細胞增殖凋亡異常與疾病

1、第十二章 細胞增殖與凋亡失調(diào)性疾病,教學(xué)目的與教學(xué)要求 1. 掌握細胞增殖和凋亡的概念 2.了解細胞增殖分化異常與相關(guān)疾病的關(guān)系 3. 掌握參與細胞裂周期基因 4.熟悉細胞分化調(diào)控異常與疾病 5. 熟悉P53 基因的作用機制 6.熟悉細胞凋亡的過程與調(diào)控,第一節(jié) 細胞增殖失調(diào)性疾病 Diseases Associated with Cell Proliferation Dysregulation,細胞增殖與凋亡失調(diào)性疾病,細胞增殖異常,1.,2.,3.,【Cell Proliferation】 細胞分裂和再生的過程，細胞通過分裂進行增殖，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】 通過基因調(diào)控而引起的有序的細胞生理性死亡過程。是機體生長發(fā)育、器官形成及細胞更新的調(diào)控形式。,細胞增殖異常,細胞增殖異常,Abnormal Cell Proliferation,Differentiation Apoptosis and Related of Disease,細胞增殖異常,一、細胞周期異常與疾病 （Abnormal cell cycle & diseases） 細胞過度增殖或不足的本質(zhì)是細胞周期調(diào)控異常。 【Deregulation of cell cycle】 細胞周期驅(qū)動失控（Cyclin、CDK和CDI表達異常） 監(jiān)控（檢查）機制受損 （The impai

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

4、，使細胞增殖失控，細胞癌變。 3. 抑癌基因（supperession-oncogene ）： 如：Rb、p53等，是一類在細胞增殖條件下參與負調(diào)控細胞增殖。,細胞增殖異常,細胞增殖、分化不良（過度） 組織器官發(fā)育不全 細胞增殖、分化不全 腫瘤發(fā)生,【細胞增殖過程】,細胞增殖異常,細胞生長 DNA復(fù)制 細胞分裂,The sequential ultrastructural changes seen in: necrosis (left) apoptosis (right).,細胞增殖異常,【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過渡，為DNA修復(fù)提供足夠時間。 Cdc25：負責(zé)G2期處檢查。,二、細胞周期中的信號系統(tǒng)調(diào)控 溫度、pH、營養(yǎng)、藥物、感染、射線 細胞因子、激素、生長因子 1. 生長因子（growth factor)通過與細胞膜上特異受體結(jié)合，調(diào)節(jié)細胞周期的多肽類物質(zhì)。 PDGF、EGF、IL、TGF、FGF NGF 等，對 G0細胞進入S期有調(diào)節(jié)作用 2.激素（Hormone) 蛋白類激素 R在細胞膜上 固醇類激素 R在細胞質(zhì)中,細胞增殖異常,pRb,E2F,2. 細胞外信號的調(diào)控（Regulation of

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

7、oliferation Dysregulation） （一）腫瘤細胞增殖（The Cell Proliferation in Tumor） 1. 生長分?jǐn)?shù)與腫瘤細胞增殖 （Growth Fraction and the Cell Proliferation in Tumor） 決定群體細胞增殖速率的動力學(xué)參數(shù)包括:細胞周期時間、細 胞凋亡率和生長分?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、生長快慢。,影響細胞生長分?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： （1）cyclin 如：CLND（D1、D2、D3）、CLNE過度表達； （2）CDI的缺失與突變；,（一）細胞周期驅(qū)動機制失控 Cyclins的過表達（Overexpression of cyclins） 腫瘤的發(fā)生與cyclin（D、E）過量表達有關(guān)。 【Cyclin D1（Bcl-1）過表達原因】（原癌基因） 基因擴增（Cyclin D1過表達的主要機

9、制） 乳腺癌、胃癌、食道癌存在Cyclin D1基因擴增過度。,細胞增殖異常,細胞增殖異常,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重鏈基因增強子影響 Cyclin D1表達,（p15:q13）,基因突變 Cyclin D1 T286突變 Cyclin D1泛素化受阻 Cyclin D1, CDK 表達異常 主要見于CDK4、CDK6過表達。 CD

10、K4+ cyclin D結(jié)合 CDK4/cyclin D CDKs表達 pRb pRb磷酸化 細胞增殖過度 E2F G1/S過渡加速,【Cyclin D過表達致腫瘤機制】 Cyclin D過表達 + 生長因子 CDKs瀑布效應(yīng) 細胞增殖過度 易發(fā)生細胞癌變,細胞增殖異常,細胞增殖異常, CDI表達不足和突變 腫瘤細胞常出現(xiàn)CDI（腫瘤抑制基因）表達不足或突變。 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 CDK4與cyclin D結(jié)合 細胞周期處在“易于”被啟動狀態(tài) 易發(fā)生細胞癌變,細胞

