第十一章-细胞增殖和凋亡异常与疾病.ppt

1,第十一章细胞增殖和凋亡异常与疾病,施海燕,2,第一节细胞增殖异常与疾病,第二节细胞凋亡异常与疾病,3,细胞增殖、分化和凋亡,正常情况下，多细胞生物的细胞有序进行着增殖、分化或凋亡过程。在增殖、分化或凋亡的任一环节发生障碍，将使机体内特定的细胞、组织乃至器官产生结构、功能或代谢的异常，导致疾病发生。,细胞凋亡异常与疾病,第二节,Apoptosis,5,由希腊词Apo和ptosis构成，意为分离与脱落花瓣的凋谢或树叶的枯落或细胞脱落离体或细胞裂解为若干凋亡小体,Apoptosis,6,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称为细胞凋亡（apoptosis),是程序性死亡（programmedcelldeath,PCD)的形式之一。,凋亡的概念,7,细胞凋亡的生理意义,维持机体内环境稳定,确保正常发育、生长,发挥积极的防御功能,8,细胞凋亡的病理意义,凋亡不足该“死”的细胞未死肿瘤、自身免疫性疾病、病毒感染等凋亡过度不该“死”的细胞死了爱滋病（淋巴细胞）、老年性痴呆（神经元）、心肌缺血/再灌注损伤等,9,2002年10月7日英国人悉尼布雷诺尔、美国人罗伯特霍维茨和英国人约翰苏尔斯顿，因在细胞程序性死亡方面的研究荣耀地获得诺贝尔生理与医学奖。,一概述,细胞凋亡的概念细胞凋亡的生理和病理意义细胞凋亡的形态学和生化学改变细胞凋亡与坏死的区别,11,坏死,凋亡,炎症,凋亡小体,吞噬,12,细胞凋亡的形态学改变,包括以下典型改变：空泡化固缩出芽边集凋亡小体,13,细胞凋亡的形态学改变（Themorphologiccharacteristicsofapoptosis）,凋亡细胞表面微绒毛消失，与周围细胞分离胞膜空泡化（Blebbing）、细胞固缩（Condensation）出芽和染色质边集凋亡小体（Apoptoticbody）,14,1,2,3,4,5,6,7,1、细胞变形，空泡化，出现固缩；2、核仁裂解；3、染色质边集，边缘成半月形；4、核固缩；5、核裂解；6、出芽；7、形成泡状凋亡小体,15,细胞凋亡的形态学改变,染色质边集：是指细胞凋亡晚期核质高度浓缩融合成团，染色质集中分布在核膜的边缘，呈新月形或马蹄形分布的现象。凋亡小体:胞膜皱缩内陷，分割包裹胞浆和或核碎片，形成泡状小体，是凋亡细胞特征性的形态学改变。,16,内源性核酸内切酶激活及其作用DNA的片段化“梯”状条带凋亡蛋白酶（caspases）的激活及其作用,2、细胞凋亡的生化学改变,17,18,定义天冬氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶，是一组对底物天冬氨酸部位有特异水解作用，活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶。家族成员以序号区分为caspase1-14。可分为启动型(8-10)和效应型(367)两类。,在凋亡中的主要作用灭活细胞凋亡的抑制物（如Bcl-2）；直接作用与核膜下lamins构成的板层结构，使崩解并导致染色质浓缩；分解与细胞骨架构成相关的蛋白，使细胞结构重组，形成凋亡小体；瓦解核结构成核碎片。,Caspase家族,19,坏死,凋亡,3.基因调控,6.凋亡小体,5.炎症反应,8.DNA电泳,4.形态变化,7.生化特点,2.诱导因素,1.性质,细胞凋亡与坏死的区别,20,凋亡诱导因素,受体,cAMPCa2+神经酰胺,死亡信号,凋亡相关基因激活,DNase激活Caspaes激活,巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞,凋亡的过程死亡程序,二,细胞凋亡的过程与调控,22,1、凋亡信号,2、凋亡信号转导,3、细胞凋亡的执行,5、吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬,细胞凋亡的过程与调控,4、细胞凋亡的基因调控,23,1、细胞凋亡调控相关的信号,2、细胞凋亡调控相关的信号转导通路,4、细胞凋亡调控相关的酶,5、吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬,细胞凋亡的调控,3、细胞凋亡调控相关的基因,24,（一）细胞凋亡信号,1生理性信号：糖皮质激素、甲状腺素、TNF等诱导凋亡；睾丸酮不足、促肾上腺皮质激素不足促进凋亡。