第九章-疾病与人类健康

细胞工程教研室杨慈清yangciqing,第九章疾病与人类健康,现代科学认为，疾病的发生直接或间接与基因有关,“基因病”,单基因病,多基因病,获得性基因病,单基因病：主要病因是某个基因位点上产生了缺陷等位基因，如：地中海贫血、白化病。多基因病：涉及多个基因及调控这些基因表达的环境因子之间的相互作用，如：高血压、糖尿病。获得性基因病：主要是由病源微生物感染引起的传染病，如肝炎、艾滋病。,肿瘤与癌症人免疫缺损病毒HIV乙型肝炎病毒HBVHAI的分子生物学机制SARS的分子机制基因治疗,学习内容,肿瘤是一种细胞异常增生而形成的新生物。换句话说，肿瘤细胞在结构和功能上与正常细胞不同，它们具有超过正常的增生能力，形成多余的组织。这种多余组织不是人体生存和维持生命所必需的，而且常常会对人体产生各种危害。,第一节肿瘤与癌症,根据肿瘤对人体的危害程度将其分成两大类：良性肿瘤和恶性肿瘤。,恶性肿瘤是一种细胞性疾病，其主要特点是遗传基因突变，致使细胞持续性异常过度增生形成肿块。向周围组织侵犯和向其他脏器转移，它是危害人体的主要形式。它的临床表现是以局部肿块为特征的一组全身性疾病。良性肿瘤只是形态上的畸变，细胞并没有癌变。,癌症是由可无限增殖的癌细胞引起的，并不一定会产生肿瘤，如淋巴癌和白血病，这些癌细胞无法执行应有的职能却当它们充满一个器官时，这个器官的代谢也就彻底瘫痪了。,癌细胞特征,癌细胞都是丧失原有的功能和形态特征，细胞的大小、形态很不一致，奇形怪状，五花八门。癌细胞本身无休止、无秩序的分裂和繁殖，过度增生，形成肿块。它的增生既不在机体的控制之下进行，又不按机体的需要进行，机体对它无能为力，它还消耗机体的营养，产生有害物质。癌细胞还具有向周围组织侵袭和向远处组织转移的能力，并在这些脏器继续生长繁殖，癌细胞的生长与播散如果得不到控制，破坏机体很重要脏器的功能，引起衰竭，最后导致死亡。,从细胞水平看，肿瘤是遗传的。大多数肿瘤是体细胞遗传病,其基础是在特定的体细胞内出现DNA特异性的改变。从个体水平看，肿瘤则不一定是遗传的。但肿瘤患者的后代可因其遗传背景而易患多种肿瘤。,肿瘤的遗传基础：1.单基因遗传的肿瘤2.多基因遗传的肿瘤3.染色体畸变与肿瘤4.肿瘤的遗传易感性,现已证实，在机体中存在着与肿瘤发生密切相关的两类基因，癌基因肿瘤抑制基因,一、癌基因(oncogene),癌基因编码的蛋白能够促进细胞生长的失控和细胞向恶性状态转化的基因，没有激活之前,称之为原癌基因(proto-oncogenes)。当原癌基因的结构或调控区发生变异，基因产物增多或活性增强时，使细胞过度增殖，从而形成肿瘤。,（一）癌基因概念,原癌基因的特点:,广泛存在于生物界中；基因序列高度保守；作用通过其产物蛋白质来体现；正常情况下表达水平很低;被激活后，形成致癌性的细胞转化基因。,（二）癌基因分类,病毒癌基因,细胞转化基因/原癌基因,14,病毒癌基因(viraloncogene,v-onc)：存在于病毒基因组中的癌基因，主要有：DNA病毒：乙肝病毒、腺病毒、疱疹病毒等。RNA病毒：主要是反转录病毒，鸡肉瘤病毒癌基因。,1.反转录病毒致癌基因,Rous（劳斯）于1910年首先发现鸡肉瘤病毒（后称劳斯肉瘤病毒RSV），研究证明它是一种反转录病毒，在接种给鸡后诱发肉瘤。,1966年，85岁的Rous获得诺贝尔奖。,（1）反转录病毒颗粒结构,（2）反转录病毒基因组结构,产生p60src蛋白质，磷酸化蛋白。靶蛋白磷酸化,（3）反转录病毒的复制,（4）反转录病毒癌基因（v-onc)的起源,2.细胞转化基因（原癌基因）,细胞转化基因实质上就是由一类原癌基因突变而来。当原癌基因在某些外界因素（如放射线、化学致癌物等）的作用下，发生数量和结构上的微细变化，形成了致癌性的细胞转化基因，从而使正常细胞转化为肿瘤细胞。,原癌基因：单拷贝、正常情况下低水平表达或根本不表达癌基因？当原癌基因的结构或调控区发生变异，基因产物增多或活性增强时，使细胞过度增殖，从而形成肿瘤。