细胞增殖分化凋亡异常与疾病

第八章细胞增殖和分化异常与疾病Abnormal Cell Proliferation, Apoptosis and Related of Disease,2,200多种细胞 约1014个细胞,1个细胞,3,4,200多种细胞 约1014个细胞,1个细胞,“细胞凋亡”,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？,7,细胞增殖的概述,细胞增殖异常与疾病,细胞周期及其调控,细胞周期调控异常与疾病,调控细胞周期与疾病的防治,8,细胞增殖(cell proliferation),细胞分化（cell differentiation),细胞通过生长和分裂使细胞数目增加,使子细胞获得和母细胞相同遗传特性的过程。,细胞通过分裂增殖产生结构和功能上有特定差异的子代细胞的过程。,两者关系:相互关联 但有所不同,基因型相同,基因型相同 细胞表型不同,9,生命延续的保证生长发育的基础维持细胞数量稳态,细胞增殖分化生物学意义,参与创伤修复,10,细胞周期(cell cycle),指细胞从一次分裂结束，到下一次分裂终了的过程或间隔时间。,细胞增殖是通过细胞周期来实现,G1期:DNA合成前期 S期: DNA合成期 G2期:DNA合成后期 M期: 有丝分裂期,11,图1 细胞周期过程,特点: 单向性阶段性检查点微环境影响,机体活细胞分类:周期性细胞 (连续分裂细胞)G0期细胞 (休眠细胞)终端分化细胞(不分裂细胞),1. 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（Cyclin dependent kinase, CDKs）,Key spot：Cyclin、 CDKs、 CDI、Checkpoint of cell cycle。,13,细胞周期的调控,细胞周期自身调控,CDK cyclinCDI,检查机制,“检查站关卡”,三大类：G1期、S期、M期Cyclin,Cyclin周期变化图,细胞增殖异常,【CDK1活化启动cell cycle】,CDK活化激酶（CDK activation kinase CAK）,不同阶段的cyclin/CDK复合物,CDK1/CycB,19,CDK活性的影响因素,CDK,CDI：复合物CDI可特异性抑制CDK的活性。Ink4：P16INK4a、P15INK4b、P18INK4c和P19INK4d CDK4、CDK6Cip/Kip：p21Cipl、P27Kip1和P57Kip1 CDK2,细胞增殖异常,抑制信号（TGF-） 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。,23,丝/苏氨酸蛋白激酶型受体,TGF-,TGFR,细胞膜,胞浆,胞核,TGF-途径对细胞增殖的负调控作用,24,驱动机制,检查机制,自 身 调 控,胞外信号 调控,细胞周期调控,25,细胞周期调控异常,恶性肿瘤、家族性红细胞增多症、前列腺肥大等,糖尿病肾病、神经退行性疾病、再生障碍性贫血等,细胞周期调控异常与疾病,恶性肿瘤细胞增殖异常机制,1细胞周期驱动机制失控 Cyclins的过表达（Over expression of cyclins） 肿瘤的发生与cyclin（D、E）过量表达有关。 【Cyclin D1（Bcl-1）过表达原因】（原癌基因） 基因扩增（Cyclin D1过表达的主要机制） 乳腺癌、胃癌、食道癌存在Cyclin D1基因扩增过度。,细胞增殖异常,染色体倒位（Chromosome inversion）Cyclin D1基因倒位于甲状旁腺启动子控制下 Cyclin D1蛋白合成 染色体易位（Chromosome translocation) 甲状旁腺腺癌 Bcl-1 t(11:14) (q13:q32)易位 Cyclin D1受Ig重链基因增强子影响 Cyclin D1表达,（p15:q13）,细胞增殖异常,细胞增殖异常,细胞增殖异常,34,细胞凋亡异常与疾病,概述,细胞凋亡的过程与调控,细胞凋亡失调与疾病,细胞凋亡与疾病的防治,细胞凋亡异常的发生机制,36,核固缩或碎裂凋亡小体形成 (apoptotsis body),细胞皱缩出芽染色质边集,炎症反应,无炎症反应,apoptosis,细胞肿胀细胞结构全面 破坏,细胞凋亡与坏死形态学改变的差别,38,细胞凋亡的生化改变,内源性核酸内切酶的激活,DNA片段化,DNA双链在核小体连接区被核酸内切酶切割而断裂成180-200bp或其整倍数的片段。