1、細胞增殖分化凋亡異常與疾病精美病理生理學課件及復習題細胞增殖和凋亡異常與疾病Abnormal Cell Proliferation, Apoptosis and Related of Disease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）瘤細胞為什么會發生？Abnormal Apoptosis and DiseasesAbnormal Proliferation and Diseases細胞增殖異常與疾病Abnormal Cell Proliferation and Diseases 一、細胞周期及其調控 細胞周期概念（ Concept and phases o

2、f Cell cycle） 【Cell Proliferation】 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，保持物種的延續和數量增多。 細胞增殖異常細胞增殖、分化不良（過度） 組織器官發育不全細胞增殖、分化不全 腫瘤發生 【 Cell cycle】 Cell cycle is defined as a period from the end of one division to the beginning of next division of a proliferative cell. 細胞周期分期（By stages） G1SG2M 【細胞增殖過程】 細胞增殖異常

3、細胞生長DNA復制細胞分裂細胞周期細胞周期的控制（Regulation of the cell cycle）細胞增殖異常1. 細胞周期自身控制（Regulation of intracellular signals ）細胞周期調控機制的核心是一組周期素依賴性蛋白激酶（Cyclin dependent kinase, CDKs）Key spot：Cyclin、 CDKs、 CDI、Checkpoint of cell cycle。Regulation of the cell cycleRegulation of the cell cycle by intracellular signalsReg

4、ulation of the cell cycle by extracellular signals Cyclin與CDKsCyclin【Classification 】 Cyclin B1、Cyclin A、Cyclin E、Cyclin D1,D2,D3. F,G,H,T。 細胞增殖異常CDKPSTAIRE cyclinCDKCyclin/CDKCombine圖 Cyclin box 結構與功能100aa組成cyclin boxCyclin -COOHH2N-催化亞基 調節亞基 Cyclin-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 A C

5、DK1，CDK2 S+G2, M p107+E2F，p21，PCNA Rb ubiquitinB(B1,B2) CDK1(cdc2) G2, M p21,PCNA Rb ubiquitin C CDK8 G1 - - PESTD(D1-3) CDK4(2,5,6) G1 Rb,p21,p27,p15,p16,PCNA Rb PEST E CDK2 G1+G1, S p107+E2F ,p21,PCNA Rb PEST F - S - - - G - G1 - - - H CDK7 G1,S,G2, M - CDK1,4,6 -Cyclin周期變化圖細胞增殖異常PEST 短壽命蛋白C-末端都有一

6、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。 Cyclins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【CDK1活化啟動cell cycle】CDK1活化Cyclin與CDK1結合、磷酸化CAK對CDK1活化部位的磷酸化Cell cycleCDKs家

7、族CDKs是一組絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。稱為CDK19。細胞增殖異常Thr14、Tyr15抑制部位去磷酸化CDK活化激酶（CDK activation kinase CAK） 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。活化部位（CDK1Thr161）磷酸化抑制部位（CDK1Thr14、Tyr15）去磷酸化依賴P80cdc25酶作用CDK2與cyclin E和A結合后 識別染色體ARS 促進S期CDK1與cyclin B1結合(Maturation promoting factor,MPF) 啟動M期CDK1與cyclin A結合

8、 啟動G2期磷酸酶P80cdc25 【CDK活化與調控細胞周期】 CDK2與cyclin E結合， CDK4、CDK6與cyclin D1、D2、D3結合 pRb磷酸化 游離E2F釋放 啟動G1期 DNA合成 啟動S期【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。 P16INK4a通過結合CDK4單體，阻斷它與cyclins的結合。CDI：復合物CDI可特異性抑制CDK的活性。Ink4：P16INK4a、P15INK4b、P18INK4c和P19INK4d CDK4、CDK6Cip/Kip：p21Cipl、P27Kip1和P57Kip1 C

9、DK2細胞增殖異常癌基因與抑癌基因【Check mechanism】 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（Checkpoint of cell cycle） 細胞內存在監控機制檢測點（Checkpoint）。 DNA 損傷檢查點 G1/S Checkpoint DNA復制檢查點 S/G2 紡錘體組裝檢查點 G2/M 細胞增殖異常細胞增殖異常 抑制信號（TGF-）

10、可以下調cyclin和CDK4的表達和促進P21wafl、P27kipl和P15ink4b等CDI產生，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Cyclin D-CDK4/6復合物的功能，細胞阻滯G1期。 pRb E2F 2. 細胞外信號的調控（Regulation of extracellular signals） G1期存在一個“限定點”（restriction point），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）細胞增殖分化異常與相關疾病 增殖異常

11、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（Abnormal cell cycle & diseases）細胞過度增殖或不足的本質是細胞周期調控異常。【Deregulation of cell cycle】細胞周期的驅動失控（Cyclin、CDK和CDI表達異常）監控（檢查）機制受損（The impairment of checkpoint system）細胞增殖異常惡性腫瘤細胞增殖異常機制 1細胞周期驅動機制失控 Cycli

12、ns的過表達（Over expression of cyclins） 腫瘤的發生與cyclin（D、E）過量表達有關。 【Cyclin D1（Bcl-1）過表達原因】（原癌基因） 基因擴增（Cyclin D1過表達的主要機制） 乳腺癌、胃癌、食道癌存在Cyclin D1基因擴增過度。細胞增殖異常染色體倒位（Chromosome inversion）Cyclin D1基因倒位于甲狀旁腺啟動子控制下 Cyclin D1蛋白合成 染色體易位（Chromosome translocation) 甲狀旁腺腺癌 Bcl-1 t(11:14) (q13:q32)易位 Cyclin D1受Ig重鏈基因增強子影

