作者，Evil Genius
我们外显子课程分析如期上课，外显子为主，单细胞空间为辅，我们把这些都要讲到。
单细胞空间部分找突变也是重点
不过不懂外显子部分的内容，我估计大家分析肿瘤单细胞空间也抓不到重点，无法认识到哪些才是癌症重点基因。
这一篇来一个推文总论
癌症是细胞增殖不受调控，其突出的特点是
- 缺乏细胞分化
- 邻近组织的局部浸润
- 转移，（通常）通过血液或淋巴系统扩散到远处
免疫系统可能在消除早期癌症或癌前细胞方面发挥作用。 这个概念被称为免疫监视。 先天性或获得性免疫缺陷患者患癌症的风险增加，尤其是与病毒感染、肾癌和黑色素瘤相关的癌症。
癌症的细胞和分子学基础
细胞动力学
增殖时间是一个细胞完成细胞周期分裂产生两个子细胞的时间（见图细胞周期）。那些源于骨髓或淋巴系统的癌细胞，增殖时间短，处于G0期（静息期）的细胞比例少。肿瘤开始呈指数方式生长，随着细胞死亡和子细胞产生的速度达到平衡时，肿瘤生长进入平台期。肿瘤生长速度减慢可能与肿瘤迅速生长所需要的营养和氧耗竭有关。与体积大的肿瘤相比，体积小的肿瘤中活跃的分裂细胞比例更高。
癌症中的细胞亚群具有干细胞的特性。因此，这些细胞能够进入增殖期，它们也不易受药物或放射损伤。 据信，它们会在化疗和/或放射治疗后重新增殖癌症。
对于某些特定的肿瘤，细胞动力学是制定抗肿瘤治疗方案的一个重要的参考因素，会影响给药的剂量、方式以及治疗的间隔时间。 许多抗肿瘤药物，例如抗代谢药，在细胞活跃分裂时最有效。有些药物只作用于细胞周期的特定阶段，需要持续给药，以利于杀伤处于最敏感阶段的分裂细胞。
癌生长和转移
随着癌症生长，营养通过直接扩散的方式从血液中获取。 一些酶（如蛋白酶）能够破坏邻近组织，有利于肿瘤的局部生长。 随着癌症体积的增加，癌症可能会释放血管生成因子，例如血管内皮生长因子 (VEGF)，促进进一步生长所需的新血管的形成。
癌症可能会在发展的早期阶段将细胞释放到循环中。 根据动物模型据估计，1cm大小的肿瘤每24小时有超过100万个细胞进入静脉血中。 许多晚期癌症患者存在循环肿瘤细胞，甚至一些局限期的患者体内也有。 尽管大多数循环癌细胞死亡，但偶尔会有细胞渗入组织，在远处产生转移。 转移瘤和原发癌的生长方式大致相同，继而会引起其他转移。大多数癌症患者死于转移而不是原发癌症。
实验表明，侵袭、迁移、成功种植并促进新生血管生长是转移性细胞的重要特性，转移瘤可能是原发肿瘤的一个细胞亚群。
免疫系统与癌症
癌细胞通常在其细胞表面呈现新抗原，免疫系统可以将其检测为“非自身”，从而导致免疫系统的攻击。如果这种免疫攻击有效，癌症可能永远不会发展。癌细胞的破坏可能是完全的，在这种情况下，癌症永远不会出现。然而，一些癌症具有或获得避免被免疫系统监测和/或破坏的能力，从而得以增殖。
不清楚为什么人们有 先天性或获得性免疫缺陷仅增加一些罕见癌症的风险，例如黑色素瘤、肾细胞癌和淋巴瘤，而不是更常见的肺癌、乳腺癌、前列腺癌和结肠癌。 大多数免疫系统无效的癌症是由病毒引起的。
在选择性（例如，进化）压力下，癌细胞可以表达检查点蛋白。检查点蛋白是一种细胞表面分子，向T细胞发出信号，告知携带它们的细胞是正常细胞，不应受到攻击。 一个例子是程序性死亡配体1（PD-L1）蛋白，它被T细胞上的PD-1分子识别；当 PD-L1 与 T 细胞上的 PD-1 结合时，可以防止免疫攻击。 使用称为检查点抑制剂的单克隆抗体进行癌症治疗，可阻断 PD-L1 或 PD-1，允许免疫系统攻击受保护的癌细胞。 细胞毒性 T 淋巴细胞相关蛋白 4 (CTLA-4) 是另一种检查点蛋白，可防止免疫系统攻击，并且可以类似地被特定抗体阻断。 因为检查点蛋白可以存在于正常细胞上，所以检查点抑制剂疗法也可能诱导自身免疫反应。
