细胞增殖分化凋亡和疾病培训课件

细胞增殖分化凋亡和胞增殖分化凋亡和疾病疾病Evan,GI and Vousden,K.(2001)Nature 411:342肿瘤的发生过程肿瘤的发生过程2细胞增殖分化凋亡和疾病 增殖 分化分化 凋亡 细胞3细胞增殖分化凋亡和疾病【细胞增殖细胞增殖】细胞分裂和再生的过程，细胞通过分裂进行增殖，把遗细胞分裂和再生的过程，细胞通过分裂进行增殖，把遗传信息传给子代，保持物种的延续和数量增多。传信息传给子代，保持物种的延续和数量增多。细胞异常增生与疾病4细胞增殖分化凋亡和疾病细胞周期分期细胞周期分期 M-期期有丝分裂有丝分裂胞质分裂胞质分裂间期间期G1=M和和S期间的间隔期间的间隔S=DNA和中心体复制和中心体复制G2=S和和M期间的间隔期间的间隔5细胞增殖分化凋亡和疾病分裂间期分裂间期 前期前期 前中期前中期 中期中期 后期后期末期末期 胞质分裂期胞质分裂期 有有丝分裂分裂6细胞增殖分化凋亡和疾病2001 诺贝尔奖Leland H.Hartwell 1970s“检查点”酵母遗传学100 CDC 基因始动基因Tim Hunt 1980sCyclins海胆Paul M.Nurse1970sCDKs酵母 7细胞增殖分化凋亡和疾病细胞周期调控细胞周期调控 细胞周期素（细胞周期素（Cyclins）细胞周期素依赖的蛋白激酶细胞周期素依赖的蛋白激酶(CDKs)细胞周期素依赖的蛋白激酶抑制子细胞周期素依赖的蛋白激酶抑制子(CDKIS)8细胞增殖分化凋亡和疾病 细胞周期素细胞周期素【类型类型 】Cyclin B1Cyclin B1、Cyclin ACyclin A、Cyclin ECyclin E、Cyclin DCyclin D1 1,D,D2 2,D,D3 3.F F,G,H,TG,H,T.9细胞增殖分化凋亡和疾病Cyclin Proteinkinaseprocess regulatedCyclin D1-3Cdk 4,6G1-phase progressionCyclin ECdk2G1 to S-phase Cyclin ACdk2S-phase progression Cyclin ACdk1S through G2 Cyclin BCdk1M-phase 10细胞增殖分化凋亡和疾病 细胞周期素的降解细胞周期素的降解:蛋白酶体介导的泛素化降解蛋白酶体介导的泛素化降解11细胞增殖分化凋亡和疾病用实验在哺乳动物细胞中证实用实验在哺乳动物细胞中证实Cyclin D 是细胞通过限制点所必须的是细胞通过限制点所必须的12细胞增殖分化凋亡和疾病 细胞周期素依赖的蛋白激酶（细胞周期素依赖的蛋白激酶（CDKsCDKs）CDKs CDKs 是一类丝氨酸，苏氨酸依赖的蛋白激酶。是一类丝氨酸，苏氨酸依赖的蛋白激酶。【CDKCDK1 1活化启动活化启动cell cyclecell cycle】CDKCDK1 1活化活化Cyclin BCyclin B与与CDKCDK1 1结合、磷酸化结合、磷酸化CAKCAK对对CDKCDK1 1活化部位的磷酸化活化部位的磷酸化Cell cycleCell cycleThr14、Tyr15抑制部位去磷酸化CDK活化激酶（活化激酶（CDK activation kinasekinase CAK）13细胞增殖分化凋亡和疾病【CDKCDK活化与调控细胞周期】活化与调控细胞周期】CDKCDK2 2与与cyclin Ecyclin E结合，结合，CDK CDK4 4、CDKCDK6 6与与cyclin Dcyclin D1 1、D D2 2、D D3 3结合结合 pRb pRb磷酸化磷酸化 游离游离E2FE2F释放释放 启动启动G1G1期期 【CDKsCDKs活化部位与抑制部位】活化部位与抑制部位】CAKCAK对对对对CDK1CDK1活化部位磷酸化活化，同时伴有抑制部位磷酸化活化活化部位磷酸化活化，同时伴有抑制部位磷酸化活化活化部位磷酸化活化，同时伴有抑制部位磷酸化活化活化部位磷酸化活化，同时伴有抑制部位磷酸化活化。活化部位活化部位(CDK(CDK1 1ThrThr161161)和抑制部位和抑制部位(Thr14(Thr14、Tyr15)Tyr15)磷酸化磷酸化抑制部位（抑制部位（CDKCDK1 1ThrThr1414、TyrTyr1515）去磷酸化依赖）去磷酸化依赖P80P80cdc25酶作用酶作用CDKCDK2 2与与cyclin Ecyclin E和和A A结合后结合后 识别染色体识别染色体ARS ARS 促进促进S S期期CDKCDK1 1与与cyclin Bcyclin B1 1结合结合(Maturation promoting factor,MPFMaturation promoting factor,MPF)启动启动MM期期CDKCDK1 1与与cyclin Acyclin A结合结合 启动启动GG2 2期期磷酸酶P80cdc25 DNADNA合成合成 启动启动S S期期14细胞增殖分化凋亡和疾病15细胞增殖分化凋亡和疾病【抑制途径】【抑制途径】CDIs CDIs通过直接结合通过直接结合CDK-cyclinCDK-cyclin复复合物的磷酸化活化部位，抑制合物的磷酸化活化部位，抑制CDKCDK的激酶活性。