,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章细胞增殖和凋亡异常与疾病,第一节 细胞增殖异常与疾病,一、细胞周期及其调控,细胞增殖：,细胞分裂和再生的过程，细胞通过分裂进行增殖，把遗传信息传给子代，保持物种的延续和数量增多。,细胞增殖异常,细胞增殖、分化不良（过度）,组织器官发育不全,细胞增殖、分化不全 肿瘤发生,【,Cell cycle,】,Cell cycle is defined as a period from the end of one division to the end of next division of a proliferative cell.,细胞周期分期,（,By stages,）,G,1,SG,2,M,【,细胞增殖过程,】,细胞增殖异常,细胞生长,DNA,复制,细胞分裂,细胞,周期,细胞周期的控制,（,Regulation of the cell cycle,）,细胞增殖异常,1.,细胞周期自身控制,（,Regulation of intracellular signals,）,细胞周期调控机制的核心是一组周期素依赖性蛋白激酶,（,Cyclin dependent kinase, CDKs,）,Key spot,：,Cyclin,、,CDKs,、,CDI,、,Checkpoint of cell cycle,。,Regulation of the cell cycle,Regulation of the cell cycle by intracellular signals,Regulation of the cell cycle by extracellular signals,Cyclin,与,CDKs,Cyclin,【,Classification,】,Cyclin B1,、,Cyclin A,、,Cyclin E,、,Cyclin D,1,D,2,D,3,.,F,G,H,T,。,细胞增殖异常,CDK,PSTAIRE,cyclin,CDK,Cyclin/CDK,Combine,图,Cyclin box,结构与功能,100aa,组成,cyclin box,Cyclin,-COOH,H,2,N-,催化亚基,调节亚基,Cyclin-CDK,复合物及其相关蛋白,Cyclins,相关,CDKs,细胞周期作用 相关蛋白 底物 降解,A CDK1,，,CDK2 S+G2, M p107+E2F,，,p21,，,PCNA Rb ubiquitin,B(B1,B2) CDK1(cdc2) G2, M p21,PCNA Rb ubiquitin,C CDK8 G1 - - PEST,D(D1-3) CDK4(2,5,6) G1 Rb,p21,p27,p15,p16,PCNA Rb PEST,E CDK2 G1+G1, S p107+E2F ,p21,PCNA Rb PEST,F - S - - -,G - G1 - - -,H CDK7 G1,S,G2, M - CDK1,4,6 -,Cyclin,周期变化图,细胞增殖异常,【CDK,活化启动,cell cycle】,CDK,活化,Cyclin,与,CDK,结合、磷酸化,CAK,对,CDK,活化部位的磷酸化,Cell cycle,CDKs,家族,CDKs,是一组丝氨酸,/,苏氨酸蛋白激酶。称为,CDK,19,。,细胞增殖异常,抑制部位去磷酸化,CDK,活化激酶（,CDK activation,kinase,CAK,）,CDK,2,与,cyclin E,和,A,结合后 识别染色体,ARS,促进,S,期,CDK,1,与,cyclin B,1,结合,(,Maturation promoting factor,MPF,),启动,M,期,CDK,1,与,cyclin A,结合,启动,G,2,期,磷酸酶,P80,cdc25,【CDK,活化与调控细胞周期,】,CDK,2,与,cyclin E,结合，,CDK,4,、,CDK,6,与,cyclin D,1,、,D,2,、,D,3,结合,pRb,磷酸化 游离,E2F,释放,启动,G1,期,DNA,合成,启动,S,期,【,抑制途径,】,CDIs,通过直接结合,CDK-cyclin,复,合物的磷酸化活化部位，抑制,CDK,的激酶活性。,P16,INK4a,通过结合,CDK,4,单体，,阻断它与,cyclins,的结合。