA链上两个具有相同转录链上两个具有相同转录方向的基因间隔小于一定长度时，影响有效转录方向的基因
11、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转录活性显著降低。中的一个或两个均不能转录或转录活性显著降低。0.3kb-5kb0.3kb-5kb，最佳间隔距离与两个基因的总长度，最佳间隔距离与两个基因的总长度成正相关。成正相关。（2 2）原癌基因终产物原癌基因终产物对基因表达的调控对基因表达的调控1.1.某种原癌基因产物对某种原癌基因产物对另一种原癌基因另一种原癌基因表达表达的调控作用；的调控作用；2.2.某种原癌基因产物对某种原癌基因产物对自身自身表达的反馈调控表达的反馈调控作用作用癌基因产物通过
12、介质癌基因产物通过介质传递生长刺激信号传递生长刺激信号的部位有的部位有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，因而与相应的受体作用，以自分泌的方式刺激细胞生长；作用，以自分泌的方式刺激细胞生长；癌基因产物模拟了癌基因产物模拟了已结合配体的生长因子受体已结合配体的生长因子受体，从而，从而在无外源生长因子时提供了促进细胞分裂的信号；在无外源生长因子时提供了促进细胞分裂的信号；癌基因产物作用于细胞内癌基因产物作用于细胞内生长控制途径生长控制途径，解除此途径，解除此途径对外源刺激信号的需求。对外源刺激信号的需求。（3 3）抑癌基因产物抑癌基因产物对原癌
13、基因的调控对原癌基因的调控 抑癌基因抑癌基因(tumor suppressor gene)tumor suppressor gene)/隐性癌基因：隐性癌基因：是一种抑制细胞生长和肿瘤形成的基因。如：是一种抑制细胞生长和肿瘤形成的基因。如：RbRb抑癌基因、抑癌基因抑癌基因、抑癌基因p53 p53 抑癌基因与原癌基因抑癌基因与原癌基因在生物学上有以下几点差异：在生物学上有以下几点差异：在功能上，抑癌基因起在功能上，抑癌基因起负负调控作用，而原癌基因起调控作用，而原癌基因起正正调控作用；调控作用；在遗传方式上，原癌基因是在遗传方式上，原癌基因是显性显性的，而抑癌基因在的，而抑癌基因在细胞水平上是
14、细胞水平上是隐性隐性的，的，在突变发生的细胞类型上，抑癌基因突变可以发生在突变发生的细胞类型上，抑癌基因突变可以发生在体细胞中，也可能发生在生殖细胞中并通过生殖在体细胞中，也可能发生在生殖细胞中并通过生殖细胞得到遗传。原癌基因突变只发生在体细胞中。细胞得到遗传。原癌基因突变只发生在体细胞中。（4）外源信号外源信号对原癌基因表达的影响对原癌基因表达的影响 细胞外信号（包括生长因子、激素、神经递质、细胞外信号（包括生长因子、激素、神经递质、药物等）作用于药物等）作用于靶细胞靶细胞后，通过细胞膜后，通过细胞膜受体受体系系统或其他直接途径被传递至细胞内，再通过多统或其他直接途径被传递至细胞内，再通过多
15、种种蛋白激酶的活化蛋白激酶的活化，对转录因子进行修饰，然，对转录因子进行修饰，然后引发一系列基因的后引发一系列基因的转录激活转录激活。第六节 基因治疗基因治疗的主要途径基因治疗的主要途径基因治疗中的病毒载体基因治疗中的病毒载体基因治疗中的非病毒载体基因治疗中的非病毒载体例：细胞因子基因治疗和肿瘤坏死因子基因治疗例：细胞因子基因治疗和肿瘤坏死因子基因治疗如如：自杀基因自杀基因 +病毒载体病毒载体 重组载体重组载体 药物前体药物前体 无毒无毒Gene酶酶 药物复合物药物复合物 有毒有毒 细胞死亡细胞死亡一、基因治疗的主要途径 19901990年第一次利用反转录病毒为载体，把年第一次利用反转录病毒为
