細胞增殖和凋亡異常與疾病,楊 惠 玲 中山大學中山醫學院病生,第一節 細胞增殖異常與疾病,細胞周期的概述 細胞周期的調控 細胞周期調控異常與疾病 調控細胞周期與疾病的防治,細胞增殖,細胞分裂和再生的過程 細胞通過分裂進行增殖 將遺傳信息傳給子代 確保物種的延續性和數量增多 多階段、多因素參與有序的調節過程 1953年havard和palw: 細胞周期,“for their discoveries of key regulators of the cell cycle“,the nobel prize in physiology or medicine 2001,細胞周期,概念 增殖細胞從一次分裂結束到下一次分 裂終了的間隔時間(細胞增殖周期)。 分期(時相特點) 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，有絲分裂期 ),分類(增殖特性) 周期性細胞(連續分裂細胞):表皮、骨髓細胞 g0期細胞(休眠細胞):肝、腎細胞 終端分化細胞(不分裂細胞):神經、心肌細胞,細胞周期的四個連續階段及其與g0期的關系 間期（interphase）：，,特點 單向性：細胞沿g1sg2m方向推進 階段性：細胞可因某種原因而在某時相停滯 待條件合適后重新活躍到下一時相 檢查點: 各時相交叉處 決定細胞增殖分化趨勢 細胞微環境：細胞外信號、條件等,第一節 細胞增殖異常與疾病,細胞周期的概述 細胞周期的調控 細胞周期調控異常與疾病 調控細胞周期與疾病的防治,細胞周期的調控,細胞周期自身調控 細胞外信號對細胞周期的調控 誘導增殖信號： gf cyclin/cdk，cki 細胞增殖 抑制增殖信號： tgf-cyclin/cdk,cki細胞增殖,細胞周期的自身調控,周期素 細胞周期素依賴性激酶 細胞周期素依賴性激酶抑制因子 細胞周期檢查點,周期素（cyclin）,各時相cyclin的表達和相對濃度,周期素 細胞周期素依賴性激酶 細胞周期素依賴性激酶抑制因子 細胞周期檢查點,細胞周期素依賴性激酶 (cdk),cdk： 絲氨酸/蘇氨酸 (ser/thr)蛋白激酶 cdk家族: cdkl9 cdk的調控: 活化：cyclin cdk活化激酶(cak) cdk自身的磷酸化 滅活：cki/泛素化(ubiquitin)降解,cdk的活化,細胞周期素依賴性激酶 (cdk),cdk： 絲氨酸/蘇氨酸 (ser/thr)蛋白激酶 cdk家族:cdkl9 cdk的調控: 活化：cyclin cdk活化激酶(cak) cdk自身的磷酸化 滅活：cki/泛素化(ubiquitin)降解,cdk的滅活,周期素 細胞周期素依賴性激酶 細胞周期素依賴性激酶抑制因子 細胞周期檢查點,細胞周期素依賴性激酶抑制因子(cki),ink4 ( inhibitors of kinase 4 ) kip ( kinase inhibitory protein，kip ) cip (cdk- interacting protein ) waf (wild-type p53 activated fragment ),ink4: cdk4的抑制蛋白 p16ink4a、p15ink4b、p18ink4c、p19ink4d等 抑制cdk4活性 特異地與cdk4/6結合 防止cdk4/6與cyclin再結合 降低cyclin/cdk復合物的穩定性,細胞周期素依賴性激酶抑制因子（cki）,ink4 ( 1nhibitors of kinase4 ) kip ( kinase inhibitory protein，kip ) cip (cdk- interacting protein ) waf (wild-type p53 activated fragment ),kip: cdk的抑制蛋白 p21wafl、p27kip1和p57kip2等 抑制cdk： n端保守序列-非共價鍵-cyclin/cdk復合物結合 三元體或四元體,p21kipl : 合成途徑: p53依賴性和p53非依賴性 作用: 較強，作用譜較廣 消除由dna損傷引發的腫瘤 參與細胞應激狀態的信號轉導 p21kipl抑制cyclind/cdk4 