细胞增殖和凋亡异常与疾病课件

1受精卵成人200多种细胞约1014个细胞1个细胞“细胞增殖”“细胞分化”1受精卵成人200多种细胞约1014个细胞1个223受精卵成人200多种细胞约1014个细胞1个细胞“细胞增殖”“细胞分化”“细胞凋亡”3受精卵成人200多种细胞约1014个细胞1个4细胞增殖的概述细胞增殖异常与疾病细胞周期及其调控细胞周期调控异常与疾病调控细胞周期与疾病的防治4细胞增殖的概述细胞增殖异常与疾病细胞周期及其调控细胞周期调5细胞增殖(cellproliferation)细胞分化(celldifferentiation)细胞通过生长和分裂使细胞数目增加,使子细胞获得和母细胞相同遗传特性的过程。

细胞通过分裂增殖产生结构和功能上有特定差异的子代细胞的过程。两者关系:相互关联但有所不同基因型相同基因型相同细胞表型不同

概述5细胞增殖(cellproliferation)细胞分化(6生命延续的保证生长发育的基础维持细胞数量稳态细胞增殖分化生物学意义

概述

参与创伤修复6生命延续的保证细胞增殖分化生物学意义概述参与创伤修复7细胞周期(cellcycle)指细胞从一次分裂结束，到下一次分裂终了的过程或间隔时间。细胞增殖是通过细胞周期来实现G1期:DNA合成前期

S期:DNA合成期G2期:DNA合成后期

M期:有丝分裂期7细胞周期(cellcycle)指细胞从一次分裂结束，到下8图1细胞周期过程特点:

单向性阶段性检查点微环境影响机体活细胞分类:周期性细胞(连续分裂细胞)G0期细胞(休眠细胞)终端分化细胞(不分裂细胞)8图1细胞周期过程特点:机体活细胞分类:92001年10月8日美国人Leland

Hartwell、英国人PaulNurse、Timothy

Hunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖

利兰.哈特韦尔保罗.诺斯蒂莫西.亨特ControllingGenesCDKscyclins92001年10月8日美国人Leland

Hartwell、10细胞周期的调控细胞周期自身调控细胞外信号对细胞周期的调控10细胞周期的调控细胞周期自身调控细胞外信号对细胞周期的调控11细胞周期的调控细胞周期自身调控CDKcyclinCDI检查机制驱动机制周期素依赖性蛋白激酶(cyclindependentkinase)“引擎”“油门”“刹车”“检查站关卡”细胞周期检查点11细胞周期的调控细胞周期自身调控CDKcyclinCDI12细胞周期自身调控周期素(cyclin)“油门”特点:呈周期性波动功能:激活相应CDK，驱动该期前进Cyclin至少有8种，分三大类G1期cyclinS期cyclinG2/M期cyclin:cyclinD,E等:cyclinA等:cyclinB等12细胞周期自身调控周期素(cyclin)“油门”特13细胞周期自身调控周期素(cyclin)“油门”属丝氨酸/苏氨酸蛋白酶

CDK家族有9种成员（CDK1~9）CDK的激活是细胞周期运行的直接动力

-不同阶段有相应的cyclin/CDK

-CDK与相应的cyclin结合才能被激活周期素依赖性激酶(CDK)“引擎”13细胞周期自身调控周期素(cyclin)“油门”属14图2不同阶段的cyclin/CDK复合物CDK1/CycB14图2不同阶段的cyclin/CDK复合物CDK1/C15图3CDK活性的影响因素①cyclin(正调节)Thr161的磷酸化（活性位点）Thr14和Tyr15去磷酸化(抑制位点）②某些氨基酸残基磷酸化状态④CDI(负调节)⑤泛素降解灭活CDK③CAK+15图3CDK活性的影响因素①cyclin(正调节)Th16周期素(cyclin)“油门”周期素依赖性激酶(CDK)“引擎”细胞周期的调控细胞周期自身调控可特异性抑制CDK的活性周期素依赖性激酶抑制因子(CDI)“刹车”16周期素(cyclin)“油门”细胞周期的调控细胞17周期素依赖性激酶抑制因子

(cyclindependentkinaseinhibitor,

CDI)Ink4Kip结构特点组成成员作用特点含一个重复结构域锚蛋白P16Ink4a\P15Ink4b\P18Ink4c\P19Ink4d特异性地与CDK4/6结合,抑制激酶活性N端含一个保守的80个氨基酸序列P21wafl\P27kip1\P57kip2与cyclin/CDK复合物结合而抑制CDK17周期素依赖性激酶抑制因子(cyclindepen18周期素(cyclin)“油门”周期素依赖性激酶(CDK)“引擎”周期素依赖性激酶抑制因子(CDI)“刹车”细胞周期的调控细胞周期自身调控DNA损伤检查点：G1/S、G2/M交界处DNA复制检查点：S/G2交界处纺锤体组装检查点：M/G0交界处

在生物进化过程中，细胞发展出一套保证细胞周期中DNA复制和染色体分配质量的检查机制。细胞周期检查点(checkpoint)“关卡”18周期素(cyclin)“油门”细胞周期的调控细胞19G1/S检查点S/G2期检查点

