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腫瘤細胞

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腫瘤細胞實質就是腫瘤。腫瘤組織由實質和間質兩部分構成,腫瘤實質是腫瘤細胞,是腫瘤的主要成分,具有組織來源特異性。它決定腫瘤的生物學特點以及每種腫瘤的特殊性。通常根據腫瘤的實質形態來識別各種腫瘤的組織來源,進行腫瘤的分類、命名和組織學診斷,並根據其分化成熟程度和異型性大小來確定腫瘤的良惡性和腫瘤的惡性程度。腫瘤細胞有三個顯著的基本特徵即:不死性,遷移性和失去接觸抑制。除此之外,腫瘤細胞還有許多不同於正常細胞的生理、生化和形態特徵。

簡介

基因矢量圖

  腫瘤(tumor,neoplasm)是一種基因病,但並非是遺傳的。它是指細胞在致瘤因素作用下,基因發生了改變,失去對其生長的正常調控,導致異常增生。可分為良性和惡性腫瘤兩大類。前者生長緩慢,與周圍組織界限清楚,不發生轉移,對人體健康危害不大。後者生長迅速,可轉移到身體其它部位,還會產生有害物質,破壞正常器官結構,使機體功能失調威脅生命。

主要類型

  惡性上皮細胞腫瘤也叫癌症(cancer)是目前危害人類健康最嚴重的一類疾病。在美國,惡性腫瘤的死亡率僅次於心血管疾病而居第二位。據我國2000年衛生事業發展情況統計公報,城市地區居民死因第一位為惡性腫瘤,其次為腦血管病心臟病。最為常見和危害性嚴重的腫瘤為肺癌鼻咽癌食管癌胃癌大腸癌肝癌腺癌宮頸癌白血病淋巴瘤等。

主要構成

  腫瘤組織由實質和間質兩部分構成,腫瘤實質是腫瘤細胞,是腫瘤的主要成分,具有組織來源特異性。腫瘤的間質起支持和營養腫瘤實質的作用,不具特異性,一般由結締組織和血管組成,有時還可有淋巴管

癌細胞的主要特徵

  癌細胞有三個顯著的基本特徵即:不死性、遷移性和失去接觸抑制。除此之外,癌細胞還有許多不同於正常細胞的生理、生化和形態特徵。

一、癌細胞的形態特徵

  癌細胞大小形態不一,通常比它的源細胞體積要大,生長速度快,核質比顯著高於正常細胞,可達1:1,正常的分化細胞核質比僅為1:4-6。

癌細胞

核形態不一,並可出現巨核、雙核或多核現象。核內染色體呈非整倍態(aneuploidy),某些染色體缺失,而有些染色體數目增加。正常細胞染色體的不正常變化,會啟動細胞凋亡過程,但是癌細胞中,細胞凋亡相關的信號通路產生障礙,也就是說癌細胞具有不死性。
  線粒體表現為不同的多型性、腫脹、增生,如嗜酸性細胞腺瘤中肥大的線粒體緊擠在細胞內,肝癌細胞中出現巨線粒體。
  細胞骨架紊亂,某些成分減少,骨架組裝不正常。細胞表面特徵改變,產生腫瘤相關抗體(tumorassociatedantigen)。

二、癌細胞的生理特徵

  細胞周期失控,就像寄生在細胞內的微生物,不受正常生長調控系統的控制,能持續的分裂與增殖
  具有遷移性,細胞粘著和連接相關的成分(如ECM、CAM)發生變異或缺失,相關信號通路受阻,細胞失去與細胞間和細胞外基質間的聯結,易於從腫瘤上脫落。許多癌細胞具有變形運動能力,並且能產生酶類,使血管基底層和結締組織穿孔,使它向其它組織遷移(圖16-1)。
  接觸抑制喪失,正常細胞在體外培養時表現為貼壁生長和匯合成單層后停止生長的特點,即接觸抑制現象,而腫瘤細胞即使堆積成群,仍然可以生長(圖16-2)。
  定著依賴性喪失,正常真核細胞,除成熟血細胞外,大多須粘附於特定的細胞外基質上才能抑制凋亡而存活,稱為定著依賴性(anchoragedependence)。腫瘤細胞失去定著依賴性,可以在瓊脂甲基纖維素等支撐物上生長。

細胞

去分化現象,已知腫瘤細胞中表達胎兒同功酶達20余種。胎兒甲種蛋白甲胎蛋白)是胎兒所特有的。但在肝癌細胞中表達,因此可做肝癌早期檢定的標誌特徵。
  對生長因子需要量降低,體外培養的癌細胞對生長因子的需要量顯著低於正常細胞,是因為自分泌或其細胞增殖的信號途徑不依賴於生長因素。某些固體瘤細胞還能釋放血管生成因子,促進血管向腫瘤生長。獲取大量繁殖所需的營養物質
  代謝旺盛,腫瘤組織的DNA和RNA聚合酶活性均高於正常組織,核酸分解過程明顯降低,DNA和RNA的含量均明顯增高。
  蛋白質合成及分解代謝都增強,但合成代謝超過分解代謝,甚至可奪取正常組織的蛋白質分解產物,結果可使機體處於嚴重消耗的惡病質(cachexia)狀態。
  線粒體功能障礙,即使在氧供應充分的條件下也主要是糖酵解途徑獲取能量。與三個糖酵解關鍵酶(己糖激酶磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶)活性增加和同工酶譜的改變,以及糖原異生關鍵酶活性降低有關。
  可移植性,正常細胞移植到宿主體內后,由於免疫反應而被排斥,多不易存活。但是腫瘤細胞具有可移植性,如人的腫瘤細胞可移植到鼠類體內,形成移植瘤。

