细胞调亡与疾病

本章小结1.掌握细胞凋亡的概念2.掌握细胞凋亡的病理生理意义3.掌握细胞凋亡的主要变化、细胞凋亡的调控4.掌握细胞凋亡的发生机制。5.了解细胞凋亡的大致过程，了解凋亡不足、过度或并存的疾病，了解凋亡在疾病防治中的意义。死亡是生命的普遍现象，但细胞死亡并非与机体死亡同步。正常的组织中也发生细胞死亡，它是维持组织机能和形态所必需的。第一节

细胞增殖异常与疾病细胞周期概念【CellProliferation】

■细胞增殖↓、分化不良（过度）组织器官发育不全■细胞增殖↑、分化不全肿瘤发生一、细胞周期及其调控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。

【Cellcycle】Cellcycleisdefinedasaperiodfromtheendofonedivisiontotheendofnextdivisionofaproliferativecell.

细胞周期分期（Bystages）

G1→S→G2→M

【细胞增殖过程】

细胞生长DNA复制细胞分裂细胞周期的控制（Regulationofthecellcycle）1.细胞周期自身控制（Regulationofintracellularsignals

）细胞周期调控机制的核心是一组周期素依赖性蛋白激酶（Cyclindependentkinase,CDKs）Keyspot：Cyclin、CDKs、CDI、Checkpointofcellcycle。RegulationofthecellcycleRegulationofthecellcyclebyintracellularsignalsRegulationofthecellcyclebyextracellularsignals■Cyclin与CDKs●Cyclin【Classification】

CyclinB1、CyclinA、CyclinE、CyclinD1,D2,D3.F,G,H,T。CDKPSTAIREcyclinCDKCyclin/CDKCombineCyclinbox结构与功能100aa组成cyclinboxCyclin

-COOHH2N-催化亚基

调节亚基

Cyclin-CDK复合物及其相关蛋白

Cyclins相关CDKs细胞周期作用相关蛋白底物降解

ACDK1，CDK2S+G2,Mp107+E2F，p21，PCNARbubiquitinB(B1,B2)CDK1(cdc2)G2,Mp21,PCNARbubiquitinCCDK8G1--PESTD(D1-3)CDK4(2,5,6)G1Rb,p21,p27,p15,p16,PCNARbPESTECDK2G1+G1,Sp107+E2F,p21,PCNARbPESTF-S---G-G1---HCDK7G1,S,G2,M-CDK1,4,6-Cyclin周期变化图【CDK1活化启动cellcycle】CDK1活化Cyclin与CDK1结合、磷酸化CAK对CDK1活化部位的磷酸化Cellcycle●CDKs家族CDKs是一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。称为CDK1~9。Thr14、Tyr15抑制部位去磷酸化CDK活化激酶（CDKactivationkinaseCAK）

【抑制途径】▲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，阻断它与cyclins的结合。■CDI：复合物CDI可特异性抑制CDK的活性,负性调节。▲Ink4：P16INK4a、P15INK4b、P18INK4c和P19INK4dCDK4、CDK6▲Cip/Kip：p21Cipl、P27Kip1和P57Kip1

CDK2■抑癌基因编码产物【Checkmechanism】

▲P53

：能与DNA损伤部位结合的AMT磷酸化P53，磷酸化P53上调p21Cipl基因的转录，P21Cipl能与多种CDK-cyclin复合物结合，抑制CDKs的激活，阻滞G1/S的过渡，为DNA修复提供足够时间。

▲

Cdc25：负责G2期处检查。■细胞周期检查点（Checkpointofcellcycle）

细胞内存在监控机制—检测点（Checkpoint）。

DNA损伤检查点G1/S

CheckpointDNA复制检查点S/G2

纺锤体组装检查点G2/M

■抑制信号（TGF-β）

可以下调cyclin和CDK4的表达和促进P21wafl、P27kipl和P15ink4b等CDI产生，使细胞阻滞在G1期。

■细胞生长条件不具备

能使P16INK4a和P15INK4b增加，并均能抑制CyclinD-CDK4/6复合物的功能，细胞阻滞G1期。pRbE2F

2.细胞外信号的调控（Regulationofextracellularsignals）

G1期存在一个“限定点”（restrictionpoint），它决定细胞是否进入周期。这“限定点”主要受细胞外信号的调控。

■刺激信号（生长因子）（EGF、IGF、IL）细胞增殖分化异常与相关疾病增殖异常增殖缺陷增殖分化异常原发性血小板增多糖尿病肾病恶性肿瘤家族性红细胞增多症神经退行性疾病银屑病前列腺肥大再生障碍性贫血畸胎瘤动脉粥样硬化白癜风先天畸形

