细胞增殖和凋亡异常与疾病.ppt

细胞增殖和凋亡异细胞增殖和凋亡异常与疾病常与疾病2第一节第一节 细胞增殖异常与疾病细胞增殖异常与疾病主要内容主要内容细胞周期的概述细胞周期的调控细胞周期调控异常与疾病调控细胞周期与疾病的防治3细胞周期细胞周期概念概念：增殖细胞从上一次分裂结束到下一次分裂终了的间隔时间（细胞增殖周期）分期分期（时相特点）G1期（first gap phase，DNA合成前期）S期（synthetic phase，DNA合成期）G2期（second gap phase，DNA合成后期）M期（mitotic phase，有丝分裂期）4细胞周期细胞周期分类分类（增殖特性）周期性细胞（连续分裂细胞）：表皮、骨髓细胞G0期细胞（休眠细胞）：肝、肾细胞终端分化细胞（不分裂细胞）：神经、心肌细胞5细胞周期细胞周期特点特点单向性：细胞沿G1SG2M方向推进阶段性：细胞可因某种原因而在某时相停滞待条件合适后重新活跃到下一时相检查点：各时相交叉处决定细胞增殖分化趋势细胞微环境：细胞外信号、条件等6细胞周期的调控细胞周期的调控细胞周期自身调控细胞周期自身调控细胞周期驱动力量（周期素和周期素依赖性激酶）、抑制力量、检查点等协同作用实现。细胞外信号对细胞周期的调控细胞外信号对细胞周期的调控诱导增殖信号：GFcyclin/CDK，CKI细胞增殖抑制增殖信号：TGF-cyclin/CDK，CKI细胞增殖 7细胞周期自身调控细胞周期自身调控周期素细胞周期素依赖性激酶细胞周期素依赖性激酶抑制因子细胞周期检查点8周期素（周期素（cyclin）9 cyclincyclinCDKCDKCyclinCyclinCyclinCyclinCDKCDKCDKCDK调节亚单位调节亚单位调节亚单位调节亚单位催化亚单位催化亚单位催化亚单位催化亚单位 细胞周期素依赖性激酶（细胞周期素依赖性激酶（CDK）CDK丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶CDK家族：CDKl9CDK的调控的调控活化：Cyclin CDK活化激酶（CAK）CDK自身的磷酸化灭活：CKI/泛素化（ubiquitin）降解 10细胞周期素依赖性激酶抑制因子细胞周期素依赖性激酶抑制因子（CKI）Ink4（Inhibitors of kinase4）Kip（kinase inhibitory protein，Kip）又称Cip（cdk-interacting protein1）或Waf（wild-type p53 activated fragment1）家族11Ink4家族家族CDK4的抑制蛋白 p16Ink4a、p15Ink4b、p18Ink4c、p19Ink4d等抑制抑制CDK4活性活性特异地与CDK4/6结合防止CDK4/6与cyclin再结合降低cyclin/CDK复合物的稳定性12Kip家族家族CDK的抑制蛋白 p21kip1、p27kip1和p57kip2等抑制抑制CDK N端保守序列-非共价键-cyclin/CDK复合物结合 三元体或四元体13检查点分类和功能检查点分类和功能DNA损伤检查点：G1/S交界处 DNA受损G1期细胞 DNA修复 DNA复制DNA复制检查点：S/G2交界处 检查DNA复制进度纺锤体组装检查点染色体分离检查点14DNA损伤检查点损伤检查点15启动凋亡程序启动凋亡程序结合结合PCNADNA复制复制p53 p21CyclinE/CDK2复合物活性复合物活性GADD45DNA损伤（射线）损伤（射线）pRb-P游离的游离的E2FpRb-E2FG1期阻滞期阻滞DNA合成、细胞进入合成、细胞进入S期期G G1 