的激酶活性。P16 P16INK4aINK4a通过结合通过结合CDKCDK4 4单体，单体，阻断它与阻断它与cyclinscyclins的结合。的结合。CDICDICDICDI可特异性抑制可特异性抑制CDKCDK的活性。的活性。Ink4Ink4：P16P16INK4aINK4a、P15P15INK4bINK4b、P18P18INK4cINK4c和和P19P19INK4d INK4d CDKCDK4 4、CDKCDK6 6Cip/KipCip/Kip：p21p21CiplCipl、P27P27Kip1Kip1和和P57P57Kip1Kip1 CDKCDK2 216细胞增殖分化凋亡和疾病【检查机制】【检查机制】P53P53：能与：能与DNADNA损伤部位结合的损伤部位结合的AMT AMT 磷酸化磷酸化P53P53，磷酸化，磷酸化P53P53上调上调 p21Ciplp21Cipl基因的转录，基因的转录，P21CiplP21Cipl能与多种能与多种 CDK-cyclin CDK-cyclin复合物结合，抑制复合物结合，抑制CDKsCDKs的激活，阻滞的激活，阻滞G1/SG1/S的过渡，为的过渡，为DNADNA修复提供足够时间。修复提供足够时间。细胞周期检查点（细胞周期检查点（Checkpoint of cell cycleCheckpoint of cell cycle）细胞内存在监控机制细胞内存在监控机制检测点（检测点（CheckpointCheckpoint）。）。DNA DNA 损伤检查点损伤检查点 GG1 1/S/S Checkpoint Checkpoint DNA DNA复制检查点复制检查点 S/GS/G2 2 纺锤体组装检查点纺锤体组装检查点 GG2 2/M/M 17细胞增殖分化凋亡和疾病G1 期S 期CDK生长信号cyclin/DNA 损伤,其它刺激p53p2118细胞增殖分化凋亡和疾病19细胞增殖分化凋亡和疾病细胞周期异常与疾病（细胞周期异常与疾病（Abnormal cell cycle&diseasesAbnormal cell cycle&diseases）细胞过度增殖或不足的本质是细胞周期调控异常。细胞过度增殖或不足的本质是细胞周期调控异常。【Deregulation of cell cycleDeregulation of cell cycle】细胞周期的驱动失控（细胞周期的驱动失控（CyclinCyclin、CDKCDK和和CDICDI表达异常）表达异常）监控（检查）机制受损监控（检查）机制受损（The impairment of checkpoint systemThe impairment of checkpoint system）细胞增殖分化异常与相关疾病细胞增殖分化异常与相关疾病 增殖异常增殖异常 分化异常分化异常 增殖分化异常增殖分化异常再生障碍性贫血再生障碍性贫血 肥胖症肥胖症 恶性肿瘤恶性肿瘤白癜风白癜风 遗传性血红蛋白病遗传性血红蛋白病 银屑病银屑病前列腺肥大前列腺肥大 肌营养不良肌营养不良 畸胎瘤畸胎瘤动脉粥样硬化动脉粥样硬化 先天畸形先天畸形家族性红细胞增多症家族性红细胞增多症 X-X-连锁连锁-球蛋白缺乏症球蛋白缺乏症 高高IgMIgM血症血症20细胞增殖分化凋亡和疾病恶性肿瘤肿瘤是一类细胞周期调控异常的疾病。21细胞增殖分化凋亡和疾病 1 1细胞周期驱动机制失控细胞周期驱动机制失控 cyclins cyclins 过表达过表达 【Cyclin DCyclin D1 1 过表达】（癌基因）过表达】（癌基因）基因扩增（主要原因）基因扩增（主要原因）乳腺癌、胃癌、食道癌存在乳腺癌、胃癌、食道癌存在Cyclin D1Cyclin D1基因扩增过度。基因扩增过度。染色体重排染色体重排Cyclin DCyclin D1 1基因倒位于甲状旁腺启动子控制下基因倒位于甲状旁腺启动子控制下 Cyclin D Cyclin D1 1 合成增加合成增加 甲状旁腺腺癌甲状旁腺腺癌 染色体易位染色体易位 t(11:14)(q13:q32)t(11:14)(q13:q32)Cyclin D Cyclin D1 1受受IgIg重链基因增强子影响重链基因增强子影响 Cyclin D Cyclin D1 1 过表达过表达22细胞增殖分化凋亡和疾病 CDK CDK 表达异常表达异常主要见于主要见于CDKCDK4 4、CDKCDK6 6过表达。过表达。CDKCDK4 4+cyclin D+cyclin D结合结合 CDK CDK4 4/cyclin D CDKs/cyclin D CDKs表达表达 pRb pRb pRb pRb磷酸化磷酸化 细胞增殖过度细胞增殖过度 E2F G E2F G1 1/S/S过渡加速过渡加速【Cyclin DCyclin D过表达致肿瘤机制】过表达致肿瘤机制】Cyclin DCyclin D过表达过表达+生长因子生长因子 CDKs CDKs瀑布效应瀑布效应 细胞增殖过度细胞增殖过度 易发生细胞癌变易发生细胞癌变 基因突变基因突变Cyclin DCyclin D1 1 T T286286突变突变 Cyclin D Cyclin D1 1泛素化受阻泛素化受阻 Cyclin D Cyclin D1 1 23细胞增殖分化凋亡和疾病 CDI CDI表达不足和突变表达不足和突变 肿瘤细胞中常出现肿瘤细胞中常出现CDICDI（肿瘤抑制基因）表达不足或突变。