细胞增殖和凋亡异常与疾病.ppt

1 细胞增殖和凋亡异常与疾病 病理生理学教研室周琴 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 5 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 6 细胞增殖 cellproliferation 细胞分化 celldifferentiation 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 概述 7 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 概述 参与创伤修复 8 细胞周期 cellcycle 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 9 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 10 2001年10月8日美国人LelandHartwell 英国人PaulNurse TimothyHunt因对细胞周期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖 利兰 哈特韦尔保罗 诺斯蒂莫西 亨特 ControllingGenesCDKscyclins 11 细胞周期的调控 12 细胞周期的调控 细胞周期自身调控 CDKcyclinCDI 检查机制 检查站关卡 13 细胞周期自身调控 周期素 cyclin 油门 特点 呈周期性波动 功能 激活相应CDK 驱动该期前进 Cyclin至少有8种 分三大类 cyclinD E等 cyclinA等 cyclinB等 14 细胞周期自身调控 周期素 cyclin 油门 属丝氨酸 苏氨酸蛋白酶CDK家族有9种成员 CDK1 9 CDK的激活是细胞周期运行的直接动力 不同阶段有相应的cyclin CDK CDK与相应的cyclin结合才能被激活 周期素依赖性激酶 CDK 引擎 15 图2不同阶段的cyclin CDK复合物 CDK1 CycB 16 图3CDK活性的影响因素 CDK 17 周期素 cyclin 油门 周期素依赖性激酶 CDK 引擎 细胞周期的调控 细胞周期自身调控 可特异性抑制CDK的活性 周期素依赖性激酶抑制因子 CDI 刹车 18 周期素依赖性激酶抑制因子 cyclindependentkinaseinhibitor CDI Ink4Kip 结构特点 组成成员 作用特点 19 周期素 cyclin 油门 周期素依赖性激酶 CDK 引擎 周期素依赖性激酶抑制因子 CDI 刹车 细胞周期的调控 细胞周期自身调控 在生物进化过程中 细胞发展出一套保证细胞周期中DNA复制和染色体分配质量的检查机制 细胞周期检查点 checkpoint 关卡 20 G1 S检查点 S G2期检查点 图4细胞周期检查点 G2 M检查点 M G0检查点 21 P53 图5P53促进CDI中的P21cip1表达 22 周期素 cyclin 油门 周期素依赖性激酶 CDK 引擎 周期素依赖性激酶抑制因子 CDI 刹车 细胞周期检查点 checkpoint 关卡 其它因素 细胞周期的调控 细胞周期自身调控 23 细胞外信号对细胞周期的调控 增殖信号 促cyclinD的合成及下调CDI的合成 细胞周期的调控 细胞周期自身调控 抑制信号 增殖信号 肽类生长因子等 24 图2不同阶段的cyclin CDK复合物 CDK1 CycB 25 下调cyclin和CDK等表达 诱导CDI产生 细胞外信号对细胞周期的调控 抑制信号 TGF 等 增殖信号 肽类生长因子等 细胞周期的调控 细胞周期自身调控 26 丝 苏氨酸蛋白激酶型受体 TGF TGF R 细胞膜 胞浆 胞核 TGF 途径对细胞增殖的负调控作用 27 驱动机制 检查机制 自身调控 胞外信号调控 细胞周期调控 28 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 29 细胞增殖过度与肿瘤 肿瘤细胞恶性增殖的机制 细胞周期调控异常与疾病 30 驱动机制 检查机制 CDI 肿瘤细胞恶性增殖的机制 31 肿瘤细胞恶性增殖的机制 Cyclin的过表达 细胞增殖过度与肿瘤 基因扩增cyclinD1过表达的主要机制 染色体倒位 cyclinD 机制 染色体易位 32 肿瘤细胞恶性增殖的机制 Cyclin的过表达 CDK的增多 细胞增殖过度与肿瘤 主要见于CDK4和CDK6过度表达 33 丝 苏氨酸蛋白激酶型受体 TGF TGF R 细胞膜 胞浆 胞核 TGF 途径对细胞增殖的负调控作用 34 肿瘤细胞恶性增殖的机制 Cyclin的过表达 CDK的增多 CDI表达不足和突变 细胞增殖过度与肿瘤 