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专题一: 细胞周期及其调控
问答题:Cyclin,CDK及CKI在细胞周期进程中是如何发挥作用的?
专题二: 细胞凋亡
问答题:试述细胞凋亡的分子机制
专题三: 癌及抗癌
问答题:试述原癌基因活化机制及抗癌基因的作用
参考书:来茂德主编,《医学分子生物学》，人民卫生出版社1999（卫生部规划教材，研究生教材）
专题四《糖生物学》
一． 概述：研究历史
研究内容及发展
与医学的关系
二． 复合糖类：
1． 蛋白聚糖： 组成与结构
生理功能
病理时的变化
2．糖蛋白： 组成
糖链与蛋白的连接方式
糖化过程及特点
生物功能
研究寡糖链的常用方法
与疾病的联系
糖生物学 (Glycobiology)
糖复合物glycoconjugate—糖类与蛋白或脂类形成共价结合物。
一 研究历史
50~60年代以前，其研究仅限于（寡多）糖的化学组成和一般结构测定，基本属于有机化学范畴。
70年代后，研究逐渐活跃，至80年代中、后期到90年代初，飞速发展，发现糖类在生物体中不仅是能源及结构成份，而且担负极为重要的生物学功能。
现认为，糖复合物中的糖链是生命科学中肽链、核苷酸链之外具有重大生物意义的第三链，其研究已成为继蛋白、核酸之后探索生命奥秘的第三里程碑。
具有相同残基数的寡糖与肽和寡核苷酸相比更为复杂，包含有更多信息（例如：4肽有数十种异构体，4糖基理论上有三万种异构体）。越多的事实证明，糖复合物中的寡糖是体内重要的信息分子，在分子识别中起举足轻重的作用， 形成一新兴学科。
二． 研究内容
1 结构：无模板合成使研究进展落后，近年来，测定技术飞速发展，HPLC、荧光标记、CE等，提高分辨率、灵敏度。
2 酶：内、外切糖苷酶，糖基转移酶可研究各糖基功能。→改造，“糖工程学”应运而生，糖蛋白药物。
3 代谢：糖复合物合成步骤基本弄清，各种酶在细胞内定位也大致了解。，糖基转移酶的调控研究正在兴起。
4 凝集素：一类能识别糖链结构的蛋白（非酶及Ab），为工具，
在研究上各学科相互渗透：物理、化学、生化、药理、分子生物学 ∙∙∙∙∙∙
三 与医学关系
1 “细胞颜面 ”，糖被、植被，传递信息、受体，每个红细胞表面50万个糖蛋白、表面唾液酸（负电），避免在血管内粘付。
2 （1900，Landsteiner发现血型，І世界大战抢救伤员，获1901年诺贝尔奖） 各型的抗原决定簇差异为糖链非还原末端糖基，A—N-乙酰氨基半乳糖，B—半乳糖，O—无此末端糖基。
3 糖链改变，可产生自身抗体，→ 自身免疫性疾病。85年发现类风湿病人IgG糖链半乳糖少于正常。
4 恶性肿瘤的恶性行为（侵袭、转移等）与其细胞表面糖复合物的组成、结构密切相关。
5 病原微生物的感染有种属与组织专一性，取决于微生物表面的凝集素对细胞表面不同糖链的识别。
6 神经系统富含脂类，糖脂为重要成分，如Alzheimer病脑灰质或白质中神经节苷脂明显减少。
四． 研究进展
糖生物学是生物化学与生物医学交叉点的前沿。
美国：86年，能源部成立复合糖类研究中心。糖工程会议⁄2年。
日本：89年，创立杂志«糖科学与糖工程动态»；91年，投资百亿日元实施“糖工程前沿计划”。
欧洲：94-98年，有“欧洲糖类研究开发网络计划”。
我国此方面研究起步较晚，但发展迅速，队伍日益扩大，国防交流不断加强。
复 合 糖 类
复合糖类：（1） 蛋白多糖：含糖多
（2） 糖蛋白：含蛋白多
（3） 糖脂
蛋白聚糖 (proteoglycan，PG)