（肿瘤抑制基因）表达不足或突变。InK4InK4失活失活 【p16 p16 InK4InK4基因失活原因】基因失活原因】突变或缺失、染色体易位、突变或缺失、染色体易位、p16 p16 InK4InK4高度甲基化。高度甲基化。【MechanismMechanism】p16 p16 InK4 InK4基因表达基因表达 CDK CDK4 4与与cyclin Dcyclin D结合结合 细胞周期处在细胞周期处在“易于易于”被启动状态被启动状态 易发生细胞癌变易发生细胞癌变 24细胞增殖分化凋亡和疾病 Kip/CipKip/Cip含量减少（含量减少（Deficient expression of Kip/CipDeficient expression of Kip/Cip）P21P21ciplcipl功能功能 cyclins/CDKs cyclins/CDKs活性活性 细胞周期速度细胞周期速度 增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（PCNAPCNA）阻滞阻滞DNADNA复制复制 【MechanismMechanism】p53p53基因突变基因突变 P21 P21cip1cip1转录转录 DNA DNA受损细胞增殖受损细胞增殖 2.2.细胞周期监控机制受损细胞周期监控机制受损(Impairment of checkpoint system)(Impairment of checkpoint system)主要原因：主要原因：GG1 1/S/S、GG2 2/M/M检查点异常检查点异常 失察结果：探测失察结果：探测DNADNA损伤功能降低损伤功能降低 （如发现不了（如发现不了DNADNA损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等）损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等）25细胞增殖分化凋亡和疾病Table 8.3 The Biology of Cancer(Garland Science 2007)26细胞增殖分化凋亡和疾病Table 8.4 The Biology of Cancer(Garland Science 2007)27细胞增殖分化凋亡和疾病 P53P53突变或丢失突变或丢失 易发生细胞癌变易发生细胞癌变 致变剂致变剂 检测点检查功能检测点检查功能 遗传不稳定性遗传不稳定性 复制忠实性复制忠实性 GG1 1/S/S交界处失察交界处失察 P53 P53 进入进入S S期期 DNA DNA损伤损伤 修复成功修复成功 G G1 1/S/S检查检查 停顿停顿GG1 1期期 损伤损伤DNADNA修复修复 修复失败修复失败 细胞凋亡细胞凋亡 下调下调bcl-2bcl-2表达、激活表达、激活bax bax 基因基因 P53 P53 28细胞增殖分化凋亡和疾病表表2 2 人类肿瘤人类肿瘤p53p53基因突变热点和频率基因突变热点和频率肿瘤型肿瘤型 突变频率（突变频率（%）突变热点突变热点 肿瘤型肿瘤型 突变频率（突变频率（%）突变热点突变热点肺癌肺癌 56 157 56 157，248248，273 273 前列腺癌前列腺癌 30 30 不确定不确定结肠癌结肠癌 50 175 50 175，245245，248248，273 273 肝细胞癌肝细胞癌 45 249 45 249食道癌食道癌 45 45 不确定不确定 胶质癌胶质癌 25 175 25 175、248248卵巢癌卵巢癌 44 273 44 273 乳腺癌乳腺癌 22 175 22 175、248248、273273胰腺癌胰腺癌 44 273 44 273 子宫内膜癌子宫内膜癌 22 248 22 248皮肤癌皮肤癌 44 248 44 248、278 278 甲状腺癌甲状腺癌 13 248 13 248、273273胃癌胃癌 41 41 不确定不确定 白血病白血病 12 175 12 175、248248头颈鳞癌头颈鳞癌 37 248 37 248 宫颈癌宫颈癌 7 273 7 273膀胱癌膀胱癌 34 280 34 280 软组织肉瘤软组织肉瘤 31 31 不确定不确定DNADNA病毒病毒:SV:SV4040、HPVHPV、腺病毒等、腺病毒等 P53 P53蛋白蛋白失活失活 29细胞增殖分化凋亡和疾病 G G2 2/M/M 交界处失察交界处失察 G G2 2/M/M交界处交界处 DNA DNA双链断裂双链断裂 激活激活DNADNA损伤检查点损伤检查点 阻止细胞进入阻止细胞进入MM期期 诱导修复基因转录诱导修复基因转录 完成断裂的完成断裂的DNADNA修复修复 失去失去GG2 2/M/M检查点的阻滞作用检查点的阻滞作用 染色体发生重排、丢失染色体发生重排、丢失30细胞增殖分化凋亡和疾病原发性血小板增多症（PT）临床症状：以巨核细胞增殖为主的骨髓增生性疾病。