分子生物学CH10tan疾病和衰老.ppt

第十四章 疾病和衰老 n掌握单基因病和多基因病的特点；熟悉几 种常见单基因病和多基因病的相关基因及 分子病因；熟悉衰老的主要细胞分子水平 特征；了解衰老与一些疾病的关系，了解 衰老的几种学说，了解衰老的相关基因 病因学 n几乎所有疾病都伴有基因结构或表达异常 n遗传性：先天因素 基因病 单基因病常染色体显性 n 常染色体隐性 n 性连锁 多基因病 染色体病 常染色体病 性染色体病 获得性： 后天因素 第一节 疾病的分子生物学 遗传性疾病特点： 垂直传递 生殖细胞突变 终身性 一、单基因病 符合孟德尔遗传方式 （一）血友病：X连锁隐性遗传病 血友病A：凝血因子VIII异常，男性发病 1/5000 血友病B ：凝血因子IX异常，男性发病 1/30000 血友病C ：凝血因子XI异常，犹太人 凝血过程 凝血因子、Ca+、磷脂、VitK n凝血酶原 凝血酶 纤维蛋白原 纤维蛋白 凝血因子FVIII nFVIII基因186kb、26个外显子、25个内含子 nFVIII蛋白2351个氨基酸 nX染色体长臂末端 n突变类型多：40%倒位（重排），精子形成过程中 点突变，多错义突变，GC盒内。 缺失，可导致移码突变 插入，逆转录转座dscDNA 重复，重复序列不稳定 （二）假肥大型肌营养不良症DMD nX连锁隐性遗传病，男性发病率1/3500 nDMD基因2400kb,79外显子 50-60%缺失突变，1/3为新生突变，可致移 码突变 nDMD抗肌萎缩蛋白有3684个氨基酸，抗肌 肉萎缩，肌细胞骨架蛋白之一 二、多基因病 n遗传因素与环境因素相互作用的结果 n不一定遵从孟德尔遗传规律 n共显性：基因没有显性、隐性之分 n微效基因：每个基因的性状效应较微小 n积累效应：不同的微效基因通过累加作用 形成一个明显的表型性状 n数量性状：多基因遗传的性状，连锁变异 n遗传易感性：遗传因素决定了患病的风险 n易患性：遗传因素和环境因素共同决定了 患病的可能性 n遗传率：遗传因素（即致病基因）所起作 用的大小（遗传率与患病率见p234） n主效基因：起主要作用的致病基因 种类 n肿瘤 n免疫性疾病 n心血管疾病 n代谢性疾病 n精神病 （一）糖尿病 n以“三多一少”为典型临床症状，以糖代谢 紊乱为主，表现为持续性高血糖，胰岛素 相对或绝对不足，常伴有并发症的代谢性 疾病 n代谢综合征，伴有脂代谢、蛋白代谢紊乱 ，易患冠心病、动脉粥样硬化、白内障、 脂肪肝、高血压等。 DM-I n胰岛细胞缺陷、胰岛素绝对不足 n自身免疫性、特发性 n特点 1、酮症倾向，症状较重，三多一少明显 2、通常幼年发现。亦可发现于任何年龄，遗传率高 3、血INS低值，C 肽接近0，INS抗体（ICA）常常阳 性 4、C 肽是型重要诊断指标，。 5、依赖INS 治疗，也会产生INS抵抗。可能抗体ICA 越来越多。 6、占人群0.28%，占糖尿病5-10% DM-I相关基因 n胰岛细胞抗体ICA n胰岛素抗体IAA n人类白细胞抗原基因HLA：DQ型和DR 型。可用于预测预防DM-I。 DM-II n胰岛素抵抗为主，胰岛素相对不足 n特点： 1、常40岁后发病。亦可发现于任何年龄。遗传倾向明显 2、症状较轻或缺如，通常逐渐发病。 3、多见 于肥胖者，肥胖率远高于型 4、无或少酮症倾向，除非在严重激发状态，如感染、心肌 梗塞时） 5、血INS水平多数不低于正常，C肽不低，血脂常偏高。 INS抵抗为其集中表现、是中心环节 6、占人群2。5%，占糖尿病80-95%，我国2-3千万。