cyclina/cdk2 cycline/cdk2 cyclin/cdk激酶活性 prb磷酸化 g1期阻滯修復 p27kip1： g0期細胞呈高表達、增殖細胞呈低表達 作用：停止細胞分裂，抑制細胞周期（g1、g2期阻滯） p27kip1所有cdk的活性,周期素 細胞周期素依賴性激酶 細胞周期素依賴性激酶抑制因子 細胞周期檢查點,檢查點分類和功能 dna損傷檢查點： g1/s交界處 dna受損g1期細胞 dna修復 dna復制 dna復制檢查點： s/g2交界處 檢查dna復制進度 紡錘體組裝檢查點：紡錘體 檢查紡錘體功能 管理染色體的正確分配,g1/s期交界調控示意圖,啟動凋亡程序,結合pcnadna復制,p53,p21,cycline/cdk2復合物活性,gadd45,dna損傷（射線）,prb-p游離的e2f ,prb-e2f,g1期阻滯,dna合成、細胞進入s期,s期檢查點,s phase progression,cdk 2,p,cyc e cyc a,(t-160),cdk7/cyc h,cdk 2,p,(t-160),p,p,(y-15),(t-14),wee1 kinase family,cyc e cyc a,s phase arrest,dna damage,第一節 細胞增殖異常與疾病,細胞周期的概述 細胞周期的調控 細胞周期調控異常與疾病 調控細胞周期與疾病的防治,細胞周期調控異常與疾病,細胞增殖過度 細胞增殖缺陷,細胞增殖過度與疾病,增殖過度： 腫瘤、肝肺腎纖維化、前列腺肥大、類風濕性關節炎 細胞增殖過度與腫瘤 cyclin增多：cyclin d、e 乳腺癌、b細胞淋巴瘤、胃腸癌、食道癌 機制:基因擴增、染色體倒位、染色體易位 cdk增多：cdk1、cdk4、cdk6 cki表達不足和突變：ink4失活和kip（p16/p21/p27） 檢查點功能障礙：p53基因突變,細胞周期調控異常與疾病,細胞增殖過度 細胞增殖缺陷,細胞增殖缺陷與疾病,增殖缺陷： 糖尿病腎病、神經退行性變、再障 增殖缺陷與糖尿病腎病 增殖缺陷的機制： cki過表達：p27 prb：低磷酸化狀態 糖尿病實驗模型:cyclin/cdk2/cdk4(-),細胞增殖缺陷與衰老,cdk及cyclin表達減少： 磷酸化cyclin或無 cyclind/e-cdk磷酸化水平 cki過表達： p16ink4、p15ink4和p21kip1 ,第一節 細胞增殖異常與疾病,細胞周期的概述 細胞周期的調控 細胞周期調控異常與疾病 調控細胞周期與疾病的防治,調控細胞周期與疾病的防治,合理利用增殖相關信號 單抗egf乳腺癌c增殖/ ngf神經c增殖 調控cyclin 或和 cdk 的表達和活性 單抗/rnai/反義寡核苷酸cyclin/cdk表達和活性 轉染基因 cyclin/cdk表達和活性 調控cki的表達或和活性 轉染基因/放療/化療 cki表達和活性 單抗/rnai/反義寡核苷酸 cki表達和活性 修復或利用缺陷的細胞周期檢查點 p53 修復缺陷的細胞周期檢查點 放療/化療dna損傷缺陷周期檢查點dna損傷細胞,第二節 細胞凋亡異常與疾病,細胞凋亡的概述 細胞凋亡的調控 細胞凋亡異常與疾病 調控細胞凋亡與疾病的防治,凋亡的概述,概念: 細胞凋亡( apoptosis ) 由體內外因素觸發細胞內預存的 死亡程序而導致的細胞死亡過程 是程序性細胞死亡(pcd）的形式之一 1972年kerr等人提出不同于壞死的死亡新概念,細胞凋亡與壞死的比較,凋亡與壞死的區別圖,細胞凋亡的過程,誘導期： 凋亡的相關因素啟動信號轉導 效應期： 死亡信號基因合成各種酶類 (核酸內切酶,caspase等) 降解期： 底物降解 核酸內切酶破壞基因 caspase 細胞結構的解體,細胞凋亡的改變,細胞凋亡的形態學改變 微絨毛的消失 空泡化（blebbing） 固縮（condensation） 出芽（budding） 染色質邊集(margination) 凋亡小體(apoptosis body),normal cell,apoptotic cell,dna的片段化 內源性核酸內切酶激活 caspase的激活,細胞凋亡的生化改變,第二節 細胞凋亡異常與疾病,細胞凋亡的概述 細胞凋亡的調控 細胞凋亡異常與疾病 調控細胞凋亡與疾病的防治,凋亡信號,生理性凋亡信號： 某些激素的和細胞因子的直接作用 糖皮質激素淋巴細胞凋亡 甲狀腺素蝌蚪變青蛙 興奮性神經遞質神經元凋亡（谷-皮質） 某些激素的和細胞因子的間接作用 睪丸組織睪丸酮前列腺上皮細胞凋亡,病理性的凋亡信號 誘導性的因素: 生物及化學毒素 應激 病毒感染 射線 化療藥物 高溫 抑制性的因素： 化學促癌物 某些病毒(eb、乳頭狀瘤),病理性凋亡信號誘導凋亡的環節,氧化應激的作用 射線oh.