染色体畸变与肿瘤

第4节　染色体畸变与肿瘤

染色体畸变（chromosome aberration）是许多肿瘤的共同特征，包括染色体数目和结构异常。早在20世纪初，Boveri就提出染色体不平衡假说。该假说首次将染色体畸变与肿瘤的发生、发展联系在一起，认为染色体不平衡分布所引起的染色体数目异常是肿瘤发生的根本原因。在此后的几十年中，人们在许多类型的肿瘤中均发现了染色体畸变。1960年，Nowell和Hungerford首次在慢性粒细胞白血病（CML）患者的白细胞中发现了一个不寻常的小染色体，这个小染色体被命名为费城染色体（Ph染色体）。Ph染色体的发现在当时的医学界和遗传学界引起了极大的轰动。它不仅为揭示肿瘤与染色体畸变的关系提供了直接的证据，而且为白血病的诊断、预防和治疗提供了科学依据，因而具有重要的理论与实际意义。此后，一些与肿瘤相关的染色体异常陆续被发现。

肿瘤细胞的染色体常有许多共同的异常，但癌细胞群体又受内、外环境的影响而处于不断变化之中，因此这些细胞的核型常常不完全相同，而且在同一肿瘤的发展过程中，核型也可以不断演变。肿瘤细胞群通过淘汰和生长优势，逐渐形成的、占主导地位的细胞群体，称为干系（stem line）。干系的染色体数称为众数（modal number）。干系以外有时还有非主导细胞系，称为旁系（side line）。然而由于条件改变，旁系可以发展为干系。有的肿瘤没有明显的干系，有的则可以有两个或两个以上的干系。

一、肿瘤中染色体异常的类型

（一）肿瘤的染色体数目异常

正常人体细胞为二倍体细胞，许多类型的肿瘤细胞中均可见染色体数目异常，包括整倍体和非整倍体或异倍体改变。较多见的是非整倍体改变，如超二倍体（hyperdiploid）、亚二倍体（hypodiploid）、高异倍体（hyperaneuploid）等。肿瘤细胞异倍体染色体数目的标准范围如表10－2所示。

大量的研究资料表明，肿瘤细胞的染色体数目变化是巨大的，一般的变化范围在25～250条之间，常集中在二倍体左右以及三倍体与四倍体之间，数目多的可高达1000条，甚至超过2000条。造成染色体数目变化的原因主要是由于细胞的正常分裂机制紊乱所致，如染色体不分离、核内复制等。例如，在骨髓增殖性疾病中，最常见的染色体异常是多一个拷贝的8号染色体。在实体瘤细胞中，染色体的数目多在二倍体左右或在三倍体与四倍体之间，如宫颈癌（表10－3）。

表10－2　肿瘤细胞异倍体染色体数目的标准范围

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表10－3　宫颈癌的染色体变化

（二）肿瘤的染色体结构异常

肿瘤染色体的结构异常主要包括易位、倒位、缺失、插入、等臂染色体、双微体和均染区等。双微体（double minutes，DM）是非常小的成双的无着丝粒染色体断片。均染区（homogenously staining region，HSR）是染色体经过显带技术处理而表现为不显带纹并呈均一着色的均匀染色区域。通过对早幼粒细胞白血病和结肠癌细胞系的研究，已从DM、HSR中检出c－myc，并扩增了数十倍，其他数十种肿瘤的细胞遗传学研究也有类似的情况。因此，可以认为DM、HSR的存在是癌基因扩增的表现。

在同一肿瘤内较多细胞出现的同一结构异常的染色体称为标记染色体（marker chromo－some）。标记染色体分为两种：一种是非特异性的，它只见于少数肿瘤细胞，对整个肿瘤来说不具有代表性；另一种是特异性的，它经常出现在某一类肿瘤中，对该肿瘤具有代表性。

二、白血病和淋巴瘤的染色体异常

白血病和淋巴瘤是造血系统的恶性肿瘤。长期以来，人们在各类白血病和淋巴瘤中观察到多种类型的染色体畸变（表10－4），其中最具代表性的是在慢性粒细胞白血病（CML）中发现了Ph染色体。20世纪80年代以后，癌基因和肿瘤抑制基因的不断发现，以及对它们结构和功能研究的不断深入，为人们阐明癌变的机制带来了希望；同时也将染色体畸变与肿瘤的发生有机地结合起来。染色体畸变如何导致肿瘤相关基因的结构异常和表达失控，成为肿瘤研究领域的热点。