,CDI,：复合物,CDI,可特异性抑制,CDK,的活性。,Ink4,：,P16,INK4a,、,P15,INK4b,、,P18,INK4c,和,P19,INK4d,CDK,4,、,CDK,6,Cip/Kip,：,p21,Cipl,、,P27,Kip1,和,P57,Kip1,CDK,2,细胞增殖异常,【Check mechanism】,P53,：能与,DNA,损伤部位结合并磷酸化,P53,，磷酸化,P53,上调,p21,Cipl,基因的转录，,P21,Cipl,能与多种,CDK-cyclin,复合物结合，抑制,CDKs,的激活，阻滞,G,1,/S,的过渡，为,DNA,修复提供足够时间。,Cdc25,：负责,G,2,期处检查。,细胞周期检查点,（,Checkpoint of cell cycle,）,细胞内存在监控机制,检测点（,Checkpoint,）。,DNA,损伤检查点,G,1,/S,Checkpoint,DNA,复制检查点,S/G,2,纺锤体组装检查点,G,2,/M,细胞增殖异常,抑制信号（,TGF-,）,可以下调,cyclin,和,CDK,4,的表达和促进,P21,wafl,、,P27,kipl,和,P15,ink4b,等,CDI,产生，使细胞阻滞在,G,1,期。,pRb,E2F,2.,细胞外信号的调控,（,Regulation of extracellular signals,）,G,1,期存在一个“限定点”（,restriction point,），它决定细胞是否进入周期。,这“限定点”主要受细胞外信号的调控。,刺激信号（生长因子 ）,细胞增殖异常,（,EGF,、,IL,）,细胞增殖分化异常与相关疾病,增殖异常 分化异常 增殖分化异常,再生障碍性贫血 肥胖症 恶性肿瘤,白癜风 遗传性血红蛋白病 银屑病,前列腺肥大 肌营养不良 畸胎瘤,动脉粥样硬化 先天畸形,家族性红细胞增多症,X-,连锁,-,球蛋白缺乏症,高,IgM,血症,二、,细胞周期调控异常与疾病,细胞过度增殖或不足的本质是细胞周期调控异常。,【Deregulation of cell cycle】,细胞周期的驱动失控（,Cyclin,、,CDK,和,CDI,表达异常）,监控（检查）机制受损（,The impairment of checkpoint system,）,细胞增殖异常,恶性肿瘤,细胞增殖异常机制,1,细胞周期驱动机制失控,Cyclins,的过表达,【Cyclin D,1,（,Bcl-1,）,】,（原癌基因）,基因扩增（,Cyclin D,1,过表达的主要机制）,乳腺癌、胃癌、食道癌存在,Cyclin D,1,基因扩增过度。,细胞增殖异常,染色体倒位（,Chromosome inversion,）,Cyclin D,1,基因倒位于甲状旁腺启动子控制下,Cyclin D,1,蛋白合成,染色体易位（,Chromosome translocation,),甲状旁腺腺癌,Bcl-1 t(11:14) (q13:q32),易位,Cyclin D,1,受,Ig,重链基因增强子影响,Cyclin D,1,表达,（,p15:q13,）,基因的扩增和蛋白过表达不成比例,CDK,增多,主要见于,CDK,4,、,CDK,6,过表达。,CDK,4,+ cyclin D,结合,CDK,4,/cyclin D CDKs,表达,pRb pRb,磷酸化 细胞增殖过度,E2F G,1,/S,过渡加速,细胞增殖异常,CDI,表达不足和突变,肿瘤细胞中常出现,CDI,（肿瘤抑制基因）表达不足或突变。,InK4,失活,【p16,InK4,基因失活原因,】,突变或缺失、染色体易位、,p16,InK4,高度甲基化。,【Mechanism】,p16,InK4,基因表达,CDK,4,与,cyclin D,结合,细胞周期处在“易于”被启动状态,易发生细胞癌变,可能,细胞增殖异常,P21cip1,表达减弱或消失 抑制细胞增殖的作用减弱 细胞过渡增生且分化不良 肝癌、黑色素瘤、骨肉瘤,Kip/Cip,含量减少（,Deficient expression of Kip/Cip,）,2.,细胞周期监控机制受损,(Impairment of checkpoint system,),主要原因：,G,1,/S,、,G,2,/M,检查点异常,失察结果：探测,DNA,损伤功能降低,（如发现不了,DNA,损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等）,G,2,/M,交界处失查,G,2,/M,交界处,DNA,双链断裂,激活,DNA,损伤检查点 