飲食調理

  一般認為,各種腫瘤,病傷津劫陰,多屬陰虛內熱,故在飲食調理上,應忌辛溫燥熱屬性的食品,滯膩食品也主張少吃;在癌症的中晚期多為虛證,寒證,飲食上主張溫補脾胃,益氣生血等食品類,而性屬寒涼的食品,則應少吃或不吃。在不同的病種上,癌症患者飲食禁忌也有所不同,如鼻咽癌病人在放療期間,應忌辛溫燥熱、油炸燒烤食物,忌吃狗肉羊肉胡椒茴香等;胃癌病人忌食辛燥食品、桂皮芥末辣椒等;食管癌病人忌老豬肉、老鴨肉;肝癌病人忌母豬肉、少吃韭菜。總之,忌口應適當,盲目地忌口將致營養不良,影響疾病康復。 生命的維持,必須依賴食物中的各種營養素。癌症患者最主要的問題是營養障礙改善病人的營養是抗癌治療中最重要的措施:
  (1)供給易消化吸收的蛋白質食物,如牛奶雞蛋魚類豆製品等,可提高機體抗癌力。其中牛奶和雞蛋可改善放療后蛋白質紊亂。
  (2)進食適量糖類,補充熱量。大劑量放射治療病人,可使其體內的糖代謝遭到破壞,糖原急劇下降,血液乳酸增多,不能再利用;而且胰島素功能不足加重。所以補充葡萄糖的效果較好,另外宜多吃蜂蜜、米、面、馬鈴薯等含糖豐富的食物以補充熱量。
  (3)多吃有抗癌作用的食物,如甲魚蘑菇黑木耳大蒜海藻芥菜及蜂皇漿等食物。
  (4)放療和化療的病人,一般宜進食涼食、冷飲,但有寒感的病人,則宜進食熱性食物。
  (5)研究發現,冬蟲夏草所含蟲草素能有效吞噬腫瘤細胞,效果是硒的4倍,還能增強紅細胞黏附腫瘤細胞的能力,在腫瘤化療期間以及腫瘤手術后可起到阻止腫瘤複發、轉移的作用。配方:選用質地優良的福臨門冬蟲夏草,粉碎后服用,每次1.5克,每日2次,連續服用一個月大部分患者均可取得良好的療效
  (6)飲食多樣化,注意色、香、味形,促進病人食慾;烹調食物多採用蒸、煮、燉的方法,忌食難消化的食品,禁飲酒。
  (7)維生素A和C有阻止細胞惡變和擴散,增加上皮細胞穩定性的作用,維生素C還可防止放射損傷的一般癥狀,並可使白細胞水平上升;維生素E能促進細胞分裂,延遲細胞衰老維生素B1可促進病人食慾,減輕放射治療引起的癥狀。因此,應多吃含上述維生素豐富的食物,如新鮮蔬菜水果芝麻油穀類豆類以及動物內臟等。

形成過程

柑桔體細胞突變

  腫瘤形成(oncogenesis)的過程包括始發突變、潛伏、促癌和演進。始發突變是指細胞在致癌物的作用下發生了基因突變,但是突變發生后如果沒有適當的環境不會發展為腫瘤,此階段稱為潛伏期;促癌是指在促癌劑(刺激細胞增長的因子,如激素)作用下開始增殖的過程,促癌因子的作用是可逆的,如果去除,引起擴增的克隆就會消失;演進是指腫瘤在生長過程中越來越變得具有侵襲力的過程,是不可逆的。腫瘤形成往往涉及許多基因的突變,需要十到數十年的時間,因而惡性腫瘤通常屬於老年性疾病。。

一、腫瘤形成的內因

  惡性腫瘤的形成往往涉及多個基因的改變,與原癌基因、抑癌基因突變的逐漸積累有關。
  (一)原癌基因
  原癌基因(oncogene)是細胞內與細胞增殖相關的基因,是維持機體正常生命活動所必須的,在進化上高等保守。當原癌基因的結構或調控區發生變異,基因產物增多或活性增強時,使細胞過度增殖,從而形成腫瘤。
  原癌基因的產物主要包括(圖16-1):①生長因子,如sis,②生長因子受體,如fms、erbB,③蛋白激酶及其它信號轉導組分,如src、ras、raf,④細胞周期蛋白,如bcl-1,⑤細胞凋亡調控因子,如bcl-2,⑥轉錄因子,如myc、fos、jun。
  表16-1一些原癌基因的功能
  
