1、第十二章 細(xì)胞增殖與凋亡失調(diào)性疾病,教學(xué)目的與教學(xué)要求 1. 掌握細(xì)胞增殖和凋亡的概念 2.了解細(xì)胞增殖分化異常與相關(guān)疾病的關(guān)系 3. 掌握參與細(xì)胞裂周期基因 4.熟悉細(xì)胞分化調(diào)控異常與疾病 5. 熟悉P53 基因的作用機(jī)制 6.熟悉細(xì)胞凋亡的過(guò)程與調(diào)控,第一節(jié) 細(xì)胞增殖失調(diào)性疾病 Diseases Associated with Cell Proliferation Dysregulation,細(xì)胞增殖與凋亡失調(diào)性疾病,細(xì)胞增殖異常,1.,2.,3.,【Cell Proliferation】 細(xì)胞分裂和再生的過(guò)程，細(xì)胞通過(guò)分裂進(jìn)行增殖，把遺傳信息傳給子代，保持物種的延續(xù)和數(shù)量增多。 【Apo

2、ptosis】 通過(guò)基因調(diào)控而引起的有序的細(xì)胞生理性死亡過(guò)程。是機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育、器官形成及細(xì)胞更新的調(diào)控形式。,細(xì)胞增殖異常,細(xì)胞增殖異常,Abnormal Cell Proliferation,Differentiation Apoptosis and Related of Disease,細(xì)胞增殖異常,一、細(xì)胞周期異常與疾病 （Abnormal cell cycle & diseases） 細(xì)胞過(guò)度增殖或不足的本質(zhì)是細(xì)胞周期調(diào)控異常。 【Deregulation of cell cycle】 細(xì)胞周期驅(qū)動(dòng)失控（Cyclin、CDK和CDI表達(dá)異常） 監(jiān)控（檢查）機(jī)制受損 （The impai

3、rment of checkpoint system）,細(xì)胞周期檢查點(diǎn)（Checkpoint of cell cycle） 細(xì)胞內(nèi)存在監(jiān)控機(jī)制檢測(cè)點(diǎn)（Checkpoint）。 DNA 損傷檢查點(diǎn) G1/S Checkpoint DNA復(fù)制檢查點(diǎn) S/G2 紡錘體組裝檢查點(diǎn) G2/M,細(xì)胞增殖異常,1. 細(xì)胞分裂周期基因（cell division cycle gene， cdc gene）： 如：cdc8、 20、24、 28、31等參與細(xì)胞周期的調(diào)控； 2. 原癌基因（proto-oncogene）： 包括：src、ras、sis、myc、myb等在生理?xiàng)l件下參與調(diào)控細(xì)胞 增殖；轉(zhuǎn)化為癌基因

4、，使細(xì)胞增殖失控，細(xì)胞癌變。 3. 抑癌基因（supperession-oncogene ）： 如：Rb、p53等，是一類在細(xì)胞增殖條件下參與負(fù)調(diào)控細(xì)胞增殖。,細(xì)胞增殖異常,細(xì)胞增殖、分化不良（過(guò)度） 組織器官發(fā)育不全 細(xì)胞增殖、分化不全 腫瘤發(fā)生,【細(xì)胞增殖過(guò)程】,細(xì)胞增殖異常,細(xì)胞生長(zhǎng) DNA復(fù)制 細(xì)胞分裂,The sequential ultrastructural changes seen in: necrosis (left) apoptosis (right).,細(xì)胞增殖異常,【Check mechanism】,P53 ：DNA損傷部位的AMT磷酸化P53，磷酸化P53上調(diào) p21

5、Cipl基因轉(zhuǎn)錄，P21Cipl與CDK-cyclin復(fù)合物結(jié)合，抑制CDKs激活，阻滯G1/S過(guò)渡，為DNA修復(fù)提供足夠時(shí)間。 Cdc25：負(fù)責(zé)G2期處檢查。,二、細(xì)胞周期中的信號(hào)系統(tǒng)調(diào)控 溫度、pH、營(yíng)養(yǎng)、藥物、感染、射線 細(xì)胞因子、激素、生長(zhǎng)因子 1. 生長(zhǎng)因子（growth factor)通過(guò)與細(xì)胞膜上特異受體結(jié)合，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的多肽類物質(zhì)。 PDGF、EGF、IL、TGF、FGF NGF 等，對(duì) G0細(xì)胞進(jìn)入S期有調(diào)節(jié)作用 2.激素（Hormone) 蛋白類激素 R在細(xì)胞膜上 固醇類激素 R在細(xì)胞質(zhì)中,細(xì)胞增殖異常,pRb,E2F,2. 細(xì)胞外信號(hào)的調(diào)控（Regulation of