16、载体，把DAADAA基基因导入来处患者的因导入来处患者的T-T-淋巴细胞，经扩增后输回患淋巴细胞，经扩增后输回患者体内，获得成功。标志站基因治疗时代的开始。者体内，获得成功。标志站基因治疗时代的开始。基因工程与基因治疗的基因工程与基因治疗的区别：区别：宿主表达宿主表达直接表达直接表达可分泌蛋白可分泌蛋白所有基因所有基因体外完成体外完成人体细胞人体细胞ex vivo和in vivo途径ex vivo:将含外源基因的载体在体外导入将含外源基因的载体在体外导入人体自身或异体（异种）细胞，经体外人体自身或异体（异种）细胞，经体外扩增后输回人体。这种方法易操作，安扩增后输回人体。这种方法易操作，安全性好
17、，但不易形成规模。全性好，但不易形成规模。in vivo:将外源基因装配于稳定的真核细将外源基因装配于稳定的真核细胞表达载体上，直接导入人体内。这种胞表达载体上，直接导入人体内。这种方法非常有利于大规模工业化生产，但方法非常有利于大规模工业化生产，但技术难度大，安全性必须证明。技术难度大，安全性必须证明。二、基因治疗中的病毒载体基本条件：基本条件：1.携带外源基因并能装配成病毒颗粒携带外源基因并能装配成病毒颗粒2.介导外源基因的转移和表达介导外源基因的转移和表达3.对机体没有对机体没有致病力致病力大多数野生型病毒对机体都有致病性，需要大多数野生型病毒对机体都有致病性，需要对其进行改造后才能用于
18、人体。对其进行改造后才能用于人体。病毒载体的产生研究病毒基因组的结构和功能研究病毒基因组的结构和功能将外源基因插入病毒基因组的将外源基因插入病毒基因组的非必需区非必需区将重组病毒进行将重组病毒进行改造改造复制缺陷型复制缺陷型删除致癌基因删除致癌基因扩大容量等扩大容量等病毒载体的分类 重组型病毒载体：重组型病毒载体：不改变病毒复制和包装所需不改变病毒复制和包装所需的顺式作用元件，有选择性的删除病毒的某些的顺式作用元件，有选择性的删除病毒的某些必需基因，特别是前早期或早期基因以控制其必需基因，特别是前早期或早期基因以控制其表达，所缺失的必需基因的功能由同时导入细表达，所缺失的必需基因的功能由同时导
19、入细胞中的外源基因表达单位提供。一般通过同源胞中的外源基因表达单位提供。一般通过同源重组的方法将目的基因插入到病毒基因组中。重组的方法将目的基因插入到病毒基因组中。无病毒基因的病毒载体：无病毒基因的病毒载体：由由重组载体重组载体和和辅助系辅助系统统组成。组成。重组载体重组载体主要由外源基因表达盒、病主要由外源基因表达盒、病毒复制和包装所必需的顺式作用元件及载体骨毒复制和包装所必需的顺式作用元件及载体骨架所组成。架所组成。辅助系统辅助系统包括病毒复制和包装所必包括病毒复制和包装所必需的反式作用因子。重组载体以特定形式被包需的反式作用因子。重组载体以特定形式被包装到不含有任何病毒基因的病毒颗粒中。
20、装到不含有任何病毒基因的病毒颗粒中。安全安全性好、容量大性好、容量大。但会产生辅助病毒污染。但会产生辅助病毒污染。病毒载体在基因治疗中的应用病毒载体在基因治疗中的应用P379表表9-9常用病毒载体的特性和适用范围常用病毒载体的特性和适用范围基因治疗中的问题1.靶向性基因导入系统靶向性基因导入系统2.外源基因表达的可控性外源基因表达的可控性3.治疗基因过少治疗基因过少三、基因治疗中的非病毒载体三、基因治疗中的非病毒载体1.裸裸DNA2.脂质体载体脂质体载体3.阳离子多聚物型载体阳离子多聚物型载体1、裸DNA又称自由又称自由DNA，结构简单。，结构简单。困难：困难：如何将目的基因导入相应的细胞如何