35 Ink4 36 肿瘤细胞恶性增殖的机制 Cyclin的过表达 CDK的增多 CDI表达不足和突变 细胞增殖过度与肿瘤 Ink4失活 P16Ink4a失活等 Kip含量减少 P21kip1表达减弱使抑制细胞增殖的作用减弱 P27kip1表达降低与肿瘤发生 分化 分级和预后有关 37 肿瘤细胞恶性增殖的机制 Cyclin的过表达 CDK的增多 CDI表达不足和突变 细胞增殖过度与肿瘤 检查点功能障碍 38 G1 S检查点 G2 M检查点 Li Fraumeni癌症综合征 是以乳腺癌为主的癌家族综合征 将近50 的受累家族成员发生多发性原发性肿瘤 可患有脑瘤 骨肉瘤 横纹肌肉瘤 白血病 肺癌 结肠癌 肾上腺皮质癌等 预期90 以上的受累家族成员70岁前会发生肿瘤 39 肿瘤细胞恶性增殖的机制 Cyclin的过表达 CDK的增多 CDI表达不足和突变 检查点功能障碍 细胞增殖过度与肿瘤 G1 S检查点功能障碍P53突变 G2 M检查点功能障碍 40 肿瘤细胞恶性增殖的机制 细胞增殖过度与肿瘤 41 细胞增殖缺陷 细胞增殖过度与肿瘤 糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机制 P27过表达 细胞周期调控异常与疾病 糖尿病肾病 神经退行性疾病 再生障碍性贫血等 42 细胞增殖缺陷 细胞增殖过度与肿瘤 糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机制 P27过表达pRb低磷酸化 细胞周期调控异常与疾病 43 细胞增殖缺陷 细胞增殖过度与肿瘤 细胞周期调控异常与疾病 衰老细胞增殖缺陷的机制 糖尿病肾病细胞增殖缺陷的机制 CDK和cyclin均有异常CDK cyclin复合物活性降低CDI过表达 44 调控细胞周期与疾病的防治 合理利用增殖相关信号 抑制cyclin或 和CDK的表达和活性 提高CDI的表达和活性 修复或利用缺陷的细胞周期检查点 上皮生长因子 EGF Flavopiridol 以肿瘤为例 45 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 46 概述 细胞凋亡 apoptosis 由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致细胞死亡的过程 特点 主动过程 细胞死亡的一种方式 细胞凋亡与坏死的区别 比较项目 坏死凋亡 apoptosis 概述 1 性质 2 诱导因素 强烈刺激 随机发生 较弱刺激 非随机发生 3 生化特点 4 形态变化 5 DNA电泳 6 炎症反应 7 凋亡小体 8 基因调控 被动过程 无新蛋白合成 不耗能 主动过程 有新蛋白合成 耗能 细胞结构全面溶解 破坏 细胞肿胀 胞膜及细胞器相对完整 细胞皱缩 核固缩 弥散性降解 电泳呈均一DNA片状 DNA片段化 180 200bp 电泳呈 梯 状条带 溶酶体破裂 局部炎症反应 溶酶体相对完整 局部无炎症反应 有 病理性 非特异性 生理性或病理性 特异性 无 有 无 48 核固缩或碎裂凋亡小体形成 apoptotsisbody 细胞皱缩 胞膜空泡化 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 49 50 CTL 肿瘤细胞 CTL正在诱导肿瘤细胞凋亡 Membraneblebbing 51 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 52 核小体 30nm 染色质的基本结构 53 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 ladderpattern 54 梯 状条带 ladderpattern 坏死条带 55 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 含半胱氨酸的天冬氨酸特异水解酶 cysteine containingaspartate specificprotease 56 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 57 细胞凋亡的生理意义 确保正常发育 生长 维持内环境稳定 发挥积极的防御功能所以细胞凋亡是正常的生理过程 但是凋亡过多或过少都可引起疾病发生 因此 近年来对于细胞凋亡的研究 已成为医学界的关注热点 58 APOPTOSIS INSECT 59 60 61 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 62 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 诱导期 效应期 