图4细胞周期检查点细胞凋亡失败细胞周期正常修复机制有问题成功探测器传感器效应器(CDK)质量情况G2/M检查点M/G0检查点DNA损伤19G1/S检查点S/G2期检查点图4细胞周期检查20P53图5P53促进CDI中的P21cip1表达20P53图5P53促进CDI中的P21cip1表达21周期素(cyclin)“油门”周期素依赖性激酶(CDK)“引擎”周期素依赖性激酶抑制因子(CDI)“刹车”细胞周期检查点(checkpoint)“关卡”其它因素细胞周期的调控细胞周期自身调控泛素(ubiquitin)依赖的蛋白溶解系统抑癌基因产物P53和Rb蛋白21周期素(cyclin)“油门”细胞周期的调控细胞22细胞外信号对细胞周期的调控增殖信号：促cyclinD的合成及下调CDI的合成细胞周期的调控细胞周期自身调控抑制信号：增殖信号：肽类生长因子等22细胞外信号对细胞周期的调控增殖信号：促cyclinD的合23图2不同阶段的cyclin/CDK复合物CDK1/CycBCyclinD肽类生长因子Ras/Raf/ERK(+)23图2不同阶段的cyclin/CDK复合物CDK1/C24下调cyclin和CDK等表达，诱导CDI产生细胞外信号对细胞周期的调控抑制信号：TGF-β等增殖信号：肽类生长因子等细胞周期的调控细胞周期自身调控24下调cyclin和CDK等表达，诱导CDI产生细胞外信号25丝/苏氨酸蛋白激酶型受体Smad2Smad4-PP-TGF-βTGFβR细胞膜胞浆胞核Smad4Smad2-P-PSmad2Smad4P-P-TGF-β途径对细胞增殖的负调控作用抑制增殖抑制CDK4的表达诱导CDI的产生25丝/苏氨酸蛋白激酶型受体Smad2Smad4-PP-TG26-Checkpoint+驱动机制检查机制CDICyclin-CDK抑制信号-+增殖信号+

--

自身调控

胞外信号

调控细胞周期调控26-Checkpoint+驱动机制检查机制CDICycli27细胞周期调控异常细胞增殖过度细胞增殖缺陷疾病驱动机制异常检查机制障碍恶性肿瘤、家族性红细胞增多症、前列腺肥大等糖尿病肾病、神经退行性疾病、再生障碍性贫血等细胞周期调控异常与疾病27细胞周期调控异常细胞增殖过度细胞增殖缺陷疾病驱动机制异28细胞增殖过度与肿瘤肿瘤细胞恶性增殖的机制细胞周期调控异常与疾病28细胞增殖过度与肿瘤肿瘤细胞恶性增殖的机制细胞周期调控异常29驱动机制检查机制CDI-checkpointCDK4,6/cyclinDCDK2/cyclinECDK2/cyclinACDK1/cyclinBCyclin-CDK+细胞恶性增殖驱动力增强检查机制失灵肿瘤细胞恶性增殖的机制29驱动机制检查机制CDI-checkpointCDK4,630肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达细胞增殖过度与肿瘤基因扩增cyclinD1过表达的主要机制染色体倒位cyclinD机制染色体易位30肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达细胞增殖过度与31肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多细胞增殖过度与肿瘤主要见于CDK4和CDK6过度表达31肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多细32丝/苏氨酸蛋白激酶型受体Smad2Smad4-PP-TGF-βTGFβR细胞膜胞浆胞核Smad4Smad2-P-PSmad2Smad4P-P-抑制增殖抑制CDK4的表达诱导CDI的产生TGF-β途径对细胞增殖的负调控作用32丝/苏氨酸蛋白激酶型受体Smad2Smad4-PP-TG33肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多CDI表达不足和突变细胞增殖过度与肿瘤33肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多C34Ink4（-）（-）（-）34Ink4（-）（-）（-）35肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多CDI表达不足和突变细胞增殖过度与肿瘤Ink4失活:P16Ink4a失活等Kip含量减少:P21kip1表达减弱使抑制细胞增殖的作用减弱P27kip1表达降低与肿瘤发生、分化、分级和预后有关35肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多C36肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多CDI表达不足和突变细胞增殖过度与肿瘤检查点功能障碍36肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多C37G1/S检查点G2/M检查点DNA损伤细胞阻滞于G1期细胞凋亡修复失败缺陷的DNAwtP53Kip表达BaxBcl-2修复成功细胞周期Li-Fraumeni癌症综合征是以乳腺癌为主的癌家族综合征，将近50％的受累家族成员发生多发性原发性肿瘤，可患有脑瘤，骨肉瘤，横纹肌肉瘤，白血病，肺癌，结肠癌，肾上腺皮质癌等。预期90%以上的受累家族成员70岁前会发生肿瘤。37G1/S检查点G2/M检查点DNA损伤细胞阻滞于G138肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多CDI表达不足和突变检查点功能障碍细胞增殖过度与肿瘤G1/S检查点功能障碍P53突变G2/M检查点功能障碍38肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多C39肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多CDI表达不足和突变检查点功能障碍恶性增殖细胞增殖过度与肿瘤39肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多C40细胞增殖缺陷细胞增殖过度与肿瘤糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机制P27过表达细胞周期调控异常与疾病CDK4,6/cyclinD高糖TGF-βP21p27（-）细胞增殖（-）糖尿病肾病、神经退行性疾病、再生障碍性贫血等40细胞增殖缺陷细胞增殖过度与肿瘤糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机41细胞增殖缺陷细胞增殖过度与肿瘤糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机制P27过表达pRb低磷酸化细胞周期调控异常与疾病CDK4高糖TGF-β（-）细胞增殖（-）pRb低磷酸化41细胞增殖缺陷细胞增殖过度与肿瘤糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机42细胞增殖缺陷细胞增殖过度与肿瘤细胞周期调控异常与疾病衰老细胞增殖缺陷的机制糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机制CDK和cyclin均有异常CDK-cyclin复合物活性降低CDI过表达42细胞增殖缺陷细胞增殖过度与肿瘤细胞周期调控异常与疾病衰老43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上皮生长因子（EGF）Flavopiridol—以肿瘤为例43调控细胞周期与疾病的防治合理利用增殖相关信号抑制cycl44细胞凋亡异常与疾病概述细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡失调与疾病细胞凋亡与疾病的防治细胞凋亡异常的发生机制44细胞凋亡异常与疾病概述细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡失调与45概述细胞凋亡(apoptosis)由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致细胞死亡的过程。特点：主动过程细胞死亡的一种方式45概述细胞凋亡(apoptosis)由体内外因素触发细胞内46表1细胞凋亡与细胞坏死的比校