伴有血临床症状：以巨核细胞增殖为主的骨髓增生性疾病。伴有血 小板持续增多和血小板功能异常，有反复自发性小板持续增多和血小板功能异常，有反复自发性 出血及血栓形成。出血及血栓形成。发病机制：发病机制：X X染色体遗传、染色体遗传、TGF-TGF-减少、辅助细胞缺乏等。减少、辅助细胞缺乏等。JAK2 V617F JAK2 V617F突变导致突变导致JAK2JAK2持续激活，通过持续激活，通过 JAK/STAT JAK/STAT通路，通路，调节调节cyclin Dcyclin D表达，刺激细胞增殖。表达，刺激细胞增殖。31细胞增殖分化凋亡和疾病 由于体内外生理或病理因素触发细胞内预存的死亡程序而由于体内外生理或病理因素触发细胞内预存的死亡程序而 导致的细胞主动死亡过程。导致的细胞主动死亡过程。【细胞凋亡的概念细胞凋亡的概念】【凋亡的生理学意义】【凋亡的生理学意义】参与发育、生长。参与发育、生长。维持内环境稳定。维持内环境稳定。参与防御反应。参与防御反应。细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病32细胞增殖分化凋亡和疾病“为他们在器官发育遗传调控和细胞凋亡方面的发现为他们在器官发育遗传调控和细胞凋亡方面的发现”1090 131=959(cells)Robert HorvitzJohn SulstonSydney Brenner2002年生理和医学诺贝尔奖年生理和医学诺贝尔奖33细胞增殖分化凋亡和疾病 凋亡细胞（实体细胞）与周围细胞脱接触凋亡细胞（实体细胞）与周围细胞脱接触 胞膜空泡化胞膜空泡化（BlebbingBlebbing）细胞固缩（细胞固缩（CondensationCondensation）、核固缩和发芽）、核固缩和发芽 凋亡小体（凋亡小体（Apoptotic small bodyApoptotic small body）凋亡细胞(扫描电镜)凋亡细胞(透射电镜)APLAPLApoptosisApoptosis 1.1.形态学改变形态学改变 （The morphologic characteristics of apoptosisThe morphologic characteristics of apoptosis）（二）（二）凋亡时细胞的主要变化凋亡时细胞的主要变化（Features Features of apoptosis cellsof apoptosis cells）34细胞增殖分化凋亡和疾病35细胞增殖分化凋亡和疾病1 1 1 1）DNADNADNADNA片段化片段化片段化片段化（DNA ladding patternDNA ladding pattern）激活核酸内切酶激活核酸内切酶激活核酸内切酶激活核酸内切酶 核小体连接区发生核小体连接区发生核小体连接区发生核小体连接区发生DNADNA降解，降解，降解，降解，寡核小体片段（寡核小体片段（寡核小体片段（寡核小体片段（160160200bp200bp的倍数）的倍数）的倍数）的倍数）2.2.生化生化改变改变（The biochemical characteristics of apoptosisThe biochemical characteristics of apoptosis）36细胞增殖分化凋亡和疾病 2 2 2 2）细胞膜磷脂酰丝氨酸（）细胞膜磷脂酰丝氨酸（）细胞膜磷脂酰丝氨酸（）细胞膜磷脂酰丝氨酸（PSPSPSPS）外翻）外翻）外翻）外翻正常细胞膜上的磷脂是不对称分布的，鞘磷脂与磷脂酰胆碱在外层，磷脂酰丝氨酸（PS）在内层。当凋亡时，这种不对称分布被破坏，PS外翻37细胞增殖分化凋亡和疾病 3 3 3 3）凋亡蛋白酶的激活及作用）凋亡蛋白酶的激活及作用）凋亡蛋白酶的激活及作用）凋亡蛋白酶的激活及作用犹如计划周密和指挥有力的军犹如计划周密和指挥有力的军事行动一样，事行动一样，Caspase是细胞是细胞凋亡的中枢，通过切断与周围凋亡的中枢，通过切断与周围细胞联络、重组细胞骨架、关细胞联络、重组细胞骨架、关掉掉DNA复制和修复、破坏复制和修复、破坏 DNA和核结构等，在细胞凋亡和核结构等，在细胞凋亡中发挥重要作用。中发挥重要作用。Caspase(cysteine-containing aspartate-specific protease)38细胞增殖分化凋亡和疾病三、影响三、影响细细胞凋亡的因素（胞凋亡的因素（The mainly induced factors of apoptosisThe mainly induced factors of apoptosis）TableTable：Influence of factors of apoptosisInfluence of factors of apoptosis 诱导性因素（诱导性因素（InducersInducers）抑制性因素（抑制性因素（InhibitorsInhibitors）理化因素理化因素 射线、高温、强酸、射线、高温、强酸、细胞因子细胞因子 IL-2IL-2、NGFNGF等等 强碱、应激、抗癌药强碱、应激、抗癌药 激素激素 ACTH