细胞增殖和凋亡异常与疾病

1 1 病理生理学 病理生理学 Pathophysiology 第十一章细胞增殖和凋亡异常与疾病 2 人民卫生出版社病理生理学 3 增殖 分化 凋亡 细胞 4 第一节细胞增殖异常与疾病 人民卫生出版社病理生理学 5 主要内容 细胞周期的概述细胞周期的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 人民卫生出版社病理生理学 6 细胞增殖 多阶段 多因素参与有序的调节过程1953年Havard和Palw 细胞周期 人民卫生出版社病理生理学 细胞增殖 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 7 细胞周期 概念 增殖细胞从上一次分裂结束到下一次分裂终了的间隔时间 细胞增殖周期 分期 时相特点 G1期 firstgapphase DNA合成前期 S期 syntheticphase DNA合成期 G2期 secondgapphase DNA合成后期 M期 mitoticphase 有丝分裂期 人民卫生出版社病理生理学 8 细胞周期分期 M 期有丝分裂胞质分裂间期G1 M和S期间的间隔S DNA和中心体复制G2 S和M期间的间隔 9 分裂间期 前期 前中期 中期 后期 末期 胞质分裂期 有丝分裂 10 细胞周期 分类 增殖特性 周期性细胞 连续分裂细胞 表皮 骨髓细胞 洗发水广告 去头屑 小肠微绒毛 G0期细胞 休眠细胞 肝 肾细胞终端分化细胞 不分裂细胞 神经 心肌细胞 人民卫生出版社病理生理学 11 细胞周期 特点单向性 细胞沿G1 S G2 M方向推进检查点 Checkpoint 各时相交叉处决定细胞周期是否继续 Arrest 阶段性 细胞可因某种原因而在某时相停滞待条件合适后重新活跃到下一时相细胞微环境 细胞外信号 条件等 人民卫生出版社病理生理学 12 主要内容 细胞周期的概述细胞周期的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 人民卫生出版社病理生理学 13 fortheirdiscoveriesofkeyregulatorsofthecellcycle 人民卫生出版社病理生理学 TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2001 14 细胞周期的调控 细胞周期自身调控细胞外信号对细胞周期的调控诱导增殖信号 GF cyclin CDK CKI 细胞增殖 抑制增殖信号 TGF cyclin CDK CKI 细胞增殖 人民卫生出版社病理生理学 15 细胞周期的调控 人民卫生出版社病理生理学 16 细胞周期自身调控 周期素细胞周期素依赖性激酶细胞周期素依赖性激酶抑制因子细胞周期检查点 人民卫生出版社病理生理学 17 周期素 cyclin 人民卫生出版社病理生理学 各时相cyclin的表达和相对浓度 18 周期素 cyclin 人民卫生出版社病理生理学 19 细胞周期自身调控 周期素细胞周期素依赖性激酶细胞周期素依赖性激酶抑制因子细胞周期检查点 人民卫生出版社病理生理学 20 细胞周期素依赖性激酶 CDK CDK丝氨酸 苏氨酸 Ser Thr 蛋白激酶CDK家族 CDKl 9CDK的调控活化 CyclinCDK活化激酶 CAK CDK自身的磷酸化灭活 CKI 泛素化 ubiquitin 降解 人民卫生出版社病理生理学 21 CDK的活化 人民卫生出版社病理生理学 22 人民卫生出版社病理生理学 cyclin CKI CDK Cyclin CDK 调控 竞争性结合 抑制CDK活性 调节亚单位 催化亚单位 CDK的灭活 23 CDK的灭活 人民卫生出版社病理生理学 24 细胞周期自身调控 周期素细胞周期素依赖性激酶细胞周期素依赖性激酶抑制因子细胞周期检查点 人民卫生出版社病理生理学 25 细胞周期素依赖性激酶抑制因子 CKI Ink4 Inhibitorsofkinase4 Kip kinaseinhibitoryprotein Kip Cip cdk interactingprotein1 Waf