2.病理性信号：生物及化学毒素、病毒感染、射线、应激和化疗药等。与有害因素的种类、强度、和持续时间有关。,25,病理性信号,通过以下环节：（1）氧化应激的作用，活性氧生成增多；（2）死亡受体的激活，是一组TNF受体基因超家族的成员，包括Fas、TNFR1、死亡受体3-5（deathreceptors，DR345）；（3）线粒体结构和功能的改变，凋亡早期可见线粒体跨膜电位的明显下降；（4）钙稳态失调，激活核酸内切酶等。,26,（二）凋亡的信号转导系统：,1、Fas蛋白介导的凋亡通路2、线粒体介导的凋亡通路（最重要）3、内质网介导的凋亡通路,27,Fas配体是三肽链，与Fas结合后，使Fas成为三聚体，通过一个衔接子和caspase-8结合，活化caspase-8，启动下游的信号转导通路，最终介导细胞凋亡。,28,PTP：线粒体通透性转换孔；Apaf：凋亡蛋白酶激活因子；AIF：凋亡诱导因子,29,（三）细胞凋亡的执行,Caspases内源性核酸内切酶其他：组织型转谷氨酰胺酶,30,1、抑制凋亡（Bcl-2）2、促进凋亡（wtp53）3、双向调节,（四）凋亡相关基因,31,Bcl-2B淋巴细胞瘤白血病-2基因的缩写形式，是第一个被确认为有抑制凋亡作用的基因。,Bcl-2抗凋亡的主要机制：1.直接抗氧化；2.抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质，如cytC，AIF；3.抑制促凋亡性调节蛋白Bax、Bak的细胞毒作用；4.抑制凋亡蛋白酶的激活；5.维持细胞钙稳态。,Bcl-2家族,32,wtp53基因具有诱导细胞凋亡的功能，当该基因发生突变后反而抑制细胞凋亡。,wtp53基因诱导细胞凋亡机制：wtp53在细胞周期的G1期发挥检查点的功能，负责检查染色体DNA是否损伤，一旦发现有缺陷就刺激CDI的表达，阻滞细胞周期，并启动DNA修复；如果修复失败，p53则启动细胞凋亡机制，把可能演变为恶性肿瘤的细胞消灭在萌芽之中。（“分子警察”的美誉）,促进凋亡基因wtp53,33,c-myc是一种癌基因，能诱导细胞增殖，也能诱导细胞凋亡，具有双向调节作用。在c-myc基因表达后，如果没有足够的生长因子持续作用细胞发生凋亡；反之细胞处于增殖状态。,双向调节凋亡基因,34,(五)吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬,体外研究表明，吞噬细胞上至少有三类受体，可对凋亡细胞进行识别。而凋亡细胞上也有相应的死亡标记，表明其“可食性”：1.吞噬细胞凝集素（lectin）的作用2.血小板反应蛋白（TSP）介导吞噬3.磷脂酰丝氨酸（PS）受体的作用,三细胞凋亡调控异常与疾病,36,动脉粥样硬化,37,疫,四、细胞凋亡在疾病防治中的意义,39,1、合理利用凋亡相关因素,2、干预凋亡信号转导,3、调节凋亡相关基因,4、控制凋亡相关的酶学机制,细胞凋亡在疾病防治中的意义,40,一、名词解释细胞凋亡；凋亡蛋白酶（caspases）；凋亡小体二、问答题1.细胞凋亡的生理与病理意义。2.细胞凋亡的形态和生化改变。3.Bcl-2、wtp53及C-myc对细胞凋亡作用及机制。三、熟悉试列举几种与细胞凋亡相关的疾病。,复习思考题：,第一节细胞增殖异常与疾病,细胞增殖,细胞增殖是指细胞分裂和再生的过程。细胞增殖通过细胞周期来实现。细胞周期是多阶段和多因素参与的有序的调节过程。,讨论内容,细胞周期的概述细胞周期的调控（难点）细胞周期调控异常与疾病调控细胞周期与疾病的防治,一、细胞周期的概述1,细胞周期或称细胞增殖周期，是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。依不同时相特点，分为四阶段：G1期，firstgapphase，DNA合成前期；S期，syntheticphase，DNA合成期；最关键！G2期，secondgapphase，DNA合成后期；M期，mitoticphase，有丝分裂期。