8细胞增殖分化凋亡异常与疾病3精美病理生理(精)

1、全国高等医药教材建设研究会 卫生部规划教材 全国高等学校教材 Abnormal Cell Proliferation, Apoptosis and Related of Disease 细胞增殖异常与疾病 Abnormal Cell Proliferation and Diseases 一、细胞周期及其调控 细胞周期概念(Concept and phases of Cell cycle) Cell Proliferation 细胞分裂和再生的过程，细胞通过分裂进行增殖，把遗传信 息传给了代，保持物种的延续和数量增多。 细胞增殖 J、分化不良(过度) I 组织器官发育不全 细胞增殖 T、分化不全

2、一巾瘤发生 细胞生长 DNA易制 细胞分农 Cell cycle is defined as a period from the end of one division to the beginning of next division of a proliferative cell. 细胞周期分期(By stages) S-phAe chroi G一 SG2M 1 细 胞周期 f l 身控制(Regulation of intracellular signals ) 细胞周期调控机制的核心是组周期素依赖性蛋白激酶 (Cyclin dependent kinase, CDKs) CyclinC

3、DKs Cyclin 细胞周期的控制(Regulation of the cell cycle) 图Cyclin/CDK Cyclin B 仁 Cyclin A. Cyclin E. Cyclin D19D2,D3. F,G,H,TO 催化亚基 调节CDK PSTAI Cyclin-CDK 复合物及其和关蛋门 Cyclins 相关CDKs 细胞周期作用 相关蛋白 低物 降解 A CDK1, CDK2 S+G2, M P107+E2F, p21, PCNA Rb ubiquitin B(B1,B2) CDK1(cdc2) G2, M p21,PCNA Rb ubiquitin C CDK8 G1

4、 PEST D(D1-3) CDK4(2,5?6) G1 Rb,p21 ,p27,p15,p16,PCNA Rb PEST E F CDK2 G1+G1, S P107+E2F ,p21,PCNA Rb PEST G G1 H CDK7 G1,S,G2, M CDK1,4,6 - PEST Cyclin 短寿命蛋白C 末端都有一个(或一个以上)富含Pro(P),Glu(E), Ser(S)和Thr(T)的序列(脯氨酸(P),谷氨酸(E),丝氨酸 (S),及苏氨酸(T)残基)的40个aa残基组成的结构域，简 称PEST序列，它可以影响到某些蛋白的稳定性。 PEST样序列屮3个赖氨酰残慕可能是其泛

5、素化结合位点，将 3个赖氨酰残基都进行突变，ste3p的泛素化和胞呑会严重受损。 Cyclins降解主要是泛索蛋白酶体进行泛索化降解 理解饭迂*杯疋的買自场 26S爱白醐体 Proteasome Oegraded cyclin peptides IBS IS 20S亚单位 %泛索 Ubiquitin- ciivuiing en?yme SH Ubiquiti n SICUbiquitirv 厂7 conjugating f E? 2 eruyme SH CAK对CDKS 家族 CD0活化 CAK对CDK活化部位的磷酸化 pRb 磷酸化 DNA合成 CD 与 cyclin A 结合 Cycli抑

6、制部位CDKs是一Th比小抑活化部位CDK2 cyclin E和CDK2与cyclin P53 :白芒与 DNA 扌员伤部彳、/：结合的 AMT 磷酸化 P53,磷酸化 P53 I:调 p22pi 基天的转 录，P22PI能与多种 CDK-cyclin 复合物结合， 抑制 CDKs 的激活，阻滞 G/S 的过渡，为 DNA 修复提供足够时间。 Cdc25：负责 G2 期处检查。CDI：复合物 CDI可特异性抑制 CDK 的活性。 Ink4： P16INK4a. P15iNK4b、P18INK4C 和 P19INK4J(CD、CDK6 Cip/Kip： p21 叭 P27Ki和戸 57 如 CD

7、K2 CDIs 通过直接结合 CDK-cyclin 复 合物的磷酸化活化部位，抑制 CDK 的激酶活性。 P16iNK4a 通过结合 CDK4单体, 阻断它j cyclins 的结合。 癌基因与抑癌基因 细胞周期检查点(Checkpoint of cell cycle) 细胞内存在监控机制一检测/X (Checkpoint)。 fDNA 损伤检查点 一-G/S . S/G2 Checkpoint DNA 复制检查点 纺锤体组装检杳点G/S 心呵 PCZA Inhibition of Inhibition of cdl cycle DNA replication p21 mRNA Checkpo

8、ints- - C3 protc i ns _ 2. 细胞外信号的调控(Regulation of extracellular signals) 期存在一个“限定点” (restrictsn point),它决定 细胞是否进入周期。 这“限定点”卞要受细胞外信号的调控。 Growth factors Ras/Raf/ERK 抑制信号(TGF-0) 可以下调cydin 和CDK4 的表达 Synthesis of D-type Cdk4, 6/CycD F9F Restriction 刺激信号(生心因子) 细胞周期异常与疾病(Abnormal cell cycle & diseases)