ACTH、睾丸酮、雌激素、睾丸酮、雌激素激素和因子激素和因子 糖皮质激素、糖皮质激素、TNF TNF 其它其它 Zn Zn2+2+、苯巴比妥、半胱氨、苯巴比妥、半胱氨免疫性因素免疫性因素 CTL CTL分泌的粒酶分泌的粒酶 酸蛋白酶抑制剂、酸蛋白酶抑制剂、EBVEBV、病原体因素病原体因素 HIV HIV、HCV HCV 牛痘、牛痘、病毒、中性氨基酸病毒、中性氨基酸 39细胞增殖分化凋亡和疾病1.1.CaspaseCaspase依赖的细胞凋亡依赖的细胞凋亡（Caspase-independent apoptosis）（1 1）Concept,Classification,Construction of CaspasesConcept,Classification,Construction of Caspases 概念：概念：CaspaseCaspase属于半胱氨酸蛋白酶家族，属于半胱氨酸蛋白酶家族，1414个成员个成员。四、四、细胞凋亡信号传导通路细胞凋亡信号传导通路细胞凋亡信号传导通路细胞凋亡信号传导通路 CaspaseCaspase通路分类通路分类 上游（上游（Caspase-8,-9,-10Caspase-8,-9,-10）下游（下游（Caspase-2,-3,-6,-7Caspase-2,-3,-6,-7）（共同通路）（共同通路）Caspase Caspase（Ced-3Ced-3亚家族）亚家族）死亡受体通路死亡受体通路线粒体途径线粒体途径大小亚基结合（二聚体）caspase激激活（四聚体）Caspase Caspase激活形式激活形式 Pro-caspase：NH2末端结构域、20KD亚基、10KD亚基 剪切40细胞增殖分化凋亡和疾病（2 2）死亡受体通路（）死亡受体通路（Extrinsic or cytoplasmic pathwayExtrinsic or cytoplasmic pathway）死亡受体死亡受体 TNFR TNFR、FasRFasR、DRDR3 3、DRDR4 4、DRDR5 5等等是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的跨胞膜蛋白。是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的跨胞膜蛋白。通路（通路（pathwaypathway）FSAL FADD FADDPro-caspase-8Pro-caspase-8Caspase-8Caspase-8Caspase-3Caspase-3Pro-caspase-3Pro-caspase-3细细胞胞凋凋亡亡生长因子、信号、生长因子、信号、FasFas抗体抗体FasRFADDFADD（Fas-associated death domainFas-associated death domain）；）；DD DD（death domaindeath domain）；）；DED DED（death effector domaindeath effector domain）。）。DEDDEDDEDDEDDDDD41细胞增殖分化凋亡和疾病膜通透性膜通透性、线粒体肿胀、线粒体肿胀、mmApaf-1Apaf-1活化活化Cyt.cCyt.c （3 3）线粒体途径（）线粒体途径（Intrinsic or mitochondrial pathwayIntrinsic or mitochondrial pathway）CaCa2+2+NONO缺氧缺氧活性氧活性氧应激应激MPTMPT开放开放Cyt.cCyt.c+Pro-caspase-9Pro-caspase-9Caspase-9Caspase-9ATPATPApaf-1Apaf-1+Apaf-1Apaf-1活化活化Cyt.cCyt.cCARDCARDApoptosomeApoptosome AIF AIFcaspase-非依赖凋亡Pro-Caspase-3Pro-Caspase-3凋凋亡亡Caspase-3Caspase-3BidCaspase-8Caspase-842细胞增殖分化凋亡和疾病Pro-caspase-2Pro-caspase-2caspase-2caspase-2Pro-caspase-6Pro-caspase-6Caspase-6Caspase-6Pro-caspase-7Pro-caspase-7caspase-7caspase-7Pro-caspase-9Pro-caspase-9ICADICAD（抑制性（抑制性 CAD CAD）CADCAD（caspase caspase活化活化DNADNA酶）酶）CADCAD进入细胞核内降解进入细胞核内降解DNADNA细胞凋亡细胞凋亡剪切细胞内结构蛋白剪切细胞内结构蛋白caspase-9caspase-9 （4 4）Activation of caspase-3Activation of caspase-3（共同通路）（共同通路）(Effector caspase)(Effector caspase)Caspase-3Caspase-3Pro-caspase-3Pro-caspase-343细胞增殖分化凋亡和疾病 2 2非非CaspaseCaspase依赖的凋亡信号传导通路依赖的凋亡信号传导通路 钙超载钙超载 激活激活Ca/MgCa/Mg2+2+依赖的核酸内切酶，降解依赖的核酸内切酶，降解DNADNA；激活；激活谷氨酰胺转移酶有利于凋亡小体形成；活化核转录因谷氨酰胺转移酶有利于凋亡小体形成；活化核转录因子，加速凋亡相关因子合成。