增殖凋亡异常与疾病201310课件

细胞增殖和凋亡异常与疾病AbnormalCellProliferation,ApoptosisandRelatedofDisease目的与要求掌握：细胞增殖、细胞周期及细胞凋亡的概念、细胞凋亡的生理和病理意义。熟悉：细胞周期的调控，细胞凋亡的过程及调控、细胞凋亡与坏死的区别、细胞凋亡的主要变化；细胞周期、细胞凋亡调控异常与疾病发生的关系。了解：调控细胞周期、细胞凋亡在疾病防治中的意义。紫外线严重损伤皮肤会引起什么后果？案例8-1

患者：女性，57岁，因发现右乳房包块20年，长大2个多月而入院。患者于20多年前在哺乳时发现右乳内侧包块2个，各约指头大小，疼痛，乳头溢灰白色脓液，无畏寒发热，无红肿，无皮肤凹陷，予停哺乳、抗炎治疗（具体不详）。治疗后包块无疼痛，乳头停止溢乳溢液。近20多年包块均为指头大小，无疼痛及长大。于2个多月前发现右乳内侧包块处皮肤凹陷，2个包块渐长大融合，无红肿热痛，乳头无溢液溢血，皮肤无水肿，无橘皮样变。无湿症。近2个月来患者体重下降约4Kg。6天前到我院门诊穿刺活检为“右乳腺癌”。

查体：双乳头同一水平，对称，右乳内侧距乳头3cm处皮肤凹陷，呈酒窝状，无静脉怒张，局部皮肤与肿块浸润粘连，皮肤颜色加深，但无橘皮样变及湿疹样变，无卫星结节，皮肤凹陷下可扪及4.5*4.5cm大小包块，质硬，表面不光滑，边界不清，可推动，与胸大肌无粘连，压痛，皮温不高，右腋窝扪及数枚约黄豆大小、质硬的淋巴结融合成团，可推动。辅助检查：细胞学穿刺活检示：右乳腺癌。术中冷冻切片示：右乳腺浸润性导管癌。该患者有哪些症状、体征可以说明癌细胞的过度增殖？一、细胞周期(cellcycle)的概述分裂期分裂间期细胞周期分类连续分裂细胞（周期细胞）终末分化细胞暂不分裂细胞（G0期细胞）15

细胞周期的特点单向性:G1SG2

M阶段性:各期细胞形态和代谢特点有明显差异。检查点(checkpoint)：决定细胞增殖分化趋向。细胞微环境：细胞外环境影响细胞周期。二、细胞周期的调控生长因子CyclinD1P21/p27/57

BbmbCdk4,61122P16P15P18p19CyclinECdk2Cdk2CyclinA1222CyclinBCdk1P21G2sG1M细胞周期自身调控2.细胞外信号的调控细胞周期的调控（Regulationofthecellcycle）细胞增殖异常1.细胞周期自身调控（Regulationofintracellularsignals）细胞周期调控机制的核心是一组周期素依赖性蛋白激酶（Cyclindependentkinase,CDKs）Keyspot：Cyclin、CDKs、CDI、Checkpointofcellcycle。■Cyclin与CDKs●细胞周期素Cyclin(油门)【分类

】

CyclinB1、CyclinA、CyclinE、CyclinD1,D2,D3.F,G,H,T。细胞增殖异常CDKPSTAIREcyclinCDKCyclin/CDKCombine图Cyclinbox结构与功能100aa组成cyclinboxCyclin

-COOHH2N-催化亚基

调节亚基

【CDK1活化】CDK1活化Cyclin与CDK1结合、磷酸化CAK对CDK1活化部位的磷酸化Cellcycle●CDKs家族（引擎）CDKs是一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。称为CDK1~9。细胞增殖异常Thr14、Tyr15抑制部位去磷酸化CDK活化激酶（CDKactivationkinaseCAK）

