疾病的分子生物学市公开课一等奖课件省赛课获奖课件

2023/10/101第九章疾病分子生物学1/92遗传病基因病染色体病单基因病多基因病指生殖细胞或受精卵遗传物质发生突变或畸变所引发疾病。多基因病是一种异质性疾病，是遗传原因和环境原因互相作用而形成一种特殊生命过程，伴组织器官形态、代谢和功能变化。遗传原因环境原因染色体病苯酮尿症糖尿病（少年型）消化性溃疡强性传染病维C缺乏症唇裂腭裂强直性脊椎炎高血压病结核病2/922023/10/103人类疾病如白血病、恶性肿瘤、糖尿病、神经退行性疾病、心脑血管、高血压等发生和发展都包括到有关蛋白质及其复合物构造、功能和互相作用异常。疾病本质是蛋白质功能紊乱，是多种原因引发蛋白质质和量变化。基因构造与体现异常与疾病3/922023/10/104基因构造变化；受细胞调整原因或其他原因影响使基因体现发生变化；外来致病基因；蛋白质翻译后加工及降解发生变化。疾病产生分子机制4/922023/10/105第一节基因构造变化与疾病

一、基因突变二、基因突变遗传学效应三、构造基因变异造成疾病

5/922023/10/106自发性复制错误碱基脱落或部分脱落活性氧族物理原因紫外线电离辐射化学原因烷化剂碱基类似物修饰剂DNADNA突变原因病原生物基因整合6/922023/10/107一、基因突变类型点突变是单个碱基替代缺失是一种或多种核苷酸丢失插入是一种或多种核苷酸增加倒位是一段核苷酸序列染色体位置变化基因突变还分为配子突变与体细胞突变动态突变指串联反复拷贝数随世代传递而变化7/922023/10/108脆性X综合症强直性肌营养不良3´非翻译区CTG拷贝数过度增加；Huntington舞蹈病编码区CAG拷贝数过度增加；Friedreich共济失调症内含子CAA拷贝数过度增加。CCG拷贝数过度增加8/922023/10/109脆性X综合征

“CCG”反复发生在FMR1（脆性X智力低下基因1）5´非翻译区，拷贝数不稳定。

8~50拷贝(正常人)52~200拷贝(携带者)200~1000拷贝(患者)9/922023/10/1010（一）遗传密码突变二、基因突变遗传学效应1.错义突变(missensemutation)2.无义突变(nonsensemutation)3.同义突变(consensemutation)4.移码突变(frame-shiftmutation)10/922023/10/10111.错义突变（missensemutation）指DNA变化后mRNA中对应密码子发生变化,编码另一种氨基酸,使蛋白质中氨基酸发生变化。

有些错义突变不影响蛋白质或酶生物活性,不体现出显著表型效应。11/922023/10/10122.无义突变(nonsensemutation)UUA(亮氨酸)UAAUAC(酪氨酸)UAGUAG、UGA、UAA终止密码子12/922023/10/10133.同义突变(synonymousmutation)：密码子发生变化,所编码氨基酸不变。例如：CUU

CUC

CUG→亮氨酸13/922023/10/10144.移码突变一种或多种（非三个）碱基发生缺失或插入引发阅读框变化14/922023/10/1015（二）基因突变影响hnRNA剪接

基因突变发生在hnRNA一级构造上特定剪接位点，形成新剪接位点或使正常剪接位点消失，造成hnRNA剪接错误，产生异常mRNA，最后产生异常蛋白体现产物，造成疾病发生。15/922023/10/1016真核生物基因剪接位点：由内含子5′端“GT”和3′端“AG”，及内含子和外显子内其他调控元件共同决定。EXON1INTRON1EXON2EXON1EXON2EXON1INTRON1EXON2hnRNASplicing?是否16/922023/10/1017CFTRproteinMSD1MSD2Pre-mRNAATGTGACOOHNH2PlasmaticmembraneNormalsplicingAberrantsplicingmRNACFTRExonsCFTRexon9aberrantsplicing17/922023/10/1018三、构造基因变异造成疾病

