病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病課件

第八章 細胞增殖和凋亡異常與疾病病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3細胞增殖和凋亡異常與疾病AbnormalCellProliferation,ApoptosisandRelatedofDisease病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3裸鼠的結腸癌病理模型復制胃癌手術后腫瘤細胞轉移患者（患者處于惡液質狀態(tài)）瘤細胞為什么會發(fā)生？病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3AbnormalApoptosisandDiseasesAbnormalProliferationandDiseases病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3《細胞增殖異常與疾病》AbnormalCellProliferationandDiseases

一、細胞周期及其調控

細胞周期概念（Conceptandphasesof

Cellcycle）

【CellProliferation】

細胞分裂和再生的過程，細胞通過分裂進行增殖，把遺傳信息傳給子代，保持物種的延續(xù)和數(shù)量增多。

細胞增殖異?！黾毎鲋场⒎只涣迹ㄟ^度）組織器官發(fā)育不全■細胞增殖↑、分化不全腫瘤發(fā)生病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3

【Cellcycle】Cellcycleisdefinedasaperiodfromtheendofonedivisiontothebeginningofnextdivisionofaproliferativecell.

細胞周期分期（Bystages）

G1→S→G2→M

【細胞增殖過程】

細胞增殖異常細胞生長DNA復制細胞分裂細胞周期病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3細胞周期的控制（Regulationofthecellcycle）細胞增殖異常1.細胞周期自身控制（Regulationofintracellularsignals

）細胞周期調控機制的核心是一組周期素依賴性蛋白激酶（Cyclindependentkinase,CDKs）Keyspot：Cyclin、CDKs、CDI、Checkpointofcellcycle。RegulationofthecellcycleRegulationofthecellcyclebyintracellularsignalsRegulationofthecellcyclebyextracellularsignals病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3■Cyclin與CDKs●Cyclin【Classification】

CyclinB1、CyclinA、CyclinE、CyclinD1,D2,D3.F,G,H,T。細胞增殖異常CDKPSTAIREcyclinCDKCyclin/CDKCombine圖Cyclinbox結構與功能100aa組成cyclinboxCyclin

-COOHH2N-催化亞基

調節(jié)亞基

病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3Cyclin-CDK復合物及其相關蛋白

Cyclins相關CDKs細胞周期作用相關蛋白低物降解

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周期變化圖細胞增殖異常病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3PEST

短壽命蛋白C-末端都有一個(或一個以上)富含Pro(P),Glu(E),Ser(S)和Thr(T)的序列(脯氨酸（P），谷氨酸（E），絲氨酸（S），及蘇氨酸（T）殘基)的40個aa殘基組成的結構域，簡稱PEST序列，它可以影響到某些蛋白的穩(wěn)定性。

PEST樣序列中3個賴氨酰殘基可能是其泛素化結合位點，將3個賴氨酰殘基都進行突變，ste3p的泛素化和胞吞會嚴重受損。病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3Cyclins降解主要是泛素-蛋白酶體進行泛素化降解細胞增殖異常泛素蛋白質降解的蛋白質SUMO病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3【CDK1活化啟動cellcycle】CDK1活化Cyclin與CDK1結合、磷酸化CAK對CDK1活化部位的磷酸化Cellcycle●CDKs家族CDKs是一組絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。稱為CDK1~9。細胞增殖異常Thr14、Tyr15抑制部位去磷酸化CDK活化激酶（CDKactivationkinaseCAK）

病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3細胞增殖異常

【CDKs活化部位與抑制部位】CAK對CDK1活化部位磷酸化活化，同時伴有抑制部位磷酸化活化?！罨课唬–DK1Thr161）磷酸化▲抑制部位（CDK1Thr14、Tyr15）去磷酸化依賴P80cdc25酶作用▲CDK2與cyclinE和A結合后識別染色體ARS促進S期▲CDK1與cyclinB1結合(Maturationpromotingfactor,MPF)啟動M期▲CDK1與cyclinA結合啟動G2期磷酸酶P80cdc25

【CDK活化與調控細胞周期】▲CDK2與cyclinE結合，CDK4、CDK6與cyclinD1、D2、D3結合

pRb磷酸化游離E2F釋放↑啟動G1期

DNA合成啟動S期病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3【抑制途徑】▲CDIs通過直接結合CDK-cyclin復合物的磷酸化活化部位，抑制CDK的激酶活性?！?/p>

P16INK4a通過結合CDK4單體，阻斷它與cyclins的結合?！鯟DI：復合物CDI可特異性抑制CDK的活性?！鳬nk4：P16INK4a、P15INK4b、P18INK4c和P19INK4dCDK4、CDK6▲Cip/Kip：p21Cipl、P27Kip1和P57Kip1

