病理生理学第八章细胞增殖和凋亡异常与疾病

第八章

细胞增殖和凋亡异常与疾病

病理生理教研室

细胞增殖（cellproliferation)：是指细胞分裂和再生的过程，细胞通过分裂进行增殖，使遗传信息传给子代，保留物种的延续性和数量增多。一基本概念（conception)

细胞周期（cellcycle):或称细胞增殖周期是指增殖细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的时期和顺序变化，分为四个连续阶段：G1SG2M。第一节细胞增殖异常与疾病

一细胞周期（cellcycle)分裂间期：G1期（firstgapphase)DNA合成前期

*

S期（syntheticphase)DNA合成期

G2期（secondgapphase)分裂期：

M期（mitoticphase)

有丝分裂期SG2G1M分裂间期（一）机体三种活细胞（依据细胞的增殖活动）周期性细胞：表皮细胞，骨髓细胞等。

－－－－稳态更新G0期细胞：肝细胞，肾细胞等。

－－－－条件性更新终端分化细胞：神经细胞，心肌细胞等。

－－－－永久脱离细胞周期，丧失增殖能力

（二）细胞周期的特点：单向性：G1SG2M阶段性：增殖条件检查点：增殖分化趋向细胞微环境影响：细胞间增殖信号传导，及增殖条件。二、细胞周期的调控1细胞周期自身调控2细胞外信号对细胞周期的调控

1.细胞周期自身调控周期素依赖性激酶周期素(cyclin)(cyclindependentkinase,CDK)周期素依赖性激酶抑制因子(cyclindependentkinaseinhibitor,CDI)开Cyclin+CDK进入细胞增殖周期关Cyclin+CDK+CDIand/orCyclin/CDK解离and/orCyclin降解终止细胞周期周期素(cyclin)(8种,14个成员)在细胞周期中,Cyclin恒速合成,降解却呈周期性.在分裂期降解大于合成,在间期合成大于降解(2)周期素依赖性激酶(CDK)已发现CDK9种CDK活化的必要条件与cyclin结合形成cyclin/CDK复合体(需要cyclin浓度达到阈值)2.CDK活化部位磷酸化3.CDK抑制部位去磷酸化CDK灭活方式泛素介导的蛋白水解体系CDI(3)细胞周期素依赖性激酶抑制因子(CDI)Ink4(inhibitorofcdk4)---------CDK4抑制蛋白Kip(kinaseinhibitionprotein)------特异地与cyclin/CDK结合Ink4CDK4KipCDKCyclin(4)细胞周期检查点（checkpoint)DNA损伤检查点：G1/S交界处DNA复制检查点：S/G2交界处纺锤体组装检查点：M期，管理染色体的正确分配探测器传感器（磷酸激酶)效应器（CDK）2细胞外信号对细胞周期的调控增殖信号：肽类生长因子抑制信号：TGF-ß(一）细胞增殖过度cyclinCDICDK检查点障碍

肿瘤（恶性增殖）三、细胞周期调控异常与疾病CyclinD,E的过度表达：cyclinD1(Bcl-1):生长因子感受器过度表达基因扩增染色体倒立染色体异位G1S1细胞周期蛋白的异常2.CDK的增多：CDK4和CDK6的过度表达3.CDI表达不足和突变：Ink4失活和Kip含量减少4.检查点功能障碍:P53基因突变(二)细胞增殖缺陷糖尿病肾病神经退行性病变再生障碍性贫血四、调控细胞周期与疾病的防治1.合理利用增殖相关信号2.抑制cyclin或/和CDK的表达和活性3.提高CDI的表达和活性4.修复或利用缺陷的细胞周期检查点第二节细胞凋亡异常与疾病

早在1972年Kerr等已发现从细胞形态、超微结构和生化变化等方面来分析，细胞有二种死亡形式,一种是早被熟知的细胞坏死（Necrosis），另一种是创新提出的程序性细胞死亡（Programmedcelldeath,PCD）学说。但该学说到九十年代初才进入研究高潮，进展极快，现在普遍称之为细胞凋亡（Apoptosis）。apoptosis概述细胞凋亡与坏死的区别★—————————————————————————————————————————————————————————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。apoptosis概述apoptosis凋亡过程与调控凋亡过程+受体cAMPCa2+神经酰胺凋亡诱导因素死亡信号凋亡相关基因激活DNase激活Caspases激活巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞信号转导基因激活执行凋亡凋亡细胞的清除apoptosis凋亡时细胞的形态学改变凋亡过程与调控空泡化固缩出芽边集凋亡小体形态学特征：生化特征：

①胞浆内Ca2+浓度升高。②细胞内活性氧增多。③质膜通透性变大。④DNA内切酶活性被激活升高，双链DNA在核小体之间切断形成~185bp为基数的有序片段。⑤Ⅱ型谷氨酰胺转移酶和需钙蛋白酶（Calpain）活性升高。apoptosis凋亡过程与调控细胞凋亡的生化改变apoptosis凋亡过程与调控