全球 约一亿，人口的5% DM-II相关基因 n胰岛素及其受体相关基因 n信号转导相关基因 n其他激素相关基因 n糖转运及相关基因 n糖代谢相关基因：葡萄糖激酶、糖原合酶 等 n脂代谢相关基因 n线粒体tRNA基因 胰岛素信号转导（酪氨酸激酶途径） n胰岛素 结合受体 激活受体酪氨 酸激酶活性 激活IRS-1 结合GRB 结合Sos 激活Ras 结合Raf-1 激活MEK 激活ERK 激活转录因子 糖原合成、葡萄糖分解关键酶表达 脂肪合成、胆固醇合成关键酶 使血糖下降,脂肪合成 血糖 食物中糖 肝糖原分 解 非糖物质 CO2+H2O+能量 合成肝糖 原 肌糖原 尿糖 脂肪、核糖、 氨基酸等 + + + + 脂肪酸 酮体 胆固醇 磷脂 胆碱、鞘氨醇 脂类 磷酸甘油 脂肪 胆固 醇酯 草酰乙酸 柠檬酸 延胡索酸 异 柠檬酸 琥珀酰辅酶A 酮戊二酸 5磷酸 核糖 乳酸 葡萄糖 糖原 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 3-磷酸甘油醛 3-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 乙酰辅酶A 糖类 n特殊型（P239） n妊娠型 （二）高血压 1、单基因遗传性高血压 1）糖皮质激素可矫正的醛固酮增多症 特点：高醛固酮、低肾素、盐敏感 病因：醛固酮合成酶基因突变，与11-羟化酶融合， 调控区为11-羟化酶基因的调控区，表达异常高， 且不受肾素、血管紧张素调节，只受促肾上腺皮质激 素ACTH的调节，ACTH受糖皮质激素抑制。 2）盐皮质激素增多症 特点：低醛固酮、低肾素、盐敏感 病因：11-羟固醇脱氢酶基因表达异常，皮质醇不 能转化为皮质酮，皮质醇增加，激活盐皮质激素受体 肾素血管紧张素系统 2、原发性高血压 内皮素ET：最强和持久的缩血管肽、平滑肌 增 生 内皮素转换酶：前内皮素内皮素 eNO合酶：舒张血管，抑制平滑肌增 生 心钠素和心钠素受体：利钠利尿，舒张血管 高脂蛋白血症 病因：载脂蛋白及其受体基因变异 nAPOB 家族性apoB-100缺陷症： 与LDL受体亲和力 下降 nAPOE 家族性III型高脂蛋白血症（家族性高- 脂蛋 白血症：不能与CM残体受体、LDL受体结 合 VLDL、 IDL、LDL 代谢 脂蛋白脂酶 肝、脂肪细胞等 合成三酰甘油 磷脂 胆固醇、酯 HDL IDL 胆固醇酯 磷脂 三酰甘油 B100 E LDL 胆固醇酯 B100 B100 三酰甘油 磷脂 胆固醇酯 新生VLDL E 肝 肝LDL 受体 三酰甘油 磷脂 胆固醇酯 成熟VLDL B100 C、E CM代谢 吸收 脂蛋白脂酶 小肠黏膜细胞 合成三酰甘油 (90%) 磷脂 胆固醇酯 B48 三酰甘油 磷脂 胆固醇 酯 新生CM A 三酰甘油 磷脂 胆固醇酯 C、E 成熟CM B48A HDL 残余CM 胆固醇 酯 B48 E 肝 第二节 衰老的分子生物学 研究衰老的目的 nAdd life into years ，and not years into life. n给岁月以生气，而不是给生命以岁 月 细胞衰老与整体衰老 n细胞衰老导致整体衰老 n但细胞衰老不等于整体衰老。细胞衰老、 死亡不是衰老特征 衰老的细胞分子水平特征 1.有丝分裂后细胞的死亡是器官衰老标记 如神经元、心肌、骨骼肌，出生后不久分化而停 止 分裂，完成生长期（只长大）后就开始凋亡， 有丝分裂后细胞的凋亡是其衰老核心问题 2.有丝分裂前细胞的周期延缓是老化指征 如神经胶质、肠上皮、骨髓、肝、皮肤 网状内皮系统的细胞，终生分裂 神经系统的衰老 nAD发病机制：AD病理特点为广泛的大脑皮 质萎缩，显微镜下可见皮质神经元脱失， 伴有胶质细胞增生及皮质下继发性脱髓鞘 。