CDK2細胞增殖異?！霭┗蚺c抑癌基因病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3【Checkmechanism】

▲P53

：能與DNA損傷部位結合的AMT磷酸化P53，磷酸化P53上調p21Cipl基因的轉錄，P21Cipl能與多種CDK-cyclin復合物結合，抑制CDKs的激活，阻滯G1/S的過渡，為DNA修復提供足夠時間。

▲

Cdc25：負責G2期處檢查。■細胞周期檢查點（Checkpointofcellcycle）

細胞內存在監(jiān)控機制—檢測點（Checkpoint）。

DNA損傷檢查點G1/S

CheckpointDNA復制檢查點S/G2

紡錘體組裝檢查點G2/M

細胞增殖異常病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3細胞增殖異常病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3

■抑制信號（TGF-β）

可以下調cyclin和CDK4的表達和促進P21wafl、P27kipl和P15ink4b等CDI產(chǎn)生，使細胞阻滯在G1期。

■細胞生長條件不具備

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

2.細胞外信號的調控（Regulationofextracellularsignals）

G1期存在一個“限定點”（restrictionpoint），它決定細胞是否進入周期。這“限定點”主要受細胞外信號的調控。

■刺激信號（生長因子）細胞增殖異常（EGF、IGF、IL）病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3細胞增殖分化異常與相關疾病增殖異常分化異常增殖分化異常再生障礙性貧血肥胖癥惡性腫瘤白癜風遺傳性血紅蛋白病銀屑病前列腺肥大肌營養(yǎng)不良畸胎瘤動脈粥樣硬化先天畸形家族性紅細胞增多癥X-連鎖-球蛋白缺乏癥高IgM血癥?細胞周期異常與疾病（Abnormalcellcycle&diseases）細胞過度增殖或不足的本質是細胞周期調控異常?！綝eregulationofcellcycle】■細胞周期的驅動失控（Cyclin、CDK和CDI表達異常）■監(jiān)控（檢查）機制受損（Theimpairmentofcheckpointsystem）細胞增殖異常病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3惡性腫瘤細胞增殖異常機制病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病31．細胞周期驅動機制失控

■Cyclins的過表達（Overexpressionofcyclins）腫瘤的發(fā)生與cyclin（D、E）過量表達有關。

【CyclinD1（Bcl-1）過表達原因】（原癌基因）

▲基因擴增（CyclinD1過表達的主要機制）乳腺癌、胃癌、食道癌存在CyclinD1基因擴增過度。細胞增殖異?！旧w倒位（Chromosomeinversion）CyclinD1基因倒位于甲狀旁腺啟動子控制下CyclinD1蛋白合成↑

▲染色體易位（Chromosometranslocation)甲狀旁腺腺癌Bcl-1t(11:14)(q13:q32)易位

CyclinD1受Ig重鏈基因增強子影響

CyclinD1表達↑（p15:q13）病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3■CDK表達異常主要見于CDK4、CDK6過表達。CDK4↑+cyclinD結合↑CDK4/cyclinD↑CDKs表達↑

pRbpRb磷酸化↑細胞增殖過度

E2F↑G1/S過渡加速【CyclinD過表達致腫瘤機制】CyclinD過表達+生長因子

CDKs瀑布效應↑細胞增殖過度易發(fā)生細胞癌變細胞增殖異?！蛲蛔僀yclinD1T286突變CyclinD1泛素化受阻CyclinD1↑可能病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3細胞增殖異?！鯟DI表達不足和突變

腫瘤細胞中常出現(xiàn)CDI（腫瘤抑制基因）表達不足或突變。

▲InK4失活

【p16InK4基因失活原因】

突變或缺失、染色體易位、p16InK4高度甲基化。

【Mechanism】p16InK4基因表達↓CDK4與cyclinD結合↓細胞周期處在“易于”被啟動狀態(tài)

易發(fā)生細胞癌變

可能病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3細胞增殖異常正常

【Mechanism】

p53基因突變P21cip1轉錄↓DNA受損細胞增殖↑▲

Kip/Cip含量減少（DeficientexpressionofKip/Cip）

P21cipl功能cyclins/CDKs活性↓細胞周期速度↓增殖細胞核抗原（PCNA）阻滯DNA復制2.細胞周期監(jiān)控機制受損(Impairmentofcheckpointsystem)