膜脂質過氧化ca2+內流 死亡受體的激活 fasl fas caspase8 線粒體結構和功能的改變 誘導因素 m ptp開放 pt 其它 ca2+蛋白質、磷脂和核酸分解酶的激活,細胞凋亡信號的轉導,死亡受體介導的凋亡通路 線粒體介導的凋亡通路 （死亡受體非依賴凋亡通路）,tnf超家族的死亡配體和受體,死亡配體： fasl、 tnf-、tweak和trail 死亡受體： fas、tnfr 和 dr3-5,死亡受體介導的凋亡通路：fas,死亡受體介導的凋亡通路:tnf,線粒體介導的凋亡通路,氧化應激 m 鈣穩態失衡 通透性轉換孔開放 膜通透性 凋亡啟動因子 smac/diablo (cyto-c、aif、apaf-1） 細胞凋亡,線粒體介導凋亡的機制,cyto-capaf-1procaspase-9caspase-9 aifcyto-c凋亡的信號核酸內切酶 smac/diablo凋亡抑制蛋白,線粒體介導的凋亡通路,細胞凋亡的執行,caspases 內源性核酸內切酶 其它 組織型轉谷氨酰胺酶,表8-3 caspase的新舊名對照,caspase的分類,啟動型caspases ( caspase-810) 死亡受體介導的凋亡通路：caspase-8 線粒體介導的凋亡通路：caspase-9 效應型caspase (caspase-3、6、7),caspase功能,滅活凋亡抑制蛋白 直接破壞細胞結構 分解與細胞骨架構成相關的蛋白 瓦解核結構成核碎片,dna在連接區斷裂 核酸電泳出現特征性梯狀圖譜 (180-200bp的整數倍片段) 內源性核酸內切酶的作用,核染色質dna裂解,染色質的基本結構,核小體,核小體,核小體,組織型轉谷氨酰胺酶,組織型轉谷氨酰胺酶 谷氨酰賴氨基穩定的構架凋亡小體 胞漿ca2+ calpains酶膜再塑凋亡,細胞凋亡的基因調控,bcl-2家族 p53 其它：c-myc,bcl-2家族,分類 抗凋亡成員：bcl-2和bcl-xl 促凋亡成員：bax和bak； bh3-only死亡蛋白,bcl-2抗調亡的作用及機制,分布: 線粒體內膜、細胞膜內表面、內質網和核膜 抗調亡作用的證據： ngf ngf神經細胞細胞凋亡 轉染bcl-2 神經細胞凋亡 淋巴細胞性白血病病人：bcl-2陽性20,bcl-2抗凋亡的機制,直接抗氧化 抑制線粒體釋放促凋亡蛋白(cyto-c/aif) 抑制促凋亡性調節蛋白(bax、bak)作用 抑制凋亡蛋白酶 (caspases)的激活 維持細胞鈣穩態,p53對凋亡的調控,野生型p53 ( wtp53 ) wtp53型:具有誘導細胞凋亡的功能 突變型p53(mutp53) 突變p53型:促進細胞凋亡 促進細胞增殖,c-myc,c-myc是癌基因,具有雙向的調節作用 細胞增殖(gf) c-myc 細胞凋亡( gf),吞噬細胞對凋亡細胞的識別與吞噬,吞噬細胞: 巨噬細胞、腫瘤細胞、正常細胞（上皮） 識別與吞噬機制： 1.吞噬細胞凝集素（lectin)的作用 2.血小板反應蛋白(tsp)介導吞噬 3.