疾病的细胞机制 ppt课件

疾病的细胞机制 Cellular Mechanism of Disease,Mr. Liuleap Department of PathophysiologyInner Mongolia Medical College,1,人类不断进化/生长/发育/衰老 周而复始 我们身体里在发生什么变化？,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）,细胞的增殖为什么会转变为肿瘤细胞？,2,Cellular Mechanism of Disease,疾病的细胞机制,3,疾病的细胞机制,4,细胞增殖调控异常与疾病 Disease associated with cell proliferation 一、概念（Concept） 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。,疾病的细胞机制,5,【细胞周期】（Cell cycle ） 细胞周期分期（By stages） G1SG2M,【细胞增殖过程】,疾病的细胞机制,Howard/Pelc1953年提出,6,细胞周期和其他的一些细胞生理过程就像多米诺骨牌,Cyclin的周期性变化,有丝分裂前中期,有丝分裂中期,有丝分裂后期,7,【构成有机体的三大类活细胞】,1、周期性细胞（连续分裂细胞）： 按 G1SG2M 四阶段循环，不断增殖死亡， 维持稳态更新（如表皮、骨髓细胞）。,2、GO期细胞（休眠细胞）： 暂时脱离细胞周期不进行增殖，有关刺激后才 增殖，这称为条件性更新（如肝、肾细胞等）。,3、终端分化细胞（不分裂细胞）： 为永远脱离细胞周期，丧失分裂能力的细胞。 （如神经细胞、心肌细胞等）。,8,【细胞周期的特点】,1、单向性：只能按G1SG2M方向推进,2、阶段性：可停止，条件合适继续,3、检查点：存在于各时相交叉处，决定增殖否,4、细胞微环境影响：与细胞外信号、条件相关,9,2001年诺贝尔生理医学奖获得者,2001年度诺贝尔生理学或医学奖，授予了美国科学家利兰哈特韦尔（L. Hartwell） 、英国科学家蒂莫西亨特（T. Hunt）和保罗纳斯（P. Nurse），以表彰他们发现了细胞周期的关键调控因子的调节机制。 他们的发现对研究细胞的发育有重大的影响，特别是对开辟治疗癌症新途径将具有极其深远的意义，因为细胞周期控制过程中出现的缺陷可以导致癌细胞中染色体的变异。,10,二、细胞周期的控制 (Controlled of cell cycle),疾病的细胞机制,1. 细胞周期自身控制 (Cell cycle self-control),细胞周期素(Cyclin)：随周期不同时相合成与降解 细胞周期素依赖性蛋白激酶(Cyclin dependent kinase, CDKs)： 有序磷酸化和去磷酸化来调节 CDK抑制因子（CDI）：随时相变化来影响细胞周期 检查点：对DNA损伤及复制和纺锤体组装作出反应,Key words：Cyclin/CDKs/CDI/Checkpoint of cell cycle,11,Cyclin【Classification 】 (Cyclin至少有11种,16个成员) Cyclin：A / B1-2 / C / D1-3 / E / F / G1-2 / H / I / K / T1-2,疾病的细胞机制,12,13,14,【CDK活化启动cell cycle】,CDKs家族 CDKs是一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。称为CDK19。,疾病的细胞机制,CDK活化激酶（CDK activation kinase CAK）,15,疾病的细胞机制,【CDKs活化部位与抑制部位】,CAK对CDK活化部位活化，进而参与和调控CDK的活性。,16,疾病的细胞机制,Rb：视网膜母细胞瘤基因，是第一个被克隆也是最为重要的肿瘤抑癌基因。,17,疾病的细胞机制,【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（多肿瘤抑制基因1，MST1）。,18, 细胞周期检查点（Checkpoint of cell cycle）,疾病的细胞机制,三个组成部分：探测器传感器效应器,19,【Check mechanism】,疾病的细胞机制,20,人类肿瘤p53基因突变热点和频率,21,2. 细胞外信号对细胞周期的调控 G1期存在一个“限定点”（restriction point）， 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。,疾病的细胞机制,细胞生长条件不具备 能使P16INK4a和 P15INK4b增加并 均能抑制Cyclin D-CDK4/6复合物 的功能，细胞阻 滞G1期。,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。