凋亡坏死性质生理性或病理性,特异性病理性,非特异性诱因较弱刺激，非随机发生强烈刺激，随机发生基因调控有无形态变化46表1细胞凋亡与细胞坏死的比校凋亡47核固缩或碎裂凋亡小体形成

(apoptotsisbody)细胞皱缩出芽染色质边集炎症反应无炎症反应ApoptotsisbodynecrosisReleaseofintracellularcontentsInflammationapoptosis细胞肿胀细胞结构全面破坏细胞凋亡与坏死形态学改变的差别47核固缩或碎裂细胞皱缩炎症反应无炎症反应Apoptotsi48细胞凋亡的生化改变内源性核酸内切酶的激活DNA片段化DNA双链在核小体连接区被核酸内切酶切割而断裂成180-200bp或其整倍数的片段。凋亡蛋白酶caspase的激活48细胞凋亡的生化改变内源性核酸内切酶的激活DNA片段化49核小体30nm染色质的基本结构DNA片段长度约为200bp酶切点49核小体30nm染色质的基本结构DNA片段长度约为200b50细胞凋亡的生化改变内源性核酸内切酶的激活DNA片段化DNA双链在核小体连接区被核酸内切酶切割而断裂成180-200bp或其整倍数的片段。电泳呈特征性的“梯”状条带(ladderpattern)50细胞凋亡的生化改变内源性核酸内切酶的激活DNA片段化51“梯”状条带(ladderpattern)坏死条带51“梯”状条带(ladderpattern)坏死条带52细胞凋亡的生化改变:内源性核酸内切酶的激活凋亡蛋白酶caspase的激活灭活凋亡抑制蛋白分解与细胞骨架构成相关的蛋白直接作用于细胞结构使之解体瓦解核结构成核碎片含半胱氨酸的门冬氨酸特异水解酶

(cysteine-containingaspartate-specificprotease)52细胞凋亡的生化改变:内源性核酸内切酶的激活凋亡蛋白酶ca53表1细胞凋亡与细胞坏死的比校

凋亡坏死性质生理性或病理性,特异性病理性,非特异性诱因较弱刺激强烈刺激凋亡小体

有无基因调控有无形态变化细胞皱缩，胞膜及细胞器相对完整，核固缩细胞肿胀细胞结构全面破坏主动过程,有新蛋白合成被动过程,无新蛋白合成DNA电泳DNA片状不规则，电泳多呈涂抹状DNA片段化电泳呈“梯”状条带

无有

炎症反应生化特点53表1细胞凋亡与细胞坏死的比校凋亡54细胞凋亡异常与疾病概述细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡失调与疾病细胞凋亡与疾病的防治细胞凋亡异常的发生机制54细胞凋亡异常与疾病概述细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡失调与55

细胞凋亡的过程与调控

凋亡信号凋亡信号转导

凋亡相关基因激活

细胞凋亡的执行

凋亡细胞的清除?55细胞凋亡的过程与调控凋亡信号凋亡信号转导凋56凋亡信号生理性凋亡信号激素或生长因子的直接作用病理性凋亡信号激素或生长因子的间接作用56凋亡信号生理性凋亡信号激素或生长因子的直接作用病理性凋亡57诱导性因素理化因素射线、化疗药微生物学因素细菌、病毒免疫性因素抑制性因素病理性凋亡信号化学促癌物质病毒EB病毒57诱导性因素理化因素射线、化疗药抑制性因素病58

细胞凋亡的过程与调控

凋亡信号凋亡信号转导

凋亡相关基因激活

细胞凋亡的执行

凋亡细胞的清除?58细胞凋亡的过程与调控凋亡信号凋亡信号转导凋59细胞凋亡信号的转导(transduction)死亡受体介导的凋亡通路内质网介导的凋亡通路线粒体介导的凋亡通路死亡受体介导的凋亡通路59细胞凋亡信号的转导(transduction)死亡受体介60死亡受体--是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的膜受体配体：TNF-α、FasL、TRAIL等死亡受体介导的凋亡通路60死亡受体--是一类通过与相应配体结合，配体61死亡受体介导的凋亡通路61死亡受体介导的凋亡通路62死亡受体介导的凋亡通路62死亡受体介导的凋亡通路63Fas细胞膜FasL肿瘤坏死因子受体家族Caspase-1降解H1组蛋白DNA暴露酶切位点胞外抗Fas抗体、免疫细胞表面的FasL及可溶性FasL等神经鞘磷脂酶活性神经酰胺激活蛋白激酶caspases级联反应Ca2+信号系统核酸内切酶细胞凋亡63Fas细胞膜FasL肿瘤坏死因子受体家族Caspase-64细胞凋亡信号的转导(transduction)死亡受体介导的凋亡通路线粒体介导的凋亡通路由死亡受体非依赖的凋亡信号启动64细胞凋亡信号的转导(transduction)死亡受体介65线粒体内外膜间通透性转换孔(PTP)开放

线粒体膜通透性增大

凋亡启动因子释放

细胞凋亡线粒体跨膜电位(ψm)凋亡诱导因素Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等？线粒体介导的凋亡通路65线粒体内外膜间通透性转换孔(PTP)开放线粒体膜通透性66线粒体介导的凋亡通路Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等66线粒体介导的凋亡通路Ca2+、NO、缺血、缺氧及活67线粒体介导的凋亡通路Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等67线粒体介导的凋亡通路Ca2+、NO、缺血、缺氧及活68线粒体介导的凋亡通路Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等68线粒体介导的凋亡通路Ca2+、NO、缺血、缺氧及活69细胞凋亡信号的转导(transduction)死亡受体介导的凋亡通路内质网介导的凋亡通路线粒体介导的凋亡通路69细胞凋亡信号的转导(transduction)死亡受体介70Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等死亡受体通路线粒体通路小结70Ca2+、NO、缺血、缺氧及活性氧等死亡受体通路线71

