細(xì)胞分化凋亡與腫瘤課件

Welcome!細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡

與腫瘤

中南大學(xué)腫瘤研究所

盧建紅

jianhl@本節(jié)目標(biāo)了解細(xì)胞的分化和凋亡的概念細(xì)胞分化和凋亡的調(diào)控機(jī)制細(xì)胞分化和凋亡異常與腫瘤細(xì)胞惡性增殖之間的聯(lián)系Cell細(xì)胞是生命的基本單位，細(xì)胞的特殊性決定了個(gè)體的特殊性腫瘤：細(xì)胞無限增殖對(duì)細(xì)胞的深入研究是揭開生命奧秘、改造生命和征服疾病的關(guān)鍵細(xì)胞生物學(xué)已經(jīng)成為當(dāng)代生物科學(xué)中發(fā)展最快的一門尖端學(xué)科20世紀(jì)50年代以來諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)大都授予了從事細(xì)胞生物學(xué)研究的科學(xué)家。G1andSPhasesoftheCellCycle

SIGMA-ALDRICHG2andMPhasesoftheCellCycle

SIGMA-ALDRICH細(xì)胞周期的三個(gè)歸宿分裂（division)分化(differentiation)死亡(death)細(xì)胞分化細(xì)胞后代在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生差異的過程。每個(gè)人的一生中都在進(jìn)行著細(xì)胞分化。細(xì)胞分裂的不對(duì)稱性和細(xì)胞間的相互作用是細(xì)胞分化的兩個(gè)基本機(jī)制。受精卵細(xì)胞分化的全能性植物細(xì)胞分化的全能性干細(xì)胞能分化為多種類型的細(xì)胞卵細(xì)胞具有極性，細(xì)胞核靠近北極。北極或動(dòng)物極：極體釋放的部位；南極或植物極：相對(duì)北極而言，母體物質(zhì)主要儲(chǔ)存在于植物極。

細(xì)胞分化的機(jī)理（一）細(xì)胞分裂的不對(duì)稱性動(dòng)物卵細(xì)胞中貯存有大量mRNA，呈非均勻分布；用轉(zhuǎn)錄抑制劑放線菌素D處理海膽受精卵，胚胎發(fā)育仍能進(jìn)行至囊胚期用蛋白質(zhì)翻譯抑制劑嘌呤霉素處理受精卵，受精卵停止發(fā)育。卵裂后的細(xì)胞質(zhì)的特性決定了子細(xì)胞核的分化命運(yùn)。昆蟲以表面卵裂的方式形成胚層細(xì)胞的。遷入卵的后端極質(zhì)部的細(xì)胞發(fā)育為原始生殖細(xì)胞，用紫外線照射這一區(qū)域，破壞極質(zhì)，卵將發(fā)育為無生殖細(xì)胞的不育個(gè)體。