构造基因变异造成蛋白质一级构造变化，进而变化蛋白质理化性质。18/922023/10/1019镰刀形细胞贫血症19/9220/922023/10/1020世纪初到80年代，由于技术限制，生物大分子缺陷所造成疾病早期研究成果基本上来自于对单基因罕见遗传性疾病研究，这些研究为常见病分子机制研究打下了坚实理论基础，并开发和积累了对应技术能力。这些疾病中最常见包括：

代谢酶类缺陷血红蛋白病其他基因缺陷造成疾病第二节单基因病发病机制21/92单基因病特点：易于通过生化伎俩分析常具有组织特异性易于推断其也许致病蛋白特点遗传单纯性使得研究在缺乏技术储藏条件下能够取得主要成果。2023/10/1022/92常见单基因病疾病名称发病频率(‰)遗传方式致病基因典型症状血友病A0.1X连锁凝血因子Ⅷ不规则出血血友病B0.03X连锁凝血因子Ⅸ不规则出血杜氏肌营养不良0.3X连锁肌营养因子肌萎缩贝氏肌营养不良0.05X连锁肌营养因子肌萎缩脆性X综合征0.5X连锁FMR1智力障碍舞蹈病0.5常染色体显性舞蹈病因子痴呆神经纤维0.4常染色体显性NF-1,2癌变珠蛋白生成障碍性贫血0.05常染色体隐性珠蛋白基因簇贫血镰刀细胞贫血0.1常染色体隐性β珠蛋白基因贫血,局部缺血苯丙酮酸尿0.1常染色体隐性苯丙氨酸羟基化酶无苯丙酮酸代谢能力囊性纤维化0.4常染色体隐性CFTR进行性肺损伤及其他

23/92一、代谢酶类缺陷（一）苯丙酮尿症1934年发觉，患儿智力低下，尿中具有大量苯丙酮酸，以为也许与苯丙氨酸代谢酶类缺陷有关。1953年，证明是由于苯丙氨酸羟化酶缺陷引发。苯丙氨酸羟化酶基因被克隆，发觉酶缺陷主要原因是基因错义突变、缺失、剪接突变。治疗：早期可通过控制苯丙氨酸摄入量来缓和。2023/10/1024/92蛋白质苯丙氨酸酪氨酸3、4-二羟苯丙氨酸黑色素苯丙酮酸苯丙酮尿苯丙氨酸羟化酶缺乏（苯丙酮尿症）肾酪氨酸酶缺乏（白化病）

苯丙氨酸代谢图解发育障碍25/92【临床体现】

杂合子患者，正常情况下体症并不显著，但在某些诱导因子（氧化剂类药品或感染）作用时，溶血出现加剧。属于X伴性连锁遗传病。ChromosemeXXq28qp

G6PD位于Xq28，基因占有18.5kb区域，编码成熟mRNA长度2269bp，翻译出肽链约59KD。【发病机制】

基因点突变G6PD缺陷溶血（二）葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）缺陷

26/92（二）葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）缺陷G6PD缺陷有400余种变异，其中56种确实切位点已知，大多数包括氨基酸替代并引发酶活部分丧失。氨基端突变症状较轻，羧基端突变酶活丧失较多。假如这个主要代谢酶活性完全丧失，个体将不也许正常发育到出生。2023/10/1027/92二、血红蛋白病

是一类典型单基因突变作为病因最佳例证。血红蛋白(hemoglobin,Hb)