子，加速凋亡相关因子合成。凋亡诱导因子（凋亡诱导因子（AIFAIF）44细胞增殖分化凋亡和疾病TNF-TNF-、抗、抗CDCD3 3抗体、抗体、TCDDTCDD等等 胞浆胞浆CaCa2+2+激活激活CaCa2+2+/Mg/Mg2+2+依赖的核酸内切酶，降解依赖的核酸内切酶，降解DNADNA链；链；激活谷氨酰胺转移酶，促使细胞骨架分子之间发生广泛交联，有利激活谷氨酰胺转移酶，促使细胞骨架分子之间发生广泛交联，有利 于凋亡小体形成；于凋亡小体形成；激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；在在ATPATP参与下，暴露出核小体之间的连接区，有利于参与下，暴露出核小体之间的连接区，有利于DNADNA内切酶切内切酶切 割割DNADNA。钙超载引起凋亡机制钙超载引起凋亡机制细胞凋亡45细胞增殖分化凋亡和疾病五、五、细胞凋亡的触发机制（细胞凋亡的触发机制（细胞凋亡的触发机制（细胞凋亡的触发机制（Mechanism of apoptosisMechanism of apoptosis ）1 1氧化损伤（氧化损伤（Oxidation damage Oxidation damage）氧自由基破坏了机体正常的氧化氧自由基破坏了机体正常的氧化/还原动态平衡，造成生物大还原动态平衡，造成生物大分子的氧化损伤，形成严重的氧化应激状态。分子的氧化损伤，形成严重的氧化应激状态。【MechanismMechanism】激活激活p53p53基因、消耗基因、消耗ATPATP、生物膜脂质过氧化、激活核酸内、生物膜脂质过氧化、激活核酸内切酶切酶,启动细胞凋亡。启动细胞凋亡。各种氧化剂、缺氧等直接通过氧化损伤诱导细胞凋亡。各种氧化剂、缺氧等直接通过氧化损伤诱导细胞凋亡。2 2钙超载（钙超载（Calcium overloadCalcium overload ）3 3线粒体损伤（线粒体损伤（Mitochondria damage Mitochondria damage）46细胞增殖分化凋亡和疾病六、六、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡的调控机制表表 1 1 细胞凋亡的调控基因细胞凋亡的调控基因 功能功能 基因基因抑制凋亡基因抑制凋亡基因 Bcl-2 Bcl-X Bcl-2 Bcl-XL L、A1/Bfl-1A1/Bfl-1、Bcl-wBcl-w、Bcl-GBcl-G和和Mcl-1Mcl-1等等促凋亡基因促凋亡基因 P53 P53、BaxBax、BadBad、BakBak、BidBid、BimBim、BikBik、BokBok、Bcl-B Bcl-B、Bcl-XsBcl-Xs、KrkKrk、MtdMtd、Nip3Nip3、NixNix、NoxaNoxa等等双向调控基因双向调控基因 c-myc c-myc、Bcl-xBcl-x【调控基因】【调控基因】（Regulated mechanism of apoptosisRegulated mechanism of apoptosis）47细胞增殖分化凋亡和疾病Bcl-2 Bcl-2 Bcl-2（Bcl-XBcl-XL L）能够抑制线粒体）能够抑制线粒体MPTMPT开放，开放，Cyt.c Cyt.c、AIFAIF释放释放 Bcl-2Bcl-2也能特异地结合细胞色素也能特异地结合细胞色素C C Bcl-2 Bcl-2能够结合和灭活能够结合和灭活Apaf-1Apaf-1，阻断对，阻断对caspase-9caspase-9活化活化1 1Bcl-2Bcl-2基因家族（基因家族（Bcl-2 Family®ulating functionsBcl-2 Family®ulating functions）CARDCARDMPTMPT开放开放膜通透性膜通透性、线粒体肿胀、线粒体肿胀、mmCyt.cCyt.cATPATPApaf-1Apaf-1+Apaf-1Apaf-1活化活化Cyt.cCyt.cApaf-1Apaf-1活化活化Cyt.cCyt.c+Pro-caspase-9Pro-caspase-9ApoptosomeApoptosome AIF AIFCaspase-9Caspase-9Pro-Caspase-3Pro-Caspase-3Caspase-3Caspase-3凋凋亡亡caspase-非依赖凋亡48细胞增殖分化凋亡和疾病【促凋亡机制】【促凋亡机制】P53P53通过与通过与Bcl-2Bcl-2基因相互作用，下调基因相互作用，下调Bcl-2Bcl-2的表达。的表达。P53P53诱导细胞凋亡的靶蛋白表达（线粒体和死亡受体介导）。诱导细胞凋亡的靶蛋白表达（线粒体和死亡受体介导）。