衰老X-连锁-球蛋白缺乏症高IgM血症细胞过度增殖或不足的本质是细胞周期调控异常。【Deregulationofcellcycle】■细胞周期的驱动失控（Cyclin、CDK和CDI表达异常）■监控（检查）机制受损（Theimpairmentofcheckpointsystem）►细胞周期异常与疾病（Abnormalcellcycle&diseases）细胞周期调控异常与疾病1．细胞周期驱动机制失控

■Cyclins的过表达（Overexpressionofcyclins）肿瘤的发生与cyclin（D、E）过量表达有关。

【CyclinD1（Bcl-1）过表达原因】（原癌基因）

▲基因扩增（CyclinD1过表达的主要机制）乳腺癌、胃癌、食道癌存在CyclinD1基因扩增过度。▲染色体倒位（Chromosomeinversion）CyclinD1基因倒位于甲状旁腺启动子控制下CyclinD1蛋白合成↑

▲染色体易位（Chromosometranslocation)甲状旁腺腺癌Bcl-1t(11:14)(q13:q32)易位

CyclinD1受Ig重链基因增强子影响

CyclinD1表达↑（p15:q13）║恶性肿瘤║■CDK表达异常主要见于CDK4、CDK6过表达。CDK4↑+cyclinD结合↑CDK4/cyclinD↑

pRbpRb磷酸化↑细胞增殖过度

E2F↑G1/S过渡加速【CyclinD过表达致肿瘤机制】CyclinD过表达+生长因子

CDKs瀑布效应↑细胞增殖过度易发生细胞癌变▲基因突变CyclinD1T286突变CyclinD1泛素化受阻CyclinD1↑可能■CDI表达不足和突变

肿瘤细胞中常出现CDI（肿瘤抑制基因）表达不足或突变。

▲InK4失活

【p16InK4基因失活原因】

突变或缺失、染色体易位、p16InK4高度甲基化。

【Mechanism】p16InK4基因表达↓CDK4与cyclinD结合↓细胞周期处在“易于”被启动状态

易发生细胞癌变

可能

【Mechanism】

p53基因突变P21cip1转录↓DNA受损细胞增殖↑▲

Kip/Cip含量减少（DeficientexpressionofKip/Cip）

P21cipl功能cyclins/CDKs活性↓细胞周期速度↓2.细胞周期监控机制受损(Impairmentofcheckpointsystem)

主要原因：G1/S、G2/M检查点异常失察结果：探测DNA损伤功能降低

（如发现不了DNA损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等）

表人类肿瘤p53基因突变热点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56157，248，273前列腺癌30不确定结肠癌50175，245，248，273肝细胞癌45249食道癌45不确定胶质癌25175、248卵巢癌44273乳腺癌22175、248、273胰腺癌44273子宫内膜癌22248皮肤癌44248、278甲状腺癌13248、273胃癌41不确定白血病12175、248头颈鳞癌37248宫颈癌7273膀胱癌34280软组织肉瘤31不确定p53基因是人类肿瘤中突变率最高的基因

■G2/M交界处失察

G2/M交界处

DNA双链断裂激活DNA损伤检查点阻止细胞进入M期诱导修复基因转录完成断裂的DNA修复

▲失去G2/M检查点的阻滞作用染色体发生重排、丢失原发性血小板增多症（PT）■临床症状：以巨核细胞增殖为主的骨髓增生性疾病。伴有血小板持续增多和血小板功能异常，有反复自发性出血及血栓形成。■病因与机制：X染色体遗传、TGF-减少、辅助细胞缺乏等。银屑病■病因与机制：表皮生长因子受体的增加和受体的减少是引起表皮细胞增长过快的原因。第二节细胞凋亡异常与疾病凋亡相关基因激活DNase激活、Caspases激活巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞悉尼·布雷诺尔罗伯特·霍维茨约翰·苏尔斯顿2002年诺贝尔生理与医学奖获得者►细胞凋亡大致过程(Theprocessofapoptosis)+cAMP、Ca2+、神经酰胺死亡信号凋亡诱导因素受体凋亡信号转导