CDK的灭活主要是泛素-蛋白酶体进行泛素化降解细胞增殖异常泛素蛋白质降解的蛋白质【抑制途径】▲CDIs通过直接结合CDK-cyclin复合物的磷酸化活化部位，抑制CDK的激酶活性。▲P16INK4a通过结合CDK4单体，阻断它与cyclins的结合。细胞增殖异常■细胞周期检查点（Checkpointofcellcycle）（关卡）

细胞内存在监控机制—检查点（Checkpoint）。DNA损伤检查点G1/S

CheckpointDNA复制检查点S/G2

纺锤体组装检查点G2/M

细胞增殖异常HowdoseDNAdamagearrestthecellcycleinG1？pRbE2F2.细胞外信号的调控G1期存在一个“限定点”（restrictionpoint），它决定细胞是否进入周期。此“限定点”主要受细胞外信号的调控。

■刺激信号（生长因子）细胞增殖异常（EGF、IGF、IL）

■抑制信号（TGF-β）下调cyclin和CDK4的表达促进P21wafl、P27kipl和P15ink4b等CDI产生，使细胞阻滞在G1期。

（一）细胞增殖过度：恶性肿瘤细胞增殖异常机制之一

■1。Cyclins的异常

肿瘤的发生与cyclin（D、E）过量表达有关。【CyclinD1（Bcl-1）过表达原因】（原癌基因）

▲基因扩增（主要机制）乳腺癌、胃癌、食道癌存在CyclinD1基因扩增过度。细胞增殖异常（一）细胞增殖过度：恶性肿瘤细胞增殖异常机制之一

■1。Cyclins的异常

▲基因扩增（主要机制）

细胞增殖异常▲染色体倒位CyclinD1基因倒位于甲状旁腺激素启动子控制下CyclinD1蛋白合成↑

▲染色体易位甲状旁腺腺癌Bcl-1t(11:14)(q13:q32)易位CyclinD1受Ig重链基因增强子影响CyclinD1表达↑（p15:q13）【CyclinD过表达致肿瘤机制】CyclinD过表达+生长因子CDKs瀑布效应↑细胞增殖过度易发生细胞癌变细胞增殖异常▲基因突变CyclinD1T286突变CyclinD1泛素化受阻CyclinD1↑可能■2.CDK的增多主要见于CDK4、CDK6过表达。CDK4↑+cyclinD结合↑CDK4/cyclinD↑pRbpRb磷酸化↑细胞增殖过度E2F↑G1/S过渡加速细胞增殖异常

■3.CDI表达不足和突变

肿瘤细胞中常出现CDI（肿瘤抑制基因）表达不足或突变。(1)▲InK4失活

【p16InK4基因失活原因】

突变或缺失、染色体易位、p16InK4高度甲基化。细胞增殖异常

■3.CDI表达不足和突变(1)▲InK4失活

【p16InK4基因失活原因】

【Mechanism】p16InK4基因表达↓与CDK4/CDK6结合↓细胞周期处在“易于”被启动状态

易发生细胞癌变

可能细胞增殖异常正常

【Mechanism】p53基因突变P21cip1转录↓DNA受损细胞增殖↑(2)▲

Kip/Cip含量减少（DeficientexpressionofKip/Cip）

P21cipl功能cyclins/CDKs活性↓细胞周期速度↓增殖细胞核抗原（PCNA）阻滞DNA复制

P27Kip1的表达降低与肿瘤发生、分化、分级和预后有关细胞增殖异常

4.检查点功能障碍

主要原因：G1/S、G2/M检查点异常失察结果：探测DNA损伤功能降低

（如发现不了DNA损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等）

Li-Fraumeni癌症综合征患者常发癌症部位及发生率BridewithrarecancergeneoptsformastectomyafterweddingJoanCrossland，Shehasinheritedararegeneticdisorder,Li-Fraumenisyndrome,whichmeansthatsheissusceptibletothesamekindofcancersthatclaimedthelivesofhermotherandbrother.表人类肿瘤p53基因突变热点和频率肿瘤型突变频率（%）突变热点肿瘤型突变频率（%）突变热点肺癌56157，248，273前列腺癌30不确定结肠癌50175，245，248，273肝细胞癌45249食道癌45不确定胶质癌25175、248卵巢癌44273乳腺癌22175、248、273胰腺癌44273子宫内膜癌22248皮肤癌44248、278甲状腺癌13248、273胃癌41不确定白血病12175、248头颈鳞癌37248宫颈癌7273膀胱癌34280软组织肉瘤31不确定细胞增殖异常请你设计治疗肿瘤的方法