wild typep53activatedfragment1 人民卫生出版社病理生理学 26 Ink4 CDK4的抑制蛋白p16Ink4a p15Ink4b p18Ink4c p19Ink4d等抑制CDK4活性特异地与CDK4 6结合防止CDK4 6与cyclin再结合降低cyclin CDK复合物的稳定性 人民卫生出版社病理生理学 27 细胞周期素依赖性激酶抑制因子 CKI Ink4 Inhibitorsofkinase4 Kip kinaseinhibitoryprotein Kip Cip cdk interactingprotein1 Waf wild typep53activatedfragment1 人民卫生出版社病理生理学 28 Kip CDK的抑制蛋白p21kip1 p27kip1和p57kip2等抑制CDKN端保守序列 非共价键 cyclin CDK复合物结合 三元体或四元体 人民卫生出版社病理生理学 29 细胞周期自身调控 周期素细胞周期素依赖性激酶细胞周期素依赖性激酶抑制因子细胞周期检查点 29 人民卫生出版社病理生理学 30 检查点分类和功能 DNA复制检查点 G1 S交界处G1期细胞 DNA修复 DNA复制DNA损伤检查点 S G2交界处检查DNA复制进度纺锤体组装检查点染色体分离检查点 人民卫生出版社病理生理学 31 DNA损伤检查点 人民卫生出版社病理生理学 启动凋亡程序 结合PCNA DNA复制 p53 p21 CyclinE CDK2复合物活性 GADD45 DNA损伤 射线 pRb P 游离的E2F pRb E2F G1期阻滞 DNA合成 细胞进入S期 G1 S期交界调控示意图 32 S期检查点 人民卫生出版社病理生理学 Sphaseprogression Cdk2 P cycEcycA T 160 Cdk7 cycH Cdc25Aphosphatase Cdk2 P T 160 P P Y 15 T 14 Wee1kinasefamily cycEcycA Sphasearrest DNADamage 33 主要内容 细胞周期的概述细胞周期的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 人民卫生出版社病理生理学 34 细胞周期调控异常与疾病 细胞增殖过度细胞增殖缺陷 人民卫生出版社病理生理学 癌症 导致人类死亡的一个主要原因 每年新发 1400万死亡 820万约15 6人 分钟 中国每年新发 309万 每天 8465人 约5 9人 分钟死亡 196万 每天 5370人 约3 7人 分钟 38 细胞增殖过度与疾病 增殖过度 肿瘤 肝肺肾纤维化 前列腺肥大 类风湿性关节炎细胞增殖过度与肿瘤Cyclin增多 cyclinD E 乳腺癌 B细胞淋巴瘤 胃肠癌 食道癌机制 基因扩增 染色体倒位 染色体易位 人民卫生出版社病理生理学 39 细胞增殖过度与疾病 细胞增殖过度与肿瘤CDK增多 CDK1 2 4 6 CKI表达不足和突变 InK4失活和Kip p16 p21 p27 检查点功能障碍 p53基因突变 人民卫生出版社病理生理学 细胞周期调控异常与疾病 细胞增殖过度细胞增殖缺陷 40 人民卫生出版社病理生理学 41 细胞增殖缺陷与疾病 增殖缺陷 糖尿病肾病 神经退行性变增殖缺陷与糖尿病肾病增殖缺陷的机制 CKI过表达 p27 pRb 低磷酸化状态Cyclin CDK2 CDK4 糖尿病实验模型 人民卫生出版社病理生理学 主要内容 细胞周期的概述细胞周期的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 42 人民卫生出版社病理生理学 43 调控细胞周期与疾病的防治 合理利用增殖相关信号单抗 EGF 乳腺癌增殖 NGF 神经细胞增殖 调控cyclin或和CDK的表达和活性单抗 RNAi 反义寡核苷酸 cyclin CDK表达和活性转染基因 cyclin CDK表达和活性 人民卫生出版社病理生理学 44 调控细胞周期与疾病的防治 调控CKI的表达或和活性转染基因 放疗 化疗 CKI表达和活性 单抗 RNAi 反义寡核苷酸 