磷脂酰絲氨酸受體的作用,吞噬細胞凝集素（lectin)的作用 凋亡細胞 單糖凝集素 吞噬細胞 血小板反應蛋白(tsp)介導吞噬 巨噬細胞 tsp cd36 中性粒細胞(凋亡) 分子橋 磷脂酰絲氨酸受體的作用 凋亡磷脂不對稱分布暴露內層成份mc識別/吞噬,第二節 細胞凋亡異常與疾病,細胞凋亡的概述 細胞凋亡的調控 細胞凋亡異常與疾病 調控細胞凋亡與疾病的防治,細胞凋亡異常與疾病,凋亡的生理意義 確保正常生長發育（指/趾） 維持內環境穩定（受損，突變，衰老） 發揮防御功能（清除hiv-cd4+） 凋亡的病理意義 細胞凋亡不足與疾病(腫瘤) 細胞凋亡過度與疾病(aids) 凋亡不足和過度共存與疾病(as),abnormal cell apoptosis and related diseases,insufficient apoptosis and related disease excessive apoptosis and related disease coexistence of apoptosis insufficiency & excess and related disease,insufficient apoptosis and related diseases,insufficient apoptosis and tumor insufficient apoptosis and viral infection disease insufficient apoptosis and autoimmune diseases,凋亡不足與腫瘤,細胞凋亡不足與腫瘤的發生 bcl-2:過表達,且預后不良 p53基因:突變或缺失(非小細胞肺ca突變50%） 細胞凋亡不足與腫瘤的發展 細胞增殖 細胞凋亡 細胞增殖- 細胞凋亡 細胞增殖 細胞凋亡 細胞凋亡不足與腫瘤的轉移 正常細胞存活依賴特異性環境因素 環境不適凋亡 腫瘤細胞失去上述特性 轉移性腫瘤凋亡反應轉移灶,insufficient apoptosis and tumor,mechnism of insufficient apoptosis in tumor imballance of anti- apoptotic and pro-apoptotic signal egf / tnf imbannlace of anti- apoptotic and pro- apoptotic receptor egfr/ tnfr imbanlace of anti-apoptotic and pro-apoptotic transductor bcl-2, bcl-xl / p53, p27, p57 or bak, bax impairment of apoptotic pathway pi3k-akt, ras-mapk/dr, mit, ers,abnormal cell apoptosis and related diseases,insufficient apoptosis and related disease excessive apoptosis and related disease coexistence of apoptosis insufficiency & excess and related disease,excessive apoptosis and related disease,excessive apoptosis and aids excessive apoptosis and heart disease excessive apoptosis and ad,excessive apoptosis and aids,mechanism of cd4+ lymphocytes excessive apoptosis overexpression of hiv-cd4+ products cd4+凋亡 （gp120/fas /tnf/ ros ) gp120糖蛋白過表達 hiv fas基因表達 dr-pathway mc/ cd4+ tnf /氧自由基 multinucleated giant cell formation cd4+凋亡 hypoexpression of some growth factors t增殖 hiv ?lymphocyte growth factor t/mc凋亡 induction of uninfected cd4+ 凋亡 tat infected cd4+ uninfected cd4 + apoptosis ,abnormal cell apoptosis and related diseases,insufficient apoptosis and rel