■G2/M交界处失察G2/M交界处DNA双链断裂激活DNA损伤检查点阻止细胞进入M期诱导修复基因转录完成断裂的DNA修复

▲失去G2/M检查点的阻滞作用染色体发生重排、丢失细胞增殖异常安吉丽娜·朱莉已接受预防性的双乳腺切除术，以降低患癌风险，因携带突变的BRCA1基因。（二）细胞增殖缺陷细胞增殖↓:组织器官发育不全，器官功能低下衰老：细胞cyclin-CDK活性明显下降；CDI增多。细胞停滞于G1期四、调控细胞周期与疾病的防治:举例-肿瘤的防治1.合理利用增殖相关信号2.抑制cyclin或和CDK的表达和活性3.提高CDI的表达和活性4.修复或利用缺陷的细胞周期检查点细胞凋亡异常与疾病

abnormalapoptosisanddisease一、概述晏殊：昨夜西风凋碧树杜甫：无边落木潇潇下死如秋叶之静美：“凋亡”在希腊语里的原意是树叶的凋落SydneyBrenner,PRIZEDHorvitz,andSulstonsharePhysiologyorMedicineNobel（2002）

“fortheirdiscoveriesconcerninggeneticregulationoforgandevelopmentandprogrammedcelldeath”1090–131=959(cells)

THE2002NOBELPRIZEWINNERapoptosis定义概述Apoptosis(apo-ptosis)PCD（programmedcelldeath）★由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞死亡过程细胞凋亡与坏死的区别★————————————————————————————————————————————————————————坏死凋亡1.性质2.诱导因素强烈刺激，随机发生较弱刺激，非随机发生3.生化特点4.形态变化5.DNA电泳6.炎症反应7.凋亡小体8.基因调控被动过程，无新蛋白合成不耗能主动过程，有新蛋白合成，耗能细胞结构全面溶解破坏、细胞肿胀胞膜及细胞器相对完整细胞皱缩，核固缩弥散性降解电泳呈均一DNA片状DNA片段化（180-200bp）电泳呈“梯”状条带溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体相对完整局部无炎症反应有病理性，非特异性生理性或病理性，特异性无有无凋亡相关基因激活DNase激活、Caspases激活►细胞凋亡大致过程(Theprocessofapoptosis)+cAMP、Ca2+、神经酰胺死亡信号凋亡诱导因素受体诱导期效应期降解期细胞凋亡的过程（Process®ulationofcellapoptosis）细胞凋亡异常■凋亡细胞（实体细胞）与周围细胞脱接触■胞膜空泡化（Blebbing）■细胞固缩（Condensation）、核固缩和发芽■凋亡小体（Apoptoticbody）凋亡细胞(扫描电镜)凋亡细胞(透射电镜)APLApoptosis1.形态学改变（Themorphologiccharacteristicsofapoptosis）►凋亡时细胞的主要变化（Featuresofapoptosiscells）细胞凋亡异常Acelldyingbyapoptosis.Acancercell(mauve)undergoingapoptosis.凋亡细胞的改变坏死凋亡■内源性核酸内切酶激活Ca2+/Mg2+增加核酸内切酶活性Zn2+抑制核酸内切酶活性■DNA片段化（DNAladdingpattern）激活核酸内切酶核小体连接区发生DNA降解，寡核小体片段（180～200bp的倍数）2.生化改变（Thebiochemicalcharacteristicsofapoptosis）细胞凋亡异常■细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻（caspase激活、PKC活化、蛋白合成等）细胞凋亡的生化改变特点：CysteineAsparaticacidspecificproteaseapoptosis凋亡过程与调控Caspases作用1：灭活凋亡的抑制物作用2：水解蛋白质结构，形成凋亡小体作用3：水解凋亡相关活性蛋白apoptosis凋亡过程与调控信号TNF相关蛋白存活因素缺失化疗药物Caspases活化因子死亡受体细胞色素C释放Apaf-1FADD起始Caspase效应CaspaseCaspase-3（-6，-7）Caspase8（-10）Caspase-9执行凋亡（裂解凋亡调控因子，裂解看家蛋白)Caspases的活化与级联反应