1/S/S期交界调控示意图期交界调控示意图细胞周期调控异常与疾病细胞周期调控异常与疾病细胞增殖过度与疾病细胞增殖缺陷与疾病16细胞增殖过度与疾病细胞增殖过度与疾病增殖过度：肿瘤增殖过度：肿瘤、肝肺肾纤维化、前列腺肥大、类风湿性关节炎细胞增殖过度与肿瘤细胞增殖过度与肿瘤Cyclin增多：cyclin D、E 乳腺癌、B细胞淋巴瘤、胃肠癌、食道癌 机制：基因扩增、染色体倒位、染色体易位 17细胞增殖过度与肿瘤细胞增殖过度与肿瘤CDK增多：CDK1、2、4、6CKI表达不足和突变：InK4失活和Kip（p16/p21/p27）检查点功能障碍：p53基因突变18细胞增殖缺陷与疾病细胞增殖缺陷与疾病增殖缺陷：糖尿病肾病、神经退行性变、再障增殖缺陷与糖尿病肾病 增殖缺陷的机制：CKI过表达：p27pRb：低磷酸化状态Cyclin/CDK2/CDK4（-）（糖尿病实验模型）19调控细胞周期与疾病的防治调控细胞周期与疾病的防治1、合理利用增殖相关信号、合理利用增殖相关信号单抗EGF乳腺癌C增殖/NGF神经C增殖2、调控、调控cyclin 或和或和 CDK 的表达和活性的表达和活性 单抗/RNAi/反义寡核苷酸cyclin/CDK表达和活性转染基因 cyclin/CDK表达和活性20调控细胞周期与疾病的防治调控细胞周期与疾病的防治3、调控、调控CKI的表达或和活性的表达或和活性转染基因/放疗/化疗CKI表达和活性单抗/RNAi/反义寡核苷酸CKI表达和活性4、修复或利用缺陷的细胞周期检查点、修复或利用缺陷的细胞周期检查点 p53 修复缺陷的细胞周期检查点放疗/化疗DNA损伤缺陷周期检查点DNA损伤细胞2122第二节第二节 细胞凋亡异常与疾病细胞凋亡异常与疾病主要内容主要内容细胞凋亡的概述细胞凋亡的调控细胞凋亡调控异常与疾病调控细胞凋亡与疾病的防治23概概 念念细胞凋亡（apoptosis）：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是程序性细胞死亡（PCD）的形式之一（自噬）1972年Kerr等人提出不同于坏死的死亡新概念24细胞凋亡与坏死的比较细胞凋亡与坏死的比较25 坏死 凋亡 性质 病理性，非特异性 生理性或病理性，特异性诱导因素 强烈刺激，随机发生 较弱刺激，非随机发生生化特点 被动过程，无新蛋白合成，不耗能 主动过程，有新蛋白合成，耗能形态变化 细胞肿胀，细胞结构全面溶解破坏 细胞皱缩，核固缩细胞结构完整DNA电泳 弥散性降解，电泳呈均一DNA片状 DNA片段化，电泳呈梯状条带炎症反应 溶酶体破裂，局部炎症反应 溶酶体完整，局部无炎症反应凋亡小体 无 有基因调控 无 有 细胞凋亡的过程细胞凋亡的过程诱导期：诱导期：凋亡的相关因素启动信号转导效应期：效应期：死亡信号基因合成各种酶 （核酸内切酶，caspase等）降解期：降解期：底物降解 核酸内切酶破坏基因 caspase细胞结构的解体26细胞凋亡的改变细胞凋亡的改变细胞凋亡的生化改变细胞凋亡的生化改变DNA的片段化（梯形条带）内源性核酸内切酶激活 caspase的激活 27细胞凋亡的改变细胞凋亡的改变细胞凋亡的形态学改变细胞凋亡的形态学改变微绒毛的消失空泡化（blebbing）固缩（condensation）出芽（budding）染色质边集（margination）凋亡小体（apoptosis body）28细胞凋亡调控相关的信号细胞凋亡调控相关的信号生理性凋亡信号某些激素的和细胞因子的直接作用糖皮质激素淋巴细胞凋亡甲状腺素蝌蚪变青蛙兴奋性神经递质神经元凋亡（谷-皮质）某些激素的和细胞因子的间接作用睾丸组织睾丸酮前列腺上皮细胞凋亡29细胞凋亡调控相关的信号细胞凋亡调控相关的信号病理性凋亡信号诱导性的因素：生物及化学毒素 应激病毒感染 射线化疗药物 