细胞凋亡的过程与调控

凋亡信号凋亡信号转导

凋亡相关基因激活

细胞凋亡的执行

凋亡细胞的清除?71细胞凋亡的过程与调控凋亡信号凋亡信号转导凋72

凋亡相关基因的激活--凋亡相关基因按预定程序激活执行凋亡所需的各种酶类内源性核酸内切酶凋亡蛋白酶Caspases组织型转谷氨酰胺酶需钙蛋白酶可使肌动蛋白、纤维连接蛋白和粘附蛋白Ⅱ等交联形成僵硬不溶的蛋白，凋亡小体参与酶的活化和膜的再塑72凋亡相关基因的激活--凋亡相关基因按预定程序激活执行凋73

细胞凋亡的过程与调控

凋亡信号凋亡信号转导

凋亡相关基因激活

细胞凋亡的执行

凋亡细胞的清除73细胞凋亡的过程与调控凋亡信号凋亡信号转导凋74凋亡诱导因素信号转导启动凋亡程序凋亡双向调控基因C-myc抑制凋亡基因Bcl-2Bcl-XL-促进凋亡基因wtp53Bax+

凋亡的调控基因74凋亡诱信号启动凋凋亡双向调控基因抑制凋亡基因-促进凋亡基75促凋亡基因wtP53细胞凋亡修复失败细胞阻滞于G1期缺陷的DNAwtP53CIP表达修复成功细胞周期“分子警察”?75促凋亡基因wtP53细胞凋亡修复失败细胞阻滞于G1期缺陷76P53介导的凋亡反应模式P53BaxBcl-2Caspase-9Caspase3,6,7蛋白溶解细胞凋亡CtyCATPApaf-1线粒体BidFas

DRSCaspase-8,10衔接子76P53介导的凋亡反应模式P53BaxBcl-2Caspa77抑制凋亡基因Bcl-2

抗凋亡机制:抑制促凋亡性调节蛋白(Bax等)抑制caspases的激活抗氧化作用抑制线粒体释放促凋亡的蛋白维持细胞钙稳态即B细胞淋巴瘤/白血病-2基因(B

celllymphoma/leukemia-2，Bcl-2)77抑制凋亡基因Bcl-2抗凋亡机制:抑制促凋亡性调节蛋白78C-myc(癌基因)

对细胞凋亡具有双向调节作用C-myc增殖

有GF凋亡无GF双向调控基因78C-myc(癌基因)对细胞凋亡具有双向调节作用C-my79

细胞凋亡的过程与调控

凋亡信号凋亡信号转导

凋亡相关基因激活

细胞凋亡的执行

凋亡细胞的清除?79细胞凋亡的过程与调控凋亡信号凋亡信号转导凋80凋亡细胞的清除吞噬细胞受体对凋亡细胞识别（凋亡细胞有死亡标记）凝集素：识别细胞表面糖类Victronectin受体：由血小板反应蛋白介导磷脂酰丝氨酸受体：磷脂酰丝氨酸80凋亡细胞的清除吞噬细胞受体对凋亡细胞识别凝集素：识别细胞81

凋亡信号凋亡信号转导凋亡相关基因激活细胞凋亡的执行凋亡细胞的清除小结：生理性凋亡信号病理性凋亡信号死亡受体介导的凋亡通路线粒体介导的凋亡通路内质网介导的凋亡通路激活执行凋亡所需的各种酶类内源性核酸内切酶

凋亡蛋白酶caspases等吞噬细胞凝集素的作用血小板反应蛋白介导吞噬磷脂酰丝氨酸受体的作用81凋亡信号凋亡信号转导凋亡相关基因激活细胞凋亡的执行凋82细胞凋亡与疾病概述细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡失调与疾病细胞凋亡与疾病的防治细胞凋亡异常的发生机制82细胞凋亡与疾病概述细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡失调与疾病83细胞凋亡异常发生机制氧化损伤钙稳态失衡线粒体损伤死亡受体的激活83细胞凋亡异常发生机制氧化损伤钙稳态失衡线粒体损伤死亡受体84超氧阴离子（O2-·）羟自由基（OH.）过氧化氢（H2O2）等氧化损伤氧化应激(oxidativestress)电离辐射等氧自由基生物大分子氧化损伤细胞凋亡异常发生机制84超氧阴离子（O2-·）羟自由基（OH.）过氧85氧化应激致细胞凋亡的机制:引起钙稳态失衡及线粒体损伤促进凋亡基因的表达激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶损伤DNA，激活P53基因脂质过氧化作用损伤细胞膜85氧化应激致细胞凋亡的机制:引起钙稳态失衡及线粒体损伤促进86钙稳态失衡胞内Ca2+浓度升高TNF-α,抗CD3抗体等激活核酸内切酶激活谷氨酰胺转移酶Ca2+使DNA易被切割促凋亡基因表达细胞凋亡86钙稳态失衡胞内Ca2+浓度升高TNF-α,抗CD3抗体等87Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等死亡受体通路线粒体通路线粒体损伤87Ca2+、NO、缺血、缺氧及活性氧等死亡受体通路线88凋亡信号转导凋亡相关基因激活细胞凋亡的执行凋亡细胞的清除凋亡诱导因素(+)细胞凋亡异常发生机制氧化损伤钙稳态失衡线粒体损伤死亡受体的激活88凋亡信号转导凋亡相关基因激活细胞凋亡的执行凋亡细胞的清除89细胞凋亡失调与疾病细胞凋亡不足细胞凋亡过度细胞凋亡不足与过度并存“该死的细胞没死”“不该死的细胞死了”89细胞凋亡失调与疾病细胞凋亡不足细胞凋亡过度细胞凋亡不足与90细胞凋亡不足肿瘤“该死的细胞没死”凋亡抑制Bcl-2基因表达增加P53基因突变或缺失细胞癌变增殖失控肿瘤形成90细胞凋亡不足肿瘤“该死的细胞没死”凋亡抑制Bcl-2基因91病毒感染性疾病细胞凋亡不足“该死的细胞没死”肿瘤凋亡促进基因的P53失活凋亡抑制基因bcl-2的过表达灭活ICE痘病毒产生ICE的抑制物91病毒感染性疾病细胞凋亡不足“该死的细胞没死”肿瘤凋亡促进92细胞凋亡过度心血管疾病心肌缺血与缺血-再灌注损伤“不该死的细胞死了”心肌细胞凋亡的可能机制：氧化应激缺血缺氧→死亡受体Fas表达显著上调缺氧→P53基因激活92细胞凋亡过度心血管疾病心肌缺血与缺血-再灌注损伤“不该死93细胞凋亡过度心血管疾病心肌缺血与缺血-再灌注损伤心力衰竭病毒感染HIV感染SARS冠状病毒感染