,碱基缺失或单碱基突变,基因扩增,染色体重排,蛋白质活性大大提高,蛋白质未变化，但总量大大提高,增强子功能使癌基因高效表达,与强启动子基因相融合，提高癌基因表达效率,原癌基因,（三）原癌基因的表达调控,（1）点突变,（2）LTR（longterminalrepeat)插入,强启动子,（3）基因重排（rearrange),q24,q32,（4）缺失（Deletion）,一些原癌基因5上游存在负调控序列，该序列的缺失或突变，则丧失抑制癌基因表达的能力。如：Brukitt淋巴瘤中c-myc因负调控序列缺失而增强表达。,（5）基因扩增,使每个细胞中基因拷贝数增加，从而直接增加可用的转录模板数以增加基因表达。蛋白质结构未变化，但总量大大提高。,29,（四）基因互作与癌基因表达,1.染色体构象对原癌基因表达的影响,基因表达不仅取决于基因本身及其相邻区域的一级结构，也取决于其空间构象，即基因在染色体上的空间排列和染色质的结构。当两个基因相距太近时，往往不易形成有利于高效转录的空间结构。,30,2.原癌基因终产物对基因表达的调控,某种原癌基因产物对另一种原癌基因表达的调控作用；某种原癌基因产物对自身表达的反馈调控作用。,3.抑癌基因产物对原癌基因的调控,4.外源信号对原癌基因表达的影响,32,二、抑癌基因,抑癌基因(tumorsuppressorgene)/隐性癌基因：是一种抑制细胞生长和肿瘤形成的基因。如：Rb抑癌基因、抑癌基因p53。,肿瘤抑制基因（Tumorsuppressorgenes，TSG)编码蛋白可抑制细胞的生长，阻止细胞转变为恶性细胞。,33,在功能上，抑癌基因起负调控作用，癌基因起正调控作用；在遗传方式上，原癌基因是显性的，抑癌基因是隐性的，在突变发生的细胞类型上，抑癌基因突变可以发生在体细胞中，也可能发生在生殖细胞中并通过生殖细胞得到遗传。原癌基因突变只发生在体细胞中。,抑癌基因与原癌基因差异:,34,原癌基因（显性）,抑癌基因(隐性),35,癌症的多阶段发生学说(multi-stage),36,第二节人免疫缺陷病毒（艾滋病病毒）HIV，RNA病毒,概述HIV病毒粒子的形态结构HIV基因组及其编码的蛋白HIV的复制,37,近二十多年蔓延开的免疫系统疾病；源头：非洲灵长类；蔓延途径：非洲美国欧洲亚洲（中国）；病原体（HIV，艾滋病毒）1983法国巴斯德研究所最早分离出HIVHumanImmuno-deficiencyVirus人免疫缺乏病毒，RNA病毒,艾滋病AIDS获得性免疫缺乏综合症AcquiredImmuneDeficiencySyndrome,38,症状：脑细胞损伤：记忆力丧失、行动迟缓、严重痴呆；各种传染病（包括肉瘤）乘虚而入；最后常因心力衰竭死亡；治疗：预后极差、尚无有效方法,39,血液感染：输血、采供血器械：注射器（特别是毒品注射）、剃刀、拔牙、牙刷、穿耳、纹身、指甲钳等性接触：性生活（精液、阴道分泌物）；妓女（特别是吸毒妓女）、同性恋母婴传染；预防：HIV对热、肥皂、洗涤剂敏感；洁身自好、避免各种途径的感染,传播途径,40,一般接触：拥抱、握手、浅吻、游泳等；空气、饮水、食物；马桶、浴缸、浴巾；蚊虫叮咬：尚未报道会传播；善待病人人权、人道,非传播途径,每年的12月1日定为世界艾滋病日,41,一、HIV病毒粒子的形态结构,直径为100nm的球状病毒，2和组成其核心,HIV正在攻击Th细胞,二、HIV基因组及其编码的蛋白,为正链RNA，基因组9.7kb，5有帽子，3有polyA。,45,三、HIV的复制,HIV主要浸染人体的T淋巴细胞及巨噬细胞，并通过病毒膜蛋白gp120与细胞表面的CD4受体蛋白结合。,HIV致病机制获得性免疫缺陷,机体HIV感染后产生特异性细胞和体液免疫，但不足以清楚所有病毒终生携带HIV。潜伏7-8年后产生大量病毒，HIV病毒产生大量病毒颗粒，造成感染细胞死亡，感染者有半数发病。,48,HIV导致免疫功能下降途径：,HIV颗粒的gp120脱落，与正常细胞表面CD4结合，被免疫系统吴认为病毒感染细胞，导致正常细胞遭灭杀；gp120封闭T细胞CD4，影响T细胞免疫；gp120刺激系统产生CD4特异性结合抗体，阻断T细胞功能；病毒胞膜导致细胞融合形成多核细胞丧失功能。