其分子所包括到两个主要基因座位上，最少已证明有超出500种不一样类型基因突变，其中90%以上属于单核苷酸突变。这些突变引发了许多完全不一样表型：镰状细胞贫血、高铁血红蛋白血症珠蛋白生成障碍性贫血2023/10/1028/92二、血红蛋白病（一）血红蛋白分子及其基因2023/10/10血红蛋白珠蛋白血红素2×α链2×β链有功能血红蛋白分子：将氧气从肺泡带到多种组织。29/92二、血红蛋白病（一）血红蛋白分子及其基因α基因簇，16pter→p13.2α-LCR（α位点控制区）Ψζ1ζ2Ψα2Ψα1α2α1θβ基因簇，11pter→p15.4β-LCR（β位点控制区）εGγAγψβδβ30/92人α-珠蛋白基因簇及α珠蛋白基因构造31/92人β-珠蛋白基因簇及β珠蛋白基因构造

32/92从胚胎到成人珠蛋白体现变化

612182436出生612182430(Wk)5040302010%αβγζεδ人类血红蛋白在个体发育不一样步期具有多种组成形式。33/92二、血红蛋白病（二）血红蛋白变异性疾病不稳定血红蛋白引发贫血过快氧化造成高铁血红蛋白血症（HbM）伴有红细胞增多异常血红蛋白病镰状细胞病

在血红素结合区域或构象维持关键氨基酸残基，以及亚单位结合位点发生氨基酸替代基因突变，造成Hb对氧亲和力变化。

34/92珠蛋白血红素口袋血红素红细胞过早被网状内皮系统清除贫血Anemia1.

不稳定Hb引发贫血（AnemiainducedbyinstabilityofHb）无血红素珠蛋白在红细胞内沉积轻者重者直接引发溶血任何基因突变，假如造成血红素口袋周围氨基酸替代或缺失，影响血红素和珠蛋白结合能力，都也许造成该变化。已有100多种不稳定Hb被判定，其中3/4发生在珠蛋白β基因。35/92【临床体现】

先天性家族性紫绀【发病机制】

由于血红素口袋周围氨基酸残基被替代，产生多出一种配位键，使血红素中Fe2+过快变成Fe3+，处于脱氧状态而不能结合氧。2.高铁血红蛋白血症（Methemoglobinemia,HbM）36/92▲1种珠蛋白突变β链Val→Glu

谷氨酸游离羧基+Fe2+结合

Fe3+高铁Hb

▲6种珠蛋白突变His→Tyr

酪氨酸侧链羟基+Fe2+稳定配位键失去携氧功能Fe3+高铁Hb37/92

Hb构象变化和对氧亲协力↑

能引发Hb氧亲和力高基因突变有50多种，常见基因突变类型：▲位于α1β2（或α2β1）亚基接触面氨基残基发生了取代；▲β珠蛋白肽链羧基端和2，3-磷酸甘油酸结合位点发生了氨基酸取代；▲血红素口袋四周氨基酸被取代。3.伴有红细胞增多异常血红蛋白病（Abnormalhemoglobinsyndromewitherythrocytosis）Hb对氧亲协力↑氧离曲线左移Hb释放氧↓组织缺氧代偿性RBC增多症RBC生成↑38/92

4.镰状红细胞贫血（Sicklecellanemia）

珠蛋白第6位Glu

→Val，产生HbS。

相对缺氧

▲纯合子HbSHbS形成束状构造合并为纤维束

RBC膜变形成为镰状腹痛和肌肉、骨骼疼痛、病变组织坏死脾脏

血液粘滞度↑、低氧程度↑镰状RBC破坏

▲杂合子HbSRBC内HbS<40%、RBC寿命正常，但严重低氧时

RBC会发生镰状化。39/9240/92二、血红蛋白病（三）Hb体现减少或缺失-地中海贫血（MediteraneanAnemia）2023/10/10珠蛋白基因合成产物减少，称为α+和β+地中海贫血；珠蛋白产物完全缺失，称为α0和β0地中海贫血。41/92β地中海贫血发生分子机制类型机制表型易患群体缺失融合蛋白HbLepore:7K缺失→融合蛋白β0,βLepore意大利珠蛋白基因缺失619bp缺失β0