,凋亡蛋白酶caspase的激活,核小体,30nm,染色质的基本结构,细胞凋亡的生化改变,内源性核酸内切酶的激活,DNA片段化,DNA双链在核小体连接区被核酸内切酶切割而断裂成180-200bp或其整倍数的片段。,电泳呈特征性的“梯”状条带(ladder pattern),“梯”状条带(ladder pattern),坏死条带,细胞凋亡的生化改变:,内源性核酸内切酶的激活,凋亡蛋白酶caspase的激活,灭活凋亡抑制蛋白分解与细胞骨架构成相关的蛋白直接作用于细胞结构使之解体瓦解核结构成核碎片,含半胱氨酸的门冬氨酸特异水解酶 (cysteine -containing aspartate-specific protease),表1 细胞凋亡与细胞坏死的比校,凋亡 坏死,性质 生理性或病理性,特异性 病理性,非特异性,诱因 较弱刺激 强烈刺激,凋亡小体 有 无,基因调控 有 无,形态变化,生化特点,44,细胞凋亡异常与疾病,概述,细胞凋亡的过程与调控,细胞凋亡失调与疾病,细胞凋亡与疾病的防治,细胞凋亡异常的发生机制,45,细胞凋亡的过程与调控,46,凋亡信号,生理性凋亡信号,激素或生长因子的直接作用,病理性凋亡信号,激素或生长因子的间接作用,47,诱导性因素,理化因素 射线、化疗药微生物学因素 细菌、病毒免疫性因素,抑制性因素,病理性凋亡信号,化学促癌物质病毒 EB病毒,48,细胞凋亡信号的转导(transduction),死亡受体介导的凋亡通路,内质网介导的凋亡通路,线粒体介导的凋亡通路,死亡受体介导的凋亡通路,49,死亡受体,-是一类通过与相应配体结合， 传递细胞凋亡信号的膜受体,配体：TNF-、FasL、TRAIL等,死亡受体介导的凋亡通路,50,死亡受体介导的凋亡通路,51,死亡受体介导的凋亡通路,52,Fas,细胞膜,肿瘤坏死因子受体家族,胞外,抗Fas抗体、免疫细胞表面的FasL及可溶性FasL等,53,线粒体介导的凋亡通路,由死亡受体非依赖的凋亡信号启动,54,Ca2+ 、 NO、缺血、缺氧及活性氧等,？,线粒体介导的凋亡通路,55,线粒体介导的凋亡通路,Ca2+ 、 NO、缺血、缺氧及活性氧等,56,线粒体介导的凋亡通路,57,线粒体介导的凋亡通路,58,Ca2+ 、 NO、缺血、缺氧及活性氧等,死亡受体通路,线粒体通路,小结,59,凋亡相关基因的激活,-凋亡相关基因按预定程序激活执行凋亡所需的各种酶类,内源性核酸内切酶凋亡蛋白酶Caspases组织型转谷氨酰胺酶需钙蛋白酶,可使肌动蛋白、纤维连接蛋白和粘附蛋白等交联形成僵硬不溶的蛋白，凋亡小体,参与酶的活化和膜的再塑,60,凋亡的调控基因,61,促凋亡基因,wtP53,“分子警察”,?,62,P53介导的凋亡反应模式,抑制凋亡基因,Bcl-2,抗凋亡机制:,抑制促凋亡性调节蛋白(Bax等),抑制caspases的激活,即B细胞淋巴瘤/白血病-2基因 (B cell lymphoma /leukemia-2， Bcl-2),64,C-myc(癌基因),对细胞凋亡具有双向调节作用,无GF,双向调控基因,65,凋亡细胞的清除,吞噬细胞受体对凋亡细胞识别 （凋亡细胞有死亡标记）,凝集素：识别细胞表面糖类,Victronectin受体：由血小板反应蛋白介导,磷脂酰丝氨酸受体：磷脂酰丝氨酸,66,小结：,67,细胞凋亡与疾病,概述,细胞凋亡的过程与调控,细胞凋亡失调与疾病,细胞凋亡与疾病的防治,细胞凋亡异常的发生机制,68,细胞凋亡异常发生机制,69,超氧阴离子（O2-） 羟自由基（OH.） 