原癌基因功能相關腫瘤
sis生長因子Erwing網瘤
erb-B受體酪氨酸激酶,EGF受體星形細胞瘤、乳腺癌、卵巢癌、肺癌、胃癌、唾腺癌
fms受體酪氨酸激酶,CSF-1受體髓性白血病
rasG-蛋白肺癌、結腸癌膀胱癌直腸癌
src非受體酪氨酸激酶魯斯氏肉瘤
Abl-1非受體酪氨酸激酶慢性髓性白血病
rafMAPKKK,絲氨酸/蘇氨酸激酶腮腺腫瘤
vav信號轉導連接蛋白白血病
myc轉錄因子Burkitt淋巴瘤、肺癌、早幼粒白血病
myb轉錄因子結腸癌
fos轉錄因子骨肉瘤
jun轉錄因子
erb-A轉錄因子急性非淋巴細胞白血病
bcl-1cyclinD1B細胞淋巴瘤
 早在1911年Rous發現雞肉瘤無細胞濾液能引起雞產生新的肉瘤,幾十年後,他證實了病原體為羅氏病毒(Rous』ssarcomavirus,RSV),為此獲得1966年的諾貝爾獎。1970年Temin和Batimore證實RSV是一種反轉錄病毒,獲1975年諾貝爾獎。
  1970sH.Varmus和J.M.Bishop研究小組發現RSV中的致瘤基因是src基因,但是用src的cDNA(complementaryDNA)和其他基因組DNA雜交,發現src的同源物普遍存在於動物細胞(如雞、鴨、果蠅)。原來src編碼一種胞質酪氨酸激酶,參與細胞增殖相關的信號轉導,是細胞的正常組分。由於RSV、ASV等反轉錄病毒的基因組是整合在宿主基因組上複製的,會將宿主的某些基因複製到了自身的基因組中,因此被這樣的病毒感染的細胞,src基因拷貝就增多了,引起細胞過度增殖。為了區別起見將存在於正常細胞中的癌基因序列稱為c-onc,而把存在於病毒中的稱為v-onc。從結構上看c-onc是間斷的,存在內含子,這是真核基因的特點。而v-onc是連續的,基因跨度較小。

原癌基因和抑癌基因

  (二)抑癌基因
  抑癌基因也稱為抗癌基因。早在1960s,有人將癌細胞與同種正常成纖維細胞融合,所獲雜種細胞的後代只要保留某些正常親本染色體時就可表現為正常表型,但是隨著染色體的丟失又可重新出現惡變細胞。這一現象表明,正常染色體內可能存在某些抑制腫瘤發生的基因,它們的丟失、突變或失去功能,使激活的癌基因發揮作用而致癌。
  抑癌基因的產物是抑制細胞增殖,促進細胞分化,和抑制細胞遷移,因此起負調控作用,通常認為抑癌基因的突變是隱性的。
  抑癌基因的產物主要包括(表16-2):①轉錄調節因子,如Rb、p53;②負調控轉錄因子,如WT;③周期蛋白依賴性激酶抑制因子(CKI),如p15、p16、p21;④信號通路的抑制因子,如rasGTP酶活化蛋白(NF-(1),磷脂酶(PTEN);⑤DNA修復因子,如BRCA1、BRCA2。⑥與發育幹細胞增殖相關的信號途徑組分,如:APC、Axin等。
  抑癌基因失活的途徑:①等位基因隱性作用,失活的抑癌基因之等位基因在細胞中起隱性作用,即一個拷貝失活,另一個拷貝仍以野生型存在,細胞呈正常表型。只有當另一個拷貝失活后才導致腫瘤發生,如Rb基因。②抑癌基因的顯性負作用(dominantnegative):抑癌基因突變的拷貝在另一野生型拷貝存在並表達的情況下,仍可使細胞出現惡性表型和癌變,並使野生型拷貝功能失活。這種作用稱為顯性負作用或反顯性作用。如近年來證實突變型p53和APC蛋白分別能與野生型蛋白結合而使其失活,進而轉化細胞。③單倍體不足假說(Haplo-insufficiency):某些抗癌基因的表達水平十分重要,如果一個拷貝失活,另一個拷貝就可能不足以維持正常的細胞功能,從而導致腫瘤發生。如DCC基因一個拷貝缺失就可能使細胞粘膜附功能明顯降低,進而喪失細胞接觸抑制,使細胞克隆擴展或呈惡性表型。
  表16-2一些抑癌基因的功能
  