1、胚胎誘導(dǎo)(embryonicinduction)：胚胎發(fā)育過程中，一部分細(xì)胞影響相鄰細(xì)胞向一定方向分化的作用。誘導(dǎo)者(inductor)：對(duì)其它細(xì)胞起誘導(dǎo)作用的細(xì)胞：脊索可誘導(dǎo)其頂部的外胚層發(fā)育成神經(jīng)板，神經(jīng)溝和神經(jīng)管；視胞可誘導(dǎo)其外面的外胚層形成晶體，而晶體又可誘導(dǎo)外胚層形成角膜。（二）細(xì)胞間的相互作用2、分化抑制：分化成熟的細(xì)胞可以產(chǎn)生抑素，抑制相鄰細(xì)胞發(fā)生同樣的分化。如含有成蛙心組織的培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙胚，則蛙胚不能發(fā)育出正常的心臟。3、細(xì)胞數(shù)量效應(yīng)小鼠胚胎胰腺原基在體外進(jìn)行組織培養(yǎng)時(shí)，可發(fā)育成具有功能的胰腺組織，但如果把胰原基切成8小塊分別培養(yǎng)，則都不能形成胰腺組織，如果再把分開的小塊合起來，又可形成胰腺組織。4、細(xì)胞外基質(zhì)的影響干細(xì)胞在IV型膠原和層粘連蛋白上分化為上皮細(xì)胞；在I型膠原和纖粘連蛋白上形成纖維細(xì)胞；在II型膠原及軟骨粘連蛋白上發(fā)育為軟骨細(xì)胞。5、激素的作用如昆蟲的保幼激素和脫皮激素。1、染色體結(jié)構(gòu)的變化1）基因刪除：原生動(dòng)物、昆蟲、甲殼動(dòng)物。2）基因擴(kuò)增：果蠅多線染色體。3）基因重排：免疫球蛋白基因（106~108種抗體）。4）DNA的甲基化與異染色質(zhì)化：胞嘧啶的甲基化使基因失活。（三）細(xì)胞核與細(xì)胞分化2、基因與細(xì)胞分化無論是母體mRNA的作用還是細(xì)胞間的相互作用，其結(jié)果是啟動(dòng)特定基因的表達(dá)。根據(jù)對(duì)果蠅、家蠶等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的研究表明：卵受精后，首先表達(dá)的是母體基因；母體基因的產(chǎn)物是轉(zhuǎn)錄因子，沿胚的前后軸形成一個(gè)濃度梯度，決定了胚的前后位置和頭尾區(qū)域；控制其它基因的表達(dá)：母體基因→間隙基因→成對(duì)基因→體節(jié)極性基因→同源異形基因（homeoticgene，Hox）細(xì)胞分化與腫瘤一些細(xì)胞不能完成正常的細(xì)胞分化—異常的細(xì)胞分化不能逆轉(zhuǎn)。體外培養(yǎng)中：某些分化細(xì)胞能重新分化，且失去原來的結(jié)構(gòu)和功能—“永生”細(xì)胞株(去分化，dediffrentiation)無限分裂（“嬰兒期”，喪失部分或全部原有功能）腫瘤細(xì)胞的分化異常腫瘤的分化程度也就是腫瘤組織的成熟程度。分化在腫瘤病理學(xué)中常指腫瘤細(xì)胞在形態(tài)、功能、代謝、行為等方面與其起源程序的成熟細(xì)胞（相應(yīng)的正常細(xì)胞）的相似程度。腫瘤細(xì)胞越相似于相應(yīng)的正常細(xì)胞，則為高分化。病理學(xué)家根據(jù)瘤細(xì)胞分化水平不同，常常將一些組織的惡性腫瘤分為三級(jí)或四級(jí)，即將高分化列為I級(jí)，中分化、低分化列為Ⅱ級(jí)，未分化列為Ⅲ級(jí)。瘤細(xì)胞分化程度與其來源組織的正常形態(tài)高分化腫瘤高接近中分化腫瘤較低明確保留起源組織的特點(diǎn)低分化腫瘤較低近似來源組織的不成熟形態(tài)未分化腫瘤極差能斷定來自上皮組織但又不能肯定是來自鱗狀上皮或柱狀上皮者稱未分化癌（undifferentiatedcarcinoma）能斷定間葉組織來源但又根據(jù)形態(tài)難于肯定是何種間葉組織，則稱之為未分化肉瘤良性與惡性腫瘤在分化程度上的差異程度核異型性與起源組織差異核分裂象良性腫瘤高小相似無或少惡性腫瘤低大差異明顯多細(xì)胞分化的調(diào)控問題：不同分化階段的細(xì)胞具有相同的遺傳物質(zhì)（基因組），為何表現(xiàn)不同的生物學(xué)性狀？答案：基因的表達(dá)并不是同時(shí)發(fā)生的，而是按照一定的程序相繼活化和表達(dá)（差示表達(dá)）因此，必須擁有一套完整、準(zhǔn)確和適時(shí)的基因調(diào)控機(jī)制基因表達(dá)調(diào)控的系列過程染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化基因轉(zhuǎn)錄（主要）轉(zhuǎn)錄后加工轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物（RNA）的穩(wěn)定、轉(zhuǎn)運(yùn)和降解翻譯翻譯后加工轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控基因的活化順式作用元件（cis-actingelements)反式活化因子(anti-activatingfactors)即轉(zhuǎn)錄因子(transcriptionfactors)基因的活化：染色質(zhì)松懈使RNA聚合酶和DNA接觸高度特異性涉及DNAaseI敏感區(qū)的產(chǎn)生、DNA甲基化和螺旋結(jié)構(gòu)改變、組蛋白的乙?；腿ヒ阴；纫蚬蛥f(xié)調(diào)機(jī)制尚不清楚染色質(zhì)由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量RNA組成，比例為

