病理生理学8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3

第八章第八章 细胞增殖和凋亡异常与疾病细胞增殖和凋亡异常与疾病细胞增殖和凋亡异常与疾病细胞增殖和凋亡异常与疾病Abnormal Cell Proliferation, Apoptosis and Related of Disease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？Abnormal Apoptosis and DiseasesAbnormal Proliferation and Diseases 细胞增殖异常与疾病细胞增殖异常与疾病 Abnormal Cell Proliferation and Diseases一、细胞周期及其调控一、细胞周期及其调控细胞周期细胞周期 概念概念 （ Concept and phases of Cell cycle）【 Cell Proliferation】细胞分裂和再生的过程，细胞通过分裂进行增殖，把遗传信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。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异常细胞增殖细胞增殖 、分化不良（过度）、分化不良（过度） 组织器官发育不全组织器官发育不全细胞增殖细胞增殖 、分化不全、分化不全 肿瘤发生肿瘤发生【 Cell cycle】Cell cycle is defined as a period from the end of one division to the beginning of next division of a proliferative cell. 细胞周期分期细胞周期分期 （ By stages）G1SG 2M【 细胞增殖过程细胞增殖过程 】 细胞增殖异常细胞增殖异常细胞生长细胞生长DNA复制复制细胞分裂细胞分裂细胞周期细胞周期的控制细胞周期的控制 （ Regulation of the cell cycle）细胞增殖异常细胞增殖异常1. 细胞周期自身控制（细胞周期自身控制（ Regulation of intracellular signals ）细胞周期调控机制的核心是一组周期素依赖性蛋白激酶细胞周期调控机制的核心是一组周期素依赖性蛋白激酶（ Cyclin dependent kinase, CDKs）Key spot： Cyclin、 CDKs、 CDI、 Checkpoint of cell cycle。Regulation of the cell cycleRegulation of the cell cycle by intracellular signalsRegulation of the cell cycle by extracellular signals Cyclin与与 CDKsCyclin【 Classification 】 Cyclin B1、 Cyclin A、 Cyclin E、 Cyclin D1,D2,D3. F,G,H,T。 细胞增殖异常细胞增殖异常CDKPSTAIRE cyclinCDKCyclin/CDKCombine图 Cyclin box 结构与功能100aa组成组成 cyclin boxCyclin -COOHH2N-催化亚基催化亚基 调节亚基调节亚基 Cyclin-CDK复合物及其相关蛋白Cyclins 相关相关 CDKs 细胞周期作用细胞周期作用 相关蛋白相关蛋白 低物低物 降解降解A CDK1， CDK2 S+G2, M p107+E2F， p21， PCNA Rb ubiquitinB(B1,B2) CDK1(cdc2) G2, M p21,PCNA Rb ubiquitinC CDK8 G1 - - PESTD(D1-3) CDK4(2,5,6) G1 Rb,p21,p27,p15,p16,PCNA Rb PESTE CDK2 G1+G1, S p107+E2F ,p21,PCNA Rb PESTF - S - - - G - G1 - - - H CDK7 G1,S,G2, M - CDK1,4,6 -Cyclin周期变化图周期变化图细胞增殖异常细胞增殖异常PEST短寿命蛋白短寿命蛋白 C-末端都有一个末端都有一个 (或一个以上或一个以上 )富含富含 Pro(P), Glu(E), Ser(S)和和 Thr(T)的序列的序列 (脯氨酸（脯氨酸（ P），）， 谷氨酸（谷氨酸（ E），）， 丝氨酸丝氨酸（ S），）， 及苏氨酸（及苏氨酸（ T） 残基残基 )的的 40个个 aa残基组成的结构域，简残基组成的结构域，简称称 PEST序列，它可以影响到某些蛋白的稳定性序列，它可以影响到某些蛋白的稳定性 。