抑癌基因功能相關腫瘤
Rb轉錄調節因子RB、成骨肉瘤、胃癌、SCLC、乳癌、結腸癌
p53轉錄調節因子星狀細胞瘤、膠質母細胞瘤、結腸癌、乳癌、成骨肉瘤、SCLC、胃癌、磷狀細胞肺癌
WT負調控轉錄因子WT、橫紋肌肉瘤、肺癌、膀胱癌、乳癌、肝母細胞瘤
NF-1GAP,rasGTP酶激活因子神經纖維瘤嗜鉻細胞瘤、雪旺氏細胞瘤、神經纖維瘤DCC 細胞粘附分子直腸癌、胃癌
p21CDK抑制因子攝護腺
p15CDK4、CDK6抑制因子成膠質細胞瘤
BRCA1DNA修復因子,與RAD51作用乳腺癌、卵巢癌
BRCA2DNA修復因子,與RAD51作用乳腺癌、胰腺癌
PTENAPC、磷酯酶,WNT信號轉導組分成膠質細胞瘤,結腸腺瘤XX肉,結/直腸癌
 Rb(人類視網膜細胞瘤)基因是第一個被克隆的抑癌基因。Rb 的突變導致視網膜瘤。散發性Rb發生較晚,一般只危及一眼,遺傳性Rb往往危及雙眼,3歲左右發病形成多個腫瘤(圖16-4)。在G1期Rb與E2F結合,抑制E2F的活性,在G1/S期Rb被CDK2磷酸化失活而釋放出轉錄因子E2F,促進蛋白質的合成(圖16-5)。
  APC基因最初是在結腸腺瘤樣息肉(adenomatouspolyposiscoli)病人中發現的,並以此命名。APC基因定位于染色體5q21-22,屬於Wnt信號途徑的負調控因子,APC蛋白可與β-catenin連接,促進β-catenin降解,而β-catenin在細胞內積累后,可進入細胞核,與T細胞因子TCF結合,促進相關基因的表達。
  DCC基因亦稱結直腸癌缺失基因(deletedincolorectalcarcinoma),氨基酸順序與神經細胞粘附分子(N-CAM)及其它相關的細胞表面糖蛋白十分相似。該基因失活,可導致細胞的生物學行為,如細胞粘附、接觸性抑制及運動發生重要改變,使細胞朝惡性化方向演變,並容易發生轉移,DCC基因在胃癌中的缺失率為40%~60%左右。
  (三)原癌基因的激活
  惡性腫瘤的發生歸根到底是因為原癌基因的激活和抑癌基因的功能喪失,往往涉及多個基因的改變。原癌基因的激活方式多種多樣,但概括起來無非是基因本身或其調控區發生了變異,導致基因的過表達,或產物蛋白活性增強,使細胞過度增殖,形成腫瘤(圖16-6)。如在肝癌中cyclinA過渡表達,在乳腺癌中常有cyclinA、B、D1、E等過渡表達。
  1.點突變
  ras基因家族,均以點突變為主,如膀胱癌細胞中克隆出來的c-Ha-ras基因與正常細胞的相比僅有一個核苷酸的差異。
  2.DNA重排
  原癌基因在正常情況下表達水平較低,但當發生染色體的易位或倒位時,處於活躍轉錄基因強啟動子的下游,而產生過度表達。如Burkitt淋巴瘤細胞的染色體易位,使c-myc與IG重鏈基因的調控區為鄰,由於免疫球蛋白重鏈基因表達十分活躍,

DNA分子模型

其啟動子為強啟動子,且在CH-VH之間還有增強子區,致使c-myc過表達。再如在良性甲狀旁腺腫瘤患者的染色體中,cyclinD1基因倒位處於甲狀旁腺素基因啟動子下游而過渡表達,使細胞出現異常增殖。
  染色體易位的主要原因是人類染色體存在著脆性位點,而染色體重排的斷裂熱點多位於脆性位點。惡性腫瘤的染色體重排是獲得性的體細胞變化,而不是發生在生殖細胞內的變化。
  3.插入激活
  某些不含v-onc的弱轉化逆轉錄病毒,其前病毒DNA插入宿主DNA中,引起插入突變,如逆轉錄病毒MoSV感染鼠類成纖維細胞后,病毒兩端各有一個相同的冗長末端重複序列(LTR),它們不編碼蛋白質,而含有啟動子、增強子等調控成分,病毒基因組的LTR整合到細胞癌基因c-mos鄰近處,使c-mos處於LTR的強啟動子和增強子作用之下而被激活,導致成纖維細胞轉化為肉瘤細胞,再如鳥類白血病病毒ALV不含v-onc,但插入c-myc的上游,導致基因過度表達。
  4.基因擴增
  在某些造血系統惡性腫瘤中,癌基因擴增是一個極常見的特徵,如前髓細胞性白血病細胞系和這類病人的白血病細胞中,c-myc擴增8~32倍。癌基因擴增的染色體結構有:①雙微體(doubleminutechromosomes,DMs),無著絲粒,成對分佈于細胞中的微小染色體(圖16-7);②均染區(homogenouslystainedregion,HSR),是染色局部擴增形成的(圖16-8);③姊妹染色單體非均等交換(unequalsisterchromatidexchange,USCE),G2期由於姊妹染色單體之間發生了非均等交換,結果一個子細胞中該染色體較長,具有同源重複(基因擴增),另一個細 胞中對應的染色體較短(基因刪除)。其中DMS和HSR是最常見的類型,在具有DMS或HSR的直腸癌患者中c-mycmRNA含量是正常人的30倍。
  5、原癌基因的低甲基化
  致癌物質的作用下,使原癌基因的甲基化程度降低而導致癌症,這是因為致癌物質降低甲基化酶的活性。

二、腫瘤形成的外因

  人類腫瘤約80%是由於與外界致癌物質接觸而引起的,根據致癌物的性質可將其分為化學、生物和物理致癌物三大類。根據它們在致癌過程中的作用,可分為啟動劑、促進劑、完全致癌物。
  啟動劑是指某些化學、物理或生物因子,它們可以直接改變細胞遺傳物質DNA的成分或結構,一般一次接觸即可完成,其作用似無明確的閾劑量,啟動劑引起的細胞改變一般是不可逆的。
  促進劑本身不能誘發腫瘤,只有在啟動劑作用后再以促進劑反覆作用,方可促使腫瘤發生(圖16-9)。例如用啟動劑二甲基苯並蒽(dimethytenzanthracene,DMBA)塗抹動物皮膚並不致癌,但是幾周后再塗抹巴豆油,則引起皮膚癌,巴豆油中的有效成分是佛波醇酯,能模仿二酰基甘油(DAG)信號,激活蛋白激酶C。促癌物的種類很多,如某些激素、藥物等。有的促癌物只對誘發某種腫瘤起促進作用,而對另一種腫瘤的發生不起作用,例如糖精可促進膀胱癌的發生,但對誘發肝癌不起促進作用;苯巴比妥促進肝癌的發生,但不促進膀胱癌的發生。
  有些致癌物的作用很強,兼具啟動和促進作用,單獨作用即可致癌。稱為完全致癌物。如多環芳香烴、芳香胺、亞硝胺、致癌病毒等。
  (一)化學致癌物
  按化學結構可分為:①亞硝胺類,這是一類致癌性較強,能引起動物多種癌症的化學致癌物質。在變質的蔬菜及食品中含量較高,能引起消化系統腎臟等多種器官的腫瘤;②多環芳香烴類,這類致癌物以苯並芘為代表,將它塗抹在動物皮膚上,可引起皮膚癌,皮下注射則可誘發肉瘤。這類物質廣泛存在於瀝青、汽車廢氣、煤煙、香煙及熏制食品中;