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

12、生長因子、平滑肌源性游走因子。 抑制細胞增長的生長因子：PDGF-AA和TGF- 如：動脈粥樣硬化（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。部分病人凝血機制不正常，毛細血管脆性增加。因血小板過多，活化的血小板產(chǎn)生血栓素，易引起微血管內(nèi)血栓形成。,病因與機制：X染色體遺傳、TGF-減少、輔助細胞缺乏等。,良性前列腺增生,發(fā)病機制：細胞增殖不變，細胞凋 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： 眾說紛紜，如新生物學(xué)說、動脈硬化學(xué)說、炎癥學(xué)說、內(nèi)分泌學(xué)說以及體型、種族、社會因素、代謝營養(yǎng)因素等。,Prostate,銀屑病,發(fā)病機制：表皮生長因子受體的增加和受體的減少是引起表皮細胞增長過快的原因。,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,但至今尚無明確定論。,2. 肺纖維化（Pulmonary fibrosis） 肺血管受損 纖維蛋白酶 成肌纖維細胞 成膠原細胞 膠原蛋白 沉積 機體缺氧 氣體彌散障礙 肺泡膜增厚,細胞分化異常,3. 肥胖癥（Morbid obesity） 肥胖癥是指體內(nèi)脂肪堆積過多和

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

15、代干細胞的 胞質(zhì)組分（細胞質(zhì)決定子）不同，導(dǎo)致子細胞產(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（與細胞分化關(guān)系密切）,細胞分化異常,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（對專一基因的啟動子和增強子進行調(diào)控） 轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控（對mRNA前體處理、加工和iRNA調(diào)節(jié)）,細胞分化異常,6. 翻譯與翻譯后水平調(diào)控,細胞分化異常,7. 細胞外因素調(diào)控 （Extracellular factors that control differentiation） 細胞外信號物質(zhì)、基質(zhì)和營養(yǎng)因素等可改變細胞分化狀態(tài)。,細胞分化異常,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 指同一種組織細胞的腫瘤，其瘤細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 肝癌細胞合成AFP和胎兒型醛縮酶A；結(jié)腸癌合成CEA表達。,細胞分化異常,分化障礙發(fā)生機制 （Mechanism of deregulation differentiation） 細胞的增殖和分化脫耦聯(lián) 基因表達時空上失調(diào) 特異性分化基因表達受到抑制,細胞分化異常,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度表達與激活。 抑癌基因缺失、失活和突變，削弱細胞分化和增殖調(diào)節(jié)系統(tǒng)的顯性

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

19、的生理學(xué)意義】 參與發(fā)育、生長。 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,凋亡過程可大致分成4個階段：,凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)*,凋亡基因激活,

20、凋亡的執(zhí)行,凋亡細胞的清除,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,促進凋亡基因,凋亡相關(guān)基因： Bcl-2，EIB，Ras,細胞凋亡不足: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。,細胞凋亡過度: 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）,細胞凋亡不足與過度并存 動脈粥樣硬化癥 (內(nèi)皮細胞凋亡過度，平滑肌細胞增殖凋亡),細胞凋亡的調(diào)控,凋亡的概述,（一）細胞凋亡大致過程（The process of apopt

21、osis）,+,cAMP、Ca2+、神經(jīng)酰胺,死亡信號,凋亡誘導(dǎo)因素,受體,凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo),一、細胞凋亡的過程與調(diào)控,（Process & Regulation of cell apoptosis）,細胞凋亡異常,凋亡細胞（實體細胞）與周圍細胞脫接觸 胞膜空泡化（Blebbing） 細胞固縮（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淋巴細胞內(nèi)

22、Ca2+ 誘導(dǎo)B細胞凋亡（Ca2+在細胞凋亡中充當(dāng)?shù)蛲鲂盘杺鬟f的角色）,細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、強酸、 細胞因子 IL-2、NGF等 強堿、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個成員(Caspase 1-14)。,細胞凋亡異常,（五）細胞凋亡的信號傳導(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 是一類通過與相應(yīng)配體結(jié)合，傳遞細胞凋亡信號的細胞膜蛋白。 通路（pathway）,細胞凋亡異常,細胞凋亡異常,Apaf-1-凋亡酶激活因子-1（apoptotic protease activating factor-1），,線粒體膜通透轉(zhuǎn)運孔,細胞凋亡異常,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),細胞凋亡的發(fā)生機制（Mechanism of apoptosis ） 1氧化損傷（Oxidation damage ） 氧自由基破壞了機體正常的氧化/還原動態(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)過氧化、激活核酸內(nèi) 切酶,啟動細胞凋亡。 各種氧化劑、缺氧等直接通過氧化損傷誘導(dǎo)細胞凋亡。 2鈣超載（Calcium overload ） 3線粒體損傷（ Mito