,49,艾滋病的治疗及预防,AIDS尚无特效药和疫苗HIV具有迅速变异能力*人体产生相应的抗体总落后于病毒的变异*给目前特效药和疫苗研制工作造成了极大困难最强大的预防武器是宣传教育筑起强有力的社会“免疫系统”,50,第三节乙型肝炎病毒-Hepatitisvirus(HBV)（比HIV小，DNA病毒）,二、HBV的复制,三、HBV调控,一、HBV基因组结构及编码的蛋白,双链部分环状结构：两链长短不一短链和长链的5端通过240bp配对维持环状结构长链(L)完整、恒定，3.2Kb，负链短链(S)为正链，长度可变，约为长链长度的5080%两条链互补区两恻各有一个11个碱基的直接重复序列，称DR1和DR2,一、HBV基因组结构,HBV粒子结构,HBV直径为42nm，又称Dane颗粒，由表面抗原、多糖和脂质构成根据血清反应的不同，分为adr,adw,ayr和ayw4种亚型。,54,二、HBV的复制,虽然为dsDNA,不是通过典型的半保留复制方式复制。,1.基因组DNA进入细胞核，形成闭环双链DNA并扩增。2.DNA转录产生mRNA（RNA），比DNA多130270bp。3.包装，反转录形成cDNA(DNA).4.合成+DNA.,56,共价闭合环状DNA（covalentlyclosedcircularDNA),乙型肝炎病毒的复制过程,三、乙肝的发病机理,乙肝病毒感染人体后，病毒本身并不直接引起肝细胞的病变，只是在肝细胞内生存、复制，其所复制的抗原表达在肝细胞膜上，激发人体的免疫系统来辨认，从而对已感染发生攻击和清除反应。,HBV通过激发宿主的免疫系统攻击感染肝细胞而间接引起肝损害！,四、传播方式,传染源：病人和HBV携带者传染性强：10-610-7ml含病毒的血液传染方式多样：可通过唾液，体液，血液，以及母体对胎儿的垂直传播。具体是：接吻，共同进餐，不安全性行为，吸毒共用针头，输入被乙肝病毒污染的血液生化制品等。垂直传染(是我国HBV感染的主要模式),60,第四节人禽流感的分子生物学机制,禽流感（AvianInfluenzaAI）是指由禽流感病毒（AvianInfluenzavirus，AIV）引起的一种人、禽共患的急性传染病。主要发生在鸡、鸭、鹅、鸽子等禽类，引起从呼吸系统到严重全身败血症等多种症状。按病原体的类型，禽流感可分为高致病性、低致病性和非致病性三大类。,人禽流感（humanavianinfluenza，HAI）：是人感染AIV（avianinfluenzavirus）引起的急性呼吸道传染病。,一、人禽流感病毒特点及分型,禽流感病毒：正粘病毒科(OrthomyxoVirus)流感病毒属(InfluenzaVirus)A型流感病毒,正粘病毒分为3个属A型流感病毒：禽流感病毒，可对人、猪、马和禽致病。B型流感病毒：仅能对人致病C型流感病毒：仅能对人致病,多呈球型、直径80-120nm；外层为包膜，中层为膜蛋白，内层为核心；单股负链RNA,禽流感病毒颗粒结构,禽流感病毒外膜表面有三种糖蛋白结构称为：血凝素(hemagglutininHA)；神经氨酸酶(neuramidinaseNA)；基质蛋白M2,血凝素（简称HA蛋白）H蛋白可以使病毒附着在生物细胞的受体，使其感染,神经氨酸酶（简称N蛋白）N蛋白会破坏细胞的受体，使病毒在宿主体内自由传播,禽流感病毒H5N1中HA蛋白已发现16种类型N蛋白已发现9种类型,情流感病毒基因组由8个负链的单链RNA片段组成,基质蛋白层,二、禽流感病毒进入细胞及转录与复制,(a)病毒通过血凝素结合宿主细胞表面,进入细胞(b)进行复制（c）在宿主细胞内，新合成的病毒在细胞表面出芽（d）在神经氨酸酶作用下从细胞释放（e）进行新的周期,68,传染源,病禽和带病毒禽：鸡、鸭、鹅等家禽其它禽类或猪？,传播途径,呼吸道：鸡舍、猪圈等处的病毒以气溶胶的形式存在，在空气中传播直接接触：通过皮肤接触，粪便、羽毛、分泌物中的病毒进入人体消化道：进食未加热的病禽或带毒禽肉、蛋？