化學致癌物

③芳香胺類,如乙萘胺、聯苯胺、4-氨基聯苯等,可誘發泌尿系統的癌症;④烷化劑類,如芥子氣、環磷酰胺等,可引起白血病、肺癌、乳腺癌等;⑤氨基偶氮類,如用二甲基氨基偶氮苯(即奶油黃,可將人工奶油染成黃色的染料)摻入飼料中長期餵養大白鼠,可引起肝癌;⑥鹼基類似物,如5-溴尿嘧啶、5-氟尿嘧啶、2-氨基腺嘌呤等,由於其結構與正常的鹼基相似,進入細胞能替代正常的鹼基參入到DNA鏈中而干擾DNA複製合成;⑦氯乙烯,目前應用最廣的一種塑料聚氯乙烯,是由氯乙烯單體聚合而成。大鼠長期吸入氯乙烯氣體后,可誘發肺、皮膚及骨等處的腫瘤。通過塑料工廠工人流行病學調查已證實氯乙烯能引起肝血管肉瘤,潛伏期一般在15年以上;⑧某些金屬,如鉻、鎳、砷等也可致癌。
  化學致癌物引起人體腫瘤的作用機制很複雜。少數致癌物質進入人體后可以直接誘發腫瘤,這種物質稱為直接致癌物。大多數化學致癌物進入人體后,需要經過體內代謝活化或生物轉化,成為具有致癌活性的最終致癌物,才能引起腫瘤發生,這種物質稱為間接致癌物。在體內參與此類化合物代謝的主要為P450酶系。
  最終致癌物通常為親電分子,可與DNA、RNA、蛋白質等生物大分子中的親核基團發生作用,引起鹼基顛換、缺失,DNA交聯、斷裂,染色體畸變等。化學致癌物還可抑制甲基化酶,引起細胞中胞嘧啶的甲基化水平降低,還有可能激活某些癌基因,使細胞癌變
  直接或間接導致DNA發生突變的致癌物稱為基因毒性致癌物(genotoxiccarcinogen),上述提到的化學致癌物均屬於此類。但是乳腺癌、攝護腺癌和子宮膜癌的致癌物是有激素活性的甾體類化合物,它們並不損傷基因,但能促進細胞分裂,稱為非基因毒性致癌物(non-genotoxiccarcinogen),如雌二醇可引起卵巢癌和乳腺癌。由此可見並不是所有的致癌物都是誘變劑,當然也並非所有的誘變劑都是致癌的,譬如某也鹼基類似物能引起微生物變異,但不引起實驗動物的癌症。
  (二)生物性致癌因素
  生物性致癌因素包括病毒(圖16-10)、細菌黴菌等。其中以病毒與人體腫瘤的關係最為重要,研究也最深入。
  1、腫瘤病毒
  與人類腫瘤發生關係密切的有四類病毒:①逆轉錄病毒(如T細胞淋巴瘤病毒,HTLV-I)、②乙型肝炎病毒(HBV)、③乳頭狀瘤病毒(HPV)和④Epstein-Bars病毒(EBV),后三類都是DNA病毒。
  逆轉錄病毒:引起人類T淋巴細胞白血病的人T淋巴細胞白血病病毒(HTLV)、成人T細胞白血病病毒(ATLV)和艾滋病病毒(HIV)等病毒都屬於逆轉錄病毒。