PEST 样序列中样序列中 3 个赖氨酰残基可能是其泛素化结合位点，将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，个赖氨酰残基都进行突变， ste3p 的泛素化和胞吞会严重受损。的泛素化和胞吞会严重受损。 Cyclins降解主要是泛素降解主要是泛素 -蛋白酶体进行泛素化降解蛋白酶体进行泛素化降解 细胞增殖异常细胞增殖异常泛素蛋白质 降解的蛋白质SUMO【 CDK1活化启动活化启动 cell cycle】CDK1活化活化Cyclin与与 CDK1结合、磷酸化结合、磷酸化CAK对对 CDK1活化部位的磷酸化活化部位的磷酸化Cell cycleCDKs家族家族CDKs是一组丝氨酸是一组丝氨酸 /苏氨酸蛋白激酶。称为苏氨酸蛋白激酶。称为 CDK19。细胞增殖异常细胞增殖异常Thr14、 Tyr15抑制部位去磷酸化CDK活化激酶（ CDK activation kinase CAK） 细胞增殖异常细胞增殖异常【 CDKs活化部位与抑制部位活化部位与抑制部位 】CAK对对 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磷酸化活化，同时伴有抑制部位磷酸化活化 。活化部位（活化部位（ CDK1Thr161） 磷酸化磷酸化抑制部位（抑制部位（ CDK1Thr14、 Tyr15） 去磷酸化依赖去磷酸化依赖 P80cdc25酶酶 作用作用CDK2与与 cyclin E和和 A结合后结合后 识别染色体识别染色体 ARS 促进促进 S期期CDK1与与 cyclin B1结合结合 (Maturation promoting factor,MPF) 启动启动 M期期CDK1与与 cyclin A结合结合 启动启动 G2期期 磷酸酶 P80cdc25 【 CDK活化与调控细胞周期活化与调控细胞周期 】 CDK2与与 cyclin E结合，结合， CDK4、 CDK6与与 cyclin D1、 D2、 D3结合结合pRb磷酸化磷酸化 游离游离 E2F释放释放 启动启动 G1期期DNA合成合成 启动启动 S期期【 抑制途径抑制途径 】 CDIs通过直接结合通过直接结合 CDK-cyclin复复合物的磷酸化活化部位，抑制合物的磷酸化活化部位，抑制 CDK的激酶活性。的激酶活性。 P16INK4a通过结合通过结合 CDK4单体，单体，阻断它与阻断它与 cyclins的结合。的结合。CDI： 复合物复合物CDI可特异性抑制可特异性抑制 CDK的活性。的活性。Ink4： P16INK4a、 P15INK4b、 P18INK4c和和 P19INK4d CDK4、 CDK6Cip/Kip： p21Cipl、 P27Kip1和和 P57Kip1 CDK2细胞增殖异常细胞增殖异常癌基因与抑癌基因【 Check mechanism】P53 ：能与：能与 DNA损伤部位结合的损伤部位结合的 AMT磷酸化磷酸化 P53， 磷酸化磷酸化 P53上调上调 p21Cipl基因的转基因的转录，录， P21Cipl能与多种能与多种 CDK-cyclin复合物结合，复合物结合，抑制抑制 CDKs的激活，阻滞的激活，阻滞 G1/S的过渡，为的过渡，为 DNA修复提供足够时间。修复提供足够时间。 Cdc25： 负责负责 G2期处检查。期处检查。细胞周期检查点（细胞周期检查点（ Checkpoint of cell cycle）细胞内存在监控机制细胞内存在监控机制 检测点（检测点（ Checkpoint）。）。