高温抑制性的因素：化学促癌物某些病毒（EB、乳头状瘤）30细胞凋亡调控相关的信号转导通路细胞凋亡调控相关的信号转导通路死亡受体介导的凋亡通路线粒体介导的凋亡通路（死亡受体非依赖凋亡通路）31TNF超家族的死亡配体和受体超家族的死亡配体和受体死亡死亡配体：配体：FasL、TNF-死亡受体：死亡受体：Fas、TNFR32死亡受体介导的凋亡通路：死亡受体介导的凋亡通路：Fas33TNF超家族的死亡配体和受体超家族的死亡配体和受体34线粒体介导的凋亡通路线粒体介导的凋亡通路35 氧化应激 m 钙稳态失衡 通透性转换孔开放 膜通透性 凋亡启动因子 Smac/Diablo (Cyto-C、AIF、Apaf-1）细胞凋亡线粒体介导的凋亡通路线粒体介导的凋亡通路36线粒体介导的凋亡通路线粒体介导的凋亡通路37Bcl-2家族P53其他：C-myc38细胞凋亡调控相关的基因细胞凋亡调控相关的基因抗凋亡成员：Bcl-2和Bcl-XL促凋亡成员：Bax和BakBH3-only死亡蛋白39Bcl-2家族分类家族分类分布：分布：线粒体内膜、细胞膜内表面、内质网和核膜 抗调亡作用的证据：抗调亡作用的证据：NGF NGF神经细胞细胞凋亡 转染Bcl-2神经细胞凋亡 淋巴细胞性白血病病人：Bcl-2阳性2040Bcl-2抗凋亡的作用及机制抗凋亡的作用及机制直接抗氧化抑制线粒体释放促凋亡蛋白（Cyto-C/AIF）抑制促凋亡性调节蛋白（Bax、Bak）作用抑制凋亡蛋白酶（caspases）的激活维持细胞钙稳态41Bcl-2抗凋亡的机制抗凋亡的机制野生型p53（wtp53）wtp53型：具有诱导细胞凋亡的功能突变型p53（mutp53）突变p53型：促进细胞凋亡 促进细胞增殖42p53对凋亡的调控对凋亡的调控C-myc是癌基因，具有双向的调节作用 细胞增殖（GF）C-myc 细胞凋亡（GF）43C-myc对凋亡的调控对凋亡的调控Caspase内源性核酸内切酶其他：组织型转谷氨酰胺酶44细胞凋亡调控相关的酶细胞凋亡调控相关的酶启动型Caspases（Caspase-810）死亡受体介导的凋亡通路：caspase-8线粒体介导的凋亡通路：caspase-9ERS：caspase-12/4效应型caspase（caspase-3、6、7）45Caspase的分类的分类灭活凋亡抑制蛋白 直接破坏细胞结构分解与细胞骨架构成相关的蛋白瓦解核结构成核碎片46Caspase功能功能47内源性核酸内切酶的作用内源性核酸内切酶的作用 DNA在连接区断裂 核酸电泳出现特征性梯状图谱 （180200bp的整数倍片段）染色质的基本结构核小体核小体核小体核染色质DNA裂解组织型转谷氨酰胺酶 谷氨酰赖氨基稳定的构架凋亡小体 胞浆Ca2+Calpains酶膜再塑凋亡 48组织型转谷氨酰胺酶组织型转谷氨酰胺酶 细胞凋亡调控异常与疾病细胞凋亡调控异常与疾病凋亡的生理意义凋亡的生理意义确保正常生长发育（指/趾）维持内环境稳定（受损，突变，衰老）发挥防御功能（清除HIV-CD4+）凋亡的病理意义凋亡的病理意义细胞凋亡不足与疾病（肿瘤）细胞凋亡过度与疾病（AIDS）凋亡不足和过度共存与疾病（AS）49细胞凋亡调控异常与疾病细胞凋亡调控异常与疾病细胞凋亡不足与相关疾病细胞凋亡过度与相关疾病细胞凋亡不足和过度共存与疾病50细胞凋亡不足与相关疾病细胞凋亡不足与相关疾病细胞凋亡不足与肿瘤细胞凋亡不足与病毒感染性疾病EB、HIV病毒感染细胞凋亡不足与自身免疫病系统性红斑狼疮（针对自身抗原免疫细胞）51凋亡不足与肿瘤相关的证据凋亡不足与肿瘤相关的证据细胞凋亡不足与肿瘤的发生细胞凋亡不足与肿瘤的发生Bcl-2：过表达，且预后不良P53基因：突变或缺失（非小细胞肺Ca突变50%）细胞凋亡不足与肿瘤的发展细胞凋亡不足与肿瘤的发展细胞增殖 细胞凋亡细胞增殖-细胞凋亡细胞增殖 