,22,三、细胞周期调控异常与疾病 (Cell proliferation dysregulation and disease),疾病的细胞机制,（一）细胞增殖过度 细胞周期驱动机制失控 （Cyclin、CDK和CDI表达异常） 细胞周期监控机制受损 （检查点功能障碍）,23,细胞增殖分化异常与相关疾病,24,肝癌晚期,细胞增殖异常机制,腹中大肿瘤,恶性肿瘤,25,1、细胞周期驱动机制失控 cyclins的异常 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),疾病的细胞机制,26,疾病的细胞机制,27, 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。,疾病的细胞机制,28,疾病的细胞机制, InK4失活,【p16 InK4基因失活原因】 突变或缺失、染色体易位、p16 InK4高度甲基化。,Ink直接抑制cyclinD竞争结合G1期激酶CDK4/6Ink抑制E2F-1与未磷酸化的P105Rb结合,黑色素瘤，胶质瘤，胰腺癌，食管癌，乳腺癌，直肠癌，非小细胞肺癌，急性白血病等,29,疾病的细胞机制, Kip/Cip含量减少,P21：肝癌/黑色素瘤/骨肉瘤等P27：乳腺癌/前列腺癌/肺癌/胃癌/大肠癌/卵巢癌等,30, 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,疾病的细胞机制,2细胞周期监控机制受损,31, G1/S交界处失察,疾病的细胞机制, G2/M 交界处失察,染色体发生重排、丢失,33,原发性血小板增多症（PT）,良性前列腺增生,银屑病,34,（二）细胞增殖缺陷,细胞增殖缺陷与相关疾病,再生障碍性贫血 Alzheimer disease(AD) 白癜风 Parkinson disease 遗传性血红蛋白病 基因缺陷无汗症 糖尿病肾病 胚胎发育障碍先天畸形 X-连锁-球蛋白缺乏症 衰老,增殖缺陷可导致许多疾病，其发生机制各不相同。但是均有不同程度的cyclin/CDK/CDI及相关蛋白的表达异常。,35,白癜风皮肤表现,36,衰老的分子机制,衰老细胞中CDK/cyclin均有异常表达:,cyclinD/E的mRNA正常休眠细胞,cyclin-CDK活性 正常休眠细胞,缺乏cyclinA/B和CDK4/2 mRNA产物,cyclinD/E-CDK中的磷酸化水平,细胞停滞于G1期。,37, Necrosis = 细胞意外性死亡 Apoptosis = 细胞自发性死亡,细胞凋亡与疾病 Diseases associated with cell apoptosis,疾病的细胞机制,细胞死亡模式,一、细胞凋亡的概述,38,【Concept of apoptosis】,由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞死亡过程。 特定时空中发生的，受机体严密调控的细胞“自杀”现象。, 确保组织器官正常发育、生长。 维持内环境稳定。 发挥积极的防御功能。,【生理学意义】,疾病的细胞机制,39,疾病的细胞机制,40,（一）细胞凋亡的过程,二、细胞凋亡的过程与主要改变,疾病的细胞机制,41, 凋亡细胞与周围细胞脱离接触，胞膜空泡化（Blebbing） 细胞固缩（Condensation） 发芽（buding） 核固缩/染色质边集(Margination) 凋亡小体（Apoptotic body）,疾病的细胞机制,42, DNA片段化,疾病的细胞机制,2、生化改变,细胞凋亡过程中DNA的片段化断裂及蛋白质降解尤为重要。, Caspases激活,凋亡蛋白酶(caspases)是一组对底物天冬氨酸部位有特异水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶。目前已发现该蛋白酶家族至少有14个成员。,诱导性因素激活核酸内切酶,核小体连接区发生DNA降解,43,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、半胱氨病原体因素 HIV、HCV 酸蛋白酶抑制剂、EBV、 牛痘病毒、中性氨基酸,疾病的细胞机制,三、细胞凋亡的调控,（一）凋亡信号（apoptosis signal）,【Influence of factors of apoptosis】,有生理性和病理性凋亡信号以及诱导和抑制性因素的不同。,44,【Caspases 】 概念：Caspase属于半胱氨酸蛋白酶家族有14个成员(Caspase 1-14).,疾病的细胞机制,（二）细胞凋亡的信号传导 （Caspases依赖的pathway）,45,1死亡受体(Death receptor, DR)通路(外通路) 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。 