细胞增殖分化凋亡与疾病病理生理学

细胞增殖分化凋亡与疾病病理生理学第1页，课件共65页，创作于2023年2月Evan,GIandVousden,K.(2001)Nature411:342肿瘤的发生过程第2页，课件共65页，创作于2023年2月

增殖

分化

凋亡

细胞第3页，课件共65页，创作于2023年2月【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。细胞异常增生与疾病第4页，课件共65页，创作于2023年2月细胞周期分期

M-期有丝分裂胞质分裂间期G1=M和S期间的间隔S=DNA和中心体复制G2=S和M期间的间隔第5页，课件共65页，创作于2023年2月分裂间期

前期

前中期

中期

后期

末期

胞质分裂期

有丝分裂第6页，课件共65页，创作于2023年2月2001诺贝尔奖LelandH.Hartwell1970s“检查点”酵母遗传学~100CDC基因始动基因TimHunt1980sCyclins海胆PaulM.Nurse1970sCDKs酵母第7页，课件共65页，创作于2023年2月细胞周期调控

细胞周期素（Cyclins）细胞周期素依赖的蛋白激酶

(CDKs)细胞周期素依赖的蛋白激酶抑制子(CDKIS)第8页，课件共65页，创作于2023年2月●细胞周期素【类型】

CyclinB1、CyclinA、CyclinE、CyclinD1,D2,D3.F,G,H,T.第9页，课件共65页，创作于2023年2月CyclinProteinkinaseprocessregulatedCyclinD1-3Cdk4,6G1-phaseprogressionCyclinECdk2G1toS-phaseCyclinACdk2S-phaseprogressionCyclinACdk1SthroughG2CyclinBCdk1M-phase第10页，课件共65页，创作于2023年2月

细胞周期素的降解:蛋白酶体介导的泛素化降解第11页，课件共65页，创作于2023年2月用实验在哺乳动物细胞中证实CyclinD

是细胞通过限制点所必须的第12页，课件共65页，创作于2023年2月●细胞周期素依赖的蛋白激酶（CDKs）CDKs是一类丝氨酸，苏氨酸依赖的蛋白激酶。【CDK1活化启动cellcycle】CDK1活化CyclinB与CDK1结合、磷酸化CAK对CDK1活化部位的磷酸化CellcycleThr14、Tyr15抑制部位去磷酸化CDK活化激酶（CDKactivationkinaseCAK）

第13页，课件共65页，创作于2023年2月【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

【CDKs活化部位与抑制部位】CAK对CDK1活化部位磷酸化活化，同时伴有抑制部位磷酸化活化。活化部位(CDK1Thr161)和抑制部位(Thr14、Tyr15)磷酸化▲抑制部位（CDK1Thr14、Tyr15）去磷酸化依赖P80cdc25酶作用▲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

DNA合成启动S期第14页，课件共65页，创作于2023年2月第15页，课件共65页，创作于2023年2月【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。●CDICDI可特异性抑制CDK的活性。▲Ink4：P16INK4a、P15INK4b、P18INK4c和P19INK4dCDK4、CDK6▲Cip/Kip：p21Cipl、P27Kip1和P57Kip1

CDK2第16页，课件共65页，创作于2023年2月【检查机制】

●P53：能与DNA损伤部位结合的AMT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。■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/S

CheckpointDNA复制检查点S/G2

纺锤体组装检查点G2/M

第17页，课件共65页，创作于2023年2月G1期S期CDK生长信号cyclin/DNA损伤,其它刺激p53p21第18页，课件共65页，创作于2023年2月第19页，课件共65页，创作于2023年2月►细胞周期异常与疾病（Abnormalcellcycle&diseases）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血症第20页，课件共65页，创作于2023年2月恶性肿瘤肿瘤是一类细胞周期调控异常的疾病。第21页，课件共65页，创作于2023年2月1．细胞周期驱动机制失控

■cyclins过表达

【CyclinD1过表达】（癌基因）

▲基因扩增（主要原因）乳腺癌、胃癌、食道癌存在CyclinD1基因扩增过度。●染色体重排CyclinD1基因倒位于甲状旁腺启动子控制下

CyclinD1

合成增加甲状旁腺腺癌●染色体易位

t(11:14)(q13:q32)CyclinD1受Ig重链基因增强子影响

CyclinD1

过表达第22页，课件共65页，创作于2023年2月■CDK表达异常主要见于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【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▲基因突变CyclinD1T286突变CyclinD1泛素化受阻CyclinD1↑第23页，课件共65页，创作于2023年2月■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