以糖为主，糖可占90-98%。糖胺多糖（glycosaminoglycan, GAG，以前也称粘多糖）为二糖单位，重复连接组成的无分支多糖链，二糖中必有为氨基糖（氨基葡萄糖或氨基半乳糖：乙酰化），另一种为糖醛酸（葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸）。糖胺多糖多含有硫酸。
已知有六种糖胺多糖：
透明质酸(hyaluronic acid,HA)
硫酸软骨素(chontroitin sulfate,CS)
硫酸皮肤素(dermatin sulfate,DS)
硫酸角质素(keratan sulfate,KS)
硫酸乙酰肝素(heparan sulfate,HS)
肝素(heparan,Hep)
（一） 蛋白聚糖的结构
1. GAG：
（1）HA：葡萄糖醛酸+乙酰氨基葡萄糖(GlcUA-GlcNAc)
结构最简单的 GAG，|β1→3| β-1，4 不含硫酸，HA分子量大，可达1000万（2万5千个重复二糖）。生理溶液中，为多聚阴离子，(--COOH),分子相当刚硬，呈无规扭曲团状。分子间可交织形成网络。一些蛋白可以特异地非共价作用与HA结合。
（2）CS及DS：CS：葡萄糖醛酸+乙酰氨基半乳糖(GlcUA-GalNA)
DS：艾杜糖醛酸+乙酰氨基半乳糖(idoUA- GalNA)
CS单个糖链分子量小于10万（250个重复二糖），DS实际上是CS的一种修饰形式。（由酶催化使D-葡萄糖醛酸转变为L-艾杜糖醛酸）
（3）KS: 半乳糖+乙酰氨基葡萄糖(Gal- GlcNAc)
单个KS很少大于4万（80个重复二糖），无糖醛酸。
（4）HS及Hep:
2. 核心蛋白：与GAG共价结合的蛋白。
a,丝甘蛋白聚糖：核心蛋白最小的GAG，存于造血细胞及肥大细胞。
b.饰胶蛋白聚糖：可修饰胶原蛋白，MW=3.6万的核心蛋白，调节结缔组织形成。
c.粘结蛋白聚糖：3.2万的核心蛋白，其细胞外结构域可连接GAG链。
d.可聚蛋白聚糖：核心蛋白22.5万~25万，为软骨中主要结构大分子。
除HA外，所有GAG均是以共价连接在核心蛋白上，寡糖分布在核心蛋白的不同区域，形状似“瓶刷”。
（二）蛋白聚糖的生理功能
蛋白聚糖主要为结构成分，分布于软骨、结缔组织、角膜等基质内，其密集的负电荷可以吸入大量水分子，构成凝胶，起机械保护作用，“筛子”阻止细菌。其次为关节的润滑液、眼的玻璃体和粘液，起润滑作用，故以前称为粘蛋白。
正常动脉壁含丰富的透明质酸、硫酸软骨素、肝素，以蛋白多糖的形式覆盖于内皮及平滑肌细胞表面，填充间质，维持血管结构通透性、弹性。
硫酸肝素可嵌入细胞质膜的核心蛋白，连于膜表面，在细胞生长、细胞通讯、细胞与环境的识别中起作用。
(1) HA
(2) 可聚蛋白聚糖
(3) 多能蛋白聚糖
(4)饰胶蛋白聚糖
(5) 纤调蛋白聚糖和光蛋白聚糖
(6) 基底膜蛋白聚糖
(7) 细胞表面蛋白聚糖： 粘连蛋白聚糖1.3.4.
糖基磷脂酰肌醇蛋白聚糖
(8)细胞内蛋白聚糖（丝甘蛋白聚糖）
(9)肝素分布于肺、等血管壁的肥大细胞内，是体内天然抗凝物质，其带负电的硫酸基与抗凝血酶Ⅲ结合 →构象改变→ 容易与活化的凝血因子结合→因子失活。
（三）病理情况下蛋白聚糖的变化
1. HA
2. CSPG与疾病
3. KSPG与疾病
4. 基底膜HSPG与疾病（肾病、组织血管淀粉样变性）
糖蛋白 ( Glycoprotein )
（一） 组成：短链寡糖+蛋白的复合物
单糖： 葡萄糖 Glc
半乳糖 Gal
甘露糖 Man
岩藻糖 Fuc
N-乙酰氨基半乳糖 GalNAC
N-乙酰氨基葡萄糖 GlcNAC
N-乙酰神经氨酸 NeuAC
唾液酸：（sialic acid） 分布广泛，可组成糖脂/糖蛋白，为一总称，代表20多种神经氨酸，是一类含9个碳的具吡喃型结构的酸性氨基糖..