表10－4　白血病和淋巴瘤中常见的染色体改变

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（一）Ph染色体

Nowell和Hungerford于1960年发现慢性粒细胞白血病（CML）患者的血液中有一个小于G组的22q^－染色体，由于首先在美国费城（Philadelphia）发现，故命名为Ph染色体。最初认为是22号染色体的长臂缺失所致，后经显带证明是9号和22号染色体长臂易位的结果（图10－3）。易位使9号染色体长臂（9q34）上的原癌基因c－abl和22号染色体（22q11）上的bcr（break point cluster region）基因重新组合成融合基因。后者具有增高了的酪氨酸激酶活性，这是慢性粒细胞白血病的发病原因。不同的患者，22号染色体的断裂点限制在bcr基因的一个5.8kb的区域内，9号染色体的断裂点发生在c－abl基因5′端200kb的区域内。在一项包括1129例慢性粒细胞白血病患者的研究中，发现1036例（92%）有9号和22号染色体长臂易位；其他人具有不同的易位类型，但都涉及9号染色体。

Ph染色体的重要临床意义在于：90%～95%的慢性粒细胞白血病病例都是Ph染色体呈阳性，因此它可以作为诊断的依据，也可以用以区别临床上相似但Ph染色体呈阴性的其他血液病（如骨髓纤维化等）。有时Ph染色体先于临床症状出现，故又可用于早期诊断。此外，已知Ph染色体呈阴性的慢性粒细胞白血病患者对治疗反应差，预后不佳。

（二）8号染色体三体

在急性粒细胞白血病（AML）中最常见的染色体数目异常是8号染色体三体，其次是7号染色体单体和5号染色体单体。在AML亚型中也发现了多种染色体结构异常（表10－4）。

图10－3　Ph染色体的形成

图10－4　14q＋染色体形成示意图

（三）14q^＋染色体

在约90%的Burkitt淋巴瘤（非洲儿童恶性淋巴瘤）病例中可以见到一个长臂增长的14号染色体（14q^＋），这是由于一条8号染色体长臂末端的一段（8q24）易位到了14号染色体长臂末端（14q32），形成了8q－和14q^＋两个异常染色体（图10－4）。这种易位使位于8q24处的原癌基因MYC移至位于14q32处的免疫球蛋白重链基因IGH的毗邻下游。约10%的Burkitt淋巴瘤患者肿瘤细胞有t（2；8）（p12；q24）或t（8；22）（q24；q11）。2号染色体和22号染色体分别带有免疫球蛋白轻链κ基因IGK和免疫球蛋白轻链λ基因IGL。IGH、IGL、IGK都因有增强子的作用而不断表达。这种不管环境条件如何始终不断表达的基因称为组成型基因（con－stitution gene），其表达称为组成型表达（constitutive expression）。正常情况下，MYC基因的启动子具有正、负调节作用，MYC基因的表达被严格调节，仅在B淋巴细胞成熟的后期表达。易位后，MYC基因受IGH、IGL或IGK增强子的影响，其表达脱调节（deregulation），也成为组成型表达。不适当的超表达使细胞分化紊乱，导致细胞过度增殖，从而诱导肿瘤的发生。

较常见的标记染色体还有骨髓增生性疾病（MD）中的5q^－、恶性淋巴瘤（ML）和急性淋巴细胞白血病（ALL）中的6q^－、急变期慢性粒细胞白血病（CML）中的i（17q），以及真性红细胞增多症（PV）中的20q^－等。

三、实体瘤的染色体异常

相对而言，白血病和淋巴瘤较实体瘤取材方便，易于观察和分析。因此，对实体瘤中恒定染色体异常的研究远远落后于对白血病和淋巴瘤恒定染色体异常的研究。另外，在一些实体瘤中，染色体异常很复杂，难以区分是原发的还是继发的改变。尽管如此，国际上利用改进的细胞遗传学技术也确定了一些实体瘤的恒定染色体改变（表10－5）。

表10－5　实体瘤的染色体改变