细胞增殖病理生理学

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第一页，共99页。2第二页，共99页。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第三页，共99页。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第四页，共99页。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第五页，共99页。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第六页，共99页。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第七页，共99页。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第八页，共99页。2001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ControllingGenesCDKscyclins9第九页，共99页。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第十页，共99页。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第十一页，共99页。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第十二页，共99页。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第十三页，共99页。图2不同阶段的cyclin/CDK复合物CDK1/CycB14第十四页，共99页。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第十五页，共99页。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第十六页，共99页。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第十七页，共99页。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第十八页，共99页。G1/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19第十九页，共99页。P53图5P53促进CDI中的P21cip1表达20第二十页，共99页。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第二十一页，共99页。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第二十二页，共99页。图2不同阶段的cyclin/CDK复合物CDK1/CycBCyclinD肽类生长因子Ras/Raf/ERK(+)23第二十三页，共99页。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第二十四页，共99页。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第二十五页，共99页。-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第二十六页，共99页。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第二十七页，共99页。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第二十八页，共99页。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第二十九页，共99页。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第三十页，共99页。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第三十一页，共99页。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第三十二页，共99页。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第三十三页，共99页。Ink4（-）（-）（-）34第三十四页，共99页。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第三十五页，共99页。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第三十六页，共99页。G1/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。37第三十七页，共99页。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第三十八页，共99页。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第三十九页，共99页。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第四十页，共99页。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第四十一页，共99页。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第四十二页，共99页。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第四十三页，共99页。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第四十四页，共99页。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第四十五页，共99页。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第四十六页，共99页。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第四十七页，共99页。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第四十八页，共99页。核小体30nm染色质的基本结构DNA片段长度约为200bp酶切点49第四十九页，共99页。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第五十页，共99页。“梯”状条带(ladderpattern)坏死条带51第五十一页，共99页。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第五十二页，共99页。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第五十三页，共99页。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第五十四页，共99页。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第五十五页，共99页。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第五十六页，共99页。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第五十七页，共99页。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第五十八页，共99页。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第五十九页，共99页。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第六十页，共99页。死亡受体介导的凋亡通路61第六十一页，共99页。死亡受体介导的凋亡通路62第六十二页，共99页。Fas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63第六十三页，共99页。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第六十四页，共99页。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第六十五页，共99页。线粒体介导的凋亡通路Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等66第六十六页，共99页。线粒体介导的凋亡通路Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等67第六十七页，共99页。线粒体介导的凋亡通路Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等68第六十八页，共99页。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第六十九页，共99页。Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等死亡受体通路线粒体通路小结70第七十页，共99页。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第七十一页，共99页。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第七十二页，共99页。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第七十三页，共99页。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第七十四页，共99页。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第七十五页，共99页。P53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76第七十六页，共99页。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第七十七页，共99页。C-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78第七十八页，共99页。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第七十九页，共99页。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第八十页，共99页。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第八十一页，共99页。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第八十二页，共99页。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第八十三页，共99页。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第八十四页，共99页。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第八十五页，共99页。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第八十六页，共99页。Ca2+、

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87第八十七页，共99页。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第八十八页，共99页。细胞凋亡失调与疾病细胞