细胞增殖和凋亡异常与疾病

第八章 细胞增殖和凋亡异常与疾病精选课件第一节细胞增殖异常与疾病一、细胞周期及其调控

细胞增殖：

细胞分裂和再生的过程，细胞通过分裂进行增殖，把遗传信息传给子代，保持物种的延续和数量增多。

细胞增殖异常■细胞增殖↓、分化不良（过度）组织器官发育不全■细胞增殖↑、分化不全肿瘤发生精选课件

【Cellcycle】Cellcycleisdefinedasaperiodfromtheendofonedivisiontotheendofnextdivisionofaproliferativecell.

细胞周期分期（Bystages）G1→S→G2→M

【细胞增殖过程】

细胞增殖异常细胞生长DNA复制细胞分裂细胞周期精选课件细胞周期的控制（Regulationofthecellcycle）细胞增殖异常1.细胞周期自身控制（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。RegulationofthecellcycleRegulationofthecellcyclebyintracellularsignalsRegulationofthecellcyclebyextracellularsignals精选课件■Cyclin与CDKs●Cyclin【Classification】

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

精选课件Cyclin-CDK复合物及其相关蛋白

Cyclins相关CDKs细胞周期作用相关蛋白底物降解ACDK1，CDK2S+G2,Mp107+E2F，p21，PCNARbubiquitinB(B1,B2)CDK1(cdc2)G2,Mp21,PCNARbubiquitinCCDK8G1--PESTD(D1-3)CDK4(2,5,6)G1Rb,p21,p27,p15,p16,PCNARbPESTECDK2G1+G1,Sp107+E2F,p21,PCNARbPESTF-S---G-G1---HCDK7G1,S,G2,M-CDK1,4,6-Cyclin周期变化图细胞增殖异常精选课件【CDK活化启动cellcycle】CDK活化Cyclin与CDK结合、磷酸化CAK对CDK活化部位的磷酸化Cellcycle●CDKs家族CDKs是一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。称为CDK1~9。细胞增殖异常抑制部位去磷酸化CDK活化激酶（CDKactivationkinaseCAK）

精选课件▲CDK2与cyclinE和A结合后识别染色体ARS促进S期▲CDK1与cyclinB1结合(Maturationpromotingfactor,MPF)启动M期▲CDK1与cyclinA结合启动G2期磷酸酶P80cdc25

【CDK活化与调控细胞周期】▲CDK2与cyclinE结合，CDK4、CDK6与cyclinD1、D2、D3结合pRb磷酸化游离E2F释放↑启动G1期DNA合成启动S期精选课件【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。

●

CDI：复合物CDI可特异性抑制CDK的活性。▲Ink4：P16INK4a、P15INK4b、P18INK4c和P19INK4dCDK4、CDK6▲Cip/Kip：p21Cipl、P27Kip1和P57Kip1

CDK2细胞增殖异常精选课件【Checkmechanism】

▲P53：能与DNA损伤部位结合并磷酸化P53，磷酸化P53上调p21Cipl基因的转录，P21Cipl能与多种CDK-cyclin复合物结合，抑制CDKs的激活，阻滞G1/S的过渡，为DNA修复提供足够时间。

▲Cdc25：负责G2期处检查。

●细胞周期检查点（Checkpointofcellcycle）

细胞内存在监控机制—检测点（Checkpoint）。DNA损伤检查点G1/SCheckpointDNA复制检查点S/G2

纺锤体组装检查点G2/M

细胞增殖异常精选课件

■抑制信号（TGF-β）

可以下调cyclin和CDK4的表达和促进P21wafl、P27kipl和P15ink4b等CDI产生，使细胞阻滞在G1期。

pRbE2F

2.

细胞外信号的调控（Regulationofextracellularsignals）G1期存在一个“限定点”（restrictionpoint），它决定细胞是否进入周期。这“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、IL）精选课件细胞增殖分化异常与相关疾病增殖异常分化异常增殖分化异常再生障碍性贫血肥胖症恶性肿瘤白癜风遗传性血红蛋白病银屑病前列腺肥大肌营养不良畸胎瘤动脉粥样硬化先天畸形家族性红细胞增多症X-连锁-球蛋白缺乏症高IgM血症二、细胞周期调控异常与疾病细胞过度增殖或不足的本质是细胞周期调控异常。【Deregulationofcellcycle】■细胞周期的驱动失控（Cyclin、CDK和CDI表达异常）■监控（检查）机制受损（Theimpairmentofcheckpointsystem）细胞增殖异常精选课件恶性肿瘤细胞增殖异常机制精选课件