阻止细胞进入,M,期,诱导修复基因转录,完成断裂的,DNA,修复,失去,G,2,/M,检查点的阻滞作用,DNA,序列丢失及染色体重排、基因扩增,细胞增殖异常,表 人类肿瘤,p53,基因突变热点和频率,肿瘤型 突变频率（,%,） 突变热点 肿瘤型 突变频率（,%,） 突变热点,肺癌,56 157,，,248,，,273,前列腺癌,30,不确定,结肠癌,50 175,，,245,，,248,，,273,肝细胞癌,45 249,食道癌,45,不确定 胶质癌,25 175,、,248,卵巢癌,44 273,乳腺癌,22 175,、,248,、,273,胰腺癌,44 273,子宫内膜癌,22 248,皮肤癌,44 248,、,278,甲状腺癌,13 248,、,273,胃癌,41,不确定 白血病,12 175,、,248,头颈鳞癌,37 248,宫颈癌,7 273,膀胱癌,34 280,软组织肉瘤,31,不确定,细胞增殖异常,原发性血小板增多症,（,PT,）,临床症状：,以巨核细胞增殖为主的骨髓增生性疾病。伴有血,小板持续增多和血小板功能异常，有反复自发性,出血及血栓形成。,病因与机制：,X,染色体遗传、,TGF-,减少、,辅助细胞缺乏等。,良性前列腺增生,病因与机制：细胞凋亡出现下降，增殖不变，导致良性前列,腺增生。,银屑病,病因与机制：表皮生长因子受体的增加和,受体的减少是引起,表皮细胞增长过快的原因。,三、调控细胞周期与疾病的防治,合理利用增殖相关信号,抑制,cyclin,或和,CDK,的表达和活性,提高,CDI,的表达和活性,修复或利用缺陷的细胞周期检查点,第二节 细胞凋亡异常与疾病,细胞凋亡（,apoptosis,）,:,体内外因素触发细胞内预存的细胞死亡过程，是一种程序性的细胞死亡。,凋亡细胞（实体细胞）与周围细胞脱接触,胞膜空泡化,（,Blebbing,）,细胞固缩（,Condensation,）、核固缩和出芽,凋亡小体（,Apoptotic body,）,凋亡细胞,(,扫描电镜,),凋亡细胞,(,透射电镜,),Apoptosis,1.,形态学改变,凋亡时细胞的主要变化,细胞凋亡异常,DNA,片段化断裂（,DNA ladding pattern,）,凋亡诱导因素激活核酸内切酶,核小体连接区发生,DNA,降解，,寡核小体片段（,180,200bp,的倍数）,2.,生化,改变,细胞凋亡异常,内源性核酸内切酶激活,Ca,2+,/Mg,2+,增加核酸内切酶活性,Zn,2+,抑制核酸内切酶活性,钙超载,（,Calcium overload,）,Ca,2+,载体,A23187 B,淋巴细胞内,Ca,2+,诱导,B,细胞凋亡,（,Ca,2+,在细胞凋亡中充当凋亡信号传递的角色）,细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻,（,caspase,激活、,PKC,活化、蛋白合成等）,坏死,凋亡,性质,病理性、非特异性,生理性或病理性、特异性,诱导因素,强烈刺激，随机发生,较弱刺激，非随机发生,生化特点,被动过程，无新蛋白合成，不耗能,主动过程，有新蛋白合成，耗能,形态变化,细胞肿胀。细胞结构全面溶解破坏,细胞皱缩，核固缩，细胞结构完整,炎症反应,溶酶体破裂，局部炎症反应,溶酶体相对完整，局部无炎症反应,DNA,电泳,弥散性降解，电泳呈均一性,DNA,片状,DNA,片断化，电泳呈梯状条带,凋亡小体,无,有,基因调控,无,有,凋亡相关基因激活,DNase,激活、,Caspases,激活,巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞,细胞凋亡大致过程,(,The process of apoptosis,),+,cAMP,、,Ca,2+,、,神经酰胺,死亡信号,凋亡诱导因素,受体,凋亡信号转导,凋亡基因激活,凋亡的执行,凋亡细胞清除,一、细胞凋亡的过程与调控,（,Process & regulation of cell apoptosis,）,细胞凋亡异常,The mainly induced factors of apoptosis,Table,：,Influence of factors of apoptosis,诱导性因素（,Inducers,） 