綿羊髓鞘脫落病毒

逆轉錄病毒感染機體后,病毒的遺傳信息整合到宿主細胞的染色體中,成為細胞的組成部分,一般情況下受到正常細胞的調節控制,病毒處於靜止狀態,但受到化學致癌物、射線輻射等因素的作用后,可能被激活病毒表達而在體內誘發腫瘤。
  乙型肝炎病毒:人肝癌細胞DNA中發現有HBV病毒的鹼基序列。體外培養的人肝癌細胞中,見到HBV病毒DNA整合到細胞DNA中。HBV整合到細胞DNA中,能使細胞DNA發生缺失、插入、轉位、突變或易位等改變。
  乳頭狀瘤病毒:人乳頭瘤狀病毒(humanpapillomavirus,HPV)有50余種亞型,與生殖道腫瘤的發生有密切關係,並與口腔、咽、喉、氣管等處的乳頭狀瘤和皮膚疣等良性病變有關。在宮頸癌細胞中病毒DNA序列已經整合到宿主細胞的基因組中,宮頸癌的發生與原癌基因c-ras和c-myc的變異有關。
  EB病毒:EB病毒(Epstein-Barrvirus,EBV)是一種皰疹病毒,與兒童的Burkitt淋巴瘤和成人的鼻咽癌發生有關。
  2、黴菌與腫瘤發生
  目前已知有數十種黴菌毒素對動物有致癌性。但除黃曲黴毒素(aflatoxin)外,對其它的研究都較少。黃曲黴菌廣泛存在於污染的食品中,尤以霉變的花生、玉米及穀類含量最多。黃曲黴毒素有許多種,是一類雜環化合物,其中黃曲黴毒素B1是已知最強的化學致癌物之一,可引起人和嚙齒類、魚類、鳥類等多種動物的肝癌。
  (三)物理因素
  1、電離輻射
  電離輻射可以引起人體各部位發生腫瘤,但據估計在所有腫瘤的總病例數中只佔2%~3%左右。居里夫人的去世,日本原子彈爆炸后引起白血病的發病率增高,都是著名的例子。
  輻射可引起染色體、DNA的突變,或激活潛伏的致癌病毒。放射線引起的腫瘤有:白血病、乳腺癌、甲狀腺腫瘤、肺癌、骨腫瘤、皮膚癌、多發性骨髓瘤、淋巴瘤等。
  2、紫外線
  紫外線照射可引起細胞DNA斷裂、交聯和染色體畸變,紫外線還可抑制皮膚的免疫功能,使突變細胞容易逃離線體的免疫監視,這些都有利於皮膚癌和基底細胞癌的發生。

紫外線

近年來由於環境惡化,大氣層的臭氧減少,出現地球臭氧空洞,地表紫外線的輻照強度將急劇增高,其誘發人體皮膚癌的潛在危險性將大為增加。據估計,大氣臭氧減少1%,皮膚癌就要增加2-6%。

三、腫瘤的起源與演進

  對腫瘤的起源有兩種見解,其一是認為來源於去分化的體細胞,其二是認為來源於幹細胞。雖然在某些低等動物中已分化的細胞可以去分化[1],但是在哺乳動物中通常已分化的細胞不再具備自我更新(self-renewal)能力,即使發生突變也只是功能異常而不致於轉化,而幹細胞是一直存在的,並不斷更新,突變更容易在幹細胞中累積,所以現在普遍傾向於認為腫瘤來源於惡性幹細胞。有些組織,如肝、腎雖然不具有幹細胞,但是其細胞在特殊情況下也具有分裂能力,因而也是致癌物的靶細胞
  幹細胞是體內具有定向分化能力和分裂能力的細胞,如骨髓細胞可以分化出各種血細胞。腫瘤細胞和幹細胞有很多相似之處,如:均有自我更新和無限增殖的能力;較高的端粒酶活性;相同的調節自我更新的信號轉導途徑,如Wnt、Hedgehog、Notch、NF-κB等信號途徑(圖16-11)。
  Hedgehog信號通道參與早期神經系統發育和毛囊形成的調控。Hedgehog途徑中的抑制物突變后,信號系統活性增高,可誘導中樞神經系統腫瘤的產生,如Patched基因突變,可引起Gorlin』s綜合征和小鼠的小腦腫瘤。Notch信號通路調控造血幹細胞的自我更新,通過抑製造血幹細胞的特定分化階段,控製造血幹細胞向粒系或淋巴系分化,Notch信號通路的過度表達可誘導惡性淋巴瘤的產生。在黑色素瘤和一些腸道腫瘤中存在異常Wnt信號,尤其是Wnt途徑的組成成分,如β-catenine、APC、Axin等發生基因突變。
  多數腫瘤來源於單克隆細胞,如在女性中,胚胎髮育時期,細胞中的一個X染色體隨機失活,某些X染色體連鎖的酶(如葡糖-6-磷酸脫氫酶)在組織中具有異質性,即:不同細胞中表達不同的同工酶,而在腫瘤細胞中卻是相同的,從這一點上來看一個腫瘤中的細胞具有相同的起源(圖16-12)。
  前面提到腫瘤的形成涉及多個基因的突變,因而是一個漸進的複雜過程。多次突變形成腫瘤細胞的異質性,其中少量的細胞具有很強的增值能力,被稱為腫瘤幹細胞(tumorstemcell)。早在70年代Park等研究發現從小鼠腹水中分離得到的骨髓瘤細胞移植體內,只有1%到4%的骨髓瘤細胞能在脾臟形成克隆,這些骨髓瘤細胞與通常造血細胞一樣,只有少量的細胞能形成克隆,這些能形成克隆的骨髓瘤細胞很可能就是骨髓瘤幹細胞。
  當前腫瘤治療的目的是盡可能殺死所有腫瘤細胞,認為每個腫瘤細胞都有無限增殖能力,如果腫瘤體積縮小認為治療方案有效。但實際上大部分腫瘤經過一段時間緩解期后又複發。根據幹細胞理論,這種傳統的治療方法並沒有將腫瘤幹細胞完全殺死,仍具有無限增殖能力。越來越多的學者提出腫瘤治療應該針對腫瘤幹細胞,即使腫瘤體積沒有縮小,但由於其他細胞增殖能力有限,腫瘤將逐漸退化萎縮,也許人類能夠真正治愈腫瘤。