1：1：（1-1.5）：0.05。cis-actingelements定義：與被轉(zhuǎn)錄基因在距離上比較接近，調(diào)控轉(zhuǎn)錄的特殊DNA序列啟動(dòng)子（promoter），啟動(dòng)子上游近側(cè)的高度保守短序列（TATA、CAAT和GC盒）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始增強(qiáng)子（enhancer），某些增強(qiáng)子在不同的細(xì)胞分化階段針對(duì)不同的基因沉寂子（silencer），近年在酵母中發(fā)現(xiàn)，負(fù)性調(diào)控作用哺乳類RNA聚合酶Ⅱ啟動(dòng)子中常見的元件Transcriptionfactors是一類細(xì)胞核內(nèi)蛋白因子，通過識(shí)別和結(jié)合基因近端或遠(yuǎn)端的cis-acting元件，實(shí)現(xiàn)正/負(fù)性調(diào)控具有DNA結(jié)合位點(diǎn)、活化位點(diǎn)、細(xì)胞核固定位點(diǎn)、配體結(jié)合位點(diǎn)（使轉(zhuǎn)錄因子被激素、生長因子等激活）RNA聚合酶Ⅱ的基本轉(zhuǎn)錄因子

轉(zhuǎn)錄因子結(jié)構(gòu)分類鋅指結(jié)構(gòu)（zincfinger），亮氨酸拉鏈（leucinezipper）螺旋-環(huán)-螺旋（helix-loop-helix，HLH）與細(xì)胞分化有關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子AP-1/FOS/Jun結(jié)合SV40病毒MyoD肌肉細(xì)胞分化相關(guān)肝細(xì)胞分化相關(guān)6種以上POU結(jié)構(gòu)域蛋白哺乳動(dòng)物細(xì)胞分化相關(guān)紅細(xì)胞系分化相關(guān)如GATA-1結(jié)合珠蛋白的promoter和enhancer轉(zhuǎn)錄后調(diào)控mRNA的翻譯：剪接、加工、編輯、轉(zhuǎn)運(yùn)（由細(xì)胞核至胞漿）；翻譯的起始、翻譯后肽鏈的折疊和加工mRNA的剪接在不同的細(xì)胞及細(xì)胞分化階段因剪接因子表達(dá)的不同而不同加工過程與轉(zhuǎn)錄同時(shí)進(jìn)行

在轉(zhuǎn)錄過程中肽的絲氨酸殘基2和5上CTD（多聚酶II的羧基末端區(qū)域）的動(dòng)態(tài)的磷酸化和去磷酸化人類CTD的氨基酸末端支持加帽而不支持剪接或3’端加工，而其羧基末端支持所有加工步驟mRNA的核轉(zhuǎn)運(yùn)。

轉(zhuǎn)運(yùn)前有序加工。這些成熟化事件對(duì)于糾正mRNA包裝是重要的。一個(gè)關(guān)鍵的步驟就是把EJC加到mRNA上。外外接合復(fù)合物（EJC）是由接合處上游大約20核苷形成的接合小體沉積而成，包含RNA連接蛋白復(fù)合物，

EJC是動(dòng)力的一些成分甚至在轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中仍與mRNA保持聯(lián)系。因此，EJC與mRNA加工和mRNA轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)事件有關(guān)。

細(xì)胞微環(huán)境對(duì)分化的影響細(xì)胞外基質(zhì)，如膠原纖維、血栓敏感素等生長和分化因子，如造血生長因子調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞的生長和分化細(xì)胞-細(xì)胞間相互作用，信息傳遞細(xì)胞內(nèi)鈣離子和pH值造血微環(huán)境模式Patternofmicroenvironment細(xì)胞分化異常與腫瘤發(fā)生典型：白血病多能造血干細(xì)胞發(fā)育分化的某一階段受阻特異性細(xì)胞的染色體缺失、倒位、易位等，導(dǎo)致癌基因活化或抑癌基因的失活血細(xì)胞的生成腫瘤的誘導(dǎo)分化治療20世紀(jì)70年代后期，Sachs研究鼠白血病，最早提出differentiationtherapy80年代中期，上海血液研究所率先使用全反式維甲酸（ATRA）治療APL（急性早幼粒細(xì)胞白血?。┏晒?。調(diào)控癌基因、轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞增殖因子及其受體基因、酶、細(xì)胞結(jié)構(gòu)蛋白的表達(dá)在實(shí)體瘤治療方面也有探索和效果細(xì)胞死亡的方式

壞死（necrosis），killedbyinjuriousagents凋亡（apoptosis），inducedtocommitsuicide借用古希臘語Kerr（1972）提出。直到20世紀(jì)90年代初，由于分子腫瘤學(xué)研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，以及與腫瘤治療中的細(xì)胞死亡有密切關(guān)系，才引起極大重視，通過研究發(fā)現(xiàn)了一系列控制凋亡發(fā)生的基因和蛋白分子。

