分子生物学CH10tan疾病和衰老课件

1、分子生物学CH10tan疾病和衰老第十四章第十四章 疾病和衰老疾病和衰老分子生物学CH10tan疾病和衰老n掌握掌握单基因病和多基因病的特点；单基因病和多基因病的特点；熟悉熟悉几几种常见单基因病和多基因病的相关基因及种常见单基因病和多基因病的相关基因及分子病因；分子病因；熟悉熟悉衰老的主要细胞分子水平衰老的主要细胞分子水平特征；特征；了解了解衰老与一些疾病的关系，衰老与一些疾病的关系，了解了解衰老的几种学说，了解衰老的相关基因衰老的几种学说，了解衰老的相关基因 分子生物学CH10tan疾病和衰老病因学病因学n几乎所有疾病都伴有基因几乎所有疾病都伴有基因结构结构或或表达表达异常异常n遗传性：先天

2、因素遗传性：先天因素 基因病基因病 单基因病常染色体显性单基因病常染色体显性n 常染色体隐性常染色体隐性n 性连锁性连锁 多基因病多基因病 染色体病染色体病 常染色体病常染色体病 性染色体病性染色体病 获得性：获得性： 后天因素后天因素分子生物学CH10tan疾病和衰老第一节第一节 疾病的分子生物学疾病的分子生物学遗传性疾病特点：遗传性疾病特点：垂直传递垂直传递生殖细胞突变生殖细胞突变终身性终身性分子生物学CH10tan疾病和衰老一、单基因病一、单基因病符合孟德尔遗传方式符合孟德尔遗传方式（一）血友病：（一）血友病：X连锁隐性遗传病连锁隐性遗传病血友病血友病A：凝血因子：凝血因子VIII异常，

3、男性发病异常，男性发病1/50001/5000血友病血友病B ：凝血因子：凝血因子IX异常，男性发病异常，男性发病1/300001/30000血友病血友病C ：凝血因子：凝血因子XI异常，犹太人异常，犹太人分子生物学CH10tan疾病和衰老凝血过程凝血过程 凝血因子、凝血因子、Ca+、磷脂、磷脂、VitKn凝血酶原凝血酶原 凝血酶凝血酶 纤维蛋白原纤维蛋白原 纤维蛋白纤维蛋白 分子生物学CH10tan疾病和衰老凝血因子凝血因子FVIIInFVIII基因基因186186kb、26个外显子、个外显子、2525个内含子个内含子nFVIII蛋白蛋白23512351个氨基酸个氨基酸nX染色体长臂末端染色

4、体长臂末端n突变类型多：突变类型多：40%40%倒位（重排），精子形成过程中倒位（重排），精子形成过程中 点突变，多错义突变，点突变，多错义突变，GC盒内。盒内。 缺失，可导致移码突变缺失，可导致移码突变 插入，逆转录转座插入，逆转录转座dscDNA 重复，重复序列不稳定重复，重复序列不稳定分子生物学CH10tan疾病和衰老（二）假肥大型肌营养不良症（二）假肥大型肌营养不良症DMDnX连锁隐性遗传病，男性发病率连锁隐性遗传病，男性发病率1/35001/3500nDMD基因基因24002400kb,79外显子外显子 50-60% 50-60%缺失突变，缺失突变，1/31/3为新生突变，可致为新生

5、突变，可致移码突变移码突变nDMD抗肌萎缩蛋白有抗肌萎缩蛋白有36843684个氨基酸，抗肌个氨基酸，抗肌肉萎缩，肌细胞骨架蛋白之一肉萎缩，肌细胞骨架蛋白之一分子生物学CH10tan疾病和衰老二、多基因病二、多基因病n遗传因素与环境因素相互作用的结果遗传因素与环境因素相互作用的结果n不一定遵从孟德尔遗传规律不一定遵从孟德尔遗传规律n共显性：基因没有显性、隐性之分共显性：基因没有显性、隐性之分n微效基因：每个基因的性状效应较微小微效基因：每个基因的性状效应较微小n积累效应：不同的微效基因通过累加作用积累效应：不同的微效基因通过累加作用形成一个明显的表型性状形成一个明显的表型性状分子生物学CH10