CKI表达和活性 修复或利用缺陷的细胞周期检查点p53 修复缺陷的细胞周期检查点放疗 化疗 DNA损伤 缺陷周期检查点 DNA损伤细胞 人民卫生出版社病理生理学 45 第二节细胞凋亡异常与疾病 人民卫生出版社病理生理学 主要内容 细胞凋亡的概述细胞凋亡的调控细胞凋亡调控异常与疾病调控细胞凋亡与疾病的防治 46 人民卫生出版社病理生理学 一 细胞凋亡的研究历史 1 凋亡概念的形成和形态学的研究 1972 1972年Kerr等在癌症杂志发表论文 首次提出细胞凋亡 apoptosis 的概念 宣告了对细胞凋亡的真正探索的开始 2 DNA的降解和内源性核酸内切酶的参与 1987 3 蛋白质水解酶活化的研究 1995 4 细胞膜的变化 1997 5 线粒体的变化和分子生物学的研究 1998 1 相关基因及调控2 信号转导3 各种分子及其相互作用及相互关系4 疾病机制的阐明 以及新疗法的探索及问世 细胞凋亡概述 48 人民卫生出版社病理生理学 二 概念细胞凋亡是能量依赖的细胞内死亡程序活化而致的细胞自杀 由基因控制的细胞自主有序的主动死亡过程 细胞程序性死亡 programmedcelldeath PCD PCD最初是1956年发育生物学中提出的概念 是个功能性概念 强调的是其分子生物学和生理功能 一般指生理性细胞死亡 描述在一个多细胞生物体中某些细胞死亡是个体发育中的一个预定的 并受到严格程序控制的正常组成部分 细胞凋亡与坏死的比较 50 人民卫生出版社病理生理学 51 细胞凋亡与坏死的比较 人民卫生出版社病理生理学 细胞凋亡的改变 细胞凋亡的形态学改变微绒毛的消失空泡化 blebbing 固缩 condensation 出芽 budding 染色质边集 margination 凋亡小体 apoptosisbody 52 人民卫生出版社病理生理学 53 细胞凋亡的改变 人民卫生出版社病理生理学 NormalCell ApoptoticCell 54 细胞凋亡的改变 细胞凋亡的生化改变DNA的片段化 梯形条带 内源性核酸内切酶激活caspase的激活 人民卫生出版社病理生理学 主要内容 细胞凋亡的概述细胞凋亡的调控细胞凋亡调控异常与疾病调控细胞凋亡与疾病的防治 55 人民卫生出版社病理生理学 56 细胞凋亡调控相关的信号 生理性凋亡信号某些激素的和细胞因子的直接作用糖皮质激素 淋巴细胞凋亡 甲状腺素 蝌蚪变青蛙兴奋性神经递质 神经元凋亡某些激素的和细胞因子的间接作用睾丸组织 睾丸酮 前列腺上皮细胞凋亡 人民卫生出版社病理生理学 细胞凋亡调控相关的信号 病理性凋亡信号诱导性的因素 生物及化学毒素应激病毒感染射线化疗药物高温抑制性的因素 化学促癌物某些病毒 EB 乳头状瘤 57 人民卫生出版社病理生理学 细胞凋亡的过程 诱导期 凋亡的相关因素 启动信号转导效应期 死亡信号 基因 合成各种酶 核酸内切酶 caspase等 降解期 底物降解核酸内切酶 破坏基因caspase 细胞结构的解体 58 人民卫生出版社病理生理学 细胞凋亡调控相关的信号转导通路 死亡受体介导的凋亡通路线粒体介导的凋亡通路 死亡受体非依赖凋亡通路 59 人民卫生出版社病理生理学 60 四 细胞凋亡的过程及机理 接受凋亡信号凋亡调控分子间的相互作用蛋白水解酶 caspases 的活化凋亡的级联反应 61 细胞凋亡的两条通路 膜受体通路 线粒体通路 TNF超家族的死亡配体和受体 死亡配体 FasL TNF TWEAK和TRAIL死亡受体 Fas TNFR和DR3 5 62 人民卫生出版社病理生理学 63 死亡受体介导的凋亡通路 Fas 人民卫生出版社病理生理学 64 死亡受体介导的凋亡通路 TNF 人民卫生出版社病理生理学 65 膜受体的信号转导 参与死亡受体信号转导的接头蛋白 死亡结构域蛋白deathdomainproteinTRADD TNF受体相关死亡结构域蛋白TNF TNFR 死亡结构域 TRADD 细胞凋亡FADD Fas相关死亡结构域蛋白FasL Fas 死亡结构域 FADD 细胞凋亡RIP 受体相互作用蛋白CRADD 含有死亡结构域的caspase和RIP接头蛋白MADD 活化MAP激酶的死亡结构域蛋白 