9、 细胞过度増殖或不足的木质是细胞周期调控异常。 细胞周期的驱动失控(Cyclin、CDK 和 CDI表达异常) 监扌空(检查)机制受损(The impairrrent of checkpoint system ) 细胞增殖分化异常与相关疾病 增殖异常 分化异常 增殖分化异常 再生障碍性贫血 白瘢风 前列腺肥大 动脉粥样磧化 家族性红细胞增多症 肥胖症 遗传性血红蛋白病 肌营养不良 恶性肿瘤 银屑病 畸胎瘤 先天畸形 X 连锁球蛋匚 1 缺乏症 AlgMifu.症 M性时瘤 细娩空徨弄常机洗I细处増 0*常 1.细胞周期驱动机制失控 Cyclins 的过衣达(Ova expression of

10、cydins) 肿瘤的发生与 cyclin (D、E)过量表达有关。 基因扩增(Cyclin Dj 过表込的主要机制) 乳腺癌、胃癌、伐道癌存在 Cycling 基因扩增过度。 染色体倒位 (Chromosome inversion) Cyclin D基因倒位丁甲状另腺启动子控制下 一 yclin DA 合成 T 染色彳本易 位：(Chromosome translocation) Bcl-1 t(11:14) (q13:q32)易位 Cyclin D受 Ig 重链基因增强了影响 Cyclin 达 f 基因突变 Cyclin 口厂恥突变 .Cyclin D泛素化受阻一 Cyclin DJ Cy

11、clin D 过表达+牛长因子 CDKsj/布效应 f - 细胞增殖过度-一易发生细胞癌变 CDK 表达异常 主要见于 CDK“ CD过表达。 CDK4T+ cyclin D 结合 T DK4/cyclin D| Ks 表达 T pRb 丄一 pRb 磷酸甲状为腺L 化 f 细胞麻殖过度 I t E2Ff - i/S 过渡加速 CDI表达不足和突变 肿瘤细胞中常出现 CDI (肿瘤抑制基因)衣达不足或突变。 lnK4 失活 突变或缺失、染色体易位、p16 K4 高度甲基化。 p16lnK4基因表达 J Dg与 cyclin D 结合 J I 细胞周期处在“易于”被启动状态 I 易发生细胞癌变

12、Kip/Cip 含量减少(Deficient expression of Kip/Cip) P22PI功能 一 cyclins/CDKs 活性 J 细胞周期速度 J 丄 t 增殖细胞核抗原(PCNA) - 阻滞 DNA复制 p53 基因突变 一 P21ciP1转录/ 一 DNA受损细胞增殖 T 2.细胞周期监控机制受损(Impairment of checkpoint system) 细处増 0*常 主要原因：G/S、G/M 检查点异常 失察结果：探测 DNA 损伤功能降低细腮坨ST 表 人类肿瘤 p53 基因突变热序和频率 肿瘤型 突变频率（） 突变热点|肿瘤型 突变频率（） 突变热点 肺癌

13、 56 157, 248, 273 前列腺癌 30 不确定 结肠癌 50 175, 245, 248, 273 肝细胞癌 45 249 食道癌 45 不确怎 胶质痂 25 175 248 卵巢癌 44 273 乳腺癌 22 175、 248、 273 胰腺癌 44 273 子宫内膜痞 22 248 皮肤癌 44 248、 278 甲状腺癌 13 248、 273 H癌 41 不确定 白血病 12 175、 248 头颈鳞癌 37 248 宫颈癌 7 273 腊觥癌 34 _ 280 31 _ 细腮坨ST k 1 丫 If 2 3 G2/M交界处火察 6 / if u w ir 7 X ( (0

14、 u n ii ! 、x My GQ/M 交界处 13 1 4 1 5 X II ” DNA 双链断裂一| 、 f . mon 20 x f 22 V、 激活 DNA 损伤检杳点一 阻止细胞进入 M 期 诱廿修复基因转录一 完成断裂的 DNA 修复 失 2；G2/M 检杳点的阻滞作用一染色体发生垂排、丢失 总左?/亞止宓i增乡疸PT丿 _临床症状：以巨核细胞增殖为主的骨翻增生性疾病。伴有血 小板持续增多和血小板功能异常，有反复自发性 病扈n烬議護4廉r撬总: 辅助细胞缺乏尊。 病因与机制：细胞凋亡出现下降，增殖不变，导致良性前列 银用舟也 _ 病因与机制：表皮生长因子受体的增加和卩受体的减少是

15、引起 表皮细胞增长过快的原因。 爻体 DNase 激 (Process & regulation of cell apoptosis) 细胞凋亡丸玫过程(The process of apoptosis) cAMP. Ca2+ohoto Marc Lie 悉尼朋若尔 叭霍维茨约郴尔斯顿巨噬细皿和胞 2002年诺贝余生理与医学奖获得* 细胞凋亡的过程与调控 内源性核酸内切 iW 激活 Ca2+/M g2+增加核酸内切酶活性 Zn2+抑制核酸内切酶活性 凋亡 H 寸细胞的主要变化(Features of apoptosis cells) 1. 形态学改变 (The morphologic