P53P53诱导线粒体内凋亡的相关蛋白（诱导线粒体内凋亡的相关蛋白（BaxBax、NOXANOXA、PUMA PUMA）表）表 达，并触发细胞色素达，并触发细胞色素C C释放和释放和caspasecaspase活化。活化。P53P53诱导死亡受体诱导死亡受体FasFas表达。表达。P53P53能使死亡受体再定位于细胞膜上。能使死亡受体再定位于细胞膜上。2 2p p5353基因（抑癌基因）基因（抑癌基因）作作为为一一个个转转录录因因子子，p53 p53 调调节节一一系系列列在在细细胞胞周周期期阻阻滞滞，DNADNA修修复复和和细细胞胞凋凋亡亡中中起起重重要要作作用用的的基基因因。在在DNADNA损损伤伤后后，p53 p53 使使细细胞胞停停在在某个监测点直至损伤修复。如果损伤是不可逆的则诱导细胞凋亡。某个监测点直至损伤修复。如果损伤是不可逆的则诱导细胞凋亡。49细胞增殖分化凋亡和疾病50细胞增殖分化凋亡和疾病 表：表：与细胞凋亡异常相关的疾病与细胞凋亡异常相关的疾病 凋亡不足凋亡不足 凋亡过度凋亡过度肿瘤肿瘤 肝癌、恶性血液肿瘤、乳腺癌肝癌、恶性血液肿瘤、乳腺癌 发育异常发育异常 气管气管-食管瘘、房（室）间隙缺食管瘘、房（室）间隙缺 、膀胱癌、肺癌、胶质瘤、前、膀胱癌、肺癌、胶质瘤、前 损、唇（腭）裂、短肢畸形、损、唇（腭）裂、短肢畸形、列腺癌等列腺癌等 尿道下裂以及多囊肾等尿道下裂以及多囊肾等发育异常发育异常 先天性消化道、胆道、肛门狭先天性消化道、胆道、肛门狭 CNS Alsheimer CNS Alsheimer病、病、Parkinson Parkinson 病、病、窄或闭锁、动脉导管未闭、两窄或闭锁、动脉导管未闭、两 肌萎缩性侧索硬化症、色素性肌萎缩性侧索硬化症、色素性 性畸形、甲状舌骨囊肿等性畸形、甲状舌骨囊肿等 视网膜病，脊肌肉萎缩、早老视网膜病，脊肌肉萎缩、早老免疫系统免疫系统 系统性红斑狼疮、糖尿病、类系统性红斑狼疮、糖尿病、类 性痴呆性痴呆 风湿性关节炎、桥本甲状腺炎风湿性关节炎、桥本甲状腺炎 免疫系统免疫系统 免疫缺陷病、免疫缺陷病、AIDS AIDS 、多发性的硬化症等、多发性的硬化症等 七、细胞凋亡异常和疾病七、细胞凋亡异常和疾病七、细胞凋亡异常和疾病七、细胞凋亡异常和疾病（Diseases associated to apoptosis deregulationDiseases associated to apoptosis deregulation）51细胞增殖分化凋亡和疾病 bcl-2 bcl-2基因过表达基因过表达85%85%滤泡状和滤泡状和20%20%弥漫性弥漫性B B细胞淋巴瘤细胞淋巴瘤 染色体染色体t t（14;1814;18）易位）易位 bcl-2 bcl-2基因受到基因受到IgIg基因增强子控制基因增强子控制 肿瘤发生肿瘤发生 细胞凋亡速率细胞凋亡速率 bcl-2 bcl-2基因高表达基因高表达 （乳腺癌、肝癌、膀胱癌、肺癌、胶质瘤等也存在（乳腺癌、肝癌、膀胱癌、肺癌、胶质瘤等也存在Bcl-2Bcl-2高水平表达）高水平表达）存在存在 p p5353基因缺失或突变基因缺失或突变调节调节P53P53的稳定性、细胞内定位或（和）活性发生异常的稳定性、细胞内定位或（和）活性发生异常 p p5353表达或功能存在缺陷表达或功能存在缺陷 细胞凋亡速率细胞凋亡速率 肿瘤发生肿瘤发生 （50%50%以上恶性肿瘤中存在以上恶性肿瘤中存在P53P53异常）异常）（一）细胞凋亡不足（一）细胞凋亡不足（Apoptosis inhibitionApoptosis inhibition）1.1.肿瘤（肿瘤（TumorTumor）52细胞增殖分化凋亡和疾病2 2自身免疫病（自身免疫病（Autoimmune diseasesAutoimmune diseases）针对自身抗原的免疫细胞未被及时清除，机体产生了针对自针对自身抗原的免疫细胞未被及时清除，机体产生了针对自身抗原的体液免疫和细胞免疫，导致器官组织损伤。身抗原的体液免疫和细胞免疫，导致器官组织损伤。54细胞增殖分化凋亡和疾病（二）（二）细胞凋亡过度（细胞凋亡过度（Apoptosis excessApoptosis excess）1.1.心肌缺血与缺血心肌缺血与缺血-再灌注损伤再灌注损伤 特点特点缺血早期以凋亡为主，晚期以细胞的坏死为主。缺血早期以凋亡为主，晚期以细胞的坏死为主。在梗死灶的中心以坏死为主，梗死灶周边以凋亡为主；在梗死灶的中心以坏死为主，梗死灶周边以凋亡为主；轻度缺血以凋亡为主，重度缺血以坏死为主；轻度缺血以凋亡为主，重度缺血以坏死为主；机制机制氧化应激、氧化应激、FasRFasR通路、通路、p53p53基因的转录增加。基因的转录增加。55细胞增殖分化凋亡和疾病 细胞分化调控异常与疾病细胞分化调控异常与疾病概念与特点（概念与特点（ConceptConcept）在在细细胞胞增增殖殖时时，子子代代细细胞胞在在形形态态、结结构构和和生生理理功功能能上上产产生生差差异异的的过程过程。细胞分化过程是由一系列基因产物（细胞分化过程是由一系列基因产物（regulatory proteinsregulatory proteins）调控的。每）调控的。