6、tan疾病和衰老n数量性状：多基因遗传的性状，连锁变异数量性状：多基因遗传的性状，连锁变异n遗传易感性：遗传因素决定了患病的风险遗传易感性：遗传因素决定了患病的风险n易患性：遗传因素和环境因素共同决定了易患性：遗传因素和环境因素共同决定了患病的可能性患病的可能性n遗传率：遗传因素遗传率：遗传因素（即致病基因）所起作即致病基因）所起作用的大小（遗传率与患病率见用的大小（遗传率与患病率见p234）n主效基因：起主要作用的致病基因主效基因：起主要作用的致病基因分子生物学CH10tan疾病和衰老种类n肿瘤肿瘤n免疫性疾病免疫性疾病n心血管疾病心血管疾病n代谢性疾病代谢性疾病n精神病精神病分子生物学CH

7、10tan疾病和衰老（一）糖尿病n以以“三多一少三多一少”为典型临床症状，以糖代为典型临床症状，以糖代谢紊乱为主，表现为持续性高血糖，胰岛谢紊乱为主，表现为持续性高血糖，胰岛素相对或绝对不足，常伴有并发症的代谢素相对或绝对不足，常伴有并发症的代谢性疾病性疾病n代谢综合征，伴有脂代谢、蛋白代谢紊乱，代谢综合征，伴有脂代谢、蛋白代谢紊乱，易患冠心病、动脉粥样硬化、白内障、脂易患冠心病、动脉粥样硬化、白内障、脂肪肝、高血压等。肪肝、高血压等。分子生物学CH10tan疾病和衰老DM-I n胰岛细胞缺陷、胰岛素绝对不足胰岛细胞缺陷、胰岛素绝对不足n自身免疫性、特发性自身免疫性、特发性n特点特点 1 1、

8、酮症倾向，症状较重，三多一少明显、酮症倾向，症状较重，三多一少明显2 2、通常幼年发现。亦可发现于任何年龄，遗传率高、通常幼年发现。亦可发现于任何年龄，遗传率高3 3、血、血INS低值，低值，C 肽接近肽接近0 0，INS抗体（抗体（ICA）常常阳）常常阳性性4 4、C 肽是肽是型重要诊断指标，。型重要诊断指标，。5 5、依赖、依赖INS 治疗，也会产生治疗，也会产生INS抵抗。可能抗体抵抗。可能抗体ICA越来越多。越来越多。6 6、占人群、占人群0.28%0.28%，占糖尿病，占糖尿病5-10%5-10%分子生物学CH10tan疾病和衰老DM-I相关基因n胰岛细胞抗体胰岛细胞抗体ICAn胰岛

9、素抗体胰岛素抗体IAAn人类白细胞抗原基因人类白细胞抗原基因HLA：DQ型和型和DR型。可用于预测预防型。可用于预测预防DM-I。分子生物学CH10tan疾病和衰老DM-IIn胰岛素抵抗为主，胰岛素相对不足胰岛素抵抗为主，胰岛素相对不足n特点：特点：1 1、常、常4040岁后发病。亦可发现于任何年龄。遗传倾向明显岁后发病。亦可发现于任何年龄。遗传倾向明显2 2、症状较轻或缺如，通常逐渐发病。、症状较轻或缺如，通常逐渐发病。3 3、多见、多见 于肥胖者，肥胖率远高于于肥胖者，肥胖率远高于型型4 4、无或少酮症倾向，除非在严重激发状态，如感染、心肌、无或少酮症倾向，除非在严重激发状态，如感染、心肌