DNA 损伤检查点损伤检查点 G1/S Checkpoint DNA复制检查点复制检查点 S/G2 纺锤体组装检查点纺锤体组装检查点 G2/M 细胞增殖异常细胞增殖异常细胞增殖异常细胞增殖异常抑制信号（抑制信号（ TGF-）可以下调可以下调 cyclin和和 CDK4的表达的表达和促进和促进 P21wafl、 P27kipl和和 P15ink4b等等CDI产生，使细胞阻滞在产生，使细胞阻滞在 G1期。期。 细胞生长条件不具备细胞生长条件不具备能使能使 P16INK4a和和 P15INK4b增加，增加，并均能抑制并均能抑制 Cyclin D-CDK4/6复合物复合物的功能，细胞阻滞的功能，细胞阻滞 G1期。期。pRbE2F2. 细胞外信号的调控（细胞外信号的调控（ Regulation of extracellular signals）G1期存在一个期存在一个 “限定点限定点 ”（ restriction point），）， 它决定细胞它决定细胞是否进入周期。是否进入周期。这这 “限定点限定点 ”主要受细胞外信号的调控。主要受细胞外信号的调控。刺激信号（生长因子刺激信号（生长因子 ）细胞增殖异常细胞增殖异常（ EGF、 IGF、 IL）细胞增殖分化异常与相关疾病细胞增殖分化异常与相关疾病增殖异常增殖异常 分化异常分化异常 增殖分化异常增殖分化异常再生障碍性贫血再生障碍性贫血 肥胖症肥胖症 恶性肿瘤恶性肿瘤白癜风白癜风 遗传性血红蛋白病遗传性血红蛋白病 银屑病银屑病前列腺肥大前列腺肥大 肌营养不良肌营养不良 畸胎瘤畸胎瘤动脉粥样硬化动脉粥样硬化 先天畸形先天畸形家族性红细胞增多症家族性红细胞增多症 X-连锁连锁 -球蛋白缺乏症球蛋白缺乏症高高 IgM血症血症细胞周期异常与疾病细胞周期异常与疾病 （ Abnormal cell cycle & diseases）细胞过度增殖或不足的本质是细胞周期调控异常。细胞过度增殖或不足的本质是细胞周期调控异常。【 Deregulation of cell cycle】细胞周期的驱动失控（细胞周期的驱动失控（ Cyclin、 CDK和和 CDI表达异常）表达异常）监控（检查）机制受损（监控（检查）机制受损（ The impairment of checkpoint system）细胞增殖异常细胞增殖异常恶性肿瘤恶性肿瘤细胞增殖异常机制细胞增殖异常机制1细胞周期驱动机制失控细胞周期驱动机制失控Cyclins的的 过表达（过表达（ Over expression of cyclins） 肿瘤的发生与肿瘤的发生与 cyclin（ D、 E） 过量表达有关。过量表达有关。 【 Cyclin D1（ Bcl-1） 过表达原因过表达原因 】 （原癌基因）（原癌基因）基因扩增（基因扩增（ Cyclin D1过表达的主要机制）过表达的主要机制） 乳腺癌、胃癌、食道癌存在乳腺癌、胃癌、食道癌存在 Cyclin D1基因扩增过度。基因扩增过度。细胞增殖异常细胞增殖异常染色体倒位（染色体倒位（ Chromosome inversion）Cyclin D1基因倒位于甲状旁腺启动子控制下基因倒位于甲状旁腺启动子控制下 Cyclin D1蛋白合成蛋白合成 染色体易位（染色体易位（ Chromosome translocation) 甲状旁腺腺癌甲状旁腺腺癌 Bcl-1 t(11:14) (q13:q32)易位易位Cyclin D1受受 Ig重链基因增强子影响重链基因增强子影响 Cyclin D1表达表达 （ p15:q13） CDK 表达异常表达异常主要见于主要见于 CDK4、 CDK6过表达。过表达。CDK4+ cyclin D结合结合 CDK4/cyclin D CDKs表达表达 pRb pRb磷酸化磷酸化 细胞增殖过度细胞增殖过度E2F G1/S过渡加速过渡加速【 Cyclin D过表达致肿瘤机制过表达致肿瘤机制 】Cyclin D过表达过表达 + 生长因子生长因子CDKs瀑布效应瀑布效应 细胞增殖过度细胞增殖过度 易发生细胞癌变易发生细胞癌变 细胞增殖异常细胞增殖异常基因突变基因突变Cyclin D1 T286突变突变 Cyclin D1泛素化受阻泛素化受阻 Cyclin D1可能细胞增殖异常细胞增殖异常 CDI表达不足和突变表达不足和突变肿瘤细胞中常出现肿瘤细胞中常出现 CDI（ 肿瘤抑制基因）表达不足或突变。肿瘤抑制基因）表达不足或突变。 