神经元退行性疾病阿尔茨海默氏病帕金森氏病等“不该死的细胞死了”93细胞凋亡过度心血管疾病心肌缺血与缺血-再灌注损伤心力衰竭94细胞凋亡不足与过度并存动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)致病因素血管内皮细胞凋亡过度平滑肌细胞凋亡相对不足粥样硬化灶形成94细胞凋亡不足与过度并存动脉粥样硬化(atheroscle95细胞凋亡在疾病防治中的意义防治思路凋亡不足凋亡过度凋亡诱导因素凋亡信号转导凋亡相关基因激活细胞凋亡的执行诱导细胞凋亡抑制细胞凋亡(+)氧化损伤钙稳态失衡线粒体损伤(-)(-)95细胞凋亡在疾病防治中的意义防治思路凋亡不足凋亡过度凋亡诱96细胞凋亡在疾病防治中的意义合理利用凋亡相关因素用外源性TNF诱导白血病细胞凋亡治疗白血病用神经生长因子治疗阿尔茨海默氏病96细胞凋亡在疾病防治中的意义合理利用凋亡相关因素用外源性T97细胞凋亡在疾病防治中的意义合理利用凋亡相关因素干预凋亡信号转导用阿霉素刺激肿瘤细胞表达Fas，促使肿瘤细胞凋亡用环胞霉素A阻抑线粒体跨膜电位下降和防止PTP开放防止细胞凋亡97细胞凋亡在疾病防治中的意义合理利用凋亡相关因素干预凋亡信98细胞凋亡在疾病防治中的意义合理利用凋亡相关因素干预凋亡信号转导调节凋亡相关基因向肿瘤细胞导入野生型p53基因，促使肿瘤细胞凋亡98细胞凋亡在疾病防治中的意义合理利用凋亡相关因素干预凋亡信99细胞凋亡在疾病防治中的意义合理利用凋亡相关因素干预凋亡信号转导调节凋亡相关基因控制凋亡相关的酶用锌抑制核酸内切酶和caspases

的活性治疗AD和AIDS用钙阻滞剂抑制核酸内切酶和

caspases防治缺血再灌注损伤99细胞凋亡在疾病防治中的意义合理利用凋亡相关因素干预凋亡信100受精卵成人200多种细胞约1014个细胞1个细胞“细胞增殖”“细胞分化”1受精卵成人200多种细胞约1014个细胞1个1012102受精卵成人200多种细胞约1014个细胞1个细胞“细胞增殖”“细胞分化”“细胞凋亡”3受精卵成人200多种细胞约1014个细胞1个103细胞增殖的概述细胞增殖异常与疾病细胞周期及其调控细胞周期调控异常与疾病调控细胞周期与疾病的防治4细胞增殖的概述细胞增殖异常与疾病细胞周期及其调控细胞周期调104细胞增殖(cellproliferation)细胞分化(celldifferentiation)细胞通过生长和分裂使细胞数目增加,使子细胞获得和母细胞相同遗传特性的过程。

细胞通过分裂增殖产生结构和功能上有特定差异的子代细胞的过程。两者关系:相互关联但有所不同基因型相同基因型相同细胞表型不同

概述5细胞增殖(cellproliferation)细胞分化(105生命延续的保证生长发育的基础维持细胞数量稳态细胞增殖分化生物学意义

概述

参与创伤修复6生命延续的保证细胞增殖分化生物学意义概述参与创伤修复106细胞周期(cellcycle)指细胞从一次分裂结束，到下一次分裂终了的过程或间隔时间。细胞增殖是通过细胞周期来实现G1期:DNA合成前期

S期:DNA合成期G2期:DNA合成后期

M期:有丝分裂期7细胞周期(cellcycle)指细胞从一次分裂结束，到下107图1细胞周期过程特点:

单向性阶段性检查点微环境影响机体活细胞分类:周期性细胞(连续分裂细胞)G0期细胞(休眠细胞)终端分化细胞(不分裂细胞)8图1细胞周期过程特点:机体活细胞分类:1082001年10月8日美国人Leland

Hartwell、英国人PaulNurse、Timothy

Hunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖

利兰.哈特韦尔保罗.诺斯蒂莫西.亨特ControllingGenesCDKscyclins92001年10月8日美国人Leland

Hartwell、109细胞周期的调控细胞周期自身调控细胞外信号对细胞周期的调控10细胞周期的调控细胞周期自身调控细胞外信号对细胞周期的调控110细胞周期的调控细胞周期自身调控CDKcyclinCDI检查机制驱动机制周期素依赖性蛋白激酶(cyclindependentkinase)“引擎”“油门”“刹车”“检查站关卡”细胞周期检查点11细胞周期的调控细胞周期自身调控CDKcyclinCDI111细胞周期自身调控周期素(cyclin)“油门”特点:呈周期性波动功能:激活相应CDK，驱动该期前进Cyclin至少有8种，分三大类G1期cyclinS期cyclinG2/M期cyclin:cyclinD,E等:cyclinA等:cyclinB等12细胞周期自身调控周期素(cyclin)“油门”特112细胞周期自身调控周期素(cyclin)“油门”属丝氨酸/苏氨酸蛋白酶