1．细胞周期驱动机制失控

■Cyclins的过表达【CyclinD1（Bcl-1）】（原癌基因）

▲基因扩增（CyclinD1过表达的主要机制）乳腺癌、胃癌、食道癌存在CyclinD1基因扩增过度。细胞增殖异常▲染色体倒位（Chromosomeinversion）CyclinD1基因倒位于甲状旁腺启动子控制下CyclinD1蛋白合成↑

▲染色体易位（Chromosometranslocation)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）▲基因的扩增和蛋白过表达不成比例精选课件■CDK增多主要见于CDK4、CDK6过表达。CDK4↑+cyclinD结合↑CDK4/cyclinD↑CDKs表达↑pRbpRb磷酸化↑细胞增殖过度E2F↑G1/S过渡加速精选课件细胞增殖异常■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。

▲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。

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

易发生细胞癌变

可能精选课件细胞增殖异常P21cip1表达减弱或消失抑制细胞增殖的作用减弱细胞过渡增生且分化不良肝癌、黑色素瘤、骨肉瘤▲Kip/Cip含量减少（DeficientexpressionofKip/Cip）

2.细胞周期监控机制受损(Impairmentofcheckpointsystem)

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）

精选课件

■G2/M交界处失查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DNA序列丢失及染色体重排、基因扩增细胞增殖异常精选课件表人类肿瘤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精选课件原发性血小板增多症（PT）■临床症状：以巨核细胞增殖为主的骨髓增生性疾病。伴有血小板持续增多和血小板功能异常，有反复自发性出血及血栓形成。■病因与机制：X染色体遗传、TGF-减少、辅助细胞缺乏等。良性前列腺增生■病因与机制：细胞凋亡出现下降，增殖不变，导致良性前列腺增生。银屑病■病因与机制：表皮生长因子受体的增加和受体的减少是引起表皮细胞增长过快的原因。精选课件三、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精选课件第二节细胞凋亡异常与疾病细胞凋亡（apoptosis）:体内外因素触发细胞内预存的细胞死亡过程，是一种程序性的细胞死亡。精选课件■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）、核固缩和出芽■凋亡小体（Apoptoticbody）凋亡细胞(扫描电镜)凋亡细胞(透射电镜)Apoptosis1.形态学改变

►凋亡时细胞的主要变化细胞凋亡异常精选课件■DNA片段化断裂（DNAladdingpattern）凋亡诱导因素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.生化改变细胞凋亡异常精选课件■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■钙超载（Calciumoverload）Ca2+载体A23187B淋巴细胞内[Ca2+]↑诱导B细胞凋亡（Ca2+在细胞凋亡中充当凋亡信号传递的角色）■细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻（caspase激活、PKC活化、蛋白合成等）精选课件坏死凋亡性质病理性、非特异性生理性或病理性、特异性诱导因素强烈刺激，随机发生较弱刺激，非随机发生生化特点被动过程，无新蛋白合成，不耗能主动过程，有新蛋白合成，耗能形态变化细胞肿胀。细胞结构全面溶解破坏细胞皱缩，核固缩，细胞结构完整炎症反应溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体相对完整，局部无炎症反应DNA电泳弥散性降解，电泳呈均一性DNA片状DNA片断化，电泳呈梯状条带凋亡小体无有基因调控无有精选课件凋亡相关基因激活DNase激活、Caspases激活巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞►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凋亡信号转导

凋亡基因激活

凋亡的执行

凋亡细胞清除

一、细胞凋亡的过程与调控（Process®ulationofcellapoptosis）细胞凋亡异常精选课件

►Themainlyinducedfactorsofapoptosis

Table：Influenceoffactorsofapoptosis诱导性因素（Inducers）抑制性因素（Inhibitors）理化因素射线、高温、强酸、细胞因子IL-2、NGF等强碱、应激、抗癌药激素ACTH、睾丸酮、雌激素激素和因子糖皮质激素、TNF其它Zn2+、苯巴比妥、半胱氨免疫性因素CTL分泌的粒酶酸蛋白酶抑制剂、EBV、病原体因素HIV、HCV牛痘、病毒、中性氨基酸