印度

RNA合成缺失

RNA剪接缺失内含子1剪接收位异常AG→GGβ0

非洲启动子突变ATA框突变：ATAA→GTAAβ+

日本

RNA加帽位点异常RNA加帽位点突变：A→Cβ+

亚洲多A信号缺陷AATAAA→AACAAAβ+

非洲无功能RNA

无义突变密码子39：CAG→UAGβ0

地中海密码子16单bp缺失：UGGGGCAAG

移码突变GUGAAG→UGGGCAAGGUGA（终止）β0

印度变化剪接编码区突变中性突变密码子24：GGU→GGAβ+

非洲错义突变密码子26：GAG→AAGβ+

东南亚42/92基因突变类型异常Hb氨基酸变化临床特性

错义突变

HbShuangfengα27Glu→Lys(GAG→AAG)不稳定Hb病

HbSβ6Glu→Val(GAG→GUG)镰刀型细胞贫血HbBibbaα136Leu→Pro(CUG→CCA不稳定Hb病

无义突变

HbMckeesRocksβ145Tyr→终止(UAU→UAA)不稳定Hb病

终止密码突变

HbConstantSpringα142UAA→CAA------α-地贫(延长：142Gln------173UAA)

密码子缺失

HbGunHillβ91～95缺失不稳定Hb病

密码子插入

HbGradyα118与119间插入3个氨基酸无显著症状

移码突变

HbTakβ147UAA→ACUAA---不稳定Hb病---158UAA(Thr)

融合突变

HbLepore-Bostonδ87(Gln)-β116(His)β-地贫HbKenyaγ81(Leu)-β86(Ala)β-地贫43/92三、其他基因缺陷造成疾病（一）肌营养不良症（Duchennemusculardystrophy,DMD）杜兴氏症；DMD我国发生率1/3500，致病基因DMD已定位于Xp21.2-21.3，包括100个外显子，覆盖2300kb，编码3685aa肌营养素：dystrophin，在横纹肌、平滑肌、心肌细胞中体现，是细胞膜内侧膜蛋白。具有4个构造域；65%患者由于DMD基因缺失引发，提醒大型基因容易受到染色体重排影响而失活；程度较轻贝克氏肌营养不良（BMD），也由于DMD基因片段缺失引发，但由于缺失未能造成下游基因读码框变化，保存了下游蛋白质部分功能。发病率也许近1/30000。44/92DMD于学龄前发病（多5~6岁），患儿由于肌肉萎缩、无力而造成行走困难，走路呈鸭行步态，腰椎前凸，从卧位站立过程中出现高尔斯氏征。多数伴肌肉假性肥大（并非肌肉发达,而是有脂肪组织浸润），尤以腓肠肌突出，亦可见翼状肩胛。患儿一般12岁前下肢瘫痪，心肌受损，20岁左右因心肌功能和呼吸能力丧失而死亡。BMD发病较晚，在约20岁发病，临床体现与DMD相同，但病程迟缓，心肌很少受损，一般能够生育并活到高龄。45/92三、其他基因缺陷造成疾病（二）囊性纤维化（cysticfibrosis）

囊性纤维化跨膜传导调整蛋白(CFTCR)基因突变所致，产生缺陷型蛋白，致使氯离子转运障碍，黏液在呼吸道黏膜内淤滞，黏膜形成囊性增生，造成呼吸道堵塞；因反复感染，造成患者呼吸衰竭而死亡。46/92将重组CFTCR基因cDNA-病毒载体，用涂布鼻腔、或喷雾吸入气管及肺部等办法，转入患者呼吸道上皮细胞中，取得正常CFTCR基因体现，纠正Cl＋转运缺陷，减少黏液分泌。GenetherapyofCF47/92三、其他基因缺陷造成疾病（三）亨廷顿病（Huntington’sdisease）舞蹈病，以迟缓起病、进展舞蹈病、痴呆为特性。患病率约为5/10万。影响纹状体和大脑皮质；常染色体显性遗传病；典型在30－50岁才出现症状；本病目前尚无法治愈，一般在起病后10－23年死亡。4号染色体短臂4p16.3Huntingtin基因突变所致，基因产物为CAG三核苷酸反复扩增产生Huntingtin蛋白；正常人为11－34个CAG反复序列，HD为40个以上。48/92