►调亡信号

Table：Influenceoffactorsofapoptosis生理性调亡信号病理性调亡信号TNF多种细胞毒素病毒感染、射线、应激、化疗药糖皮质激素淋巴细胞谷氨酸神经细胞营养因子缺乏睾酮缺乏前列腺细胞负荷过重

细胞凋亡异常细胞调亡的调控抑制细胞调亡因素：促癌物、某些病毒大鼠被阉割后2d在前列腺中诱导的凋亡细胞调亡信号的转导4内质网途径1.死亡受体介导的调亡通路■死亡受体TNFR、FasR、DR3、DR4、DR5等是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的跨胞膜蛋白。■通路（pathway）FASLFADDPro-caspase-8Caspase-8Caspase-3Pro-caspase-3细胞凋亡FasRFADD（Fas-associateddeathdomain）；DD（deathdomain）；DED（deatheffectordomain）。DEDDEDDD2.线粒体介导的调亡通路

Ca2+NO缺氧活性氧应激AIFcaspase-independentapoptosis膜通透性↑、线粒体肿胀、△m↓PTP开放Cyt.c+Pro-caspase-9ATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cCARDApoptosomePro-Caspase-3凋亡Caspase-3Apaf-1活化Cyt.cCaspase-9BidCaspase-8Smac/DiabloIAPs►(四)细胞凋亡的基因调控表细胞凋亡的调控基因功能基因抑制凋亡基因Bcl-2Bcl-XL、A1/Bfl-1、Bcl-w、Bcl-G和Mcl-1等促凋亡基因P53、Bax、Bad、Bak、Bid、Bim、Bik、Bok、Bcl-B、Bcl-Xs、Krk、Mtd、Nip3、Nix、Noxa等双向调控基因C-myc细胞凋亡异常(programmedcelldeath,PCD)经典凋亡模型凋亡相关基因线虫体细胞凋亡研究：PCD相关基因15个，分为四组,保守性高，在哺乳动物中有相应同源物：Ced-3=ICE,Ced-4=Apaf-1,Ced-9=Bcl-2.

一类呈抗凋亡作用，有BcL-2,BcL-w，BcL-XL、BFL-1、Brag-1、MCL-1，AI。另一类呈现促凋亡作用的，有Bax，Bak,Bok，BcL-Xs，Bad,Bid,Bik，Hrk，Bim等。第三类：BH3-only死亡蛋白BcL-2基因家族成员自身或彼此之间有形成二聚体或多聚体的能力，BcL-2家族的蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与凋亡。BcL-2的同源基因和蛋白质(1)Bcl-2亚家族----Bcelllymphoma/leukemia-2

*Bcl-2——229aa构成（鼠236）分布在线粒体内膜,细胞内膜表面，内质网，核膜等处

*Bcl-2和C.elegans中的ced-9有很高的同源性，具有促进细胞存活的功能*Bcl-2的功能是延长细胞的寿命，而不是刺激细胞的增殖1.BcL-2家族分子Bcl-2■Bcl-2（Bcl-XL）能够抑制线粒体MPT开放，Cyt.c、AIF释放↓■

Bcl-2也能特异地结合细胞色素C■Bcl-2能够结合和灭活Apaf-1，阻断对caspase-9活化Caspase抑制剂Bcl-2抗凋亡机制细胞凋亡异常CARDMPT开放膜通透性↑、线粒体肿胀、△m↓Cyt.cATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cApaf-1活化Cyt.c+Pro-caspase-9apoptosomeAIFCaspase-9Pro-Caspase-3Caspase-3凋亡caspase-independentapoptosis