凋亡基因激活

凋亡的执行

凋亡细胞清除

一、细胞凋亡的过程与调控（Process®ulationofcellapoptosis）生理性细胞凋亡的作用确保正常发育、生长

在器官、组织的形成、成熟中发挥作用

(细胞团具备复杂结构的组织器官)维持内环境的稳定

清除受损、衰老和突变的细胞

(针对自身抗原T细胞的清除、子宫内膜周期性剥脱)发挥积极的防御作用多余细胞的清除

病毒DNA■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）、内质网出芽■核固缩和染色质边集■凋亡小体（Apoptoticbody）凋亡细胞(扫描电镜)凋亡细胞(透射电镜)APLApoptosis1.形态学改变（Themorphologiccharacteristicsofapoptosis）►凋亡时细胞的主要变化（Featuresofapoptosiscells）■内源性核酸内切酶激活Ca2+/Mg2+增加核酸内切酶活性Zn2+抑制核酸内切酶活性■DNA片段化（DNAladdingpattern）

激活核酸内切酶核小体连接区发生DNA降解，寡核小体片段（160～200bp的倍数）■钙超载（Calciumoverload）Ca2+载体A23187B淋巴细胞内[Ca2+]↑诱导B细胞凋亡（Ca2+在细胞凋亡中充当凋亡信号传递的角色）2.生化改变（Thebiochemicalcharacteristicsofapoptosis）■细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻（caspase激活、PKC活化、蛋白合成等）细胞凋亡与细胞坏死的比较坏死凋亡1.性质病理性，非特异性生理性/病理性，特异性2.诱因强烈刺激，随机发生较弱刺激，非随机发生3.基因调控无有4.生化特点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5.形态改变细胞肿胀结构溶解，破坏细胞皱缩，核固缩胞膜/细胞器相对完整6.凋亡小体无有7.DNA变化弥散性降解电泳呈均一片状片段化（180-200bp）电泳呈“梯”状条带8.溶酶体改变破裂相对完整9.炎症反应局部炎症反应局部无炎症反应

►Themainlyinducedfactorsofapoptosis

Table：Influenceoffactorsofapoptosis

诱导性因素（Inducers）抑制性因素（Inhibitors）理化因素射线、高温、强酸、细胞因子IL-2、NGF等强碱、应激、抗癌药激素ACTH、睾丸酮、雌激素激素和因子糖皮质激素、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

1.Concept,Classification,ConstructionofCaspases■概念Caspase属于半胱氨酸蛋白酶家族，14个成员(Caspase1-14)。►细胞凋亡的信号传导（Caspases依赖的pathway）■Caspase信号通路分类

上游（Caspase-8,-9,-10）下游（Caspase-2,-3,-6,-7）（共同通路）▲

Caspase（Ced-3亚家族）死亡受体通路线粒体途径大小亚基结合（二聚体）

caspase活化（四聚体）■结构特点

Pro-caspase：NH2末端结构域、20KD亚基、10KD亚基剪切2．死亡受体通路（Extrinsicorcytoplasmicpathway）■死亡受体TNFR、Fas、DR3、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）FASLFADDPro-caspase-8Caspase-8Caspase-3Pro-caspase-3细胞凋亡生长因子、信号、Fas抗体FASFADD（Fas-associateddeathdomain）；DD（死亡域）；DED（deatheffectordomain）。DEDDEDDDcaspase-10膜通透性↑、线粒体肿胀、△m↓Apaf-1活化Cyt.c

3．线粒体途径（Intrinsicormitochondrialpathway）

Ca2+NO缺血缺氧活性氧MPT开放Cyt.c+Pro-caspase-9Caspase-9ATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cCARDapoptosome