培養方法

  腫瘤細胞在組織培養中佔有核心的位置,首先癌細胞是比較容易培養的細胞。當前建立的細胞系中癌細胞系是最多的。另外腫瘤對人類是威脅最大的疾病。腫瘤細胞培養是研究癌變機理、抗癌藥檢測、癌分子生物學極其重要的手段。腫瘤細胞培養對闡明和解決癌症將起著不可估量的作用。
  一、組織培養腫瘤細胞生物學特性
  腫瘤細胞與體內正常細胞相比,不論在體內或在體外,在形態、生長增值、遺傳性狀等方面都有顯著的不同。生長在體內的腫瘤細胞和在體
  外培養的腫瘤細胞,其差異較小,但也並非完全相同。培養中的腫瘤細胞具以下突出特點:
  (-)形態和性狀
  培養中癌細胞無光學顯微鏡下特異形態,大多數腫瘤細胞鏡下觀察比二倍體細胞清晰,核膜、核仁輪廓明顯,核糖體顆粒豐富。電鏡觀察癌細胞表面的微絨毛多而細密,微絲走行不如正常細胞規則,可能與腫瘤細胞具有不定向運動和錨著不依賴性有關。
  (二)生長增殖
  腫瘤細胞在體內具有不受控增殖性,在體外培養中仍如此。正常二倍體細胞在體外培養中不加血清不能增殖,是因血清中含有很細胞增殖生長的因子,而癌細胞在低血清中(2%~5%)仍能生長。已證明腫瘤細胞有自泌或內泌性產生促增殖因子能力。正常細胞發生轉化后,出現能在低血清培養基中生長的現象,已成為檢測細胞惡變的一個指標。癌細胞或培養中發生惡性轉化后的單個細胞培養時,形成集落(克隆)的能力比正常細胞強。另外癌細胞增殖數量增多擴展時,接觸抑制消除,細胞能相互重疊向三維空間發展,形成堆積物。
  (三)永生
  永生性也稱不死性。在體外培養中表現為細胞可無限傳代而不凋亡(Apoptosis)。體外培養中的腫瘤細胞系或細胞株都表現有這種性狀,體內腫瘤細胞是否如此尚無直接證明。因惡性腫瘤終將殺死宿主並同歸於盡,從而難以證明這一性狀的存在。體外腫癌細胞的永生性是否能反證它在體內時同樣如此?也尚難肯定。從近年建立細胞系或株的過程說明,如果永生性是體內腫瘤細胞所固有的,腫瘤細胞應易於培養。事實上,多數腫瘤細胞初代培養時並不那麼容易。生長增殖並不旺盛;經過純化成單一化瘤細胞后,也大多增殖若干代后,便出現類似二倍體細胞培養中的停滯期。過此階段后才獲得永生性,順利傳代生長下去。從而說明體外腫瘤細胞的永生性有可能是體外培養后獲得的。從一些具有永生性而無惡性性的細胞系,如NIH3T3、Rat-1、10T1/2等細胞證明,永生性和惡性(包括浸潤性)是兩種性狀,受不同基因調控,但卻有相關性。可能永生性是細胞惡變的階段。至少在體外是如此。
  (四)浸潤性
  浸潤性是腫瘤細胞擴張性增殖行為,培養癌細胞仍持有這種性狀。在與正常組織混合培養時,能浸潤入其它組織細胞中,並有穿透人工隔膜生長的能力。
  (五)異質性
  所有腫瘤都是由有增殖能力、遺傳性、起源、周期狀態等性狀不同的細胞組成。異質性構成同一腫瘤內細胞的活力有差別的瘤組織;處於瘤體周邊區的細胞獲得血液供應多,增殖旺盛,中心區有的細胞衰老退化,有的處於周期阻滯狀態,那些呈活躍增殖狀態的細胞稱幹細胞(Stem Cells)、只有這些幹細胞才是支持腫瘤生長的成分。腫瘤幹細胞培養時易於生長增殖;把幹細胞分離出來的培養方法稱幹細胞培養。
  (六)細胞遺傳
  大多數腫瘤細胞有遺傳學改變,如失去二倍體核型、呈異倍體或多倍體等。腫瘤細胞群常由多個細胞群組成,有幹細胞系和數個亞系,並不斷進行著適應性演變。
  (七)其它
  腫瘤細胞在體外不易生長的原因可能由於:①依賴性:腫瘤細胞雖有較強克隆生長力,但仍有一定的群體性或與其它細胞相依存關係。一是腫瘤細胞與腫瘤細胞的相互依存,二是腫瘤細胞與基質成纖維細胞的依賴。體外分散培養和排除成纖維細胞后也會同時消除或減弱這些依存關係,可能影響癌細胞增殖生長的活性;②腫瘤細胞的自泌也會因分散培養而被稀釋,達不到腫瘤生長的需求,降低腫瘤細胞的生長增殖力;③並非所有腫瘤細胞都有強的生長活力和長的Life Span,只有幹細胞才有強的增殖生長能力,但這些細胞數量很少;④離體培養腫瘤細胞可能需求與體內相似的特殊生存條件。