10、梗塞时）梗塞时）5 5、血、血INS水平多数不低于正常，水平多数不低于正常，C肽不低，血脂常偏高。肽不低，血脂常偏高。INS抵抗为其集中表现、是中心环节抵抗为其集中表现、是中心环节6 6、占人群、占人群2 2。5%5%，占糖尿病，占糖尿病80-95%80-95%，我国，我国2-32-3千万。全球约千万。全球约一亿，人口的一亿，人口的5%5%分子生物学CH10tan疾病和衰老DM-II相关基因n胰岛素及其受体相关基因胰岛素及其受体相关基因n信号转导相关基因信号转导相关基因n其他激素相关基因其他激素相关基因n糖转运及相关基因糖转运及相关基因n糖代谢相关基因：葡萄糖激酶、糖原合酶糖代谢相关基因：葡萄

11、糖激酶、糖原合酶等等n脂代谢相关基因脂代谢相关基因n线粒体线粒体tRNA基因基因分子生物学CH10tan疾病和衰老胰岛素信号转导（酪氨酸激酶途径）胰岛素信号转导（酪氨酸激酶途径） n胰岛素胰岛素 结合受体结合受体 激激活受体酪氨酸激酶活性活受体酪氨酸激酶活性 激活激活IRS-1 结合结合GRB 结合结合Sos 激活激活Ras 结合结合Raf-1 激活激活MEK 激激活活ERK 激活转录因子激活转录因子 糖原合成、葡萄糖分解关键酶糖原合成、葡萄糖分解关键酶表达表达 脂肪合成、胆固醇合成关键酶脂肪合成、胆固醇合成关键酶 使血糖下降使血糖下降, ,脂肪合成脂肪合成分子生物学CH10tan疾病和衰老分

12、子生物学CH10tan疾病和衰老分子生物学CH10tan疾病和衰老血糖血糖食物中食物中糖糖肝糖原分肝糖原分解解 非糖物非糖物质质CO2+H2O+能量能量合成肝糖合成肝糖原原 肌糖原肌糖原尿糖尿糖脂肪、核糖、脂肪、核糖、氨基酸等氨基酸等+ +分子生物学CH10tan疾病和衰老脂肪酸脂肪酸酮体酮体胆固醇胆固醇磷脂磷脂胆碱、鞘氨醇胆碱、鞘氨醇脂类脂类磷酸甘油磷酸甘油脂肪脂肪胆固胆固醇酯醇酯 草酰乙酸草酰乙酸 柠柠檬酸檬酸 延胡索酸延胡索酸 异异 柠檬酸柠檬酸 琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A A 酮戊二酸酮戊二酸5 5磷酸磷酸核糖核糖乳酸乳酸 葡萄糖葡萄糖 糖原糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸果糖

13、3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰辅酶辅酶A 糖类糖类分子生物学CH10tan疾病和衰老n特殊型（P239）n妊娠型分子生物学CH10tan疾病和衰老（二）高血压1 1、单基因遗传性高血压、单基因遗传性高血压1 1）糖皮质激素可矫正的醛固酮增多症）糖皮质激素可矫正的醛固酮增多症特点：高醛固酮、低肾素、盐敏感特点：高醛固酮、低肾素、盐敏感病因：病因：醛固酮合成酶基因醛固酮合成酶基因突变，与突变，与11- -羟化酶融合，羟化酶融合，调控区为调控区为11- -羟化酶基因的调控区，羟化酶基因的调控区，表达异常高，表达异常高，且不受肾

14、素、血管紧张素调节，只受促肾上腺皮质激且不受肾素、血管紧张素调节，只受促肾上腺皮质激素素ACTH的调节，的调节，ACTH受糖皮质激素抑制。受糖皮质激素抑制。2 2）盐皮质激素增多症）盐皮质激素增多症特点：低醛固酮、低肾素、盐敏感特点：低醛固酮、低肾素、盐敏感病因：病因：11-11- - -羟固醇脱氢酶羟固醇脱氢酶基因基因表达异常，皮质醇不表达异常，皮质醇不能转化为皮质酮，皮质醇增加，激活盐皮质激素受体能转化为皮质酮，皮质醇增加，激活盐皮质激素受体分子生物学CH10tan疾病和衰老肾素血管紧张素系统分子生物学CH10tan疾病和衰老2、原发性高血压内皮素ET：最强和持久的缩血管肽、平滑肌增 生内