基因工程T细胞（称为嵌合抗原受体T细胞[CAR-T]疗法）也可用于免疫疗法。在该过程中，从患者体内取出T细胞并进行基因修饰，以表达含有特定抗原识别域的受体，该识别域与激活T细胞的细胞内信号传导域相结合。重新注入经过修饰的T细胞后，它们可以攻击携带目标抗原的细胞。通常，目标抗原是谱系特异性的，而不是癌症特异性的。CAR-T 细胞疗法对 B 细胞癌症最有效，例如 B细胞急性淋巴细胞白血病, B细胞淋巴瘤， 和 浆细胞骨髓瘤（多发性骨髓瘤）。CAR-T 细胞疗法对常见实体癌的疗效尚未确定。
分子生物学异常
癌细胞的产生是由基因突变引起的，存在于所有癌症中。这些突变改变了调节细胞生长、分裂和DNA修复的蛋白的数量和功能。突变基因有两大类
- 癌基因
- 抑癌基因
癌基因
癌基因是调节细胞生长和分化的正常基因（原癌基因）的异常形式。 这些基因改变可能会引起一些信号通路（如细胞表面生长因子受体、细胞内信号转导通路、转录因子和分泌性生长因子）直接和持续的激活，调控细胞生长、分裂、细胞代谢、DNA修复、血管生成及其他生理过程。
与人类肿瘤生成相关的已知癌基因超过100个。例如，RAS基因编码的ras蛋白能够将膜结合受体的信号经RAS-MAPK通路下传到细胞核，从而调节细胞分裂。基因突变会使ras蛋白异常活化，导致细胞生长失控。在25％的人类癌症中，ras蛋白有异常。
其他致癌基因也与特定癌症有关。包括
HER2 （在乳腺癌和胃癌中较常见，在肺癌中较少见）
BCR::ABL1 （慢性髓系白血病和部分急性B淋巴细胞性白血病存在的嵌合基因）
CMYCC-MYC（伯基特淋巴瘤）
NMYCN-MYC（小细胞肺癌和神经母细胞瘤）
EGFR(肺腺癌)
EML4ALK （存在于肺腺癌中的嵌合基因）
KRAS（胰腺癌、肺癌）
有些特别的癌基因对诊断、治疗和预后都具有的重要意义（详见特殊类型的恶性肿瘤各论）。
致癌基因通常源于
获得性体细胞点突变（例如，由于化学致癌物）
基因扩增（例如，正常基因拷贝数增加）
易位（不同基因片段合并形成一个独特的序列）
这些变化能增加基因产物（蛋白质）的活性或者改变其功能。有时候，生殖细胞的基因突变会导致癌症易感性的遗传。
抑癌基因
TP53、BRCA1、BRCA2等基因在正常细胞的分裂和DNA修复中发挥作用，对于发现细胞内异常的生长信号或DNA损伤至关重要。如果由于遗传性或获得性突变使这些基因失去功能，监测DNA整合的系统就会失去作用，基因自发性突变的细胞会持续存在并不断增殖，从而生成肿瘤。
与大多数基因一样，每个抑癌基因都是由2个等位基因组成的。一个有的缺陷基因拷贝可能是遗传的，仅留下一个功能性等位基因。如果一个功能性等位基因发生获得性突变，那么第二个正常抑癌基因就失去了正常保护机制。
重要的调节蛋白p53，可以阻止正常细胞的损伤DNA的修复，使那些携带异常DNA的细胞死亡（凋亡）。失活或突变的p53使那些携带异常DNA的细胞生长和分裂。TP53突变遗传给子细胞，增加DNA发生错误复制的可能性，因而发生肿瘤。TP53P53基因在许多人类癌症中是有缺陷的。
BRCA1 和 BRCA2 突变降低功能，增加乳腺癌和卵巢癌的风险。
另一个例子是视网膜母细胞瘤（RB）基因编码Rb蛋白，该蛋白质通过阻止DNA复制来调节细胞周期。RB基因家族突变存在于许多人类癌症中，使受影响的细胞不断分裂。
像癌基因一样，在生殖细胞系中TP53或RB等抑癌基因突变可垂直传递，增加后代的恶性肿瘤发病率。
基因组DNA分子发生的突然的并且可遗传的变异现象称为基因突变（gene mutation）。基因突变在生物界中普遍存在，一般具有以下几种主要特征。
1. 基因突变的随机性和不定向性
（1）基因突变的随机性
① 部位上的随机
基因突变既可以发生在体细胞中，也可以发生在生殖细胞中，且前者一般不会传递给后代，而后者可通过生殖细胞传递给子代。此外基因突变既可以发生在同一DNA分子的不同部分，也可以发生在细胞内不同的DNA分子上。
② 时间上的随机
基因突变可以发生在生物个体发育的任何阶段，甚至在趋于衰老的个体中也容易发生，如老年人易得皮肤癌等。
（2）基因突变的不定向性