二、培養方法

  成功關鍵在於:取材、成纖維細胞的排除、選用適宜的培養液和培養底物等幾個方面。在具體培養方法方面,腫瘤細胞培養與
  正常組織細胞培養並無原則差別,初代培養應用組織塊和消化培養法均可。
  (一)要點
  1.取材:
  人腫瘤細胞來自外科手術或活檢瘤組織。取材部位非常重要,體積較大的腫瘤組織中有退變或壞死區,取材時盡量避免用退變組織,要挑選活力較好的部位。癌性轉移淋巴結或胸腹水是好的培養材料。取材后宜儘快進行培養,如因故不能立即培養,可貯存于4℃中,但不宜栽過24
  小時。
  2.培養基:
  腫瘤細胞對培養基的要求不如正常細胞嚴格,一般常用的 RPMIl640、 DMEM、Mc-Coy5A等培養基等皆可用於腫瘤細胞培養。腫瘤細胞對血清的需求比正常細胞低,正常細胞培養不加血清不能生長,腫瘤細胞在低血清培養基中也能生長。腫瘤細胞對培養環境適應性較大,是因腫瘤細胞有自泌(Autocrine)性產生促生長物質之故。但這並不說明腫瘤細胞完全不需要這些成分。按不同細胞需要不

腫瘤細胞培養圖片

同的生長因子;腫瘤細胞與正常細胞之間、腫瘤細胞與腫瘤細胞之間對生長因子的需求都存在著差異。但大多數腫瘤細胞培養中仍需要生長因子。有的還需特異性生長因子〔如乳腺癌細胞等)。總之培養腫瘤細胞仍需加血清和相關生長因子培養更易成功。
  3.成纖維細胞的排除:
  成纖維細胞常與腫瘤細胞同時混雜生長,致難以純化腫瘤細胞。而且成纖維細胞常比腫瘤細胞生長得快,最終能壓制腫瘤細胞的生長。因此排除成纖維細胞成為腫瘤細胞培養中的關鍵。排除成纖維細胞有多種方法。

一、機械刮除法

  1、標記:鏡下觀察,用不脫色筆在培養瓶皿的背面圈下生長腫瘤細胞的部位。
  2.刮除:棄掉培養液,把無菌膠刮伸入瓶皿中,肉眼或顯微鏡窺視下,刮除無標記空間。
  3.用Hanks液沖清洗一兩次,洗除被刮掉的細胞。
  4.注入培養液繼續培養,如發現仍有成纖維細胞殘留,可重複刮除至完全除掉為止。

二、反覆帖壁法

  1.待細胞生長達一定數量后,倒出舊培養液,用胰酶消化后,Hanks沖洗2次,加入不含血清的培養液,吹打製成細胞懸液。
  2.取編號為A、B、C三個培養瓶。首先把懸液接種入A培養瓶中,置溫箱中靜止培養5~20分鐘后,輕輕傾斜培養瓶,讓液體集中瓶角后慢慢吸出全部培養液,再接種入B培養瓶中后,向A瓶中補充少許完全培養液置溫箱中繼續培養。
  3.培養B瓶中細胞5~20分鐘后,按處理A的方法,把培養液注入C培養瓶中,再向B瓶補加完全培養基。

三、消化排除法

  1、先是用0.5%胰蛋白酶和0.02%EDTA(1:1)混合液漂洗培養基細胞一次,然後再換成新的混合繼續消化,並在倒置顯微鏡下窺視和不時搖動培養瓶,到半數細胞脫落下來后,便立即停止消化。
  2、把消化液吸入離心管中,離心去上清,吸入另瓶中,加培養液置溫箱中培養,向原瓶內也補加新的培養液繼續培養。用此法處理后,成纖維細胞比腫瘤細胞易先脫落,經過幾次反覆處理,可能把成纖維細胞除凈。

四、膠原酶消化法

  1、可用0.5mg/ml的膠原酶消化處理,邊消化邊在倒置顯微鏡下窺視,當發現成纖維細胞被除掉后,即終止消化。
  2、用Hanks洗滌處理一次后,更換新培養液,繼續培養,可獲純凈腫瘤細胞。如成纖維細胞未被除凈,可再次重複。

疾病診斷

  與其他疾病基本相似,腫瘤的診斷以病史和身體檢查為最基本、最重要的診斷手段。身體檢查包括X射線檢查、超聲檢查內窺鏡檢查、組織學活檢、血液檢查等,這裡我們主要講講腫瘤標誌物

腫瘤標誌物

  腫瘤標誌物(tumormarker)是指由腫瘤組織產生的反映腫瘤自身存在的化學物質。可用於腫瘤的診斷、預后和療效觀察。主要有以下幾類:①癌胚蛋白(oncofetalproteins),如甲胎蛋白、癌胚抗原;②腫瘤相關抗原(tumor-associatedantigens),如CA19-9、CA125;③酶(enzyme),如乳酸脫氫酶神經元特異性烯醇化酶、攝護腺酸性磷酸酶;④特殊血漿蛋白(specialserumproteins),如β2-巨球蛋白、本周蛋白;⑤激素(hormone),如降鈣素絨毛膜促性腺激素促腎上腺皮質激素;此外,原癌基因、抑癌基因及其產物也被越來越廣泛地用作腫瘤標誌物。
  用腫瘤標誌物測定腫瘤在臨床上已應用了許多年,為臨床的診斷和療效觀察起了很多的作用。為了提高診斷的準確性,臨床上常將幾項相關的標誌物組成聯合標誌物組,同時對某一腫瘤進行檢測。

(一)癌胚蛋白

  在個體發育中,一些蛋白質只在胎兒期表達,但成年動物細胞發生癌變時,出現去分化現象,一些關閉的基因被激活,重新分泌胚胎時期特有的蛋白,稱為癌胚蛋白。
  甲胎蛋白(alpha-fetoprotein,AFP):正常成人血清中含量為5.8μg/L以下,男性略高於

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