6、extracellular signals） G1期有一個(gè)“限定點(diǎn)”（restriction point），決定細(xì)胞是否進(jìn)入周期。 “限定點(diǎn)”主要受細(xì)胞外信號(hào)的調(diào)控。 刺激信號(hào)（生長(zhǎng)因子 ）,細(xì)胞增殖異常,（EGF、IGF、IL）,抑制信號(hào)（TGF-） 下調(diào)cyclin和CDK4的表達(dá)和促進(jìn)P21wafl、P27kipl和P15ink4b等CDI產(chǎn)生，使細(xì)胞阻滯在G1期。,細(xì)胞生長(zhǎng)條件不具備 使P16INK4a和P15INK4b增加抑制Cyclin D-CDK4/6復(fù)合物的功能，細(xì)胞阻滯在G1期。,三、細(xì)胞增殖失調(diào)性疾病 （The Disease Associated with Cell Pr

7、oliferation Dysregulation） （一）腫瘤細(xì)胞增殖（The Cell Proliferation in Tumor） 1. 生長(zhǎng)分?jǐn)?shù)與腫瘤細(xì)胞增殖 （Growth Fraction and the Cell Proliferation in Tumor） 決定群體細(xì)胞增殖速率的動(dòng)力學(xué)參數(shù)包括:細(xì)胞周期時(shí)間、細(xì) 胞凋亡率和生長(zhǎng)分?jǐn)?shù)： A GF= A+B+C GF：Growth Fraction；A： Proliferative cell， B：postpositive proliferative cell ，C： Non-proliferative cell GF決定腫瘤的

8、生長(zhǎng)快慢。,影響細(xì)胞生長(zhǎng)分?jǐn)?shù)的因素：（The influence factors of the growth fraction） 癌基因（src、ras、sis、myc、myb）的激活； 抑癌基因（Rb、p53）的抑制等。 目前研究熱點(diǎn)： （1）cyclin 如：CLND（D1、D2、D3）、CLNE過(guò)度表達(dá)； （2）CDI的缺失與突變；,（一）細(xì)胞周期驅(qū)動(dòng)機(jī)制失控 Cyclins的過(guò)表達(dá)（Overexpression of cyclins） 腫瘤的發(fā)生與cyclin（D、E）過(guò)量表達(dá)有關(guān)。 【Cyclin D1（Bcl-1）過(guò)表達(dá)原因】（原癌基因） 基因擴(kuò)增（Cyclin D1過(guò)表達(dá)的主要機(jī)

9、制） 乳腺癌、胃癌、食道癌存在Cyclin D1基因擴(kuò)增過(guò)度。,細(xì)胞增殖異常,細(xì)胞增殖異常,染色體倒位（Chromosome inversion） Cyclin D1基因倒位于甲狀旁腺啟動(dòng)子控制下 Cyclin D1蛋白合成 染色體易位（Chromosome translocation) Bcl-1 t(11:14) (q13:q32)易位 甲狀旁腺腺癌 Cyclin D1受Ig重鏈基因增強(qiáng)子影響 Cyclin D1表達(dá),（p15:q13）,基因突變 Cyclin D1 T286突變 Cyclin D1泛素化受阻 Cyclin D1, CDK 表達(dá)異常 主要見(jiàn)于CDK4、CDK6過(guò)表達(dá)。 CD

10、K4+ cyclin D結(jié)合 CDK4/cyclin D CDKs表達(dá) pRb pRb磷酸化 細(xì)胞增殖過(guò)度 E2F G1/S過(guò)渡加速,【Cyclin D過(guò)表達(dá)致腫瘤機(jī)制】 Cyclin D過(guò)表達(dá) + 生長(zhǎng)因子 CDKs瀑布效應(yīng) 細(xì)胞增殖過(guò)度 易發(fā)生細(xì)胞癌變,細(xì)胞增殖異常,細(xì)胞增殖異常, CDI表達(dá)不足和突變 腫瘤細(xì)胞常出現(xiàn)CDI（腫瘤抑制基因）表達(dá)不足或突變。 InK4失活 【p16 InK4基因失活原因】 突變或缺失、染色體易位、p16 InK4高度甲基化。,【Mechanism】 p16 InK4基因表達(dá) CDK4與cyclin D結(jié)合 細(xì)胞周期處在“易于”被啟動(dòng)狀態(tài) 易發(fā)生細(xì)胞癌變,細(xì)胞