15、皮素转换酶：前内皮素内皮素eNO合酶：舒张血管，抑制平滑肌增 生心钠素和心钠素受体：利钠利尿，舒张血管分子生物学CH10tan疾病和衰老高脂蛋白血症高脂蛋白血症病因：载脂蛋白及其受体基因变异病因：载脂蛋白及其受体基因变异nAPOB家族性家族性apoB-100缺陷症：缺陷症： 与与LDL受体亲和受体亲和力下降力下降nAPOE家族性家族性III型高脂蛋白血症（家族性高型高脂蛋白血症（家族性高 - 脂蛋脂蛋白血症：不能与白血症：不能与CM残体受体、残体受体、LDL受体结受体结合合分子生物学CH10tan疾病和衰老VLDL、IDL、LDL代谢代谢脂蛋白脂酶脂蛋白脂酶 肝、脂肪细胞等肝、脂肪细胞等合成合

16、成三酰甘油三酰甘油磷脂磷脂胆固醇、酯胆固醇、酯HDL IDLIDL胆固醇酯胆固醇酯磷脂磷脂 三酰甘油三酰甘油B100E LDLLDL胆固醇酯胆固醇酯B100B100三酰甘油三酰甘油 磷脂磷脂 胆固醇酯胆固醇酯 新生新生VLDLVLDLE肝肝肝肝LDL受体受体三酰甘油三酰甘油 磷脂磷脂 胆固醇酯胆固醇酯成熟成熟VLDLVLDLB100C、E分子生物学CH10tan疾病和衰老CM代谢代谢吸收吸收 脂蛋白脂酶脂蛋白脂酶 小肠黏膜细胞小肠黏膜细胞合成合成三酰甘油三酰甘油 ( (90%)90%) 磷脂磷脂 胆固醇酯胆固醇酯B48三酰甘油三酰甘油 磷脂磷脂 胆固醇胆固醇酯酯 新生新生CMCMA三酰甘油三酰

17、甘油 磷脂磷脂 胆固醇酯胆固醇酯C、E E成熟成熟CMCMB48AHDL 残余残余CMCM胆固醇胆固醇酯酯B48E肝分子生物学CH10tan疾病和衰老第二节 衰老的分子生物学分子生物学CH10tan疾病和衰老研究衰老的目的nAdd life into years ，and not years into life.n给岁月以生气，而不是给生命以岁月分子生物学CH10tan疾病和衰老细胞衰老与整体衰老细胞衰老与整体衰老n细胞衰老导致整体衰老细胞衰老导致整体衰老n但细胞衰老不等于整体衰老。细胞衰老、但细胞衰老不等于整体衰老。细胞衰老、死亡不是衰老特征死亡不是衰老特征分子生物学CH10tan疾病和衰老

18、衰老的细胞分子水平特征1.1.有丝分裂后细胞有丝分裂后细胞的死亡是器官衰老标记的死亡是器官衰老标记 如神经元、心肌、骨骼肌，出生后不久分化而如神经元、心肌、骨骼肌，出生后不久分化而停止停止 分裂，完成生长期（只长大）后就开始凋分裂，完成生长期（只长大）后就开始凋亡，有丝分裂后细胞的亡，有丝分裂后细胞的凋亡凋亡是其衰老核心问题是其衰老核心问题2.2.有丝分裂前细胞有丝分裂前细胞的的周期延缓周期延缓是老化指征是老化指征 如神经胶质、肠上皮、骨髓、肝、皮肤如神经胶质、肠上皮、骨髓、肝、皮肤 网状内皮系统的细胞，终生分裂网状内皮系统的细胞，终生分裂分子生物学CH10tan疾病和衰老神经系统的衰老神经系