血友病(Hemophilia)是一组遗传性凝血活酶生成障碍引发出血性疾病。包括血友病A、血友病B、血友病C；前二者为X连锁隐性遗传，后者为常染色体不完全隐性遗传。

发病率5～10/10万，出生婴儿发生率1/5000，血友病A占85%

我国发病率2.7／10万，血友病A占80%第三节血友病49/9250病因及遗传规律

血友病A血友病BFⅧ:C基因位于Xq28FⅨ基因位于Xq27

基因缺陷

FⅧ:C/FⅨ合成障碍内源性凝血活酶生成障碍出血

50/92维多利亚女王这就是历史上著名血友病A家系，其第一代致病基因携带者为19世纪英国维多利亚女王，致病基因通过通婚而传到欧洲多种国家皇室组员，因此，血友病A又被称为“皇室病”。51/9252病因及遗传规律由于男性只含一种致病基因(XhY)即患血友病（A，B），而女性只含一种致病基因(XHXh)并不患病而只是携带致病基因，她必须同步具有两个致病基因(XhXh)才会患血友病（A，B）52/9253病因及遗传规律X性连隐性遗传性疾病男性患病，女性传递53/9254遗传规律54/92血热炽感关节肿大关节变形55/9256临床体现

重型FⅧ:C活性＜1％；肌肉关节自发性出血，血肿中型FⅧ:C活性1％-5%；小手术后可严重出血，偶有自发性出血轻型FⅧ:C活性5％-25％；手术或轻度外伤大出血56/9257第四节糖尿病

diabetesmellitus公元前2世纪“黄帝内经”已有“消渴”结识1665年，小便多病，希腊人又叫Diabetes（弯弯泉水）1675年，英国William发觉尿甜，加Mellitus（甜蜜）1889年，德国Mollium观测胰消化功能时，切除狗胰腺，其尿招惹成群苍蝇，该病与胰腺有关。1923年，加拿大Banting于多伦多在胰腺提取了一种激素，造成该病明确。57/92lobalPrGojectionsfortheDiabetesEpidemic:2023–2025(millions)25.039.759%10.419.788%38.244.216%1.11.759%13.626.998%World2023=189million2025=324million增加72％81.8156.191%北美中美南美非洲欧洲亚州18.235.997%中东大洋洲58/92世界糖尿病患者人数排名和发展趋势1

2345678910印度中国美国俄联邦日本巴西印度尼西亚巴基斯坦墨西哥Ukraine所有其他国家19.416.0

13.98.96.34.94.54.33.83.649.7印度中国美国巴基斯坦印度尼西亚俄联邦墨西哥巴西埃及日本所有其他国家57.237.621.914.512.412.211.711.68.88.5103.6排名国家国家1995

(百万)2025

(百万)KingH,etal.DiabetesCare1998;21:1414–31.59/92中国：糖尿病患病率IGT患病率

1980年：0.67%

1994年：2.51%2.5%

1996年：3.21%4.76%

2023年：6%

2023年：10.6%10.9%（改标准）

2023年：9.74％15.5％

2023年：10％(18岁以上)

增速远超预期！估算：糖尿病现患者9240万，糖尿病前期1.482亿！60/92

糖尿病是由多种病因引发以慢性高血糖为特性代谢性疾病，由于胰岛素分泌或作用缺陷，或二者同步存在，引发糖、蛋白、脂肪、水和电解质等一系列代谢紊乱。久病可引发多系统损害，病情严重或应激时可发生急性代谢紊乱。61/92病因