每个基因的表达都必须：在正确的细胞中；在正确的时间；对正确的信号个基因的表达都必须：在正确的细胞中；在正确的时间；对正确的信号产生正确的反应；产生正确的表达水平。产生正确的反应；产生正确的表达水平。56细胞增殖分化凋亡和疾病例子：眼形成的关键调控蛋白例子：眼形成的关键调控蛋白例子：眼形成的关键调控蛋白例子：眼形成的关键调控蛋白EyEy（果蝇）（果蝇）（果蝇）（果蝇）eyey 基因基因基因基因 早期细胞（发育成腿）早期细胞（发育成腿）早期细胞（发育成腿）早期细胞（发育成腿）腿中眼细胞分化腿中眼细胞分化腿中眼细胞分化腿中眼细胞分化 眼形成眼形成眼形成眼形成57细胞增殖分化凋亡和疾病Induction of Pluripotent Stem Cells from Adult Human Fibroblasts by Defined FactorsCell 2007,131,861-872 （Oct3/4,Sox2,Klf4,c-Myc）58细胞增殖分化凋亡和疾病 3.3.细胞间相互作用细胞间相互作用 细胞分化与细胞所在位置及与其他细胞的联系有关。其效应可以细胞分化与细胞所在位置及与其他细胞的联系有关。其效应可以是细胞间直接接触所进行信息转导，也可以是细胞外物质的作用结果。是细胞间直接接触所进行信息转导，也可以是细胞外物质的作用结果。细胞分化的机制细胞分化的机制 1.1.细胞决定（细胞决定（DeterminationDetermination）的选择作用）的选择作用 Determination Determination是指细胞内某些基因永久地关闭，而另一些基因顺是指细胞内某些基因永久地关闭，而另一些基因顺序表达，具备向某一特定方向分化的能力。序表达，具备向某一特定方向分化的能力。“决定决定”先于分化。先于分化。2.2.细胞质在决定细胞差别中作用细胞质在决定细胞差别中作用 由于干细胞在分裂时，细胞质分配的不均匀，导致子代干细胞的由于干细胞在分裂时，细胞质分配的不均匀，导致子代干细胞的胞质组分（细胞质决定子）不同，导致子细胞产生差别。胞质组分（细胞质决定子）不同，导致子细胞产生差别。59细胞增殖分化凋亡和疾病 2.2.转录和转录后调控转录和转录后调控 （Regulation on transcription and post-transcription levelsRegulation on transcription and post-transcription levels）转录水平调控（对专一基因的启动子和增强子进行调控）转录水平调控（对专一基因的启动子和增强子进行调控）转录后水平调控（对转录后水平调控（对mRNAmRNA前体处理、加工和前体处理、加工和iRNAiRNA调节）调节）细胞分化的调节细胞分化的调节 1.1.基因水平调控（基因水平调控（Regulation on the genomic levelRegulation on the genomic level）看家基因（与分化关系不密切）看家基因（与分化关系不密切）编编码码维维持持细细胞胞活活动动所所必必需需的的结结构构和和功功能能蛋蛋白白质质的的基基因因以以及及一一些些不不编码蛋白却参与蛋白质合成的编码蛋白却参与蛋白质合成的tRNAtRNA、rRNArRNA基因。基因。组织专一基因（与细胞分化关系密切）组织专一基因（与细胞分化关系密切）60细胞增殖分化凋亡和疾病 3.3.翻译与翻译后水平调控翻译与翻译后水平调控 4.4.细胞外因素调控细胞外因素调控 （Extracellular factors that control differentiationExtracellular factors that control differentiation）细胞外信号物质、基质和营养因素等可改变细胞分化状态。细胞外信号物质、基质和营养因素等可改变细胞分化状态。61细胞增殖分化凋亡和疾病Hematopoiesis62细胞增殖分化凋亡和疾病急性早幼粒细胞白血病“在得到尽快在得到尽快诊诊断和充分治断和充分治疗疗的情况下，急性早幼粒的情况下，急性早幼粒细细胞白血病胞白血病(AML M3)是目前成人白血病中治愈率最是目前成人白血病中治愈率最高的白血病。高的白血病。”Parmar S,Tallman MS.,200363细胞增殖分化凋亡和疾病1988:APL的治疗在中国取得突破64细胞增殖分化凋亡和疾病1990:多个研究组发现 t(15;17)易位65细胞增殖分化凋亡和疾病ATRA诱导APL病人缓解的机制?PML-RARa 诱导 APL发生的机制?药物药物 基因基因66细胞增殖分化凋亡和疾病67细胞增殖分化凋亡和疾病肥胖症（肥胖症（Morbid obesityMorbid obesity）前脂肪细胞过度向脂肪细胞分化，导致脂肪组织内脂肪细胞前脂肪细胞过度向脂肪细胞分化，导致脂肪组织内脂肪细胞数量增加。数量增加。肺纤维化（肺纤维化（Pulmonary fibrosisPulmonary fibrosis）肺血管受损肺血管受损 纤维蛋白酶纤维蛋白酶 成肌纤维细胞成肌纤维细胞 成胶原细胞成胶原细胞 胶原蛋白胶原蛋白 沉积沉积 机体缺氧机体缺氧 气体弥散障碍气体弥散障碍 肺泡膜增厚肺泡膜增厚68细胞增殖分化凋亡和疾病