66 一 细胞凋亡的膜受体通路 FASL FAS FADD凋亡诱导复合物 DISC Death InducingSignalingComplex 胞质中游离的pro caspase8聚集到这个复合物上活化足够caspase8细胞活化caspase8浓度不够细胞凋亡切割BidtBid从胞质到线粒体CtyC释放 67 68 线粒体介导的凋亡通路 人民卫生出版社病理生理学 氧化应激 m 钙稳态失衡 通透性转换孔开放 膜通透性 凋亡启动因子 Smac Diablo Cyto C AIF Apaf 1 细胞凋亡 69 线粒体介导的凋亡通路 人民卫生出版社病理生理学 70 线粒体与细胞凋亡 线粒体参与细胞凋亡或坏死的途径激活Caspase活化因子细胞色素C 细胞色素C Apaf 1 caspase9 凋亡体 Apoptosome Apaf 1 凋亡蛋白酶活化因子 apoptosisproteinactivatingfactor 1 AIF 凋亡诱导因子 Caspase 3 71 Cyto C Apaf 1 procaspase 9 caspase 9 AIF Cyto C 凋亡的信号 核酸内切酶 Smac Diablo 凋亡抑制蛋白 人民卫生出版社病理生理学 线粒体介导凋亡的机制 72 Bcl 2家族P53其他 C myc 72 人民卫生出版社病理生理学 细胞凋亡调控相关的基因 73 六 细胞凋亡的调节 1 Bcl 2家族 Bcelllymphoma leukemia 2 B细胞淋巴瘤 白血病 2 Bcl 2家族已发现15个成员 所有Bcl 2家族成员均含有1个或多个BH结构域 蛋白含有4个Bcl 2同源结构域 依次命名为BHl BH2 BH3和BH4 可分为3个亚族 74 TheBcl 2family 75 Bcl 2亚家族 Bc1 2亚家族是一种原癌基因 和一般的癌基因不同 Bc1 2延长细胞的生存 能抑制细胞凋亡 而不是促进细胞的增殖 Bcl 2亚家族成员 Bcl 2Bcl xlBcl w Mcl 1 A1 对细胞凋亡起抑制作用Bax亚家族 Bax Bak Bok 它们的作用与Bcl 2亚家族的作用相反 可促进细胞凋亡 BH3亚家族 Bik Blk Hrk BNIP3 Bim l Bad Bid 仅有BH3结构域 它们的作用也与Bcl 2亚家族的作用相反 可促进细胞凋亡 作用机制 影响APAF1的功能影响线粒体的结构与功能 76 分布 线粒体内膜 细胞膜内表面 内质网和核膜抗调亡作用的证据 NGF 神经细胞 细胞凋亡 转染Bcl 2 神经细胞凋亡 淋巴细胞性白血病病人 Bcl 2阳性20 76 人民卫生出版社病理生理学 Bcl 2抗凋亡的作用及机制 77 直接抗氧化抑制线粒体释放促凋亡蛋白 Cyto C AIF 抑制促凋亡性调节蛋白 Bax Bak 作用抑制凋亡蛋白酶 caspases 的激活维持细胞钙稳态 77 人民卫生出版社病理生理学 Bcl 2抗凋亡的机制 78 P53与细胞凋亡P53是肿瘤抑制基因 其产物主要存在于细胞核内 P53基因是人类肿瘤有关基因中突变频率最高的基因 在依赖P53蛋白的细胞凋亡中 P53基因是通过调节Bc1 2和Bax基因的表达来影响细胞凋亡的 P53蛋白能特异地抑制Bc1 2的表达 相反对Bax的表达则有明显的促进作用 研究表明 P53蛋白是Bax基因的直接的转录活化因子 在这些细胞中 P53蛋白的积累和活动引起了细胞凋亡 79 野生型p53 wtp53 wtp53型 具有诱导细胞凋亡的功能突变型p53 mutp53 突变p53型 促进细胞凋亡 促进细胞增殖 人民卫生出版社病理生理学 p53对凋亡的调控 80 C myc是癌基因 具有双向的调节作用 细胞增殖 GF C myc 细胞凋亡 GF 人民卫生出版社病理生理学 C myc对凋亡的调控 81 Caspase内源性核酸内切酶其他 组织型转谷氨酰胺酶 人民卫生出版社病理生理学 细胞凋亡调控相关的酶 82 Caspase 半胱天冬蛋白酶 在凋亡过程中是起着必不可少的作用 细胞凋亡的过程实际上是Caspase不可逆有序水解底物的级联放大反应过程 半胱天冬蛋白水解酶 水解底物天冬氨酸C端肽键 