降解期 63 细胞凋亡的调控 64 凋亡信号 生理性凋亡信号 激素或生长因子的直接作用 糖皮质激素 淋巴细胞凋亡谷氨酸 皮质神经元凋亡TNF TGF 多种细胞凋亡 病理性凋亡信号 激素或生长因子的间接作用 睾丸发育不良 睾丸酮 前列腺上皮细胞凋亡腺垂体功能异常 ACTH 肾上腺皮质细胞凋亡 65 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病毒人类乳头状瘤病毒 66 细胞凋亡的诱导与抑制 诱导因素抑制因素1 激素与生长因子 1 生长因子 糖皮质激素IL 2IL 2去除神经生长因子2 理化因素 2 某些激素 强酸 强碱 乙醇ACTH抗癌药物睾丸酮高温 射线雌激素3 免疫性因素 3 某些药物 细胞毒T淋巴细胞Caspase抑制剂4 生物学因素 基因转录抑制剂细菌 病毒蛋白翻译抑制剂5 细胞因子 4 EB病毒TNF IFN 人类乳头状瘤病毒 67 细胞凋亡的过程与调控 68 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 69 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 属于TNF受体基因超家族成员 包括 Fas TNFR1 DR3 4 5 配体 TNF Fas配体 DR配体等 死亡受体介导的凋亡通路 70 死亡受体介导的凋亡通路 71 死亡受体介导的凋亡通路 72 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 73 细胞凋亡信号的转导 transduction 死亡受体介导的凋亡通路 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 如 射线 化疗药 微生物 细胞因子和生长因子缺乏等 74 Ca2 NO 缺血 缺氧及活性氧等 线粒体介导的凋亡通路 75 线粒体介导的凋亡通路 Ca2 NO 缺血 缺氧及活性氧等 76 线粒体介导的凋亡通路 77 线粒体介导的凋亡通路 78 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 内质网内蛋白质积累 钙失去衡 内质网压力 apoptosis 79 Ca2 NO 缺血 缺氧及活性氧等 死亡受体通路 线粒体通路 小结 80 81 细胞凋亡异常 c FLIP cellularFas associateddeathdomain likeIL 1beta convertingenzymeinhibitoryprotein 82 细胞凋亡的过程与调控 83 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 84 1 Caspase属于半胱氨酸蛋白酶家族 14个成员 Caspase1 14 细胞凋亡的执行 启动型 caspase 8 10效应型 caspase 3 6 7 85 caspase的主要作用是 灭活凋亡抑制物 如BCL 2 直接作用于细胞结构并使之解体 分解与细胞骨架构成有关的蛋白 瓦解核结构成核碎片 86 2 内源性核酸内切酶内源性核酸内切酶以无活性的形式存在于细胞核内 Ca2 和Mg2 能激活此酶的活性 Zn2 则显著抑制其活性在核小体连接部切开DNA时 即可形成180 200bp或其整倍数的片断 87 细胞凋亡的过程与调控 88 凋亡的调控基因 89 促凋亡基因 wtP53 分子警察 90 P53介导的凋亡反应模式 91 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 Bcelllymphoma leukemia 2 Bcl 2 Bcl 2 Bcl XL 抗Bax Bak 促 92 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 93 细胞凋亡的过程与调控 94 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 吞噬细胞凝集素 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 95 小结 96 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 97 细胞凋亡异常发生机制 98 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 oxidativestress 细胞凋亡异常发生机制 99 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 100 钙稳态失衡 101 Ca2 NO 缺血 缺氧及活性氧等 死亡受体