病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病课件

第八章 细胞增殖和凋亡异常与疾病病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3细胞增殖和凋亡异常与疾病AbnormalCellProliferation,ApoptosisandRelatedofDisease病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3裸鼠的结肠癌病理模型复制胃癌手术后肿瘤细胞转移患者（患者处于恶液质状态）瘤细胞为什么会发生？病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3AbnormalApoptosisandDiseasesAbnormalProliferationandDiseases病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3《细胞增殖异常与疾病》AbnormalCellProliferationandDiseases

一、细胞周期及其调控

细胞周期概念（Conceptandphasesof

Cellcycle）

【CellProliferation】

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↑、分化不全肿瘤发生病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3

【Cellcycle】Cellcycleisdefinedasaperiodfromtheendofonedivisiontothebeginningofnextdivisionofaproliferativecell.

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病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3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病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3■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

病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3Cyclin-CDK复合物及其相关蛋白

Cyclins相关CDKs细胞周期作用相关蛋白低物降解

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病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3PEST

短寿命蛋白C-末端都有一个(或一个以上)富含Pro(P),Glu(E),Ser(S)和Thr(T)的序列(脯氨酸（P），谷氨酸（E），丝氨酸（S），及苏氨酸（T）残基)的40个aa残基组成的结构域，简称PEST序列，它可以影响到某些蛋白的稳定性。

PEST样序列中3个赖氨酰残基可能是其泛素化结合位点，将3个赖氨酰残基都进行突变，ste3p的泛素化和胞吞会严重受损。病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3Cyclins降解主要是泛素-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SUMO病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3【CDK1活化启动cellcycle】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）

病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3细胞增殖异常

【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）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

【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期病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3【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■癌基因与抑癌基因病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3【Checkmechanism】

▲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。

▲

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/S

CheckpointDNA复制检查点S/G2

纺锤体组装检查点G2/M

细胞增殖异常病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3细胞增殖异常病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3

■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。

■细胞生长条件不具备

能使P16INK4a和P15INK4b增加，并均能抑制CyclinD-CDK4/6复合物的功能，细胞阻滞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、IGF、IL）病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3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►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）细胞增殖异常病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3恶性肿瘤细胞增殖异常机制病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病31．细胞周期驱动机制失控

■Cyclins的过表达（Overexpressionofcyclins）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（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）病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3■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细胞增殖异常▲基因突变CyclinD1T286突变CyclinD1泛素化受阻CyclinD1↑可能病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3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

可能病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3细胞增殖异常正常

【Mechanism】

p53基因突变P21cip1转录↓DNA受损细胞增殖↑▲

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）

病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3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病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3

■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、丢失细胞增殖异常病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3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。病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3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悉尼·布雷诺尔罗伯特·霍维茨约翰·苏尔斯顿2002年诺贝尔生理与医学奖获得者►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）细胞凋亡异常病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3■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）细胞凋亡异常病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3■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（160～200bp的倍数）■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）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）病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3

►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

细胞凋亡异常病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病31.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►细胞凋亡的信号传导（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亚基剪切病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病32．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（pathway）细胞凋亡异常FSALFADDPro-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病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3细胞凋亡异常c-FLIP:cellularFas-associateddeathdomain-likeIL-1beta-convertingenzymeinhibitoryprotein病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3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缺血缺氧活性氧MPT开放Cyt.c+Pro-caspase-9Caspase-9ATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cCARDapoptosome细胞凋亡异常

AIFcaspase-independentapoptosisPro-Caspase-3凋亡Caspase-3病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3Pro-caspase-2caspase-2Pro-caspase-6Caspase-6Pro-caspase-7caspase-7Pro-caspase-9ICAD（抑制性CAD）CAD（caspase活化DNA酶）CDA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细胞凋亡异常病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3►细胞凋亡的发生机制（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）细胞凋亡异常病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3TNF-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细胞凋亡异常病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3►细胞凋亡的调控机制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【调控基因】细胞凋亡异常（Regulatedmechanismofapoptosis）病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3Bcl-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1．Bcl-2基因家族（Bcl-2Family®ulatingfunctions）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病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3【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）

Asatranscriptionfactor,p53regulatesdownstreamgenesimportantincellcyclearrest,DNArepair,andapoptosis.AfterDNAdamage,p53holdsthecellatacheckpointuntilthedamageisrepaired.Ifthedamageisirreversible,apoptosisistriggered.细胞凋亡异常病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3

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