程序性死亡（programmedcelldeath，PCD），一種基因指導(dǎo)的細(xì)胞自我消亡方式ApoptosisPCD形態(tài)學(xué)概念，指與細(xì)胞壞死不同的受到基因控制的細(xì)胞死亡形式；

并非都是程序化的。功能性概念，描述在一個(gè)多細(xì)胞生物體中，某些細(xì)胞的死亡是個(gè)體發(fā)育中一個(gè)預(yù)定的、受到嚴(yán)格控制的正常組成部分最終結(jié)果是apoptosis2002年10月7日英國人悉尼·布雷諾爾、美國人羅伯特·霍維茨和英國人約翰·蘇爾斯頓，因在器官發(fā)育的遺傳調(diào)控和細(xì)胞程序性死亡方面的研究獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

細(xì)胞凋亡cellapoptosis

與細(xì)胞壞死的區(qū)別是：①細(xì)胞通過出芽的方式形成許多凋亡小體；②凋亡小體內(nèi)有結(jié)構(gòu)完整的細(xì)胞器；③不引起炎癥；④線粒體無變化，溶酶體活性不增加；⑤內(nèi)切酶活化，DNA有控降解，凝膠電泳圖譜呈梯狀；⑥凋亡通常是生理性變化，而細(xì)胞壞死是病理性變化。

分為誘導(dǎo)、效應(yīng)和降解3個(gè)時(shí)期Apoptosis的生物學(xué)意義apoptosis的生物學(xué)意義（續(xù)）保持細(xì)胞類型和數(shù)量的相對(duì)恒定，尤其胚胎發(fā)育期DNA損傷，p53表達(dá)使細(xì)胞停滯于G1期與衰老有關(guān)，不能清除損傷或無功能細(xì)胞并代之以新細(xì)胞ProcedureandMorphology

ofAPO正常胸腺細(xì)胞

凋亡胸腺細(xì)胞

Caspasecysteinyl

aspartate-specificproteinases

天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶（家族）Apaf-1:apoptoticproteaseactivatingfactor-1

ActivationandInhibitionofApoptosis

SIGMA-ALDRICHApoptosistriggeredbyintersignals:theintrinsicormitochondrialpathwayApoptosistriggeredbyexternalsignals:theextrinsicordeathreceptorpathway細(xì)胞凋亡相關(guān)基因與腫瘤與細(xì)胞增殖有關(guān)的原癌基因和抑癌基都參于對(duì)細(xì)胞凋亡的調(diào)控大多數(shù)惡性腫瘤的發(fā)病有細(xì)胞凋亡異常bcl-2c-myc、p53、Ice、Fas/APO-1等

兩大家族bcl-2,caspase對(duì)細(xì)胞凋亡的調(diào)控起著舉足輕重的作用

myc在凋亡細(xì)胞中c-myc高表達(dá)激活控制細(xì)胞增殖的基因，當(dāng)生長因子存在，bcl-2基因表達(dá)時(shí)，促進(jìn)細(xì)胞增殖激活促進(jìn)細(xì)胞凋亡的基因促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制分化在許多人類惡性腫瘤細(xì)胞中都發(fā)現(xiàn)有c-myc的過度表達(dá)Bcl-2（家族）1985，B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2(B-celllymphoma/Leukemia-2，bcl-2)抑制細(xì)胞凋亡通常以二聚體的形式發(fā)揮作用

Bcl-2相關(guān)蛋白的磷酸化也決定其凋亡調(diào)控效應(yīng)Fas，又稱APO-1，1993年統(tǒng)一命名為CD95

Fas蛋白與Fas配體組成Fas系統(tǒng)，二者的結(jié)合導(dǎo)致靶細(xì)胞走向凋亡fas基因編碼產(chǎn)物為分子量45KD的跨膜蛋白，分布于胸腺細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、NK細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞以及皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞等等FasSignalingPathway

SIGMA-ALDRICHFAS與CD95LCaspase

蛋白酶家族選擇性地切割蛋白質(zhì)使其失活或激活

p53在G期監(jiān)視DNA的完整性Thep53SignalingPathway

SIGMA-ALDRICHApoptosis與惡性腫瘤凋亡異常幾乎涉及到細(xì)胞凋亡信號(hào)途徑的所有方面e.g凋亡