癌变机制及细胞周期调控
（一）原癌基因激活的机制
癌基因激活的机制，包括点突变、染色体易位和重排，以及基因扩增。
1.点突变
点突变（point mutation）是指基因的某一位点的个别碱基发生变异，主要是指碱基替换，也可以是个别碱基的插入或缺失，尤其是密码子第一、第二位碱基的突变，往往会导致氨基酸的替换。蛋白质分子中关键氨基酸的替换会导致构象和功能改变。当原癌基因发生点突变，使其表达产物构象与功能发生改变时，对细胞增殖的刺激增强；也可以使蛋白质本身的稳定性增加，导致该蛋白质在细胞内的浓度增加，对细胞增殖刺激的时间和强度也增加。ras基因家族（H-ras、K-ras、N-ras）的激活均以点突变为主。基因12号密码子GGC发生单个碱基置换，成为GTC，导致ras蛋白的12号氨基酸（苷氨酸）变为缬氨酸。突变的ras蛋白不能将GTP水解为GDP，因此一直处于活性状态。这种突变的ras蛋白称为ras肿瘤蛋白，不受上游信号控制，持续促进细胞增殖。
2.染色体易位和重排
染色体易位（chromosomal translocation）是指两条非同源染色体同时发生断裂，所形成的断裂片段移至另一条染色体断端，并连接形成新染色体。染色体易位有多种类型：①相互易位；②单向易位（转座）；③同一染色体内易位（转座）；④整臂易位，即非同源染色体之间整个臂的转移或交换；⑤Robertson式易位，即近端部着丝点染色体在着丝粒处断裂的整臂易位。染色体重排（chromosomal rearrangement）是指基因从所在染色体的正常位置上易位至染色体的另一个位置上，这种位置改变使基因处于激活状态，产生异常基因产物或移动到另一条染色体上，这一过程称为染色体重排。在许多肿瘤中均可见到染色体异常，通过基因分步定位（gene walking）研究已证明，在这些异常的染色体中某些部位发生了基因易位和重排。基因易位可使原来无活性的原癌基因转移到某些强启动子或增强子附近而被激活，从而使原癌基因产物量显著增加，从而导致肿瘤发生。
3.基因扩增
基因扩增（gene amplification）是指特定基因过度表达，其拷贝数增加，导致特定的基因产物过量表达。例如，神经母细胞瘤中发生的N-myc扩增，乳腺癌中HER-2基因的扩增等。
（二）抑癌基因失活的机制(https://www.daowen.com)
肿瘤抑制基因在细胞生长与增殖的调控中起重要作用，其通过抑制细胞过度生长、增殖从而遏制肿瘤的形成，如p53基因和Rb基因。这些基因的产物限制细胞生长。肿瘤抑制基因的两个等位基因都发生突变或缺失的时候，其功能丧失，可导致细胞的肿瘤性转化。近年来的研究表明，一些肿瘤基因的功能障碍不是因为基因结构的改变，而是由于基因的启动子过甲基化而导致了其表达障碍。
（三）细胞周期蛋白及细胞周期调控机制
细胞周期是指连续分裂的细胞从上一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个过程，包含G1期、S期、G2期和M期四个阶段。细胞周期是细胞生命活动的基本过程，最主要的事件是遗传信息的载体DNA复制成两份拷贝，并通过有丝分裂的方式将两份拷贝分配到两个子代细胞中。细胞增殖是一个严格控制和有特定顺序的过程。在细胞周期中，由细胞周期蛋白（cyclin）、细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin dependent kinase，CDK）和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂（cyclin dependent kinase inhibitor，CKI）组成的“驱动器”对靶蛋白的磷酸化修饰及蛋白磷酸酯酶对它的去磷酸化，推动着细胞周期中各期的进展和各期之间的转变。在高等真核细胞中，cyclin分为A、B、C、D、E、F、G和H等八类，它们分别在细胞周期的不同时期中合成、积累。