，或病毒污染的食物,目前，无人与人之间传播的确切证据流行特征：冬春禽感染在先，人感染在后,一、概述,严重急性呼吸综合征（SARS）:是由SARS冠状病毒引起的急性呼吸系统传染病，又称为传染性非典型肺炎。主要通过短距离飞沫、接触患者呼吸道分泌物及密切接触传播。临床上以起病急、发热、头痛、肌肉酸痛、乏力、干咳少痰、腹泻、白细胞减少等为特征，严重者出现气促或呼吸窘迫。,第五节严重急性呼吸系统综合征,二、SARS-CoV的病原学,2003年3月香港大学首先从SARS患者鼻咽标本中分离培养出一种冠状病毒，并证实是引起SARS的病原体，命名为SARS冠状病毒（SARScoronavirus，SARS-CoV）。SARS-CoV是一种单股正链RNA病毒，基因组全长29206个到29736个核苷酸。也是目前已知最大的RNA病毒。电镜下病毒颗粒直径80140nm，周围有鼓锤状冠状突起，突起之间的间歇较宽，病毒外形呈日冕状。,SARS-CoV(电镜照片),SARS病毒,SARS病的凶手冠状病毒，有自己的核酸和蛋白质。它进入人体后，借助人体内的原料合成病毒。当我们人体发病时，就是它的蛋白质对我们起了作用。,包膜,S蛋白（spikeprotein）E蛋白（smallmembraneprotein）M蛋白(Membraneprotein),N蛋白(nucleocapsidprotein),衣壳,基因组,single-stranded,(+)senseRNAVirus,S蛋白（SpikeProtein）：刺突糖蛋白，是受体结合位点、溶细胞作用和主要抗原位点。,E蛋白（SmallMembraneProtein）：小包膜糖蛋白，较小，与包膜结合的蛋白。,M蛋白（Membraneprotein）：膜糖蛋白，负责营养物质的跨膜运输、新生病毒出芽释放与病毒外包膜的形成。,N蛋白是冠状病毒中一种重要的结构蛋白，长度为423个氨基酸，局部区域存在氨基酸高保守的基序。在冠状病毒颗粒中，NProtein处于病毒颗粒的核心部分，以和GenomicRNA结合的形式存在,N蛋白在病毒的包装过程中起着重要的作用。病毒RNA在细胞质中复制完成以后会和N蛋白结合，结合产物可以被EProtein（smallmembraneprotein）识别并被包装到病毒颗粒中。,三、SARS-CoV的基因组结构,冠状病毒的核酸为非节段单链（）RNA，长27-31kb，是RNA病毒中最长的RNA核酸链，具有正链RNA特有的重要结构特征：即RNA链5端有甲基化“帽子”，3端有PolyA“尾巴”结构。,GemonicRNAofSARSCoV,侵染复制组装分泌,三、SARS-CoV的侵染过程,四、SARS-CoV的传染源,传染源：急性期SARS患者是主要传染源部分重症患者因为频繁咳嗽或需要气管插管、呼吸机辅助呼吸等，呼吸道分泌物多，传染性强个别患者可造成数十甚至成百人感染，被称之为“超级传播者（super-spreader）”果子狸、蝙蝠、蛇等动物可能是SARS-CoV的寄生宿主和本病的传染源，但有待证实。,第六节基因治疗(genetherapy),83,一、概述,基因治疗就是向有功能缺陷的细胞补充相应功能基因，以纠正或补偿其基因缺陷，从而达到治疗的目的。,1体细胞基因治疗：把外源基因导入患者的体细胞，以治疗或预防基因接纳者个人的疾病，只有特定的个体受益，但不能遗传给后代。2种系细胞的基因治疗：在生殖细胞（精子、卵子或未分化的受精卵）中引入正常基因或修复缺陷基因以校正遗传缺陷。引入的外源基因（整合到基因组）能遗传给后代。优点：目的基因转移到机体的所有组织并遗传给后代。目前尚未开展，一是涉及伦理学问题；二是技术困难（诊断困难、引起新的插入突变的危险）,基因治疗的类型,85,二、基因治疗的前景分析,基因治疗与基因工程比较：基因治疗：降低成本;理论上所有治疗基因（包括非分泌蛋白）均可开展基因治疗;基因治疗：技术上难度大，有效性和安全性要求高;基因治疗：仅10多年历史，技术不够成熟，风险大。,86,三、基因治疗的两大途径,体内,体外,87,exvivo这是指将含外源基因的载体在体外导入人体自身或异体(异种)细胞，