基因突变的不定向性指基因突变可以多方向发生，即基因内部多个突变部位分别改变后会产生多种等位基因形式。其中等位基因一般指位于一对同源染色体的相同位置上控制着相对性状的一对基因。例如，A基因不同部位发生改变产生突变基因a1、a2、a3等对A均表现为隐性的基因。新基因可能均是无功能的，也可能各具不同功能。
2. 基因突变的普遍性和稀有性
基因突变在生物界具有普遍性，无论是低等生物还是高等生物，都有可能发生基因突变。包括自然突变和人工诱变突变。但是在自然状态下，突变也是较少的，野生型基因以极低的突变率发生突变。据测算，一般高等生物基因的突变率大约平均为：10-8～10-5／生殖细胞／位点／代；人类基因的突变率也大约仅仅为：10-6～10-4／生殖细胞／位点／代。
3. 基因突变的重复性和可逆性
（1）基因突变的重复性
基因突变的重复性是指已经发生突变的基因，在某种条件下，还可能再次独立地发生突变而形成其另外一种新的等位基因形式。也就是说，任何一个基因位点的突变可能会以一定的频率反复发生。某一基因座上的基因A可突变为其等位基因a；基因a有可能独立地发生突变形成其新的等位基因a1；同样地，a1也可能再次地发生突变而形成其另外的等位基因a2；a2还可能突变为a3，就其群体遗传学效应而言，基因重复突变与基因多向突变的结果相似，也是群体中复等位基因存在的主要成因之一。
（2）基因突变的可逆性
基因突变的发生方向是可逆的。正突变(forward mutation)指显性基因A→隐性基因a；反突变(reverse mutation)指隐性基因a→显性基因A。通常认为，野生型基因是正常、有功能基因；而开始的基因突变往往是野生型基因突变而丧失功能、发生功能改变，表现为隐性基因，所以反突变又称为回复突变。一般来说，回复突变率远低于正向突变率。
4.基因突变的平行性
指亲缘关系相近的物种因为遗传基础比较接近，往往会发生相似的基因突变。根据这一学说，如果一个物种或更大的生物分类单位中存在某种类型的变异，与其同类的生物中也可以预期得到这些变异类型。
5. 基因突变的有害性和有利性
大多数基因的突变，对生物的生长与发育往往是有害的。基因突变可能会导致基因原有功能丧失；基因间及相关代谢过程的协调关系被破坏；性状变异、个体发育异常，生存竞争与生殖能力下降，甚至死亡――致死突变。突变的有害和有利性是相对的，在某些情况下，基因突变的有害与与有利性可以转化。如抗逆性突变是有利的，又如作物矮杆突变型在多风与高肥环境下是有利的。中性突变指突变型的性状变异对生物个体生活力与繁殖力没有明显的影响，在自然条件下不具有选择差异的基因突变。
综上，对基因突变所具有的一般特征有了较清晰的认识，将有益于人类更有效地去利用好基因突变。如将突变技术应用于DNA缺失改造、蛋白质工程和酶等多个研究领域。突变技术的发展不仅可以加深人们对蛋白等物质的了解，也能为进一步的研究提供技术支持。此外，突变技术可以对某一特性相关位点同时进行突变，将提高获取突变子的效率，节约时间。突变技术在蛋白质工程、农业科学、医学、基因表达及调控等多个领域应用。
染色体异常
染色体异常可以通过缺失、易位、复制或其他机制发生。 如果这些改变使基因激活或失活，细胞可出现异常增殖，而发生癌症。染色体异常见于许多恶性肿瘤。在一些遗传性疾病（如布鲁姆综合征、范可尼贫血和唐氏综合征）中，DNA修复过程存在缺陷，染色体断裂频发，使这些患儿发生急性白血病和淋巴瘤的风险增高。
其他影响因素
大多数上皮癌可能是由肿瘤发生转化的一系列突变引起的。例如，在家族性息肉病中，结肠癌的发生是通过一系列基因改变引起的：上皮细胞过度增殖（5号染色体上的抑癌基因缺失）、早期腺瘤（DNA甲基化改变）、中期腺瘤（RAS癌基因过度活化）、后期腺瘤（18号染色体上的抑癌基因缺失），最后发生癌（17号染色体上的基因缺失）。肿瘤的转移可能还需要其他的基因改变。
端粒是一种核蛋白复合体，位于染色体末端，保持染色体的完整性。在正常组织中，端粒缩短（随着年龄增长而发生）是细胞分裂受到一定限制。如果肿瘤细胞中的端粒酶被激活，可合成新的端粒，使癌细胞不断增殖。负责端粒再生的基因的遗传异常会导致端粒缩短，并增加患皮肤癌、胃肠道癌和骨髓癌的风险。