AIFcaspase-independentapoptosisPro-Caspase-3凋亡Caspase-3AIF：凋亡诱导因子Apoptosome：凋亡复合体►细胞凋亡的发生机制（Mechanismofapoptosis

）1．氧化损伤（Oxidationdamage）氧自由基破坏了机体正常的氧化/还原动态平衡，造成生物大分子的氧化损伤，形成严重的氧化应激状态。【Mechanism】激活p53基因、消耗ATP、生物膜脂质过氧化、激活核酸内切酶,启动细胞凋亡。各种氧化剂、缺氧等直接通过氧化损伤诱导细胞凋亡。2．钙超载（Calciumoverload

）3．线粒体损伤（Mitochondriadamage）TNF-α、抗CD3抗体等

胞浆[Ca2+]↑■激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶，降解DNA链；■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，有利于凋亡小体形成；■激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；■在ATP参与下，暴露出核小体之间的连接区，有利于DNA内切酶切割DNA。钙超载引起凋亡机制细胞凋亡►细胞凋亡的调控机制表细胞凋亡的调控基因功能基因抑制凋亡基因Bcl-2Bcl-XL、A1/Bfl-1、Bcl-w、Bcl-G和Mcl-1等促凋亡基因P53、Bax、Bad、Bak、Bid、Bim、Bik、Bok、

Bcl-B、Bcl-Xs、Krk、Mtd、Nip3、Nix、Noxa等双向调控基因c-myc、Belx【调控基因】（Regulatedmechanismofapoptosis）Bcl-2■Bcl-2（Bcl-XL）能够抑制线粒体MPT开放，Cyt.c、AIF释放↓■

Bcl-2也能特异地结合细胞色素C■Bcl-2能够结合和灭活Apaf-1，阻断对caspase-9活化Caspase抑制剂1．Bcl-2基因家族（Bcl-2Family®ulatingfunctions）CARDMPT开放膜通透性↑、线粒体肿胀、△m↓Cyt.cATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cApaf-1活化Cyt.c+Pro-caspase-9apoptosomeAIFCaspase-9Pro-Caspase-3Caspase-3凋亡caspase-independentapoptosis【促凋亡机制】

■

P53通过与Bcl-2基因相互作用，下调Bcl-2的表达。■

P53诱导细胞凋亡的靶蛋白表达（线粒体和死亡受体介导）。■

P53诱导线粒体内凋亡的相关蛋白（Bax、NOXA、PUMA）表达，并触发细胞色素C释放和caspase活化。■

P53诱导死亡受体Fas表达。■

P53能使死亡受体再定位于细胞膜上。2．p53基因（抑癌基因）

Asatranscriptionfactor,p53regulatesdownstreamgenesimportantincellcyclearrest,DNArepair,andapoptosis.AfterDNAdamage,p53holdsthecellatacheckpointuntilthedamageisrepaired.Ifthedamageisirreversible,apoptosisistriggered.

表：与细胞凋亡异常相关的疾病

凋亡不足凋亡过度肿瘤肝癌、恶性血液肿瘤、乳腺癌发育异常气管-食管瘘、房（室）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先天性消化道、胆道、肛门狭CNSAlsheimer病、Parkinson病、窄或闭锁、动脉导管未闭、两肌萎缩性侧索硬化症、色素性性畸形、甲状舌骨囊肿等视网膜病，脊肌肉萎缩、早老免疫系统系统性红斑狼疮、糖尿病、类性痴呆风湿性关节炎、桥本甲状腺炎免疫系统免疫缺陷病、AIDS

、多发性的硬化症等三、细胞凋亡异常和疾病（Diseasesassociatedtoapoptosisderegulation）(一)、细胞凋亡不足1.肿瘤

※抑制凋亡基因过度表达

Bcl-2基因表达↑(前列腺癌、结肠癌)

※促凋亡基因突变或缺失

wtP53基因突变(小细胞肺癌、非小细胞肺癌)■bcl-2基因过表达85%滤泡状和20%弥漫性B细胞淋巴瘤染色体t（14;18）易位