糖链数目差异很大，4-30个不等。
（二） 糖链与蛋白连接方式
O-连接：糖基1位C上-OH与肽链上丝、苏羟基相连。
N-连接：糖基1位C上-OH与肽链上Asn的酰氨基相连。
糖分支犹如天线状，称二、三、四、五天线结构，不均匀结合蛋白表面。
（三） 糖化过程及特点
糖基供体、糖基接受体、糖基转移酶。
（四） 糖蛋白生物功能
1 糖链具有不同程度的抗蛋白水解酶作用，血浆蛋白糖链可以延长半寿期。
2 定向作用：糖蛋白激素在内分泌腺合成后，能定向正确转移到高尔基体和溶酶体，与糖链有关。
3 识别作用：膜上糖链包含的多种生物信息可以起识别作用。
红细胞血型物质 受体 – 激素 HCG 红细胞生成素
卵子表面O-连接糖起精子受体作用 Ag-Ab
4 肿瘤细胞恶变时，膜上糖蛋白异常。
5 病原体侵袭（病毒、细菌、寄生虫）
糖蛋白功能广泛，但在体内仅分布于少数部位：细胞膜、溶酶体和细胞外液中。
（五）研究糖蛋白寡糖链的常用方法
1． 比较不同糖链的同种糖蛋白的生物活性（不同组织，不同病理）
2． 应用内切和外切糖苷酶
3． 应用糖链加工抑制剂
4． 应用基因DNA定点突变技术
5． 应用糖基转移酶的基因工程技术
6． 利用糖化过程不同步骤异常细胞株
（六）糖蛋白与疾病
寡糖链代谢酶改变→糖链结构改变→糖蛋白异常→细胞功能失常
→ 恶性表型
→免疫系统识别→产生自身抗体→自身免疫病
1．恶性肿瘤：改变类型 (N-连接改变>O-连接改变)
用凝集素(lectin)检测N-糖链改变
（1）凝集素:刀豆凝集素/伴刀豆球蛋白 ConA（常用）bis-GlcNAc↑↓
麦胚~ WGA 要求含NeuAc
桔果粉孢~ AAL 对核心Fuc专一
小扁豆/兵豆~ LCA 同上
E/L型红腰豆~ E-PHA/L-PHA
梦陀罗~ DSA(常用)
美洲商陆促红细胞分裂素 PML
天冬豆凝集素 LTA
（2）测定方法： a. 凝集素亲和电泳
b. Ab凝集素酶免疫测定 (ALEIA)
c. 凝集素亲和层析
（3） 应用： a. HCC ( AFP ALP)
b.肾细胞癌 (γ-GT)
c. 滋养层细胞恶性肿瘤
d. 大肠癌 (O-连接)
2．免疫性疾病： （1）IgG的糖链结构
（2）类风湿性关节炎与IgG糖链改变
（3）其他免疫疾病与IgG糖链
《糖生物学》习题
1． 简述蛋白多糖与糖蛋白的异同点。
2． 简述蛋白多糖与糖蛋白各自的生物学功能。
3． 举例说明蛋白多糖与糖蛋白在病理情况下的变化。
4． 常用的检测糖蛋白的寡糖链的方法有哪些？
《糖生物学》参考资料
1．《生物化学》，第四版，吴梧桐主编
2 《生命化学》1998，《糖生物学专辑》
3《糖复合物的结构与功能》上海医科大学出版社，陈惠黎主编
专题五：活体实时研究肿瘤方法的简介
主要参考文献：
1．Ray P, Wu AM, Gambhir SS
Optical bioluminescence and positron emission tomography imaging of a novel fusion reporter gene in tumor xenografts of living mice.
Cancer Res. 2003 Mar 15;63(6):1160-5.
2． Scheffold C, Kornacker M, Scheffold YC, Contag CH, Negrin RS.
Visualization of effective tumor targeting by CD8+ natural killer T cells redirected with bispecific antibody F(ab')(2)HER2xCD3.
Cancer Res. 2002 Oct 15;62(20):5785-91.
3．Vooijs M, Jonkers J, Lyons S, Berns A.
Noninvasive imaging of spontaneous retinoblastoma pathway-dependent tumors in mice.
Cancer Res. 2002 Mar 15;62(6):1862-7.
4．Hansen-Algenstaedt N, Stoll BR, Padera TP, Dolmans DE, Hicklin DJ, Fukumura D, Jain RK.
Tumor oxygenation in hormone-dependent tumors during vascular endothelial growth factor receptor-2 blockade, hormone ablation, and chemotherapy.
Cancer Res. 2000 Aug 15;60(16):4556-60.
5．Walenta S, Wetterling M, Lehrke M, Schwickert G, Sundfor K, Rofstad EK, Mueller-Klieser W.
High lactate levels predict likelihood of metastases, tumor recurrence, and restricted patient survival in human cervical cancers.
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6．Rosol TJ, Tannehill-Gregg SH, LeRoy BE, Mandl S, Contag CH.
Animal models of bone metastasis.
Cancer 2003 Feb 1;97(3 Suppl):748-57
7．El Hilali N, Rubio N, Martinez-Villacampa M, Blanco J.
Lab Invest 2002 Nov;82(11):1563-71
Combined noninvasive imaging and luminometric quantification of luciferase-labeled human prostate tumors and metastases.
Lab Invest 2002 Nov;82(11):1563-71
思考题：试述bioluminescence在肿瘤研究中的应用。
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