19、统的衰老nAD发病机制发病机制：AD病理特点为广泛的大脑病理特点为广泛的大脑皮质萎缩，显微镜下可见皮质神经元脱失，皮质萎缩，显微镜下可见皮质神经元脱失，伴有胶质细胞增生及皮质下继发性脱髓鞘。伴有胶质细胞增生及皮质下继发性脱髓鞘。现代细胞分子生物学认为，本病的发生与现代细胞分子生物学认为，本病的发生与神经第质的缺陷有关，主要是乙酰胆碱转神经第质的缺陷有关，主要是乙酰胆碱转移酶和乙酰胆碱合成酶的活性降低造成移酶和乙酰胆碱合成酶的活性降低造成乙乙酰胆碱（酰胆碱（Ach）显著低于正常显著低于正常，而这是由，而这是由胆碱能传入神经元的渐进性凋亡所致。胆碱能传入神经元的渐进性凋亡所致。分子生物学CH10t

20、an疾病和衰老n1981,19821981,1982年年Whitehouse 等对等对AD患者进患者进行尸检后发现，行尸检后发现，AD患者的海马及基底神经患者的海马及基底神经核的胆碱能神经元丧失达核的胆碱能神经元丧失达30-50%30-50%，有时可，有时可达达90%90%。分子生物学CH10tan疾病和衰老依据依据“胆碱能系统受损假说胆碱能系统受损假说”设计的药设计的药物物乙酰胆碱转移酶、乙酰胆碱合成酶乙酰胆碱转移酶、乙酰胆碱合成酶 胆碱酯酶胆碱酯酶 乙酰胆碱乙酰胆碱 80 80年代，针对年代，针对AD药物治疗的主要依据是药物治疗的主要依据是“胆碱能系胆碱能系统受损假说统受损假说”，设计的药

21、物如胆碱酯酶抑制剂毒蕈碱等均，设计的药物如胆碱酯酶抑制剂毒蕈碱等均疗效不大；疗效不大；分子生物学CH10tan疾病和衰老根据胆碱能神经元广泛凋亡的假说制定根据胆碱能神经元广泛凋亡的假说制定预防和治疗预防和治疗ADAD方案方案n凋亡的主要机制涉及到凋亡的主要机制涉及到核酸内切酶激活核酸内切酶激活、断裂、断裂DNADNA，核酸核酸内切酶的激活需胞内游离内切酶的激活需胞内游离Ca2+增加增加，这是细胞毒性机制导，这是细胞毒性机制导致致细胞凋亡或坏死的共同最后通路细胞凋亡或坏死的共同最后通路，很多证据表明衰老和，很多证据表明衰老和AD时胞内游离时胞内游离Ca2+均明显增加，均明显增加，7575岁后胞内

22、增加的岁后胞内增加的Ca2+浓度水平足以激活易感个体的凋亡相关基因，可能导致细浓度水平足以激活易感个体的凋亡相关基因，可能导致细胞毒性蛋白即胞毒性蛋白即 淀粉样蛋白的表达，使神经元凋亡。推想淀粉样蛋白的表达，使神经元凋亡。推想维持细胞固有游离维持细胞固有游离Ca2+浓度的正常可降低神经元凋亡率，浓度的正常可降低神经元凋亡率，从而治疗从而治疗AD。据此设计的据此设计的Ca2+通道阻滞剂尼莫地平通道阻滞剂尼莫地平（nimodipine, NMD）等确实可延缓等确实可延缓AD进行性的记忆受进行性的记忆受损，而无明显的副作用，损，而无明显的副作用，Ca2+通道阻滞剂类药物还有可能通道阻滞剂类药物还有可