细胞凋亡异常精选课件细胞凋亡异常►细胞凋亡信号生理性凋亡信号：某些激素和细胞因子的直接和间接作用病理性凋亡信号：1.氧化应激的作用2.死亡受体的激活3.线粒体结构和功能的改变活性氧生成增多启动膜脂质过氧化使Ca2+进入细胞增多损伤DNA，使ADP核糖转移酶活化促进凋亡直接激活某些死亡基因程序精选课件Concept,Classification,ConstructionofCaspases■概念Caspase属于半胱氨酸蛋白酶家族，14个成员(Caspase1-14)。细胞凋亡异常►细胞凋亡信号的转导（Caspases依赖的pathway）■Caspase信号通路分类

上游（Caspase-8,-9,-10）下游（Caspase-2,-3,-6,-7）（共同通路）▲

Caspase（Ced-3亚家族）死亡受体通路线粒体途径大小亚基结合（二聚体）caspase活化（四聚体）■结构特点Pro-caspase：NH2末端结构域、20KD亚基、10KD亚基剪切精选课件1.死亡受体通路（Extrinsicorcytoplasmicpathway）■死亡受体TNFR、Fas、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细胞膜蛋白。■通路细胞凋亡异常FASLFADDPro-caspase-8Caspase-8Caspase-3Pro-caspase-3细胞凋亡生长因子、信号、Fas抗体FASFADD（Fas-associateddeathdomain）；DD（deathdomain）；DED（deatheffectordomain）。DEDDEDDDcaspase-10精选课件细胞凋亡异常c-FLIP:cellularFas-associateddeathdomain-likeIL-1beta-convertingenzymeinhibitoryprotein精选课件膜通透性↑、线粒体肿胀、△m↓Apaf-1活化Cyt.c

2．线粒体途径（Intrinsicormitochondrialpathway）

Ca2+NO缺血缺氧活性氧PPT开放Cyt.c+Pro-caspase-9Caspase-9dATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cCARDapoptosome细胞凋亡异常

AIFCyt-c释放Pro-Caspase-3凋亡Caspase-3精选课件Pro-caspase-2caspase-2Pro-caspase-6Caspase-6Pro-caspase-7caspase-7Pro-caspase-9ICAD（抑制性CAD）CAD（caspase活化DNA酶）CAD进入细胞核内降解DNA细胞凋亡剪切细胞内结构蛋白caspase-93．Activationofcaspase-3（共同通路）Caspase-3Pro-caspase-3细胞凋亡异常精选课件►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、Belx细胞凋亡异常精选课件■Bcl-2（Bcl-XL）直接抗氧化■Bcl-2抑制线粒体释放促凋亡蛋白质如细胞色素C和凋亡诱导因子（ALF）■Bcl-2能够结合和灭活Apaf-1，阻断对caspase-9活化1．Bcl-2基因家族（Bcl-2Family®ulatingfunctions）抗凋亡细胞凋亡异常■Bcl-2抑制促凋亡性调节蛋白Bax和Bak的细胞毒作用■维持细胞钙稳态精选课件Bcl-2Caspase抑制剂CARDPPT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精选课件【促凋亡机制】

■P53通过与Bcl-2基因相互作用，下调Bcl-2的表达。■P53诱导细胞凋亡的靶蛋白表达（线粒体和死亡受体介导）。■P53诱导线粒体内凋亡的相关蛋白（Bax、NOXA、PUMA）表达，并触发细胞色素C释放和caspase活化。■P53诱导死亡受体Fas表达。■P53能使死亡受体再定位于细胞膜上。

2．p53基因（诱导细胞凋亡）分子警察细胞凋亡异常3.C-myc基因双向调节作用精选课件表：与细胞凋亡异常相关的疾病

凋亡不足凋亡过度肿瘤肝癌、恶性血液肿瘤、乳腺癌发育异常气管-食管瘘、房（室）间隙缺、膀胱癌、肺癌、胶质瘤、前损、唇（腭）裂、短肢畸形、列腺癌等尿道下裂以及多囊肾等发育异常先天性消化道、胆道、肛门狭CNSAlsheimer病、Parkinson病、窄或闭锁、动脉导管未闭、两肌萎缩性侧索硬化症、色素性性畸形、甲状舌骨囊肿等视网膜病，脊肌肉萎缩、早老免疫系统系统性红斑狼疮、糖尿病、类性痴呆风湿性