第十一章细胞增殖和凋亡异常与疾病.ppt

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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（,programmed cell death,PCD),的形式之一。,凋亡的概念,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,（,The morphologic characteristics of apoptosis,）,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（,Apoptotic body,）,凋亡细胞,(,扫描电镜,),凋亡细胞,(,透射电镜,),APL,Apoptosis,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,有,无,3.,基因调控,有,无,6.,凋亡小体,溶酶体相对完整，局部无炎症反应,溶酶体破裂，局部炎症反应,5.,炎症反应,DNA,片段化（,180-200bp,）,电泳呈,“,梯,”,状条带,弥散性降解，电泳呈均一,DNA,片状,8.DNA,电泳,胞膜及细胞器相对完整细胞皱缩，核固缩,细胞结构全面溶解、破坏、细胞肿胀,4.,形态变化,主动过程，有新蛋白合成，耗能,被动过程,无新蛋白合成,不耗 能,7.,生化特点,较弱刺激，非随机发生,强烈刺激,随机发生,2.,诱导因素,生理性或病理性，特异性,病理性,非特异性,1.,性质,细胞凋亡与坏死的区别,20,凋,亡,诱,导,因,素,受,体,cAMP,Ca,2+,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,信号转导,激活,执行,清除,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,（,death receptors,，,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-2,B,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,心血管疾病,心肌缺血,-,再灌注损伤,心力衰竭,神经元退行性疾病,阿尔茨海默病,帕金森病,多发性硬化症,病毒感染,AIDS,凋亡不足,凋亡过度,凋亡不足与过度并存,肿瘤,自身免疫病,病毒感染性疾病,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,，,first gap phase,，,DNA,合成前期；,S,期,，,synthetic phase,，,DNA,合成期；,最关键！,G2,期,，,second gap phase,，,DNA,合成后期；,M,期，,mitotic phase,，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：,周期性细胞,G0,期细胞,终端分化细胞,也称,连续分裂细胞,休眠细胞,不分裂细胞,特点,按,G1SG2M,四个阶段循环，连续运转,可暂时脱离细胞周期，不进行增殖，需适当刺激方可返回细胞周期,一般情况下不可逆地脱离细胞周期、丧失增殖能力，但具有一定生理功能,例如,表皮细胞、骨髓细胞,肝细胞、肾细胞,神经细胞、心肌细胞,更新,稳态更新,：细胞始终处于增殖和死亡的动态平衡中，不断地增殖以补充衰老脱落或死亡的细胞。,条件性更新,：在遭遇损伤或应激等刺激后可返回细胞周期，进行增殖。,有迹象表明在,特定的条件,下可返回细胞周期，进行增殖。,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,Leland,Hartwell,、英国人,Paul Nurse,、,Timothy,Hunt,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,3,CDK,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,cyclin,CDK,Cyclin/CDK,催化亚基,调节亚基,不同类型的,周期蛋白激酶复合体,激酶复合体,脊椎动物,Cyclin,CDK,G,1,-CDK,Cyclin D,CDK4,、,6,G,1,/S,-CDK,Cyclin E,CDK2,S/G,2,-CDK,Cyclin A,CDK2,G,2,/M,-CDK,Cyclin B,CDK1(CDC2),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。,3,CDK,抑制因子,（,CKI,）,的时相变化,（,1,）,Ink4,（,inhibitors of kinase4,）：是一组,CDK4,的抑制蛋白,，包括,P16,Ink4a,、,P15,Ink4b,、,P18,Ink4c,、,P19,Ink4d,。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,（,kinase inhibitory protein,），或称,Cip(cyclin inhibition protein),：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,P21,kip1,、,P27,kip1,、,P57,kip2,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,P21,Kip1,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,表达不足和突变与肿瘤发生；,检查点功能障碍：,P53,的突变或缺失与肿瘤的侵袭性。,三、细胞周期调控异常与疾病,（二）细胞增殖缺陷,糖尿病肾病,神经退行性疾病（,AD,和,PD,）,再生障碍性贫血,衰老,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,总结,细胞增殖异常与疾病,认识细胞周期四阶段和周期性细胞,掌握,细胞周期自身调控的四个方面,认识周期蛋白激酶复合体,掌握,细胞周期检查点的负反馈调节机制,掌握,细胞增殖过度与肿瘤的相关机制,认识细胞增殖缺陷相关疾病,