第24页，课件共65页，创作于2023年2月▲

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

【Mechanism】

p53基因突变P21cip1转录↓DNA受损细胞增殖↑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）

第25页，课件共65页，创作于2023年2月Table8.3TheBiologyofCancer(©GarlandScience2007)第26页，课件共65页，创作于2023年2月Table8.4TheBiologyofCancer(©GarlandScience2007)第27页，课件共65页，创作于2023年2月

▲P53突变或丢失易发生细胞癌变

致变剂检测点检查功能↓遗传不稳定性复制忠实性↓■G1/S交界处失察

▲P53进入S期

DNA损伤修复成功

G1/S检查停顿G1期损伤DNA修复修复失败细胞凋亡下调bcl-2表达、激活bax基因P53

第28页，课件共65页，创作于2023年2月表2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DNA病毒:SV40、HPV、腺病毒等P53蛋白失活

第29页，课件共65页，创作于2023年2月

■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、丢失第30页，课件共65页，创作于2023年2月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。■

发病机制：X染色体遗传、TGF-减少、辅助细胞缺乏等。

JAK2V617F突变导致JAK2持续激活，通过JAK/STAT通路，调节cyclinD表达，刺激细胞增殖。第31页，课件共65页，创作于2023年2月

由于体内外生理或病理因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞主动死亡过程。【细胞凋亡的概念】【凋亡的生理学意义】■参与发育、生长。■维持内环境稳定。■参与防御反应。《细胞凋亡与疾病》第32页，课件共65页，创作于2023年2月“为他们在器官发育遗传调控和细胞凋亡方面的发现”1090–131=959(cells)RobertHorvitzJohnSulstonSydneyBrenner2002年生理和医学诺贝尔奖第33页，课件共65页，创作于2023年2月■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（Apoptoticsmallbody）凋亡细胞(扫描电镜)凋亡细胞(透射电镜)APLApoptosis

1.形态学改变（Themorphologiccharacteristicsofapoptosis）

（二）凋亡时细胞的主要变化（Featuresofapoptosiscells）第34页，课件共65页，创作于2023年2月第35页，课件共65页，创作于2023年2月1）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（160～200bp的倍数）2.生化改变（Thebiochemicalcharacteristicsofapoptosis）第36页，课件共65页，创作于2023年2月2）细胞膜磷脂酰丝氨酸（PS）外翻正常细胞膜上的磷脂是不对称分布的，鞘磷脂与磷脂酰胆碱在外层，磷脂酰丝氨酸（PS）在内层。当凋亡时，这种不对称分布被破坏，PS外翻第37页，课件共65页，创作于2023年2月3）凋亡蛋白酶的激活及作用犹如计划周密和指挥有力的军事行动一样，Caspase是细胞凋亡的中枢，通过切断与周围细胞联络、重组细胞骨架、关掉DNA复制和修复、破坏DNA和核结构等，在细胞凋亡中发挥重要作用。Caspase(cysteine-containingaspartate-specificprotease)第38页，课件共65页，创作于2023年2月三、影响细胞凋亡的因素（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

第39页，课件共65页，创作于2023年2月1.Caspase依赖的细胞凋亡（Caspase-independentapoptosis）（1）Concept,Classification,ConstructionofCaspases■概念：Caspase属于半胱氨酸蛋白酶家族，14个成员。四、细胞凋亡信号传导通路■Caspase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激活（四聚体）■Caspase激活形式

Pro-caspase：NH2末端结构域、20KD亚基、10KD亚基剪切第40页，课件共65页，创作于2023年2月（2）死亡受体通路（Extrinsicorcytoplasmicpathway）■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）FSALFADDPro-caspase-8Caspase-8Caspase-3Pro-caspase-3细胞凋亡生长因子、信号、Fas抗体FasRFADD（Fas-associateddeathdomain）；DD（deathdomain）；DED（deatheffectordomain）。DEDDEDDD第41页，课件共65页，创作于2023年2月膜通透性↑、线粒体肿胀、△m↓Apaf-1活化Cyt.c

（3）线粒体途径（Intrinsicormitochondrialpathway）

Ca2+NO缺氧活性氧应激MPT开放Cyt.c+Pro-caspase-9Caspase-9ATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cCARDApoptosomeAIFcaspase-非依赖凋亡Pro-Caspase-3凋亡Caspase-3BidCaspase-8第42页，课件共65页，创作于2023年2月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-9