11、增殖異常,【Mechanism】 p53基因突變 P21cip1轉(zhuǎn)錄 DNA受損細(xì)胞增殖, Kip/Cip含量減少（Deficient expression of Kip/Cip） P21cipl功能 cyclins/CDKs活性 細(xì)胞周期速度 增殖細(xì)胞核抗原（PCNA） 阻滯DNA復(fù)制,細(xì)胞增殖異常,細(xì)胞增殖異常,細(xì)胞增殖異常,（二）平滑肌細(xì)胞增殖 （The Cell Proliferation in Smooth Muscle） 主要表現(xiàn)在： （1） EGF、IGF、IL 、PDGF可促進(jìn)平滑肌細(xì)胞由G0期 向G1期轉(zhuǎn)變； （2）平滑肌細(xì)胞自分泌失調(diào)促進(jìn)細(xì)胞增長(zhǎng)高分泌PDGF、平 滑肌源性

12、生長(zhǎng)因子、平滑肌源性游走因子。 抑制細(xì)胞增長(zhǎng)的生長(zhǎng)因子：PDGF-AA和TGF- 如：動(dòng)脈粥樣硬化（Atherosclerosis）：兩者水平失衡。,原發(fā)性血小板增多癥（PT）,臨床癥狀：以巨核細(xì)胞增殖為主的骨髓增生性疾病。伴有血小板持續(xù)增多和血小板功能異常，有反復(fù)自發(fā)性出血及血栓形成。,由于血小板功能缺陷，粘附及聚集功能減退，血小板第三因子降低，5-羥色胺減少以及釋放功能異常。部分病人凝血機(jī)制不正常，毛細(xì)血管脆性增加。因血小板過(guò)多，活化的血小板產(chǎn)生血栓素，易引起微血管內(nèi)血栓形成。,病因與機(jī)制：X染色體遺傳、TGF-減少、輔助細(xì)胞缺乏等。,良性前列腺增生,發(fā)病機(jī)制：細(xì)胞增殖不變，細(xì)胞凋 亡出現(xiàn)

13、下降，導(dǎo)致良性前列腺增生。,良性前列腺增生的病因： 眾說(shuō)紛紜，如新生物學(xué)說(shuō)、動(dòng)脈硬化學(xué)說(shuō)、炎癥學(xué)說(shuō)、內(nèi)分泌學(xué)說(shuō)以及體型、種族、社會(huì)因素、代謝營(yíng)養(yǎng)因素等。,Prostate,銀屑病,發(fā)病機(jī)制：表皮生長(zhǎng)因子受體的增加和受體的減少是引起表皮細(xì)胞增長(zhǎng)過(guò)快的原因。,銀屑病的發(fā)病原因目前有遺傳，免疫功能紊亂，精神刺激,外傷感染等多方面的學(xué)說(shuō),但至今尚無(wú)明確定論。,2. 肺纖維化（Pulmonary fibrosis） 肺血管受損 纖維蛋白酶 成肌纖維細(xì)胞 成膠原細(xì)胞 膠原蛋白 沉積 機(jī)體缺氧 氣體彌散障礙 肺泡膜增厚,細(xì)胞分化異常,3. 肥胖癥（Morbid obesity） 肥胖癥是指體內(nèi)脂肪堆積過(guò)多和

14、/或分布異常，體重增加。表現(xiàn)為脂肪組織與其他組織失去正常比例的一種狀態(tài)。 前脂肪細(xì)胞過(guò)度向脂肪細(xì) 胞分化，導(dǎo)致脂肪組織內(nèi)脂肪 細(xì)胞數(shù)量增加。,細(xì)胞分化異常,2.細(xì)胞分化特點(diǎn) 穩(wěn)定性、 全能性、 選擇性、 細(xì)胞分化條件的可逆性。,（一）細(xì)胞分化與調(diào)控 (Regulation, Differentiation) 在細(xì)胞增殖時(shí)，子代細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理 功能上產(chǎn)生差異的過(guò)程。,3. 細(xì)胞間相互作用 細(xì)胞分化與細(xì)胞所在位置及與其他細(xì)胞的聯(lián)系有關(guān)。其效應(yīng)可以 是細(xì)胞間直接接觸所進(jìn)行信息轉(zhuǎn)導(dǎo)，也可以是細(xì)胞外物質(zhì)的作用結(jié)果。,2. 細(xì)胞質(zhì)在決定細(xì)胞差別中作用 由于干細(xì)胞在分裂時(shí)，細(xì)胞質(zhì)分配的不均勻，導(dǎo)致子

