医学细胞与遗传学：2014-绪论

1、医学细胞与遗传学医学细胞与遗传学绪绪 论论n什么是细胞生物学？什么是细胞生物学？n为什么要学习细胞生物学？为什么要学习细胞生物学？n如何学习细胞生物学？如何学习细胞生物学？什么是细胞生物学什么是细胞生物学细胞（细胞（cell）nThe basic structure and functional unit of all organisms; ncells may exist as independent units of life (as in monads) or may form colonies or tissues as in higher plants and animals.n细胞

2、是由质膜包裹构成完整的功能单位，细胞是由质膜包裹构成完整的功能单位，能自我调节和独立生存，同时它也不断的能自我调节和独立生存，同时它也不断的同外界进行物质、能量、信息的交换。同外界进行物质、能量、信息的交换。n细胞的发现是和显微镜的发明分不开的。细胞的发现是和显微镜的发明分不开的。n1604年荷兰人年荷兰人Z. Jansen发明第一台显发明第一台显微镜。微镜。Robert Hooke则利用显微镜对则利用显微镜对物质世界进行了显微观察。物质世界进行了显微观察。n最早于最早于1665年由年由Robert Hooke发现，发现，n荷兰人列文荷兰人列文虎克虎克(Antonie van Leeuwenh

3、oek, 16321723) 第一次观察第一次观察到完整的活细胞。到完整的活细胞。细胞学说细胞学说n1838年年M. J. Schleiden提出所有的植物都提出所有的植物都由细胞构成。由细胞构成。nT.Schwann提出所有的动物也都由细胞构提出所有的动物也都由细胞构成。成。 所有生物都是由一个或多个细胞组成所有生物都是由一个或多个细胞组成 细胞是生命的结构单位细胞是生命的结构单位n1855 德国人德国人R. Virchow 提出提出“一切细胞一切细胞来源于细胞来源于细胞”的著名论断，进一步完善了的著名论断，进一步完善了细胞学说。细胞学说。 n施莱登（施莱登（Matthias J.Schle

4、iden,18041881）n施旺（施旺（Theodor Schwann,18101882）n魏尔肖魏尔肖(Rudolf Ludwig Karl Virchow, 18211902)n1831年年Remark发现无丝分裂发现无丝分裂n1880年年Flemming发现染色质和有丝分裂发现染色质和有丝分裂n1892年年Hertwig的的细胞与组织细胞与组织标志着细标志着细胞学的创立胞学的创立细胞生物学细胞生物学Cell biologyn从细胞从细胞/ /细胞群、亚细胞结构、分子等不同水细胞群、亚细胞结构、分子等不同水平出发，研究各种生命现象，并将这三个不平出发，研究各种生命现象，并将这三个不同层次

5、的研究有机地结合起来，系统的揭示同层次的研究有机地结合起来，系统的揭示生命的本质。生命的本质。nThis includes their physiological properties such as their structure and the organelles they contain, their behaviors, their environment and interactions, their life cycle, division and function (physiology) and eventual death. 分子细胞生物学（分子细胞生物学（Molecula

6、r Cell Biology）nDNA双螺旋模型和双螺旋模型和“中心法则中心法则”提出后逐渐形成，提出后逐渐形成，研究的焦点是细胞的生命活动与亚细胞成分的生研究的焦点是细胞的生命活动与亚细胞成分的生物分子的结构变化的关系，代表了细胞生物学新物分子的结构变化的关系，代表了细胞生物学新的发展方向。的发展方向。nconcentrates on the macromolecules and reactions, the cell processes, and the gene control pathways. 医学细胞生物学医学细胞生物学n由于生物技术的不断发展，在细胞水平由于生物技术的不断发展，在

7、细胞水平上探讨与揭示生命现象的本质已不是细上探讨与揭示生命现象的本质已不是细胞生物学的唯一任务，现代细胞生物学胞生物学的唯一任务，现代细胞生物学也侧重于在工业、农业、医药学领域的也侧重于在工业、农业、医药学领域的应用，如人体细胞生物学、医学细胞生应用，如人体细胞生物学、医学细胞生物学等。物学等。人类基因组计划人类基因组计划n人类基因组计划人类基因组计划（Human genome project） 1985由美国首先提出，由美国首先提出，1990年正式启动，年正式启动，我国于我国于1993年年加入该计划，承担其中加入该计划，承担其中1%的的任务，即人类任务，即人类3号染色体短臂上约号染色体短臂上