16、characteristics of apoptosis) 凋亡细胞(实体细胞)与周围细胞脱接触 胞膜空泡化(Blebbing) 细胞固缩(Condensation)、核固缩和发芽 2. 生化改变( (The biochemical characteristics of apoptosis) D N A 片段化(DNA ladding pattern ) 激活竹酸内切 iW 核小彳彳连接区发生Ca2+载体 A23187 - B 淋巴细胞内Ca2 T 细胞凋亡 凋亡小体APL Apoptosis 凋亡细胞(扫描电镜)凋亡细胞(透射电镜) The mainly induced factors of

17、 apoptosis Table: Influence of factors of apoptosis 诱导性因素（Inducers） 抑制性因素（Inhibitors） 理化因索 射线、高温、强酸、 细胞因子 IL2、NGF 等 强碱、应激、抗癌药 激素 ACTH、睪丸酮、雌激素 激素和因 r 糖皮质激素、TNF 其它 Zn2+、苯巴比妥、半胱氨 免疫性因素 CTL 分泌的粒酶 酸蛋白酶抑制剂、EBV、 病原体因素 HIV、HCV 牛痘、病毒、中性氨基酸 细胞凋亡的信号传导（Caspases依赖的pathway） 1. Concept, Class 计 ication, Constructi

18、on of Caspases 概念 Caspase）4 丁丫胱氮酸蛋白酶家族，14 个成员（Caspase 1-14）。 Caspase 信号通路分类 Caspase 匕游（Caspase8 厂 9 厂 1 ） DR4. DR5等 是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的细胞膜蛋白。 通路（pathway） 生长因子.信号、Fas抗体 FSAL DED FADD FAS DD DED Pro-caspase-8 Caspase-8 3. 线粒体途径(Intrinsic or mitochondrial pathway) Ca2* NO 缺血 缺氧 活性氧 AIF caspase-indep

19、endent apoptosis ax tB ONA IM 伤 ICAO ICAO OBid I APs o CA.D 膜通透性卜 线apoptosome 如 4. Activation of caspase-3 (共同通路)(Effector caspase) 细胞凋亡的发生机制(Mechanism of apoptosis ) 1.氧化损伤(Oxidation damage ) 氧自卜 II基彼坏了机体止希的氧化/还原动态平衡，造成物大 分子的氧化损伤，形成严重的氧化应激状态。 激活 p53 基内、消耗 ATP、t 物膜脂质过氧化、激活核酸内 切酶，启动细胞凋亡。 2. 钙丿昭载(Calc

20、ium overload ) 3. 线粒体损伤(Mitochondria damage ) caspa9 Pro-caspase-9 切细CAD (caspICAD (抑制性CDAJliA纽I胞核细胞 钙超载引起凋亡机制 TNF-a.抗 CD3 抗体、TCDD 等 胞浆Ca2+ 1 激活 Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酚，降解 DNA 链； u 激活谷氨酰胺转移酶， 促使细胞骨架分子之间发生广泛交联， 右利 于凋亡小体形成； 激活核转录因子，加速细胞凋亡和关基因的转录： 双向调控基因 c-myc Belx细胞凋亡的调控机制 (Regulated mechanism of apoptosis)

21、 农 细胞凋匚的调控基因 功能 基因 抑制凋匸基因 Bcl-2 Be%. A1/Bfl-1. Bcl-w. Bcl-G 和 McH 等 促凋亡基因 P53、Bax、Bad Bak. Bid、Bim、Bik、Bok Bcl-B. Bcl-Xs. Krk、Mtd、Nip3. Nix、Noxa 等 1. Bcl-2 基因家族(Bcl2 Family & regulating functions) Bcl-2 (Be卜 X能够抑制线粒体 MPT 丿放，Cyt.c AIF 释放 J Bcl2 能够结合和灭活 Apaf-1,阻断对 caspase-9;化 Bcl2 也能特异地结合细胞色索 C ca

22、spase-independent apoptosis As a transcription factor, p53 regulates downstream genes important in cell cycle arrest, DNA repair, and apoptosis After DNA damage, p53 holds the cell at a checkpoint until the damage is repaired If the damage is irreversible, apoptosis is triggered P53 通过与 Bcl2 基因相互作用,

23、下调 Be 卜 2 的表达。 P53 诱导细胞凋匚的靶蛋白表达（线粒体和死亡受体介导）。 P53 诱导线粒体内凋亡的和关蛋白（Bax、NOXA、PUMA）表 达，并触发细胞色索 C释放和 caspase 活化。 P53 诱导死亡受体 Fas 表达。 Caspase 抑制剂 2. p53 基因（抑癌基因） MPT 开放 ATP 膜通透性b线粒体肿胀、won apoptosom Pro-Caspase-3 P53 能使死亡受体再定位于细胞膜上。 三、细胞凋亡异常和疾病 CDiseases associated to apoptosis deregulation) 表： 与细胞凋亡异常相关的疾病 凋亡不足 凋亡过度 肿痛 肝癌、恶性血液肿瘤、乳腺癌 发育异當 气管食管犧、房（宋）间隙缺 、膀胱癌、肺癌、胶质瘤、前 损、唇（腭）裂、短肢畸形、 列腺癌等 尿道下裂以及多囊肾等 发育异常