15、代干細(xì)胞的 胞質(zhì)組分（細(xì)胞質(zhì)決定子）不同，導(dǎo)致子細(xì)胞產(chǎn)生差別。,4. 基因水平調(diào)控（Regulation on the genomic level） House-keeping genes（與分化關(guān)系不密切） House-keeping genes generally encode proteins that participate in basic or universal cellular functions essential for maintaining cell survival. 組織專一基因（與細(xì)胞分化關(guān)系密切）,細(xì)胞分化異常,5. 轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控（Regulation on

16、 transcription and post- transcription levels） 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控（對(duì)專一基因的啟動(dòng)子和增強(qiáng)子進(jìn)行調(diào)控） 轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控（對(duì)mRNA前體處理、加工和iRNA調(diào)節(jié)）,細(xì)胞分化異常,6. 翻譯與翻譯后水平調(diào)控,細(xì)胞分化異常,7. 細(xì)胞外因素調(diào)控 （Extracellular factors that control differentiation） 細(xì)胞外信號(hào)物質(zhì)、基質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)因素等可改變細(xì)胞分化狀態(tài)。,細(xì)胞分化異常,Abnormal differentiation & diseases 1. 腫瘤（Tumor） Hallmark of cancers dif

17、ferentiation 低分化、去分化或逆分化,異質(zhì)性 指同一種組織細(xì)胞的腫瘤，其瘤細(xì)胞分化程度和分化方向的存在著差異性。,胚胎性基因重現(xiàn)表達(dá) 肝癌細(xì)胞合成AFP和胎兒型醛縮酶A；結(jié)腸癌合成CEA表達(dá)。,細(xì)胞分化異常,分化障礙發(fā)生機(jī)制 （Mechanism of deregulation differentiation） 細(xì)胞的增殖和分化脫耦聯(lián) 基因表達(dá)時(shí)空上失調(diào) 特異性分化基因表達(dá)受到抑制,細(xì)胞分化異常,癌基因和抑癌基因的協(xié)同失衡 癌基因突變、外源基因插入、基因擴(kuò)增、染色體易位、基因重排和甲基化程度降低等引起癌基因過(guò)度表達(dá)與激活。 抑癌基因缺失、失活和突變，削弱細(xì)胞分化和增殖調(diào)節(jié)系統(tǒng)的顯性

18、負(fù)調(diào)節(jié)信號(hào)，增強(qiáng)了細(xì)胞惡變的可能性。,第二節(jié) 細(xì)胞凋亡失調(diào)性疾病 Diseases Associated with Cell Apoptosis Dysregulation,細(xì)胞死亡的模式, Necrosis = 細(xì)胞意外性死亡 Apoptosis = 細(xì)胞自發(fā)性死亡,Necrosis,Apoptosis,一、細(xì)胞凋亡的一般生物學(xué)特征 General Biological Characteristics of Cell Apoptosis,細(xì)胞凋亡異常,由于體內(nèi)外生理或病理因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)預(yù)存的死亡程序而導(dǎo)致的細(xì)胞主動(dòng)死亡過(guò)程。,【Concept of apoptosis】,細(xì)胞凋亡異常,【凋亡

19、的生理學(xué)意義】 參與發(fā)育、生長(zhǎng)。 維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。 參與防御反應(yīng)。,凋亡的概述,（1）,（2）,（3）,Sydney Brenner,H. Robert Horvitz,John E. Sulston,凋亡的概述,Oct.7th, 2002 Sydney Brenner(England) , H. Robert Horvitz(USA)and John E. Sulston(England) got Nobel prize in physiology and medicine about apoptosis study.,凋亡的概述,凋亡過(guò)程可大致分成4個(gè)階段：,凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)*,凋亡基因激活,

20、凋亡的執(zhí)行,凋亡細(xì)胞的清除,凋亡的概述,凋亡相關(guān)基因： P53，F(xiàn)as，Bax，ICE,雙向調(diào)控基因：c-myc，Bclx,抑制凋亡基因,促進(jìn)凋亡基因,凋亡相關(guān)基因： Bcl-2，EIB，Ras,細(xì)胞凋亡不足:1.腫瘤2.自身免疫病: SLE、1型糖尿病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化癥、慢性甲狀腺炎。,細(xì)胞凋亡過(guò)度: 1.心血管疾病2.神經(jīng)元退行性疾病3. 感染性疾病阿爾茨海默?。ˋlsheimer disease，AD）,細(xì)胞凋亡不足與過(guò)度并存 動(dòng)脈粥樣硬化癥 (內(nèi)皮細(xì)胞凋亡過(guò)度，平滑肌細(xì)胞增殖凋亡),細(xì)胞凋亡的調(diào)控,凋亡的概述,（一）細(xì)胞凋亡大致過(guò)程（The process of apopt