CDK家族有9种成员（CDK1~9）CDK的激活是细胞周期运行的直接动力

-不同阶段有相应的cyclin/CDK

-CDK与相应的cyclin结合才能被激活周期素依赖性激酶(CDK)“引擎”13细胞周期自身调控周期素(cyclin)“油门”属113图2不同阶段的cyclin/CDK复合物CDK1/CycB14图2不同阶段的cyclin/CDK复合物CDK1/C114图3CDK活性的影响因素①cyclin(正调节)Thr161的磷酸化（活性位点）Thr14和Tyr15去磷酸化(抑制位点）②某些氨基酸残基磷酸化状态④CDI(负调节)⑤泛素降解灭活CDK③CAK+15图3CDK活性的影响因素①cyclin(正调节)Th115周期素(cyclin)“油门”周期素依赖性激酶(CDK)“引擎”细胞周期的调控细胞周期自身调控可特异性抑制CDK的活性周期素依赖性激酶抑制因子(CDI)“刹车”16周期素(cyclin)“油门”细胞周期的调控细胞116周期素依赖性激酶抑制因子

(cyclindependentkinaseinhibitor,

CDI)Ink4Kip结构特点组成成员作用特点含一个重复结构域锚蛋白P16Ink4a\P15Ink4b\P18Ink4c\P19Ink4d特异性地与CDK4/6结合,抑制激酶活性N端含一个保守的80个氨基酸序列P21wafl\P27kip1\P57kip2与cyclin/CDK复合物结合而抑制CDK17周期素依赖性激酶抑制因子(cyclindepen117周期素(cyclin)“油门”周期素依赖性激酶(CDK)“引擎”周期素依赖性激酶抑制因子(CDI)“刹车”细胞周期的调控细胞周期自身调控DNA损伤检查点：G1/S、G2/M交界处DNA复制检查点：S/G2交界处纺锤体组装检查点：M/G0交界处

在生物进化过程中，细胞发展出一套保证细胞周期中DNA复制和染色体分配质量的检查机制。细胞周期检查点(checkpoint)“关卡”18周期素(cyclin)“油门”细胞周期的调控细胞118G1/S检查点S/G2期检查点

图4细胞周期检查点细胞凋亡失败细胞周期正常修复机制有问题成功探测器传感器效应器(CDK)质量情况G2/M检查点M/G0检查点DNA损伤19G1/S检查点S/G2期检查点图4细胞周期检查119P53图5P53促进CDI中的P21cip1表达20P53图5P53促进CDI中的P21cip1表达120周期素(cyclin)“油门”周期素依赖性激酶(CDK)“引擎”周期素依赖性激酶抑制因子(CDI)“刹车”细胞周期检查点(checkpoint)“关卡”其它因素细胞周期的调控细胞周期自身调控泛素(ubiquitin)依赖的蛋白溶解系统抑癌基因产物P53和Rb蛋白21周期素(cyclin)“油门”细胞周期的调控细胞121细胞外信号对细胞周期的调控增殖信号：促cyclinD的合成及下调CDI的合成细胞周期的调控细胞周期自身调控抑制信号：增殖信号：肽类生长因子等22细胞外信号对细胞周期的调控增殖信号：促cyclinD的合122图2不同阶段的cyclin/CDK复合物CDK1/CycBCyclinD肽类生长因子Ras/Raf/ERK(+)23图2不同阶段的cyclin/CDK复合物CDK1/C123下调cyclin和CDK等表达，诱导CDI产生细胞外信号对细胞周期的调控抑制信号：TGF-β等增殖信号：肽类生长因子等细胞周期的调控细胞周期自身调控24下调cyclin和CDK等表达，诱导CDI产生细胞外信号124丝/苏氨酸蛋白激酶型受体Smad2Smad4-PP-TGF-βTGFβR细胞膜胞浆胞核Smad4Smad2-P-PSmad2Smad4P-P-TGF-β途径对细胞增殖的负调控作用抑制增殖抑制CDK4的表达诱导CDI的产生25丝/苏氨酸蛋白激酶型受体Smad2Smad4-PP-TG125-Checkpoint+驱动机制检查机制CDICyclin-CDK抑制信号-+增殖信号+