细胞凋亡52凋亡不足与肿瘤相关的证据凋亡不足与肿瘤相关的证据细胞凋亡不足与肿瘤的转移细胞凋亡不足与肿瘤的转移正常细胞存活依赖特异性环境因素环境不适凋亡肿瘤细胞失去上述特性转移性肿瘤凋亡反应转移灶53细胞凋亡不足与肿瘤相关的机制细胞凋亡不足与肿瘤相关的机制抗凋亡或和促凋亡的信号失衡EGF/TNF抗凋亡或和促凋亡的受体失衡EGFR/TNFR抗凋亡或和促凋亡的转导因子失衡Bcl-2，Bcl-XL/p53，p27，p57 or Bak，Bax介导细胞凋亡的通路异常PI3K-Akt，ras-MAPK/DR，Mit，ERS 54细胞凋亡调控异常与疾病细胞凋亡调控异常与疾病细胞凋亡不足与相关疾病细胞凋亡过度与相关疾病细胞凋亡不足和过度共存与疾病55细胞凋亡过度与相关疾病细胞凋亡过度与相关疾病细胞凋亡过度与 AIDS细胞凋亡过度与心脏疾病细胞凋亡过度与神经退行性疾病56细胞凋亡过度与细胞凋亡过度与AIDSCD4+淋巴细胞过度凋亡的机制淋巴细胞过度凋亡的机制 HIV-CD4+产物的过表达 CD4+凋亡（gp120/Fas/TNF/ROS)gp120糖蛋白过表达 线粒体通路HIVFas基因表达 死亡受体（DR）通路 MC/CD4+TNF/氧自由基DR/ESR57细胞凋亡过度与细胞凋亡过度与AIDSCD4+淋巴细胞过度凋亡的机制淋巴细胞过度凋亡的机制 激活的T细胞促HIV感染CD4+淋巴细胞反常凋亡某些生长因子的低表达T增殖HIV?淋巴细胞因子T/MC凋亡多核巨细胞（合胞体）形成 CD4+凋亡HIV阳性CD4+的凋亡诱导作用 TatInfected CD4+uninfected CD4+apoptosis58细胞凋亡不足与相关疾病细胞凋亡过度与相关疾病细胞凋亡不足和过度共存与疾病59细胞凋亡调控异常与疾病细胞凋亡调控异常与疾病60 动脉粥样硬化动脉粥样硬化 氧化型LDL Ag 血小板激活 高血压 内皮细胞 平滑肌细胞 凋亡过度 凋亡不足 凋亡不足和过度共存与疾病凋亡不足和过度共存与疾病主要内容主要内容细胞凋亡的概述细胞凋亡的调控细胞凋亡调控异常与疾病调控细胞凋亡与疾病的防治61调控细胞凋亡与疾病的防治调控细胞凋亡与疾病的防治 合理利用细胞凋亡相关的信号干预细胞凋亡相关的信号转导通路调控细胞凋亡相关的基因调控细胞凋亡相关的酶62合理利用细胞凋亡相关的信号合理利用细胞凋亡相关的信号提高促凋亡/抗凋亡的信号低剂量照射Apo急性T细胞性白血病TNF-Apo白血病细胞株U937高温（43）Apo肿瘤NGFApo老年性痴呆降低促凋亡/抗凋亡的信号单抗/RNAiROSApo衰老 撤除雄激素癌细胞Apo前列腺癌63干预细胞凋亡相关的信号转导通路干预细胞凋亡相关的信号转导通路阿霉素Fas/FasL表达死亡受体介导通路凋亡不足：肿瘤等 环胞霉素 m、PTP开放、膜通透CytoC线粒体介导通路凋亡过度：AIDS、老年性痴呆64调控细胞凋亡相关的基因调控细胞凋亡相关的基因Bcl-2/p53apoptosis/cancer基因激活基因激活supply use activator p53apoptosis/treat cancer transfect gene基因封闭基因封闭 RNAiantisence oligoBcl-2apoptosis/treat cancerinhibitors 65调控细胞凋亡相关的酶调控细胞凋亡相关的酶内源性核酸内切酶和caspases：tumor 内源性核酸内切酶和caspases：PD、AD Ca2载体/阻断剂核酸内切酶活性/Ca2，Mg2/Zn2caspases活性/6667发生机制发生机制EGF EGFR（Her2/neu）PI3KAktP27P53细胞增殖分化凋亡乳腺癌乳腺癌乳腺癌乳腺癌68防治环节防治环节EGF EGFR（Her2/neu）PI3KAktP27P53细胞增殖分化凋亡乳腺癌乳腺癌乳腺癌乳腺癌69Enjoy Pathophysiology!