（4）Activationofcaspase-3（共同通路）(Effectorcaspase)Caspase-3Pro-caspase-3第43页，课件共65页，创作于2023年2月2．非Caspase依赖的凋亡信号传导通路

■钙超载激活Ca/Mg2+依赖的核酸内切酶，降解DNA；激活谷氨酰胺转移酶有利于凋亡小体形成；活化核转录因子，加速凋亡相关因子合成。

■凋亡诱导因子（AIF）第44页，课件共65页，创作于2023年2月TNF-α、抗CD3抗体、TCDD等

胞浆[Ca2+]↑■激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶，降解DNA链；■激活谷氨酰胺转移酶，促使细胞骨架分子之间发生广泛交联，有利于凋亡小体形成；■激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；■在ATP参与下，暴露出核小体之间的连接区，有利于DNA内切酶切割DNA。钙超载引起凋亡机制细胞凋亡第45页，课件共65页，创作于2023年2月五、细胞凋亡的触发机制（Mechanismofapoptosis

）1．氧化损伤（Oxidationdamage）氧自由基破坏了机体正常的氧化/还原动态平衡，造成生物大分子的氧化损伤，形成严重的氧化应激状态。【Mechanism】激活p53基因、消耗ATP、生物膜脂质过氧化、激活核酸内切酶,启动细胞凋亡。各种氧化剂、缺氧等直接通过氧化损伤诱导细胞凋亡。2．钙超载（Calciumoverload

）3．线粒体损伤（Mitochondriadamage）第46页，课件共65页，创作于2023年2月六、细胞凋亡的调控机制表1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、Bcl-x【调控基因】（Regulatedmechanismofapoptosis）第47页，课件共65页，创作于2023年2月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1．Bcl-2基因家族（Bcl-2Family®ulatingfunctions）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-非依赖凋亡第48页，课件共65页，创作于2023年2月【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（抑癌基因）作为一个转录因子，p53调节一系列在细胞周期阻滞，DNA修复和细胞凋亡中起重要作用的基因。在DNA损伤后，p53使细胞停在某个监测点直至损伤修复。如果损伤是不可逆的则诱导细胞凋亡。第49页，课件共65页，创作于2023年2月第50页，课件共65页，创作于2023年2月

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、类性痴呆风湿性关节炎、桥本甲状腺炎免疫系统免疫缺陷病、AIDS

、多发性的硬化症等七、细胞凋亡异常和疾病（Diseasesassociatedtoapoptosisderegulation）第51页，课件共65页，创作于2023年2月■bcl-2基因过表达85%滤泡状和20%弥漫性B细胞淋巴瘤染色体t（14;18）易位

bcl-2基因受到Ig基因增强子控制肿瘤发生细胞凋亡速率↓bcl-2基因高表达（乳腺癌、肝癌、膀胱癌、肺癌、胶质瘤等也存在Bcl-2高水平表达）存在■

p53基因缺失或突变调节P53的稳定性、细胞内定位或（和）活性发生异常

p53表达或功能存在缺陷细胞凋亡速率↓肿瘤发生（50%以上恶性肿瘤中存在P53异常）（一）细胞凋亡不足（Apoptosisinhibition）1.肿瘤（Tumor）第52页，课件共65页，创作于2023年2月细胞凋亡抑制除了参与肿瘤的发病过程，也涉及癌细胞的转移发生。■异常融合蛋白慢性髓细胞性白血病（CML）染色体易位t(9；22)(Ph染色体)Bcr-abl融合基因

NF-B活化、细胞凋亡速率↓表达和产生p210Bcr-abl蛋白质

CML髓系祖细胞的克隆扩增肿瘤发生存在■病毒的癌基因HBV编码的HBX是Caspase-3的强效抑制物，与肝癌发生密切相关。第53页，课件共65页，创作于2023年2月2．自身免疫病（Autoimmunediseases）针对自身抗原的免疫细胞未被及时清除，机体产生了针对自身抗原的体液免疫和细胞免疫，导致器官组织损伤。第54页，课件共65页，创作于2023年2月（二）细胞凋亡过度（Apoptosisexcess）1.心肌缺血与缺血-再灌注损伤■特点▲缺血早期以凋亡为主，晚期以细胞的坏死为主。▲在梗死灶的中心以坏死为主，梗死灶周边以凋亡为主；▲轻度缺血以凋亡为主，重度缺血以坏死为主；■机制▲氧化应激、▲FasR通路、▲p53基因的转录增加。第55页，课件共65页，创作于2023年2月

《细胞分化调控