--

自身调控

胞外信号

调控细胞周期调控26-Checkpoint+驱动机制检查机制CDICycli126细胞周期调控异常细胞增殖过度细胞增殖缺陷疾病驱动机制异常检查机制障碍恶性肿瘤、家族性红细胞增多症、前列腺肥大等糖尿病肾病、神经退行性疾病、再生障碍性贫血等细胞周期调控异常与疾病27细胞周期调控异常细胞增殖过度细胞增殖缺陷疾病驱动机制异127细胞增殖过度与肿瘤肿瘤细胞恶性增殖的机制细胞周期调控异常与疾病28细胞增殖过度与肿瘤肿瘤细胞恶性增殖的机制细胞周期调控异常128驱动机制检查机制CDI-checkpointCDK4,6/cyclinDCDK2/cyclinECDK2/cyclinACDK1/cyclinBCyclin-CDK+细胞恶性增殖驱动力增强检查机制失灵肿瘤细胞恶性增殖的机制29驱动机制检查机制CDI-checkpointCDK4,6129肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达细胞增殖过度与肿瘤基因扩增cyclinD1过表达的主要机制染色体倒位cyclinD机制染色体易位30肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达细胞增殖过度与130肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多细胞增殖过度与肿瘤主要见于CDK4和CDK6过度表达31肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多细131丝/苏氨酸蛋白激酶型受体Smad2Smad4-PP-TGF-βTGFβR细胞膜胞浆胞核Smad4Smad2-P-PSmad2Smad4P-P-抑制增殖抑制CDK4的表达诱导CDI的产生TGF-β途径对细胞增殖的负调控作用32丝/苏氨酸蛋白激酶型受体Smad2Smad4-PP-TG132肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多CDI表达不足和突变细胞增殖过度与肿瘤33肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多C133Ink4（-）（-）（-）34Ink4（-）（-）（-）134肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多CDI表达不足和突变细胞增殖过度与肿瘤Ink4失活:P16Ink4a失活等Kip含量减少:P21kip1表达减弱使抑制细胞增殖的作用减弱P27kip1表达降低与肿瘤发生、分化、分级和预后有关35肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多C135肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多CDI表达不足和突变细胞增殖过度与肿瘤检查点功能障碍36肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多C136G1/S检查点G2/M检查点DNA损伤细胞阻滞于G1期细胞凋亡修复失败缺陷的DNAwtP53Kip表达BaxBcl-2修复成功细胞周期Li-Fraumeni癌症综合征是以乳腺癌为主的癌家族综合征，将近50％的受累家族成员发生多发性原发性肿瘤，可患有脑瘤，骨肉瘤，横纹肌肉瘤，白血病，肺癌，结肠癌，肾上腺皮质癌等。预期90%以上的受累家族成员70岁前会发生肿瘤。37G1/S检查点G2/M检查点DNA损伤细胞阻滞于G1137肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多CDI表达不足和突变检查点功能障碍细胞增殖过度与肿瘤G1/S检查点功能障碍P53突变G2/M检查点功能障碍38肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多C138肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多CDI表达不足和突变检查点功能障碍恶性增殖细胞增殖过度与肿瘤39肿瘤细胞恶性增殖的机制Cyclin的过表达CDK的增多C139细胞增殖缺陷细胞增殖过度与肿瘤糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机制P27过表达细胞周期调控异常与疾病CDK4,6/cyclinD高糖TGF-βP21p27（-）细胞增殖（-）糖尿病肾病、神经退行性疾病、再生障碍性贫血等40细胞增殖缺陷细胞增殖过度与肿瘤糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机140细胞增殖缺陷细胞增殖过度与肿瘤糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机制P27过表达pRb低磷酸化细胞周期调控异常与疾病CDK4高糖TGF-β（-）细胞增殖（-）pRb低磷酸化41细胞增殖缺陷细胞增殖过度与肿瘤糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机141细胞增殖缺陷细胞增殖过度与肿瘤细胞周期调控异常与疾病衰老细胞增殖缺陷的机制糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机制CDK和cyclin均有异常CDK-cyclin复合物活性降低CDI过表达42细胞增殖缺陷细胞增殖过度与肿瘤细胞周期调控异常与疾病衰老142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上皮生长因子（EGF）Flavopiridol—以肿瘤为例43调控细胞周期与疾病的防治合理利用增殖相关信号抑制cycl143细胞凋亡异常与疾病概述细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡失调与疾病细胞凋亡与疾病的防治细胞凋亡异常的发生机制44细胞凋亡异常与疾病概述细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡失调与144概述细胞凋亡(apoptosis)由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致细胞死亡的过程。特点：主动过程细胞死亡的一种方式45概述细胞凋亡(apoptosis)由体内外因素触发细胞内145表1细胞凋亡与细胞坏死的比校

凋亡坏死性质生理性或病理性,特异性病理性,非特异性诱因较弱刺激，非随机发生强烈刺激，随机发生基因调控有无形态变化46表1细胞凋亡与细胞坏死的比校凋亡146核固缩或碎裂凋亡小体形成

(apoptotsisbody)细胞皱缩出芽染色质边集炎症反应无炎症反应ApoptotsisbodynecrosisReleaseofintracellularcontentsInflammationapoptosis细胞肿胀细胞结构全面破坏细胞凋亡与坏死形态学改变的差别47核固缩或碎裂细胞皱缩炎症反应无炎症反应Apoptotsi147细胞凋亡的生化改变内源性核酸内切酶的激活DNA片段化DNA双链在核小体连接区被核酸内切酶切割而断裂成180-200bp或其整倍数的片段。凋亡蛋白酶caspase的激活48细胞凋亡的生化改变内源性核酸内切酶的激活DNA片段化148核小体30nm染色质的基本结构DNA片段长度约为200bp酶切点49核小体30nm染色质的基本结构DNA片段长度约为200b149细胞凋亡的生化改变内源性核酸内切酶的激活DNA片段化DNA双链在核小体连接区被核酸内切酶切割而断裂成180-200bp或其整倍数的片段。电泳呈特征性的“梯”状条带(ladderpattern)50细胞凋亡的生化改变内源性核酸内切酶的激活DNA片段化150“梯”状条带(ladderpattern)坏死条带51“梯”状条带(ladderpattern)坏死条带151细胞凋亡的生化改变:内源性核酸内切酶的激活凋亡蛋白酶caspase的激活灭活凋亡抑制蛋白分解与细胞骨架构成相关的蛋白直接作用于细胞结构使之解体瓦解核结构成核碎片含半胱氨酸的门冬氨酸特异水解酶

(cysteine-containingaspartate-specificprotease)52细胞凋亡的生化改变:内源性核酸内切酶的激活凋亡蛋白酶ca152表1细胞凋亡与细胞坏死的比校

凋亡坏死性质生理性或病理性,特异性病理性,非特异性诱因较弱刺激强烈刺激凋亡小体

有无基因调控有无形态变化细胞皱缩，胞膜及细胞器相对完整，核固缩细胞肿胀细胞结构全面破坏主动过程,有新蛋白合成被动过程,无新蛋白合成DNA电泳DNA片状不规则，电泳多呈涂抹状DNA片段化电泳呈“梯”状条带