抑制性因素（,Inhibitors,）,理化因素 射线、高温、强酸、 细胞因子,IL-2,、,NGF,等,强碱、应激、抗癌药 激素,ACTH,、睾丸酮、雌激素,激素和因子 糖皮质激素、,TNF,其它,Zn,2+,、苯巴比妥、半胱氨,免疫性因素,CTL,分泌的粒酶 酸蛋白酶抑制剂、,EBV,、,病原体因素,HIV,、,HCV,牛痘、,病毒、中性氨基酸,细胞凋亡异常,细胞凋亡异常,细胞凋亡信号,生理性凋亡信号：某些激素和细胞因子的直接和间接作用,病理性凋亡信号：,1.,氧化应激的作用,2.,死亡受体的激活,3.,线粒体结构和功能的改变,活性氧生成增多,启动膜脂质过氧化使,Ca,2+,进入细胞增多,损伤,DNA,，使,ADP,核糖转移酶活化促进凋亡,直接激活某些死亡基因程序,Concept, Classification, Construction of Caspases,概念,Caspase,属于半胱氨酸蛋白酶家族，,14,个成员,(Caspase 1-14),。,细胞凋亡异常,细胞凋亡信号的转导,（,Caspases,依赖的,pathway,）,Caspase,信号通路分类,上游（,Caspase-8 , -9, -10,）,下游（,Caspase -2, -3,-6,-7,）（共同通路）,Caspase,（,Ced-3,亚家族）,死亡受体通路,线粒体途径,大小亚基结合（二聚体）,caspase,活化（四聚体）,结构特点,Pro-caspase,：,NH,2,末端结构域、,20KD,亚基、,10KD,亚基,剪切,1.,死亡受体通路（,Extrinsic or cytoplasmic pathway,）,死亡受体,TNFR,、,Fas,、,DR,3,、,DR,4,、,DR,5,等,是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的细胞膜蛋白,。,通路,细胞凋亡异常,FASL,FADD,Pro-caspase-8,Caspase-8,Caspase-3,Pro-caspase-3,细胞凋亡,生长因子、信号、,Fas,抗体,FAS,FADD,（,Fas-associated death domain,）；,DD,（,death domain,）；,DED,（,death effector domain,）。,DED,DED,DD,caspase-10,细胞凋亡异常,c-FLIP: cellular Fas-associated death domain-like IL-1 beta-converting enzyme inhibitory protein,膜通透性、线粒体肿胀、,m,Apaf-1,活化,Cyt.c,2,线粒体途径（,Intrinsic or mitochondrial pathway,）,Ca,2+,NO,缺血,缺氧,活性氧,PPT,开放,Cyt.c,+,Pro-caspase-9,Caspase-9,dATP,Apaf-1,+,Apaf-1,活化,Cyt.c,CARD,apoptosome,细胞凋亡异常,AIF,Cyt-c,释放,Pro-Caspase-3,凋亡,Caspase-3,Pro-caspase-2,caspase-2,Pro-caspase-6,Caspase-6,Pro-caspase-7,caspase-7,Pro-caspase-9,ICAD,（抑制性,CAD,）,CAD,（,caspase,活化,DNA,酶）,CAD,进入细胞核内降解,DNA,细胞凋亡,剪切细胞内结构蛋白,caspase-9,3,Activation of caspase-3,（共同通路）,Caspase-3,Pro-caspase-3,细胞凋亡异常,细胞凋亡的基因调控,表 细胞凋亡的调控基因,功能 基因,抑制凋亡基因,Bcl-2 Bcl-X,L,、,A1/Bfl-1,、,Bcl-w,、,Bcl-G,和,Mcl-1,等,促凋亡基因,P53,、,Bax,、,Bad,、,Bak,、,Bid,、,Bim,、,Bik,、,Bok,、,Bcl-B,、,Bcl-Xs,、,Krk,、,Mtd,、,Nip3,、,Nix,、,Noxa,等,双向调控基因,c-myc,、,Belx,细胞凋亡异常,Bcl-2,（,Bcl-X,L,）直接抗氧化,Bcl-2,抑制线粒体释放促凋亡蛋白质如细胞色素,C,和凋亡诱导因子（,ALF,）,Bcl-2,能够结合和灭活,Apaf-1,，阻断对,caspase-9,活化,1,Bcl-2,基因家族（,Bcl-2 