InK4失活失活【 p16 InK4基因失活原因基因失活原因 】突变或缺失、染色体易位、突变或缺失、染色体易位、 p16 InK4高度甲基化。高度甲基化。【 Mechanism】p16 InK4基因表达基因表达 CDK4与与 cyclin D结合结合 细胞周期处在细胞周期处在 “易于易于 ”被启动状态被启动状态 易发生细胞癌变易发生细胞癌变 可能细胞增殖异常细胞增殖异常正常正常【 Mechanism】 p53基因突变基因突变 P21cip1转录转录 DNA受损细胞增殖受损细胞增殖 Kip/Cip含量减少（含量减少（ Deficient expression of Kip/Cip） P21cipl功能功能 cyclins/CDKs活性活性 细胞周期速度细胞周期速度 增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（ PCNA） 阻滞阻滞 DNA复制复制 2. 细胞周期监控机制受损细胞周期监控机制受损 (Impairment of checkpoint system)主要原因主要原因 ： G1/S、 G2/M检查点异常检查点异常失察结果：探测失察结果：探测 DNA损伤功能降低损伤功能降低 （如发现不了（如发现不了 DNA损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等）损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等） 表表 人类肿瘤人类肿瘤 p53基因突变热点和频率基因突变热点和频率肿瘤型肿瘤型 突变频率（突变频率（ %） 突变热点突变热点 肿瘤型肿瘤型 突变频率（突变频率（ %） 突变热点突变热点肺癌肺癌 56 157， 248， 273 前列腺癌前列腺癌 30 不确定不确定结肠癌结肠癌 50 175， 245， 248， 273 肝细胞癌肝细胞癌 45 249食道癌食道癌 45 不确定不确定 胶质癌胶质癌 25 175、 248卵巢癌卵巢癌 44 273 乳腺癌乳腺癌 22 175、 248、 273胰腺癌胰腺癌 44 273 子宫内膜癌子宫内膜癌 22 248皮肤癌皮肤癌 44 248、 278 甲状腺癌甲状腺癌 13 248、 273胃癌胃癌 41 不确定不确定 白血病白血病 12 175、 248头颈鳞癌头颈鳞癌 37 248 宫颈癌宫颈癌 7 273膀胱癌膀胱癌 34 280 软组织肉瘤软组织肉瘤 31 不确定不确定细胞增殖异常细胞增殖异常 G2/M 交界处失察交界处失察 G2/M交界处交界处DNA双链断裂双链断裂激活激活 DNA损伤检查点损伤检查点 阻止细胞进入阻止细胞进入 M期期诱导修复基因转录诱导修复基因转录完成断裂的完成断裂的 DNA修复修复失去失去 G2/M检查点的阻滞作用检查点的阻滞作用 染色体发生重排、丢失染色体发生重排、丢失细胞增殖异常细胞增殖异常原发性血小板增多症原发性血小板增多症 （ PT）临床症状：临床症状： 以巨核细胞增殖为主的骨髓增生性疾病。伴有血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。出血及血栓形成。病因与机制：病因与机制： X染色体遗传、染色体遗传、 TGF-减少、减少、 辅助细胞缺乏等。辅助细胞缺乏等。良性前列腺增生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。腺增生。银屑病银屑病病因与机制：表皮生长因子受体的增加和病因与机制：表皮生长因子受体的增加和 受体的减少是引起受体的减少是引起表皮细胞增长过快的原因。表皮细胞增长过快的原因。凋亡相关基因激活凋亡相关基因激活DNase激活、激活、 Caspases激活激活巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞悉尼悉尼 布雷诺尔布雷诺尔 罗伯特罗伯特 霍维茨霍维茨 约翰约翰 苏尔斯顿苏尔斯顿2002年诺贝尔生理与医学奖获得者年诺贝尔生理与医学奖获得者细胞凋亡大致过程细胞凋亡大致过程 (The process of apoptosis)+cAMP、 Ca2+、 神经酰胺神经酰胺 死亡信号死亡信号凋亡诱导因素凋亡诱导因素 受体受体凋亡信号转导 凋亡基因激活 凋亡的执行 凋亡