主要原因：G1/S、G2/M檢查點異常失察結果：探測DNA損傷功能降低

（如發(fā)現(xiàn)不了DNA損傷，會導致基因缺失、易位、染色體重排等）

病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3表人類腫瘤p53基因突變熱點和頻率腫瘤型突變頻率（%）突變熱點腫瘤型突變頻率（%）突變熱點肺癌56157，248，273前列腺癌30不確定結腸癌50175，245，248，273肝細胞癌45249食道癌45不確定膠質癌25175、248卵巢癌44273乳腺癌22175、248、273胰腺癌44273子宮內膜癌22248皮膚癌44248、278甲狀腺癌13248、273胃癌41不確定白血病12175、248頭頸鱗癌37248宮頸癌7273膀胱癌34280軟組織肉瘤31不確定細胞增殖異常病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3

■G2/M交界處失察

G2/M交界處

DNA雙鏈斷裂激活DNA損傷檢查點阻止細胞進入M期誘導修復基因轉錄完成斷裂的DNA修復

▲失去G2/M檢查點的阻滯作用染色體發(fā)生重排、丟失細胞增殖異常病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3原發(fā)性血小板增多癥（PT）■臨床癥狀：以巨核細胞增殖為主的骨髓增生性疾病。伴有血小板持續(xù)增多和血小板功能異常，有反復自發(fā)性出血及血栓形成。■病因與機制：X染色體遺傳、TGF-

減少、輔助細胞缺乏等。良性前列腺增生■病因與機制：細胞凋亡出現(xiàn)下降，增殖不變，導致良性前列腺增生。銀屑病■病因與機制：表皮生長因子受體的增加和

受體的減少是引起表皮細胞增長過快的原因。病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3凋亡相關基因激活DNase激活、Caspases激活巨噬細胞吞噬分解凋亡細胞悉尼·布雷諾爾羅伯特·霍維茨約翰·蘇爾斯頓2002年諾貝爾生理與醫(yī)學獎獲得者?細胞凋亡大致過程(Theprocessofapoptosis)+cAMP、Ca2+、神經(jīng)酰胺死亡信號凋亡誘導因素受體凋亡信號轉導

凋亡基因激活

凋亡的執(zhí)行

凋亡細胞清除

一、細胞凋亡的過程與調控（Process®ulationofcellapoptosis）細胞凋亡異常病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3■凋亡細胞（實體細胞）與周圍細胞脫接觸■胞膜空泡化（Blebbing）■細胞固縮（Condensation）、核固縮和發(fā)芽■凋亡小體（Apoptoticbody）凋亡細胞(掃描電鏡)凋亡細胞(透射電鏡)APLApoptosis1.形態(tài)學改變（Themorphologiccharacteristicsofapoptosis）?凋亡時細胞的主要變化（Featuresofapoptosiscells）細胞凋亡異常病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3■內源性核酸內切酶激活Ca2+/Mg2+增加核酸內切酶活性Zn2+抑制核酸內切酶活性■DNA片段化（DNAladdingpattern）

激活核酸內切酶核小體連接區(qū)發(fā)生DNA降解，寡核小體片段（160～200bp的倍數(shù)）■鈣超載（Calciumoverload）Ca2+載體A23187B淋巴細胞內[Ca2+]↑誘導B細胞凋亡（Ca2+在細胞凋亡中充當?shù)蛲鲂盘杺鬟f的角色）2.生化改變（Thebiochemicalcharacteristicsofapoptosis）細胞凋亡異?！黾毎ち字＝z氨酸外翻（caspase激活、PKC活化、蛋白合成等）病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3

?Themainlyinducedfactorsofapoptosis

Table：Influenceoffactorsofapoptosis

誘導性因素（Inducers）抑制性因素（Inhibitors）理化因素射線、高溫、強酸、細胞因子IL-2、NGF等強堿、應激、抗癌藥激素ACTH、睪丸酮、雌激素激素和因子糖皮質激素、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劑、EBV、病原體因素HIV、HCV牛痘、病毒、中性氨基酸

細胞凋亡異常病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病31.Concept,Classification,ConstructionofCaspases■概念Caspase屬于半胱氨酸蛋白酶家族，14個成員(Caspase1-14)。細胞凋亡異常?細胞凋亡的信號傳導（Caspases依賴的pathway）■Caspase信號通路分類