8、约30Mb的的测序任务。测序任务。2000年年6月月26日人类基因组框架日人类基因组框架图完成。图完成。2003年年4月月6国科学家宣布人类基国科学家宣布人类基因组序列图完成。因组序列图完成。n1998年年: 信号分子信号分子n1999年年: 信号肽信号肽n2001年年: 细胞周期的关键分子调节机制细胞周期的关键分子调节机制n2002年年: 程序性死亡的遗传调节机制程序性死亡的遗传调节机制n2003年：通道蛋白年：通道蛋白n2004年：受体年：受体n2007年年: 干细胞干细胞n2009年年: 端粒与端粒酶端粒与端粒酶 / 核糖体核糖体n2012年年: 诱导多能干细胞诱导多能干细胞n2013年

9、：囊泡运输机制年：囊泡运输机制 细胞生物学与诺贝尔奖细胞生物学与诺贝尔奖为什么要学习细胞生物学为什么要学习细胞生物学 现代医学现代医学 与现代细胞生物学与现代细胞生物学 的关系的关系1细胞生物学的发展促进了医细胞生物学的发展促进了医 学的发展学的发展 (1.1)(1.1)生殖（生殖（reproductionreproduction） 在本质上是精子细胞与卵细胞的结合在本质上是精子细胞与卵细胞的结合 干预（生育控制、干预（生育控制、 治疗不孕不育）治疗不孕不育） (1.2)(1.2)细胞工程细胞工程 (cell engineering)n应用细胞生物学技术和分子生物学技术，应用细胞生物学技术和分

10、子生物学技术，改造细胞，使之有利于医学实践，造福人改造细胞，使之有利于医学实践，造福人类类 n九院整复外科专家曹谊林教授在裸鼠九院整复外科专家曹谊林教授在裸鼠身上成功地移植了人造耳身上成功地移植了人造耳 n 一名一名7岁男孩因车祸造岁男孩因车祸造n 成颅骨成颅骨66厘米缺损厘米缺损n 采用组织工程技术修采用组织工程技术修n 复复,经经4个月随访个月随访,生长生长n 良好良好(1.3)(1.3)分化（分化（differentiationdifferentiation）n受精卵产生的同源细胞，在各方面发生稳受精卵产生的同源细胞，在各方面发生稳定性差异的过程。定性差异的过程。再生医学（再生医学（re

11、generative medicineregenerative medicine）n分化的过程中，许多组织都保留一些分化程度较分化的过程中，许多组织都保留一些分化程度较低的干细胞（低的干细胞（stem cellstem cell）处于暂时静止状态，必）处于暂时静止状态，必要时干细胞可通过细胞分裂，分化为更高分化程要时干细胞可通过细胞分裂，分化为更高分化程度的细胞。干细胞生物学的研究将为这类疾病的度的细胞。干细胞生物学的研究将为这类疾病的治疗带来不可限量的前景，它是现代再生医学治疗带来不可限量的前景，它是现代再生医学（regenerative medicineregenerative medic

12、ine）的基础。）的基础。 干细胞（干细胞（stem cell）(1.4)(1.4)细胞衰老细胞衰老 （cell aging）n通过衰老机制的研究，最终将揭示人类衰老的本质，通过衰老机制的研究，最终将揭示人类衰老的本质，进而控制细胞及人的衰老，达到延年益寿的目的。进而控制细胞及人的衰老，达到延年益寿的目的。n细胞衰老的机制当前多集中于分子水平上的研究，细胞衰老的机制当前多集中于分子水平上的研究，如衰老相关基因（如衰老相关基因（senescence-associated gene， SAG）、染色体端粒（）、染色体端粒（telomere）、一些与疾病）、一些与疾病有关的物质（如有关的物质（如Al

13、zheimer病中类淀粉前体蛋白）病中类淀粉前体蛋白）在衰老中的作用等等。在衰老中的作用等等。nWerner综合症是一种罕见的疾病，患者会综合症是一种罕见的疾病，患者会在青春期之后出现老化的外貌。病人皮肤、在青春期之后出现老化的外貌。病人皮肤、骨骼肌、心血管系统功能退化加速，取自骨骼肌、心血管系统功能退化加速，取自病人身上的培养细胞，其端粒比正常个体病人身上的培养细胞，其端粒比正常个体短，端粒短，端粒DNA修复能力降低。有研究表明修复能力降低。有研究表明是由于人类染色体是由于人类染色体8短臂的短臂的Werner综合症综合症基因（基因（WRN）发生突变所致。）发生突变所致。(1.5)(1.5)细