其中，C、D、E为G1期细胞周期蛋白，与CDK4结合，组成复合物，而H与CDK7结合，组成复合物，主要作用于G1期或G1/S交界期；而A和B与CDK2结合，主要作用于C2/M期。细胞周期的顺利进行同时还受CKI的调控，CKI对细胞周期的进行起负向调节作用。它们通过蛋白表达量的变化或基因突变调节细胞的增殖程度，并在细胞由增殖向非增殖状态转变中起决定性作用。根据结构和功能的不同，CKI分为两类：一类为CKI4，包括p15、p16、p18和p19，它们特异性抑制CDK4与cyclin D1形成的复合物及CDK6与cyclin D1形成的复合物；另一类为激酶抑制蛋白，包括p27、p21和p57，它们对cyclin和CDK复合物有广泛的抑制作用。在正常的二倍体细胞中，p21与cyclin、CDK、PCNA（细胞核抗原）形成四聚体复合物，能有效抑制多种cyclin-CDK复合物的活性，其中包括cyclin I-CDK4、cyclin E-CDK2以及cyclin ACDK2等，这些cyclin-CDK复合都是G1~S期转换中所需要的，所以p21可引起细胞在G1期阻滞而不进入S期，抑制了哺乳动物细胞过度繁殖。p21与cyclin、CDK和PCNA组成四聚体后，cyclin D上N末端的Leu-cys-X-Glu序列与Rb蛋白的结合被抑制。Rb蛋白既可与cyclin D结合，又可与E2F结合。E2F在许多DNA合成和细胞生长调控有关的基因的启动子区域都存在结合位点，这些基因包括胸苷激酶、二氢叶酸还原酶、DNA聚合酶、Rb蛋白、c-my和c-myc等的编码基因，DE2F可激活这些基因的转录起始，从而促使细胞进入G0期或分化。低磷酸化的Rb蛋白可与E2F结合，阻抑E2F的转录活性。Rb蛋白与cyclin-CDK结合而被磷酸化，释放E2F，进而使E2F的转录激活作用活化。p21可通过其N端结构域与cyclin-CDK结合，抑制cyclin-CDK磷酸化Rb蛋白，阻止细胞进入S期。p57与p21一样是cyclin-CDK复合物的抑制剂，它们的过表达均可使细胞阻滞在G1期。p27与p21具有同源性，可与cyclin E-CDK2、cyclin A-CDK2、cyclin D-CDK4复合物结合，抑制其对底物的磷酸化作用，从而使细胞不能发生从G1到S期的转换，停滞于G1期。p57与G1期cyclin-CDK复合物结合，强烈抑制cyclin DCDK4和cyclin A-CDK2等复合物的活性，使细胞停滞于G1期，它还与p21的功能有重叠，它们协调作用保证细胞走出细胞周期，实现细胞由分裂到分化的转变。p16与cyclin D竞争性地结合CDK或CDK6，从而抑制CDK4或CDK6的活性，抑制Rb蛋白的磷酸化，阻止细胞由G1期进入S期。p15、p18、p19与p16一样均可通过抑制CDK4或CDK6活性而影响细胞周期的进程。
（四）肿瘤相关基因在细胞周期调控中的作用
1.p53肿瘤抑制基因在细胞周期调控中的作用
p53基因是细胞分子信号级联指导发生致死性DNA损伤的细胞进行自我毁灭的关键。如果p53基因失活，细胞生长的检测和平衡都无法进行，并且体细胞开始积累突变以致最终导致癌症的发生。p53在很多细胞凋亡信号通路中都扮演着十分重要的作用，包括膜凋亡信号，线粒体凋亡通路，以及在细胞核内影响着很多与凋亡相关的因子的转录与表达。
2.Rb肿瘤抑制基因在细胞周期调控中的作用
Rb基因（retinoblastoma gene）又称视网膜母细胞瘤基因，是第一个被克隆的抑癌基因，定位于染色体13q14，其编码的蛋白在细胞周期调控中同样发挥着重要的作用。在G1和S期的交界处，在cyclin D/CDK4的作用下被磷酸化，磷酸化状态Rb与细胞内蛋白（如E2F）形成复合物的能力丧失，释放出大量的转录因子（如E2F），启动DNA的合成，使细胞进入增殖阶段。而非磷酸化的Rb可与E2F蛋白结合，并抑制其活化基因的表达，起到抑制细胞分裂增殖的作用。基因突变或缺失导致表达异常，细胞周期调节失控引发肿瘤。