21、osis）,+,cAMP、Ca2+、神經(jīng)酰胺,死亡信號(hào),凋亡誘導(dǎo)因素,受體,凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),一、細(xì)胞凋亡的過(guò)程與調(diào)控,（Process & Regulation of cell apoptosis）,細(xì)胞凋亡異常,凋亡細(xì)胞（實(shí)體細(xì)胞）與周圍細(xì)胞脫接觸 胞膜空泡化（Blebbing） 細(xì)胞固縮（Condensation）、核固縮和發(fā)芽 凋亡小體（Apoptotic body）,DNA片段化（DNA ladding pattern）,激活核酸內(nèi)切酶 核小體連接區(qū)發(fā)生DNA降解， 寡核小體片段（160200bp的倍數(shù)）,鈣超載（Calcium overload）,Ca2+載體A23187 B淋巴細(xì)胞內(nèi)

22、Ca2+ 誘導(dǎo)B細(xì)胞凋亡（Ca2+在細(xì)胞凋亡中充當(dāng)?shù)蛲鲂盘?hào)傳遞的角色）,細(xì)胞膜磷脂酰絲氨酸外翻 （caspase激活、PKC活化、蛋白合成等）,（四）影響細(xì)胞凋亡的主要因素 The mainly influence factors of apoptosis Table：The mainly influence factors of apoptosis 誘導(dǎo)性因素（Inducers） 抑制性因素（Inhibitors） 理化因素 射線、高溫、強(qiáng)酸、 細(xì)胞因子 IL-2、NGF等 強(qiáng)堿、應(yīng)激、抗癌藥 激素 ACTH、睪丸酮、雌激素 激素和因子 糖皮質(zhì)激素、TNF 其它 Zn2+、苯巴比妥、半胱氨

23、免疫性因素 CTL分泌的粒酶 酸蛋白酶抑制劑、EBV、 病原體因素 HIV、HCV 牛痘、病毒、中性氨基酸,細(xì)胞凋亡異常,1. Concept, Classification, Construction of Caspases 概念：Caspase屬于半胱氨酸蛋白酶家族，14個(gè)成員(Caspase 1-14)。,細(xì)胞凋亡異常,（五）細(xì)胞凋亡的信號(hào)傳導(dǎo)（Caspases依賴的pathway）,Two major pathways to activate effector caspases: 1. Extrinsic (death receptor) pathway 2. Intrinsic (m

24、itochondrial) pathway - release of cyto-c,凋亡途徑的概述,2死亡受體通路（Extrinsic or cytoplasmic pathway） 死亡受體 TNFR、Fas、DR3、DR4、DR5等 是一類通過(guò)與相應(yīng)配體結(jié)合，傳遞細(xì)胞凋亡信號(hào)的細(xì)胞膜蛋白。 通路（pathway）,細(xì)胞凋亡異常,細(xì)胞凋亡異常,Apaf-1-凋亡酶激活因子-1（apoptotic protease activating factor-1），,線粒體膜通透轉(zhuǎn)運(yùn)孔,細(xì)胞凋亡異常,c-FLIP: cellular Fas-associated death domain-like I

25、L-1 beta-converting enzyme inhibitory protein,脫氧核糖核酸酶(caspase-activatedde oxyribonulease，CAD),細(xì)胞凋亡的發(fā)生機(jī)制（Mechanism of apoptosis ） 1氧化損傷（Oxidation damage ） 氧自由基破壞了機(jī)體正常的氧化/還原動(dòng)態(tài)平衡，造成生物大 分子的氧化損傷，形成嚴(yán)重的氧化應(yīng)激狀態(tài)。 【Mechanism】 激活p53基因、消耗ATP、生物膜脂質(zhì)過(guò)氧化、激活核酸內(nèi) 切酶,啟動(dòng)細(xì)胞凋亡。 各種氧化劑、缺氧等直接通過(guò)氧化損傷誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。 2鈣超載（Calcium overload ） 3線粒體損傷（ Mito