14、胞信号传导细胞信号传导(signal transduction) n细胞作为生命的基本单位，作为一个相对细胞作为生命的基本单位，作为一个相对独立的系统，对于外界输入的信号，如何独立的系统，对于外界输入的信号，如何接受信号、传递和处理信号，乃至作出反接受信号、传递和处理信号，乃至作出反应，有一套自身的规律；疾病机制的研究应，有一套自身的规律；疾病机制的研究（如肿瘤、药物中毒）、药物的筛选及毒（如肿瘤、药物中毒）、药物的筛选及毒副作用的研究都是以此作为基础开展的。副作用的研究都是以此作为基础开展的。 2 2医学上的疑难杂症往往也需医学上的疑难杂症往往也需 要在细胞水平的研究上才能要在细胞水平的研究

15、上才能 获得突破获得突破 (2.1)疾病发病机制的探讨疾病发病机制的探讨 n疾病是细胞病变的综合反映，而细胞病疾病是细胞病变的综合反映，而细胞病变则是细胞在致病因素的作用下，组成变则是细胞在致病因素的作用下，组成细胞的若干分子相互作用的结果；生物细胞的若干分子相互作用的结果；生物的理化的和遗传的因素都可能通过不同的理化的和遗传的因素都可能通过不同的途径影响到细胞内的分子存在，而导的途径影响到细胞内的分子存在，而导致细胞病变致细胞病变 CJD病人大脑组织切片，左：海绵状病变及周围的病人大脑组织切片，左：海绵状病变及周围的沉淀斑，右：淀粉样蛋白沉淀沉淀斑，右：淀粉样蛋白沉淀n1982年年Prusi

16、ner发现羊瘙痒病的病原体是发现羊瘙痒病的病原体是一种蛋白质，后将之命名为一种蛋白质，后将之命名为prion ，即蛋白，即蛋白质感染因子或朊病毒，质感染因子或朊病毒，Prusiner因此项发因此项发现更新了医学感染的概念，获现更新了医学感染的概念，获1997年的诺年的诺贝尔生理与医学奖贝尔生理与医学奖“for his discovery of prions-a new biological principle of infection. ”n朊病毒朊病毒( (PrPSc)具有极强的生命力和感染力。具有极强的生命力和感染力。n不畏甲醛，耐热，在高温加热后仍具有一定的感不畏甲醛，耐热，在高温加热后

17、仍具有一定的感染力。染力。n耐受放射线和紫外线的照射，并对化学疗法有抗耐受放射线和紫外线的照射，并对化学疗法有抗药性。药性。n对蛋白酶对蛋白酶K、尿素、苯酚、氯仿等不具抗性。、尿素、苯酚、氯仿等不具抗性。 n朊病毒（朊病毒（Prion）是一种结构变异的蛋白质，）是一种结构变异的蛋白质，它的增殖既不是由于基因过分表达，也不它的增殖既不是由于基因过分表达，也不是因为翻译量增加，而是由于正常分子的是因为翻译量增加，而是由于正常分子的构象发生转变造成的。构象发生转变造成的。n朊病毒能转变细胞内的正常蛋白，使之发朊病毒能转变细胞内的正常蛋白，使之发生结构变异，具有致病作用。生结构变异，具有致病作用。Pr

18、ion(2.2)(2.2)疾病诊断的基础疾病诊断的基础 n疾病的诊断除了必要的病原学检查外，更疾病的诊断除了必要的病原学检查外，更主要的是有赖于疾病所带来的异常特征，主要的是有赖于疾病所带来的异常特征，整体水平、生化水平、细胞水平或分子水整体水平、生化水平、细胞水平或分子水平的变化，都可能是疾病诊断的依据平的变化，都可能是疾病诊断的依据 n细胞或分子水平的变化来进行诊断就很容细胞或分子水平的变化来进行诊断就很容易获得早期诊断，也就十分有利于疾病的易获得早期诊断，也就十分有利于疾病的早期治疗早期治疗 (2.3)(2.3)疾病的治疗疾病的治疗n疾病的治疗有赖于对疾病机制的深入了解疾病的治疗有赖于对疾