,细胞周期,细胞周期,一、细胞周期的概述2,根据增殖特性的不同，细胞分为三种：,一、细胞周期的概述3,细胞周期的特点：（1）单向性：细胞只能沿着G1SG2M方向推进而不能逆行；（2）阶段性：各期细胞有不同的形态和代谢特点，细胞可以因某种原因而停滞在某一期，待条件适合时可以又活跃到下一期；（3）检查点：各期交叉处存在着checkpoint，决定细胞下一步的增殖趋向；(难点)（4）细胞微环境：细胞周期是否顺利推进与细胞外信号和条件等密切相关。,二、细胞周期的调控,细胞周期存在一个非常严密的调控系统，使各类细胞可以根据机体的需要进行增殖或处于静止状态。（一）细胞周期自身调控（二）细胞外信号对细胞周期的调控,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。,（一）细胞周期自身调控,1细胞周期素（Cyclin）的合成与降解2周期素依赖性蛋白激酶（CDK）有序地磷酸化和去磷酸化3CDK抑制因子（CDI）的时相变化4细胞周期检查点（checkpoint）的负反馈调节机制,1.细胞周期素（Cyclin）,（1）cyclin在哺乳动物中至少有11种，共16个成员，如AB1-2CD1-3EFG1-2HIKT1-2。（2）分为三大类，G1期、S期和G2/M期cyclin。（3）各类周期蛋白均含有一段约100个氨基酸的保守序列，称为周期蛋白框，介导周期蛋白与CDK结合。cyclin作为调节亚基，与催化亚基CDK结合成复合物后，才能激活CDK，加强CDK对特定底物的作用，驱动该期前行。（4）cyclin的产生速度恒定，但降解速度有周期性波动，以致CDK出现周期性的活性变化。,周期蛋白激酶复合体,不同类型的周期蛋白激酶复合体,G1期、S期、G2和M期cyclin,D,E,A,B,PCNA,PCNA：增殖细胞核抗原，是一种细胞周期相关蛋白，它不与CDK结合，而作为DNA聚合酶的附属蛋白，促进DNA聚合酶延伸DNA，在S期浓度最高，常作为S期标志物之一。,2周期素依赖性蛋白激酶（CDK）,（1）CDK是一组丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶，各成员有不同程度的同源性，故称CDK家族，已发现9个成员，CDK1-9。（2）CDK的激活：只有cyclin浓度升高到阈值时，才能与相应的CDK结合形成复合物，这时CDK才能被激活。CDK分子中的活化部位处于磷酸化，而抑制部位处于去磷酸化状态，CDK才显活性，CDK分子中的活化部位的磷酸化是通过其上游的CDK活化激酶（CAK）参与调控的。（3）CDK的灭活：泛素介导的蛋白水解体系及CDI特异性地抑制其活性。,3CDK抑制因子（CKI）的时相变化,（1）Ink4（inhibitorsofkinase4）：是一组CDK4的抑制蛋白，包括P16Ink4a、P15Ink4b、P18Ink4c、P19Ink4d。可特异性地结合CDK4/6，防止其与cyclin再结合或降低cyclin-CDK复合物的稳定性，以抑制其激酶活性。在S期达高峰，是G1/S限制点负调控机制的重要组成部分。（2）Kip（kinaseinhibitoryprotein），或称Cip(cyclininhibitionprotein)：经非共价键与cyclin-CDK复合物结合，形成三元体或四元体抑制CDK。包括P21kip1、P27kip1、P57kip2等，能抑制大多数CDK的激酶活性。,4细胞周期检查点的负反馈调节机制,（1）DNA损伤检查点：位于G1/S交界处，如果DNA受损，就把细胞阻滞在G1期，先进行DNA修复，然后才能复制。位于G2/M交界处，就把细胞阻滞在G2期，先进行DNA修复，然后才能进入有丝分裂。（2）DNA复制检查点：位于S/G2交界处，负责检查DNA复制进度。（3）染色体分离检查点(4)纺锤体组装检查点：位于M期，检查有功能的纺锤体的形成，管理染色体的正确分配。,（一）细胞周期自身调控,P21Kip1抑制CDK和PCNA,（二）细胞外信号对细胞周期的调控,细胞外信号包括细胞因子、激素、基质和营养等。可分为增殖和抑制信号。,三、细胞周期调控异常与疾病,（一）细胞增殖过度肿瘤CyclinD1过表达与肿瘤的发生；CDK4和CDK6的增多与肿瘤细胞的增殖；CKI即Ink或Kip