通路机制：,46,疾病的细胞机制,47,48,疾病的细胞机制,49,疾病的细胞机制,（三）细胞凋亡的发生机制 (Mechanism of cell apoptosis),【Mechanism】激活p53基因/消耗ATP/生物膜脂 质过氧化/膜破坏致Ca2+内流/激活核酸内切酶/ 活化核转录因子NF-B和AP-1。,1、氧化损伤,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。,50,（四）细胞凋亡的基因调控 （The regulation of cell apoptosis）,【调控基因】,疾病的细胞机制,细胞凋亡的调控基因,51, 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,1bcl-2基因家族(癌基因),疾病的细胞机制,52, 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，分子警察） 野生型p53是非常重要的促凋亡基因，突变型则否。,疾病的细胞机制,【促凋亡机制】,53,疾病的细胞机制,（五）细胞凋亡异常和疾病 （The diseases associated with apoptosis ）,与细胞凋亡异常相关的疾病,54,（乳腺癌、肝癌、膀胱癌、肺癌、胶质瘤等也存在Bcl-2高水平表达）,1、细胞凋亡不足与肿瘤,疾病的细胞机制, bcl-2基因过表达,55, p53基因缺失或突变,（50%以上恶性肿瘤中存在P53异常，非小细胞肺癌 p53基因的突变率为50以上，在小细胞肺癌甚至高达80）,56,HBV编码的HBX蛋白是p53的强效抑制物，与肝癌发生密切相关。,疾病的细胞机制, 病毒的癌基因, 异常融合蛋白, 自身免疫病：SLE/多发性硬化/慢性甲状腺炎等,57,2、细胞凋亡过度, 神经退行性疾病：Alzheimer disease(AD) Parkinson disease (PD), 心脏疾病：心肌缺血/心肌梗死/心力衰竭等,58,感染HIV的宿主细胞膜上可表达一种名为gp120的糖蛋白，CD4+淋巴细胞的表面存有这种蛋白的受体，当gP120与CD4+受体分子结合后即可触发CD4+淋巴细胞凋亡。,（1）糖蛋白120(gP120)：, AIDS,59,细胞融合,被感染的CD4+ 细胞gp120 阳性,未感染的CD4+ 细胞gp120 阴性,受HIV感染的大部分CD4+淋巴细胞(约80-90)逐步融合形成合胞体(syncytia)或多核巨细胞，合胞体在形成过程中或形成后即可发生凋亡而解体。,gp120,CD4,(2) 合胞体形成：,60,HIV感染可使CD4+淋巴细胞的fas基因表达上调，因而使CD4+淋巴细胞对fas介导的凋亡敏感性提高。,(3) Fas基因表达上调：,61,(4) T细胞激活： HIV感染可引起CD4+淋巴细胞处于被激活状态。正常情况下被激活的细胞会迅速发生增殖反应，但在HIV感染时被激活的CD4+淋巴细胞不但不发生增殖，反而发生凋亡。 这种发生在细胞激活以后的T淋巴细胞死亡又称为激活诱导的细胞死亡(activation-induced cell death，AICD)。,62,（5）细胞因子： 受HIV感染的巨噬细胞分泌肿瘤坏死因子(TNF)增多，TNF可通过与TNF受体-1(死亡受体)结合而启动死亡程序，也可刺激CD4+淋巴细胞大量产生氧自由基，通过氧化应激而触发细胞凋亡。,HIV感染的巨噬细胞,63,(6) tat蛋白： 受HIV感染的细胞可产生tat蛋白，这种蛋白可自由透过细胞膜。tat蛋白进入CD4+淋巴细胞后，可诱导细胞产生氧自由基，增强Fas抗原表达而提高对细胞凋亡的易感性。,64,(7) 自相残杀 在HIV慢性感染阶段，受感染的CD4+淋巴细胞可作为效应细胞(effect cell)，未受HIV感染的CD4+淋巴细胞作为其靶细胞而被诱导产生凋亡。这是慢性HIV感染CD4+淋巴细胞数量减少的主要原因。,65,健康人外周血中CD4+T细胞数量为1000/ml，晚期AIDS患者则在100/ml,66,67,在AIDS发病过程中，细胞凋亡具有一定的保护意义。(不成功,便成仁,但是最终自己逐渐摧毁了整个免疫系统) 因此，在积极抗病毒治疗的同时，如何阻止免疫细胞的凋亡是AIDS病人免疫重建的关键所在。,生命的渴望,68,在神经系统疾病中有一类以特定神经元进行性丧失为其病理特征的疾病，如： Alzheimer disease(AD) Parkinson disease Huntington病 多发性硬化症等, 神经元退行性疾病,69,AD造成神经元丧失的主要机制是细胞凋亡。其因素包括淀粉样蛋白、钙超载、氧化应激及NGF分泌不足等。 其可能机制是： 有关致病因素(如氧自由基)作用于神经元，引起Ca2+内流增加，然后激活与-淀粉样蛋白合成有关的基因，神经元内-淀粉样蛋白含量增加，从而导致神经元凋亡。因此，阻抑胞内游离钙浓度上升或清除氧自由基，就可能阻断细胞凋亡。,70,71,思考题： 从某一方面举例说明细胞增殖异常和凋亡异常引发疾病的机制。,谢谢！,72,疾病的细胞机制,探测器,效应器,传感器,73,TNF-、抗CD3抗体、TCDD等,