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

Caspase（Ced-3亞家族）死亡受體通路線粒體途徑大小亞基結合（二聚體）

caspase活化（四聚體）■結構特點

Pro-caspase：NH2末端結構域、20KD亞基、10KD亞基剪切病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病32．死亡受體通路（Extrinsicorcytoplasmicpathway）■死亡受體TNFR、Fas、DR3、DR4、DR5等是一類通過與相應配體結合，傳遞細胞凋亡信號的細胞膜蛋白?！鐾罚╬athway）細胞凋亡異常FSALFADDPro-caspase-8Caspase-8Caspase-3Pro-caspase-3細胞凋亡生長因子、信號、Fas抗體FASFADD（Fas-associateddeathdomain）；DD（deathdomain）；DED（deatheffectordomain）。DEDDEDDDcaspase-10病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3細胞凋亡異常c-FLIP:cellularFas-associateddeathdomain-likeIL-1beta-convertingenzymeinhibitoryprotein病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3膜通透性↑、線粒體腫脹、△

m↓Apaf-1活化Cyt.c

3．線粒體途徑（Intrinsicormitochondrialpathway）

Ca2+NO缺血缺氧活性氧MPT開放Cyt.c+Pro-caspase-9Caspase-9ATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cCARDapoptosome細胞凋亡異常

AIFcaspase-independentapoptosisPro-Caspase-3凋亡Caspase-3病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3Pro-caspase-2caspase-2Pro-caspase-6Caspase-6Pro-caspase-7caspase-7Pro-caspase-9ICAD（抑制性CAD）CAD（caspase活化DNA酶）CDA進入細胞核內降解DNA細胞凋亡剪切細胞內結構蛋白caspase-9

4．Activationofcaspase-3（共同通路）(Effectorcaspase)Caspase-3Pro-caspase-3細胞凋亡異常病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3?細胞凋亡的發(fā)生機制（Mechanismofapoptosis

）1．氧化損傷（Oxidationdamage）氧自由基破壞了機體正常的氧化/還原動態(tài)平衡，造成生物大分子的氧化損傷，形成嚴重的氧化應激狀態(tài)?！綧echanism】激活p53基因、消耗ATP、生物膜脂質過氧化、激活核酸內切酶,啟動細胞凋亡。各種氧化劑、缺氧等直接通過氧化損傷誘導細胞凋亡。2．鈣超載（Calciumoverload

）3．線粒體損傷（Mitochondriadamage）細胞凋亡異常病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3TNF-α、抗CD3抗體、TCDD等

胞漿[Ca2+]↑■激活Ca2+/Mg2+依賴的核酸內切酶，降解DNA鏈；■激活谷氨酰胺轉移酶，促使細胞骨架分子之間發(fā)生廣泛交聯(lián)，有利于凋亡小體形成；■激活核轉錄因子，加速細胞凋亡相關基因的轉錄；■在ATP參與下，暴露出核小體之間的連接區(qū)，有利于DNA內切酶切割DNA。鈣超載引起凋亡機制細胞凋亡細胞凋亡異常病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3?細胞凋亡的調控機制表細胞凋亡的調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等雙向調控基因c-myc、Belx【調控基因】細胞凋亡異常（Regulatedmechanismofapoptosis）病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3Bcl-2■Bcl-2（Bcl-XL）能夠抑制線粒體MPT開放，Cyt.c、AIF釋放↓■

Bcl-2也能特異地結合細胞色素C■Bcl-2能夠結合和滅活Apaf-1，阻斷對caspase-9活化Caspase抑制劑1．Bcl-2基因家族（Bcl-2Family®ulatingfunctions）細胞凋亡異常CARDMPT開放膜通透性↑、線粒體腫脹、△

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病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3【促凋亡機制】

■

P53通過與Bcl-2基因相互作用，下調Bcl-2的表達?！?/p>

P53誘導細胞凋亡的靶蛋白表達（線粒體和死亡受體介導）?！?/p>

P53誘導線粒體內凋亡的相關蛋白（Bax、NOXA、PUMA）表達，并觸發(fā)細胞色素C釋放和caspase活化?！?/p>

P53誘導死亡受體Fas表達?！?/p>

P53能使死亡受體再定位于細胞膜上。2．p53基因（抑癌基因）

Asatranscriptionfactor,p53regulatesdownstreamgenesimportantincellcyclearrest,DNArepair,andapoptosis.AfterDNAdamage,p53holdsthecellatacheckpointuntilthedamageisrepaired.Ifthedamageisirreversible,apoptosisistriggered.細胞凋亡異常病理生理學8細胞增殖分化凋亡異常與疾病3

表：與細胞凋亡異常相關的疾病

凋亡不足凋亡過度腫瘤肝癌、惡性血液腫瘤、乳腺癌發(fā)育異常氣管-食管瘺、房（室）間隙缺、膀胱癌、肺癌、膠質瘤、前損、唇（腭）裂、短肢畸形、列腺癌等尿道下裂以及