DNA的片段化断裂蛋白质的降解

典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）细胞凋亡的生化改变特点：cysteine-containingaspartate-specificprotease（含半胱氨酸的天门冬氨酸特异水解酶）apoptosis凋亡过程与调控和凋亡有关的两个酶作用：切割染色质DNADNase特点：Ca2+/Mg2+增强活性，Zn2+抑制其活性Caspases作用：灭活凋亡抑制物水解蛋白质结构，形成凋亡小体水解凋亡相关活性蛋白apoptosis细胞凋亡的调控凋亡的调控凋亡信号凋亡信号的转导凋亡相关基因apoptosis细胞因子：IL-2，神经生长因子某些激素某些二价金属阳离子、药物凋亡的调控凋亡信号生理性凋亡信号：激素和生长因子失衡理化因素：高温、强酸、强碱、抗癌药物免疫性因素微生物学因素：细菌、病毒病理性凋亡信号：apoptosis凋亡信号的转导凋亡的调控特点：①多样性：不同种类细胞有不同的信号转导系统②偶联性：死亡信号转导系统与细胞增殖、分化过程中的信号转导系统在一些环节上交叉、偶联③同一性：不同凋亡诱导因素可通过同一信号转导系统引起细胞凋亡④多途性：同一凋亡诱导因素可经过多条信号途径触发细胞凋亡凋亡信号的转导1.死亡受体介导的凋亡通路2.线粒体介导的凋亡通路细胞凋亡的执行Caspases内源性核酸内切酶apoptosis凋亡的调控凋亡的调控凋亡相关基因抑制凋亡基因：Bcl-2，EIB，IAP促进凋亡基因：wtP53，Bax，ICE双向调控基因：c-myc，Bcl-x一、BcL-2族分子

BcL-2:bcL-2基因是细胞凋亡研究中最受重视的癌基因之一,其表达的蛋白质BcL-2蛋白最初发现于B-淋巴细胞瘤/白血病-2（Bcelllymphoma/Leukemia-2,BcL-2)而得名，与线虫ced9基因表达的Ced-9分子在结构上有同源性，具有抗凋亡作用。BcL-2的高表达能阻抑多种凋亡诱导因素所引发的细胞凋亡。如γ-射线、糖皮质激素、热休克、多种化疗药物。抑制凋亡基因BcL-2的同源基因和蛋白

其中一类呈抗凋亡作用，有BcL-2,BcL-w，BcL-XL、BFL-1、Brag-1、MCL-1，AI。

另一类呈现促凋亡作用的，有Bax，Bak,Bok，BcL-Xs，Bad,Bid,Bik，Hrk，Bim等。

BcL-2基因家族成员自身或彼此之间有形成二聚体或多聚体的能力，BcL-2家族的蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与凋亡。BcL-2抗凋亡机制：直接抗氧化抑制线粒体释放促凋亡蛋白质抑制凋亡调节蛋白的细胞毒作用抑制凋亡蛋白酶的激活维持细胞钙稳态P53基因wtP53——修复受损的DNA，如修复失败则诱导细胞凋亡突变的P53失活的P53丧失监视DNA损伤的功能射线，毒素P53蛋白+细胞凋亡分子警察促进凋亡基因apoptosis双向调控基因凋亡的调控

C-myc是一种癌基因，是调控细胞周期的主要基因。编码的蛋白是DNA结合蛋白，调控基因转录，在GF充足时主要激活介导细胞增殖的基因；反之激活凋亡基因。

C-mycBcl-x是1933年发现的一类与Bcl-2相关基因。Bcl-xl——抑制细胞凋亡。Bcl-xs——促进细胞凋亡。吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬1.吞噬细胞凝集素的作用2.血小板反应蛋白介导吞噬3.磷脂酰丝氨酸受体的作用apoptosis细胞凋亡与疾病的关系——

该“死”的细胞不死，不该“死”的细胞却死了，也就是说无论凋亡过度或凋亡不足都可以导致疾病的发生。细胞凋亡不足：肿瘤，自身免疫病，细胞凋亡过度：心肌缺血，心力衰竭，神经元退行性疾病，病毒感染凋亡与疾病㈠细胞凋亡不足⒈肿瘤：凋亡抑制基因Bcl-2基因过高表达------凋亡衰减（前列腺癌）促凋亡基因如p53基因突变或缺失，肿瘤发生率↑⒉自身免疫病

———自身抗原受到自身抗体或致敏T淋巴细胞的攻击而损伤

T、B淋巴细胞通过正选择和负选择才能发育、分化成熟

负选择：凋亡清除针对自身组织抗原和TCR的双阳性细胞正选择：保留能够识别自身组织抗原的T细胞，并增殖成熟

如果负选择机制失调，针对自身组织抗原的T细胞存活、增殖，产生自身免疫病。㈡细胞凋亡过度⒈心血管疾病⑴心力衰竭⑵心肌缺血与再灌注损伤———坏死与凋亡共存发生机制：氧化应激；细胞内钙超载；

Fas受体上调；p53基因转录增强

凋亡特点：①早期凋亡为主，晚期坏死为主②梗死灶中央以坏死为主，周边凋亡为主③慢性、轻度缺血以凋亡为主，急性、重度缺血则常常发生坏死④IR引起的细胞凋亡有时比单纯缺血更严重

⒉神经元退行性疾病

———特定神经元进行性丧失为病理特征的疾病阿尔茨海默病（AlzheimerdiseaseAD）

AD主要是由于海马及基底神经核的胆碱能神经元大量丧失,病理切片上可见β-淀粉样蛋白沉积和神经元缠结

机制：β-淀粉样蛋白基因位于21号染色体，当钙超载、氧化应激或神经生长因子分泌不足时，Ca2＋内流增加，激活与β-淀粉样蛋白合成有关的基因，使β-淀粉样蛋白含量增加，沉积于神经元内，进一步激活周