遗传环境原因本身免疫胰岛素分泌缺陷胰岛素作用缺陷62/92糖尿病分类

糖尿病病因学分类（1997，ADA提议）（一）1型糖尿病（B细胞破坏，胰岛素绝对不足）

1.免疫介导（急发型、缓发型）

2.特发性（二）２型糖尿病（胰岛素分泌不足伴胰岛素抵抗）63/92Ⅰ型糖尿病

Ⅰ型糖尿病(IDDM)为小朋友及青少年最常见内分泌疾病，一旦发病需终生注射胰岛素．其急慢性并发症是小朋友及其成年后致死和致残主要原因。不一样国家Ⅰ型糖尿病患病率有较大不一样，Ⅰ型糖尿病大约占总糖尿病患者5%至10%，大多数糖尿病患者为Ⅱ型糖尿病。64/92Ⅱ型糖尿病90～95%为Ⅱ型糖尿病。胰岛素抵抗

胰腺代偿分泌使血糖水平维持在较为正常范围内。失代偿后，胰岛素分泌模式开始出现异常，进餐后愈加显著，使葡萄糖在血液中蓄积，血糖水平超出正常范围，引发Ⅱ型糖尿病。

体重增加、体育活动减少，Ⅱ型糖尿病中这种情况会进行性加重。

65/922型糖尿病有关基因1.胰岛素基因1.1胰岛素分子上某一种氨基酸被替代，而此氨基酸对胰岛素生物活性起关键性作用1.2胰岛素原转换为胰岛素过程中，正常咸基残端被裂开。B52突变（苯丙氨酸亮氨酸）INS一级构造变化----受体结合障碍。65位（精氨酸非咸性氨基酸）蛋白酶识别点消失INS加工障碍胰岛素原在C肽和B链之间断裂妨碍受体识别66/922型糖尿病有关基因2.胰岛素受体基因12345678910111213142122胰岛素结合区富含半胱氨酸区域选择性可剪切外显子前受体胯加工区酷氨酸激酶信号肽外显子胰岛素受体基因构造图67/922型糖尿病有关基因3.葡萄糖激酶基因1b1c2378910ExonGCK构造示意图4561a有研究表白，在少年起病成年型病人中发觉了葡萄糖激酶（GCK）基因变化及该酶活性下降。血糖增高GCK体现葡萄糖6-磷酸葡萄糖胰岛素分泌肝糖元合成68/922型糖尿病有关基因4.糖原合成酶基因在周围组织对葡萄糖非氧化摄取、合成糖原过程中，糖原合成酶（GSY）基因产物起到主要作用。这一过程受阻可引发周围组织对胰岛素抵抗，常伴高血压，并常有显著家族遗传倾向。在2型糖尿病患者GSY基因中发觉了双核苷酸复序列多态性（TG）。它位于19号染色体载脂蛋白C-2及富含组氨酸钙结合蛋白基因之间，拥有10个等位基因，杂合度0.82，在2型糖尿病发病及胰岛素抵抗中作用机制尚待深入研究。69/922型糖尿病有关基因5.载脂蛋白基因群糖尿病患者多合并有血脂和脂蛋白成份异常，是引发糖尿病血管病变一种主要危险原因。载脂蛋白（Apo）在脂类代谢中起主要作用，目前国际上已从分子生物学领域对Apo基因多态性进行分析，发觉了2型糖尿病与ApoA1、C3、B等基因有关联。研究最为深入当属Apo-B。70/922型糖尿病有关基因6.线粒体tRNA基因线粒体（mt)基因突变糖尿病是1992年以来发觉以母系遗传、血糖升高，多数伴耳聋为主要特性特殊类型糖尿病，占2型糖尿病发病率0.5%~1.0%。71/92

1型糖尿病

2型糖尿病

遗传易感HLA有关联

强

环境

病毒感染危险原因本身免疫ICA、IAA、GAD65未发觉

机制

胰岛素绝对不足

胰岛素抵抗、分泌缺陷胰腺病理残余10%B细胞残余30%B细胞以上

胰岛素

低

释放延迟；高；低年纪