Family & regulating functions,） 抗凋亡,细胞凋亡异常,Bcl-2,抑制促凋亡性调节蛋白,Bax,和,Bak,的细胞毒作用,维持细胞钙稳态,Bcl-2,Caspase,抑制剂,CARD,PPT,开放,膜通透性、线粒体肿胀、,m,Cyt.c,ATP,Apaf-1,+,Apaf-1,活化,Cyt.c,Apaf-1,活化,Cyt.c,+,Pro-caspase-9,apoptosome,AIF,Caspase-9,Pro-Caspase-3,Caspase-3,凋亡,caspase-independent apoptosis,【,促凋亡机制,】,P53,通过与,Bcl-2,基因相互作用，下调,Bcl-2,的表达。,P53,诱导细胞凋亡的靶蛋白表达（线粒体和死亡受体介导）。,P53,诱导线粒体内凋亡的相关蛋白（,Bax,、,NOXA,、,PUMA,）表,达，并触发细胞色素,C,释放和,caspase,活化。,P53,诱导死亡受体,Fas,表达。,P53,能使死亡受体再定位于细胞膜上。,2,p,53,基因（诱导细胞凋亡） 分子警察,细胞凋亡异常,3.C-myc,基因 双向调节作用,表： 与细胞凋亡异常相关的疾病,凋亡不足 凋亡过度,肿瘤 肝癌、恶性血液肿瘤、乳腺癌 发育异常 气管,-,食管瘘、房（室）间隙缺,、膀胱癌、肺癌、胶质瘤、前 损、唇（腭）裂、短肢畸形、,列腺癌等 尿道下裂以及多囊肾等,发育异常 先天性消化道、胆道、肛门狭,CNS Alsheimer,病、,Parkinson,病、,窄或闭锁、动脉导管未闭、两 肌萎缩性侧索硬化症、色素性,性畸形、甲状舌骨囊肿等 视网膜病，脊肌肉萎缩、早老,免疫系统 系统性红斑狼疮、糖尿病、类 性痴呆,风湿性关节炎、桥本甲状腺炎 免疫系统 免疫缺陷病、,AIDS,、多发性的硬化症等,细胞凋亡异常,三、细胞凋亡异常和疾病,（,Diseases associated to apoptosis deregulation,）,bcl-2,基因过表达,85%,滤泡状和,20%,弥漫性,B,细胞淋巴瘤 染色体,t,（,14;18,）易位,bcl-2,基因受到,Ig,基因增强子控制,肿瘤发生 细胞凋亡速率,bcl-2,基因高表达,（乳腺癌、肝癌、膀胱癌、肺癌、胶质瘤等也存在,Bcl-2,高水平表达）,存在,p,53,基因缺失或突变,调节,P53,的稳定性、细胞内定位或（和）活性发生异常,p,53,表达或功能存在缺陷 细胞凋亡速率 肿瘤发生,（,50%,以上恶性肿瘤中存在,P53,异常）,细胞凋亡不足（,Apoptosis inhibition,）,1.,肿瘤（,Tumor,）,细胞凋亡异常,2,自身免疫病（,Autoimmune diseases,）,针对自身抗原的免疫细胞未被及时清除，机体产生了针对,自身抗原的体液免疫和细胞免疫，导致器官组织损伤。,细胞凋亡异常,3.,病毒感染性疾病,病毒及其产物抗凋亡的机制：,灭活,p53,基因，高表达,Bcl-2,蛋白,灭活,ICE,痘病毒产生,ICE,的抑制物,细胞凋亡过度（,Apoptosis excess,）,1.,心肌缺血与缺血,-,再灌注损伤,特点,缺血早期以凋亡为主，晚期以细胞的坏死为主。,在梗死灶的中心以坏死为主，梗死灶周边以凋亡为主；,慢性,轻度缺血以凋亡为主，急性重度缺血以坏死为主；,缺血再灌时凋亡比单纯缺血更严重,机制,氧化应激、,FasR,通路、,p53,基因的转录增加。,AIDS:,Gp120,糖蛋白表达，与,CD4,+,表面的受体结合触发,CD4,淋巴细胞凋亡,合胞体形成中、后均可发生凋亡而解体,Fas,基因表达的上调,T,细胞激活后不会增殖而是凋亡,细胞因子,TNF,分泌增多，易启动死亡程序,Tat,蛋白产生并进入,CD4,+,淋巴细胞，自由基产生,HIV,慢性感染时，被感染的,CD4,+,淋巴细胞可诱导未受感染的,CD4,+,淋巴细胞凋亡,神经退行性疾病,Fas,抗原介导星形神经细胞凋亡,P53,基因活化参与,AD,病人神经胶质细胞凋亡过程,c-fun,和,c-foc,编码蛋白诱导海马细胞凋亡,APP695,在,AD,病人神经胶质细胞可见错义突变，通过,G,蛋白介导参与凋亡,低亲和力的神经生长因子受体,(P75),高表达,与神经细胞凋亡有关,NF-kB,作为一种转录因子直接或间接地参与,AD,细胞的凋亡,Thanks,