现代细胞分子生物学认为，本病的发生 与神经第质的缺陷有关，主要是乙酰胆碱 转移酶和乙酰胆碱合成酶的活性降低造成 乙酰胆碱（Ach）显著低于正常，而这是由 胆碱能传入神经元的渐进性凋亡所致。 n1981,1982年Whitehouse 等对AD患者进 行尸检后发现，AD患者的海马及基底神经 核的胆碱能神经元丧失达30-50%，有时可 达90%。 依据“胆碱能系统受损假说”设计的药 物 乙酰胆碱转移酶、乙酰胆碱合成酶 胆碱酯酶 乙酰胆碱 80年代，针对AD药物治疗的主要依据是“胆碱能系 统受损假说”，设计的药物如胆碱酯酶抑制剂毒蕈碱等均 疗效不大； 根据胆碱能神经元广泛凋亡的假说制定 预防和治疗AD方案 n凋亡的主要机制涉及到核酸内切酶激活、断裂DNA，核酸 内切酶的激活需胞内游离Ca2+增加，这是细胞毒性机制导 致细胞凋亡或坏死的共同最后通路，很多证据表明衰老和 AD时胞内游离Ca2+均明显增加，75岁后胞内增加的Ca2+ 浓度水平足以激活易感个体的凋亡相关基因，可能导致细 胞毒性蛋白即淀粉样蛋白的表达，使神经元凋亡。推想 维持细胞固有游离Ca2+浓度的正常可降低神经元凋亡率， 从而治疗AD。据此设计的Ca2+通道阻滞剂尼莫地平（ nimodipine, NMD）等确实可延缓AD进行性的记忆受损 ，而无明显的副作用，Ca2+通道阻滞剂类药物还有可能作 为AD的预防用药。 衰老的特征 n包涵物：脂褐素（膜残余）等“衰老色素” 堆集，在心肌细胞中 每十年以总容积0.3%0.6%递增，色素、淀粉样蛋白、免疫复 合物沉着 n染色体： 衰老时DNA与组蛋白结合紧密，非组蛋白含量减少 ，组蛋白非组蛋白磷酸化、乙酰化、甲基化等修饰下降，染色 体模板 活性下降，转录活性下降，对DNA酶活性不敏感 nDNA：甲基化下降 n胶原：单聚体下降，三聚体增加 可溶性胶原下降，不溶性胶原增加 交联与异常交联增加，形成交联后再交联成熟交联键， 以 衰老交联键组氨丙氨酸交联键为主，含量与衰老程 度成正比，易与钙、脂质结合 n酶、激素与物质代谢： 胶原结构的变化 青年人的 螺旋纤维 仅仅本组 内交联， 螺旋多肽 间并不互 相连接 原胶原分子之间 均产生交叉键结 合，形成衰老的 巨大分子 随年龄增长 ，原胶原内 两个螺旋多 肽之间产生 交叉键结合 最高寿命 n成长期（达到生殖成熟所需时间）与最高 寿限有显著相关性 n推算人的最高寿命为100-150岁 n女性寿命长于男性 衰老的理论遗传控制与遗传损伤 n交联学说：原胶原分子之间均产生交叉键结合，形成衰老 的巨大分子 n自由基损伤学说：SOD和CAT转基因实验；自由基使 Ca2+内流而诱导凋亡，有丝分裂后细胞对其敏感 n损伤修复学说：哺乳动物皮肤细胞对紫外线诱导损伤修复 能力与动物最高寿命有线性关系，裸露的线粒体DNA无修 复能力，随年龄增加丢失碱基增加 n细胞调亡学说：细胞过早、过多调亡 n端粒酶学说：生殖细胞与肿瘤细胞活性高，体细胞活性低 n基因控制学说：衰老基因？长寿基因？ n4号染色体可能蕴藏着人类“长寿基因” 。 2001 Puca等跟踪观察137组年龄9l一109 岁的长寿同胞(sibllt,gs)，308名长寿老人 ，发现他们的4号染色体D4S1564，(D代表 DNA，D后的数字表示染色体号，s代表节 段senlent，S后的数字表示微卫星在染色 体上的编号)微卫星附近100500个基因段 有与众不同蕴含”长寿基因”的可能性 n 1998Conos用SSH法筛选了8个衰老时相 高表达基因 p16基因 n细胞衰老是生物衰老的基本单位，老年病的发病基础童 坦君等在国际上初步阐明了细胞衰老主导基因p16影响衰 老进程的机制，以及它在衰老过程中高表达的原因 n 细胞衰老过程中p