23、能作为作为AD的预防用药。的预防用药。分子生物学CH10tan疾病和衰老衰老的特征n包涵物包涵物：脂褐素（膜残余）等：脂褐素（膜残余）等“衰老色素衰老色素” 堆集，在心肌细胞堆集，在心肌细胞中每十年以总容积中每十年以总容积0.3%0.6%0.3%0.6%递增，色素、淀粉样蛋白、免疫复递增，色素、淀粉样蛋白、免疫复合物沉着合物沉着n染色体染色体： 衰老时衰老时DNA与组蛋白与组蛋白结合紧密结合紧密，非组蛋白含量减，非组蛋白含量减少，组蛋白非组蛋白磷酸化、乙酰化、甲基化等少，组蛋白非组蛋白磷酸化、乙酰化、甲基化等修饰下降修饰下降，染染色体模板色体模板 活性下降活性下降，转录活性下降，对，转录活性下

24、降，对DNA酶活性不敏感酶活性不敏感nDNA：甲基化下降：甲基化下降n胶原胶原：单聚体下降，三聚体增加：单聚体下降，三聚体增加 可溶性胶原下降，不溶性胶原增加可溶性胶原下降，不溶性胶原增加 交联与异常交联增加，形成交联后再交联交联与异常交联增加，形成交联后再交联成熟交联成熟交联键键， 以以 衰老交联键衰老交联键组氨丙氨酸交联键为主，含量与衰组氨丙氨酸交联键为主，含量与衰老程老程 度成正比，易与钙、脂质结合度成正比，易与钙、脂质结合n酶、激素与物质代谢：酶、激素与物质代谢：分子生物学CH10tan疾病和衰老胶原结构的变化胶原结构的变化青年人的青年人的螺旋纤维螺旋纤维仅仅本组仅仅本组内交联，内交联

25、，螺旋多肽螺旋多肽间并不互间并不互相连接相连接原胶原分子之间原胶原分子之间均产生交叉键结均产生交叉键结合，形成衰老的合，形成衰老的巨大分子巨大分子随年龄增随年龄增长，原胶长，原胶原内两个原内两个螺旋多肽螺旋多肽之间产生之间产生交叉键结交叉键结合合分子生物学CH10tan疾病和衰老最高寿命最高寿命n成长期（达到生殖成熟所需时间）与最高成长期（达到生殖成熟所需时间）与最高寿限有显著相关性寿限有显著相关性n推算人的最高寿命为推算人的最高寿命为100-150100-150岁岁n女性寿命长于男性女性寿命长于男性分子生物学CH10tan疾病和衰老衰老的理论衰老的理论遗传控制与遗传损伤遗传控制与遗传损伤n交

26、联学说：交联学说：原胶原分子之间均产生交叉键结合，形成衰老原胶原分子之间均产生交叉键结合，形成衰老的巨大分子的巨大分子n自由基损伤学说：自由基损伤学说：SOD和和CAT转基因实验；自由基使转基因实验；自由基使Ca2+内流而诱导凋亡，有丝分裂后细胞对其敏感内流而诱导凋亡，有丝分裂后细胞对其敏感n损伤修复学说：损伤修复学说：哺乳动物皮肤细胞对紫外线诱导损伤修复哺乳动物皮肤细胞对紫外线诱导损伤修复能力与动物最高寿命有线性关系，裸露的线粒体能力与动物最高寿命有线性关系，裸露的线粒体DNA无修无修复能力，随年龄增加丢失碱基增加复能力，随年龄增加丢失碱基增加n细胞调亡学说：细胞调亡学说：细胞过早、过多调亡细胞过早、过多调亡n端粒酶学说：端粒酶学说：生殖细胞与肿瘤细胞活性高，体细胞活性低生殖细胞与肿瘤细胞活性高，体细胞活性低n基因控制学说：基因控制学说：衰老基因？长寿基因？衰老基因？长寿基因？分子生物学CH10tan疾病和衰老n4 4号染色体可能蕴藏着人类号染色体可能蕴藏着人类“长寿基因长寿基因” 。 2001 2001 Puca等跟踪观察等跟踪观察137137组年龄组年龄9 9l一一109109岁岁的长寿同胞的长寿同胞( (sibllt,gs)，308名长寿老人，名