过氧化氢（H2O2）等,氧化损伤,氧化应激(oxidative stress),70,氧化应激致细胞凋亡的机制:,引起钙稳态失衡及线粒体损伤,促进凋亡基因的表达,激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶,损伤DNA，激活P53基因,脂质过氧化作用损伤细胞膜,71,钙稳态失衡,72,Ca2+ 、 NO、缺血、缺氧及活性氧等,死亡受体通路,线粒体通路,线粒体损伤,73,细胞凋亡异常发生机制,74,细胞凋亡失调与疾病,细胞凋亡不足与过度并存,“该死的细胞没死”,“不该死的细胞死了”,75,细胞凋亡不足,肿瘤,“该死的细胞没死”,病毒感染性疾病,细胞凋亡不足,“该死的细胞没死”,肿瘤,凋亡促进基因的P53失活,凋亡抑制基因bcl-2的过表达,灭活ICE痘病毒产生ICE的抑制物,77,细胞凋亡过度,“不该死的细胞死了”,心肌细胞凋亡的可能机制：氧化应激缺血缺氧死亡受体Fas表达显著上调缺氧P53基因激活,78,细胞凋亡过度,“不该死的细胞死了”,79,细胞凋亡不足与过度并存,动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS),80,细胞凋亡在疾病防治中的意义,防治思路,凋亡不足,凋亡过度,81,细胞凋亡在疾病防治中的意义,合理利用凋亡相关因素,用外源性TNF诱导白血病细胞凋亡治疗白血病,用神经生长因子治疗阿尔茨海默氏病,82,细胞凋亡在疾病防治中的意义,合理利用凋亡相关因素,干预凋亡信号转导,用阿霉素刺激肿瘤细胞表达Fas， 促使肿瘤细胞凋亡,用环胞霉素A阻抑线粒体跨膜电位下降 和防止PTP开放防止细胞凋亡,83,细胞凋亡在疾病防治中的意义,合理利用凋亡相关因素,干预凋亡信号转导,调节凋亡相关基因,向肿瘤细胞导入野生型p53基因， 促使肿瘤细胞凋亡,84,细胞凋亡在疾病防治中的意义,合理利用凋亡相关因素,干预凋亡信号转导,调节凋亡相关基因,控制凋亡相关的酶,用锌抑制核酸内切酶和caspases 的活性治疗AD和AIDS,用钙阻滞剂抑制核酸内切酶和 caspases 防治缺血再灌注损伤,细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻（caspase激活、PKC活化、蛋白合成等）,二、细胞凋亡的调控,凋亡信号可通过下列环节诱导细胞凋亡1氧化损伤（Oxidation damage ）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（Calcium overload ）3线粒体损伤（ Mitochondria damage ）4死亡受体的激活,凋亡诱导信号等,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,FSAL,FADD,Pro-caspase-8,Caspase-8,Caspase-3,Pro-caspase-3,生长因子、信号、Fas抗体,FAS,FADD（Fas-associated death domain）； DD（death domain）；DED （death effector domain）。,DED,DED,DD,caspase-10,细胞凋亡,细胞凋亡信号的转导,细胞凋亡异常,c-FLIP: cellular Fas-associated death domain-like IL-1 beta-converting enzyme inhibitory protein,细胞凋亡异常,2.内源性核酸内切酶,细胞凋亡的调控机制,【调控基因】,细胞凋亡异常,（Regulated mechanism of apoptosis）,细胞凋亡的基因调控,BcL-2基因是B-淋巴细胞瘤/白血病-2（B cell lymphoma/Leukemia-2,BcL-2)基因的缩写，具有抗凋亡作用。BcL-2的高表达能阻抑多种凋亡诱导因素所引发的细胞凋亡。如-射线、糖皮质激素、热休克、多种化疗药物。,三大类：,抗凋亡作用，有BcL-2,BcL-w，BcL-XL、,促凋亡作用的，有Bax，Bak, Bc