21、将目的基因导入相应的细胞并得到长期有效的表达并得到长期有效的表达方法：方法：主要通过物理或机械方法（如直主要通过物理或机械方法（如直接注射或基因枪法）将接注射或基因枪法）将DNA导入适当部导入适当部位。位。DNA疫苗疫苗缺点：缺点：缺乏靶向性缺乏靶向性2、脂质体、脂质体/DNA复合物复合物 脂质体：脂质体：具有双层膜的封闭式粒子，能促进极性具有双层膜的封闭式粒子，能促进极性大分子穿透细胞膜。大分子穿透细胞膜。类型：类型：阳离子脂质体（阳离子脂质体（最常用？）最常用？）、阴离子脂质、阴离子脂质体、体、PH敏感脂质体及融合脂质体等敏感脂质体及融合脂质体等 脂质的化学结构、组成对载体的活性和毒性有很
22、脂质的化学结构、组成对载体的活性和毒性有很在的影响在的影响 细胞主要通过细胞主要通过内吞内吞途径摄取脂质体，遇到溶酶体途径摄取脂质体，遇到溶酶体即被降解即被降解 PH敏感脂质体在酸性条件下脂肪酸敏感脂质体在酸性条件下脂肪酸羧基质子化羧基质子化，形成六角晶相发生膜融合。形成六角晶相发生膜融合。三、多聚物三、多聚物/DNA复合物复合物 DNA带负电，利用阳离子多聚体的氨基基团的带负电，利用阳离子多聚体的氨基基团的正电荷与正电荷与DNA的磷酸基团结合发生的磷酸基团结合发生电性中和电性中和，可以使可以使DNA缩合形成稳定的多聚复合物，缩合形成稳定的多聚复合物，不易不易被核酸酶降解，并可防止沉淀，从而提
23、高转染被核酸酶降解，并可防止沉淀，从而提高转染效率。效率。可与细胞表面的带负电的受体结合，能被可与细胞表面的带负电的受体结合，能被有效有效内吞摄入，介导基因转移内吞摄入，介导基因转移 合成方便、安全无毒，但组织特异性和靶向性合成方便、安全无毒，但组织特异性和靶向性差、体内基因转移效率低。差、体内基因转移效率低。四、四、DNA微球体微球体 白明胶和聚氨基葡萄糖等生物高聚物属于阳离白明胶和聚氨基葡萄糖等生物高聚物属于阳离子复合物，能与子复合物，能与DNA形成大小为形成大小为200-750nm的的微球体复合物。微球体复合物。特点：特点：可降解可降解分布均一分布均一共包装共包装储存方便储存方便持续释放
24、持续释放毒性低毒性低第二节 人免疫缺损病毒HIV HIV病毒粒子的形态结构 HIV基因组及其编码的蛋白 HIV的复制P24 Capsid proteinP18 Matrix protein 一、HIV病毒粒子的形态结构二、HIV基因组及其编码的蛋白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TAT and REV are essential for HIV replication GAG gene-p55p17:inner surfacep24:nucleocapsidp9:nucleocapsid associated with RNA1.Polymerase(reverse
25、transcriptase)2.Integrase 3.Protease(cuts polyproteins)POL geneMembrane:host derivedTwo glycoproteins:gp160 gp120 and gp41gp41 is fusogen that spans the membranegp120gp41ENV Gene coding三、HIV的复制The Life Cycle of HIV1.Virus destroys the cell as a result of budding第三节 乙型肝炎病毒HBV 一、HBV基因组结构双链部分环状结构：两链长短不一短链和长链的5端通过240bp配对维持环状结构长链(L)完整、恒定，3.2Kb，负链短链(S)为正链，长度可变，约为长链长度的5080%两条链互补区两恻各有一个11个碱基的直接重复序列，称DR1和DR2二、HBV的复制dsDNA,dsDNA,不是不是通过半保通过半保留复制方式复制留复制方式复制