4.c-myc:双向调节作用凋亡

无足够的细胞生长因子

促生长因子

增生

c-myc3.促凋亡基因：wtP53“分子警察”生理意义确保正常发育生长维持内环境稳定

积极防御功能三、细胞凋亡调控异常和疾病（Diseasesassociatedtoapoptosisderegulation）胚胎发育有何生理意义？有何生理意义？CTL肿瘤细胞CTL正在诱导肿瘤细胞凋亡有何生理意义？apoptosis病理意义：细胞凋亡不足：肿瘤，自身免疫病，细胞凋亡过度：心肌缺血/再灌注损伤，心力衰竭，老年性痴呆，病毒感染不足与过度并存：动脉粥样硬化细胞凋亡调控异常与疾病脱发apoptosis两大平衡：生存基因/死亡基因（一）细胞凋亡不足1.细胞凋亡不足与肿瘤细胞生长/死亡bcl-2基因的表达与肿瘤的恶化程度与预后有密切联系突变型p53增多或野生型p53缺失，肿瘤发生率上升

肿瘤类型Bcl-2基因过度表达频率(%)结肠-直肠癌92咽癌85骨髓癌80乳腺癌70非何杰金淋巴瘤65-70胃癌60-70前列腺癌30-60神经母细胞瘤30-35肺癌(小细胞肺癌)20(80)Bcl-2基因在不同类型的肿瘤中过度表达的频率(%)2、细胞调亡不足与病毒感染性疾病鼻咽癌与EB病毒感染有关病毒及其产物抗调亡的可能机制：灭活p53：SV40、E1B55KD、E1B19KD蛋白高表达Bcl-2或Bcl-2样蛋白灭活ICE 3、自身免疫疾病——胸腺对T细胞正负选择障碍TcellMHC细胞凋亡不足，未能有效清除自身免疫性T淋巴细胞系统性红斑狼疮、慢性甲状腺炎、多发性硬化症等㈡细胞凋亡过度1．心血管疾病：（1）心肌缺血和IRI：坏死+凋亡CoagulativeNecrosis

Heart-Gross（2）心力衰竭：心肌肥大的同时心肌数量减少（凋亡）凋亡指数：由对照0.2~0.4%→35%1.神经元退行性疾病Alzheimer,sdisease-早老性痴呆㈡细胞凋亡过度智力进行性减退，为什么？里根neurofibrillarytangles(NFT),neuriticplaques(NP),andneuriticthreads(arrow).CerebroconAlzheimer

CerebroNormal病毒感染AIDSHIVCD4＋淋巴细胞凋亡桂希恩救死扶伤的抗艾英雄中国河南艾滋病村的病人CD4+淋巴细胞凋亡机制合胞体AICD效靶效应HIVApoptosisbodySignalsubstance细胞水平CD4+CD4+HIV引起CD4+细胞凋亡Rgp120-Fas-RTNFMOFRtat受体、分子水平HostcellCD4+cell㈢细胞凋亡不足与过度并存动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)：内皮凋亡↑平滑肌凋亡不足（增殖↑>凋亡↑）oxLDL↑活化血小板↑AngIIhypertension内皮屏障↓请你设计防治AS的方法细胞凋亡在疾病防治中的意义1．合理利用凋亡相关因素抑凋亡：NGF→老年性痴呆急性T细胞白血病：低剂量放射线、TNFα促凋亡;局部肿瘤热疗；高温43℃、30min前列腺癌：去势治疗2．干预凋亡信号转导FAS/FASL信号系统：阿霉素刺激SPP（神经酰胺信号系统的代谢产物）：转导增殖信号，拮抗凋亡→AIDS，AD4．控制凋亡相关的酶核酸内切酶：Ca2+/Mg2+依赖性Ca2