因此又称之为Caspases 取英文C Cysteine Asp asparticacid ases proteases的词头 Caspase 83 84 Caspase家族的结构与分类凋亡启动亚类Caspase蛋白酶 Caspase8 Caspase2 Caspase9 Caspase10 凋亡效应亚类Caspase蛋白酶 Caspase3 Caspase6 Caspase7ICE亚类Caspase蛋白酶ICE是单核细胞来源的参与成熟的一种蛋白酶 参与凋亡但不起主要作用 Caspase1 Caspase4 Caspase5 Caspase11Caspase12 Caspase13 Caspase14 85 Caspase家族的特点以酶原的形式存在 需要活化 同源活化和异源活化 活化后形成四聚体的蛋白水解酶 发挥生物学作用C端同源区存在半胱氨酸激活位点 86 Caspase活化机制 Caspase的活化是有顺序的多步水解的过程 虽然分子各异 但是它们活化的过程相似 首先在caspase前体的N 端前肽和大亚基之间的特定位点被水解去除N 端前肽 然后再在大小亚基之间切割释放大小亚基 并进而形成两两组成的有活性的四聚体 87 88 灭活凋亡抑制蛋白直接破坏细胞结构分解与细胞骨架构成相关的蛋白瓦解核结构成核碎片 人民卫生出版社病理生理学 Caspase功能 89 人民卫生出版社病理生理学 内源性核酸内切酶的作用 核染色质DNA裂解 90 人民卫生出版社病理生理学 内源性核酸内切酶的作用 91 组织型转谷氨酰胺酶 谷氨酰 赖氨基 稳定的构架 凋亡小体 胞浆Ca2 Calpains 酶 膜再塑 凋亡 人民卫生出版社病理生理学 组织型转谷氨酰胺酶 92 主要内容 细胞凋亡的概述细胞凋亡的调控细胞凋亡调控异常与疾病调控细胞凋亡与疾病的防治 人民卫生出版社病理生理学 93 细胞凋亡调控异常与疾病 凋亡的生理意义确保正常生长发育 指 趾 维持内环境稳定 受损 突变 衰老 发挥防御功能 清除HIV CD4 凋亡的病理意义细胞凋亡不足与疾病 肿瘤 细胞凋亡过度与疾病 AIDS 凋亡不足和过度共存与疾病 AS 人民卫生出版社病理生理学 94 细胞凋亡调控异常与疾病 细胞凋亡不足与相关疾病细胞凋亡过度与相关疾病细胞凋亡不足和过度共存与疾病 人民卫生出版社病理生理学 95 细胞凋亡异常和疾病 Diseasesassociatedtoapoptosisderegulation 96 细胞凋亡不足与相关疾病 细胞凋亡不足与肿瘤细胞凋亡不足与病毒感染性疾病EB HIV病毒感染细胞凋亡不足与自身免疫病系统性红斑狼疮 针对自身抗原免疫细胞 人民卫生出版社病理生理学 97 凋亡不足与肿瘤相关的证据 细胞凋亡不足与肿瘤的发生Bcl 2 过表达 且预后不良P53基因 突变或缺失 非小细胞肺癌突变50 细胞凋亡不足与肿瘤的发展细胞增殖 细胞凋亡 人民卫生出版社病理生理学 98 细胞凋亡不足与肿瘤相关的机制 抗凋亡或和促凋亡的信号失衡 EGF TNF 抗凋亡或和促凋亡的受体失衡 EGFR TNFR 抗凋亡或和促凋亡的转导因子失衡Bcl 2 Bcl XL p53 p27 p57orBak Bax 介导细胞凋亡的通路异常PI3K Akt Ras MAPK 人民卫生出版社病理生理学 99 细胞凋亡调控异常与疾病 细胞凋亡不足与相关疾病细胞凋亡过度与相关疾病细胞凋亡不足和过度共存与疾病 99 人民卫生出版社病理生理学 100 细胞凋亡过度与相关疾病 细胞凋亡过度与AIDS细胞凋亡过度与心脏疾病细胞凋亡过度与神经退行性疾病 人民卫生出版社病理生理学 101 细胞凋亡过度与AIDS CD4 淋巴细胞过度凋亡的机制HIV CD4 产物的过表达 CD4 凋亡 gp120 Fas TNF ROS gp120糖蛋白过表达 线粒体通路 HIV Fas基因表达 死亡受体 DR 通路 MC CD4 TNF 氧自由基 DR ESR 人民卫生出版社病理生理学 102 细胞凋亡过度与AIDS CD4 淋巴细胞过度凋亡的机制激活的T细胞促HIV感染CD4 淋巴细胞反常凋亡某些生长因子的低表达 T增殖HIV 淋巴细胞因子 T MC凋亡 多核