无有

炎症反应生化特点53表1细胞凋亡与细胞坏死的比校凋亡153细胞凋亡异常与疾病概述细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡失调与疾病细胞凋亡与疾病的防治细胞凋亡异常的发生机制54细胞凋亡异常与疾病概述细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡失调与154

细胞凋亡的过程与调控

凋亡信号凋亡信号转导

凋亡相关基因激活

细胞凋亡的执行

凋亡细胞的清除?55细胞凋亡的过程与调控凋亡信号凋亡信号转导凋155凋亡信号生理性凋亡信号激素或生长因子的直接作用病理性凋亡信号激素或生长因子的间接作用56凋亡信号生理性凋亡信号激素或生长因子的直接作用病理性凋亡156诱导性因素理化因素射线、化疗药微生物学因素细菌、病毒免疫性因素抑制性因素病理性凋亡信号化学促癌物质病毒EB病毒57诱导性因素理化因素射线、化疗药抑制性因素病157

细胞凋亡的过程与调控

凋亡信号凋亡信号转导

凋亡相关基因激活

细胞凋亡的执行

凋亡细胞的清除?58细胞凋亡的过程与调控凋亡信号凋亡信号转导凋158细胞凋亡信号的转导(transduction)死亡受体介导的凋亡通路内质网介导的凋亡通路线粒体介导的凋亡通路死亡受体介导的凋亡通路59细胞凋亡信号的转导(transduction)死亡受体介159死亡受体--是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的膜受体配体：TNF-α、FasL、TRAIL等死亡受体介导的凋亡通路60死亡受体--是一类通过与相应配体结合，配体160死亡受体介导的凋亡通路61死亡受体介导的凋亡通路161死亡受体介导的凋亡通路62死亡受体介导的凋亡通路162Fas细胞膜FasL肿瘤坏死因子受体家族Caspase-1降解H1组蛋白DNA暴露酶切位点胞外抗Fas抗体、免疫细胞表面的FasL及可溶性FasL等神经鞘磷脂酶活性神经酰胺激活蛋白激酶caspases级联反应Ca2+信号系统核酸内切酶细胞凋亡63Fas细胞膜FasL肿瘤坏死因子受体家族Caspase-163细胞凋亡信号的转导(transduction)死亡受体介导的凋亡通路线粒体介导的凋亡通路由死亡受体非依赖的凋亡信号启动64细胞凋亡信号的转导(transduction)死亡受体介164线粒体内外膜间通透性转换孔(PTP)开放

线粒体膜通透性增大

凋亡启动因子释放

细胞凋亡线粒体跨膜电位(ψm)凋亡诱导因素Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等？线粒体介导的凋亡通路65线粒体内外膜间通透性转换孔(PTP)开放线粒体膜通透性165线粒体介导的凋亡通路Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等66线粒体介导的凋亡通路Ca2+、NO、缺血、缺氧及活166线粒体介导的凋亡通路Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等67线粒体介导的凋亡通路Ca2+、NO、缺血、缺氧及活167线粒体介导的凋亡通路Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等68线粒体介导的凋亡通路Ca2+、NO、缺血、缺氧及活168细胞凋亡信号的转导(transduction)死亡受体介导的凋亡通路内质网介导的凋亡通路线粒体介导的凋亡通路69细胞凋亡信号的转导(transduction)死亡受体介169Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等死亡受体通路线粒体通路小结70Ca2+、NO、缺血、缺氧及活性氧等死亡受体通路线170

细胞凋亡的过程与调控

凋亡信号凋亡信号转导

凋亡相关基因激活

细胞凋亡的执行

凋亡细胞的清除?71细胞凋亡的过程与调控凋亡信号凋亡信号转导凋171

凋亡相关基因的激活--凋亡相关基因按预定程序激活执行凋亡所需的各种酶类内源性核酸内切酶凋亡蛋白酶Caspases组织型转谷氨酰胺酶需钙蛋白酶可使肌动蛋白、纤维连接蛋白和粘附蛋白Ⅱ等交联形成僵硬不溶的蛋白，凋亡小体参与酶的活化和膜的再塑72凋亡相关基因的激活--凋亡相关基因按预定程序激活执行凋172

细胞凋亡的过程与调控

凋亡信号凋亡信号转导

凋亡相关基因激活

细胞凋亡的执行

凋亡细胞的清除73细胞凋亡的过程与调控凋亡信号凋亡信号转导凋173凋亡诱导因素信号转导启动凋亡程序凋亡双向调控基因C-myc抑制凋亡基因Bcl-2Bcl-XL-促进凋亡基因wtp53Bax+

凋亡的调控基因74凋亡诱信号启动凋凋亡双向调控基因抑制凋亡基因-促进凋亡基174促凋亡基因wtP53细胞凋亡修复失败细胞阻滞于G1期缺陷的DNAwtP53CIP表达修复成功细胞周期“分子警察”?75促凋亡基因wtP53细胞凋亡修复失败细胞阻滞于G1期缺陷175P53介导的凋亡反应模式P53BaxBcl-2Caspase-9Caspase3,6,7蛋白溶解细胞凋亡CtyCATPApaf-1线粒体BidFas

DRSCaspase-8,10衔接子76P53介导的凋亡反应模式P53BaxBcl-2Caspa176抑制凋亡基因Bcl-2

抗凋亡机制:抑制促凋亡性调节蛋白(Bax等)抑制caspases的激活抗氧化作用抑制线粒体释放促凋亡的蛋白维持细胞钙稳态即B细胞淋巴瘤/白血病-2基因(B

celllymphoma/leukemia-2，Bcl-2)77抑制凋亡基因Bcl-2抗凋亡机制:抑制促凋亡性调节蛋白177C-myc(癌基因)

对细胞凋亡具有双向调节作用C-myc增殖