13、響 Cyclin D1表達（p15:q13） CDK 表達異常主要見于CDK4、CDK6過表達。CDK4+ cyclin D結合 CDK4/cyclin D CDKs表達 pRb pRb磷酸化 細胞增殖過度 E2F G1/S過渡加速【Cyclin D過表達致腫瘤機制】Cyclin D過表達 + 生長因子 CDKs瀑布效應 細胞增殖過度 易發生細胞癌變 細胞增殖異常基因突變Cyclin D1 T286突變 Cyclin D1泛素化受阻 Cyclin D1可能細胞增殖異常 CDI表達不足和突變 腫瘤細胞中常出現CDI（腫瘤抑制基因）表達不足或突變。 InK4失活 【p16 InK4基因失活原因】

14、突變或缺失、染色體易位、p16 InK4高度甲基化。 【Mechanism】 p16 InK4基因表達 CDK4與cyclin D結合 細胞周期處在“易于”被啟動狀態 易發生細胞癌變 可能細胞增殖異常正常 【Mechanism】 p53基因突變 P21cip1轉錄 DNA受損細胞增殖 Kip/Cip含量減少（Deficient expression of Kip/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. 細胞周期監控機制受損(Impairment of checkpoint system) 主要原因：G1/S、G

15、2/M檢查點異常 失察結果：探測DNA損傷功能降低 （如發現不了DNA損傷，會導致基因缺失、易位、染色體重排等） 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 56 157，248，273 前列腺癌 30 不確定結腸癌 50 175，245，248，273 肝細胞癌 45 249食道癌 45 不確定 膠質癌 25 175、248卵巢癌 44 273 乳腺癌 22 175、248、273胰腺癌 44 273 子宮內膜癌 22 248皮膚癌 44 248、278 甲狀腺癌 13 248、273胃癌 41 不確定 白血病 12 175、2

16、48頭頸鱗癌 37 248 宮頸癌 7 273膀胱癌 34 280 軟組織肉瘤 31 不確定細胞增殖異常 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 染色體發生重排、丟失細胞增殖異常原發性血小板增多癥（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 小板持續增多和血小板功能異常，有反復自發性 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

17、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。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年諾貝爾生理與醫學獎獲得者細胞凋亡大致過程(The process of apoptosis)+cAMP、Ca2+、神經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 凋亡的執行 凋亡細胞清除 一、細胞凋亡的過程與調控（Process & regulation of cell apoptosis）細胞凋亡異常凋亡細胞（實體細胞）與周圍細胞脫接觸胞膜空泡化（Blebbing）細胞固縮（Condensation）

18、、核固縮和發芽凋亡小體（Apoptotic body）凋亡細胞(掃描電鏡) 凋亡細胞(透射電鏡)APLApoptosis 1. 形態學改變 （The morphologic characteristics of apoptosis）凋亡時細胞的主要變化（Features of apoptosis cells）細胞凋亡異常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（DNA ladding pattern） 激活核酸內切酶 核小體連接區發生DNA降解， 寡核小體片段（160200bp的倍數）鈣超載（Calcium overload）Ca2+載體A

19、23187 B淋巴細胞內Ca2+ 誘導B細胞凋亡（Ca2+在細胞凋亡中充當凋亡信號傳遞的角色） 2. 生化改變（The biochemical characteristics of apoptosis）細胞凋亡異常 細胞膜磷脂酰絲氨酸外翻（caspase激活、PKC活化、蛋白合成等） The mainly induced factors of apoptosis Table：Influence of factors of apoptosis 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 A

20、CTH、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1. Concept, Classification, Construction of Caspases 概念Caspase屬于半胱氨酸蛋白酶家族，14個成員(Caspase 1-14)。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）

21、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2死亡受體通路（Extrinsic or cytoplasmic pathway）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。通路（pathway）細胞凋亡異常FSAL FADDPro-caspase-8Caspase-8Caspase-3Pro-caspase-3細胞凋亡生長因子、信號、Fas抗體FASFADD（Fas-assoc

22、iated death domain）； DD（death domain）；DED （death effector domain）。DEDDEDDDcaspase-10細胞凋亡異常c-FLIP: cellular Fas-associated death domain-like IL-1 beta-converting enzyme inhibitory protein膜通透性、線粒體腫脹、mApaf-1活化Cyt.c 3線粒體途徑（Intrinsic or mitochondrial pathway） Ca2+NO缺血缺氧活性氧MPT開放Cyt.c+Pro-caspase-9Caspase-

23、9ATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cCARDapoptosome細胞凋亡異常 AIFcaspase-independent apoptosisPro-Caspase-3凋亡Caspase-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 4Activation of caspase-3（共同通路）(Effector caspase)Ca

24、spase-3Pro-caspase-3細胞凋亡異常細胞凋亡的發生機制（Mechanism of apoptosis ）1氧化損傷（Oxidation damage ）氧自由基破壞了機體正常的氧化/還原動態平衡，造成生物大分子的氧化損傷，形成嚴重的氧化應激狀態。【Mechanism】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（Calcium overload ）3線粒體損傷（ Mitochondria damage ）細胞凋亡異常TNF-、抗CD3抗體、TCDD等 胞漿Ca2+ 激活Ca2+/Mg2+依賴

25、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生廣泛交聯，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，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-2 Bcl-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】

26、細胞凋亡異常（Regulated mechanism of apoptosis）Bcl-2 Bcl-2（Bcl-XL）能夠抑制線粒體MPT開放， 、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1Bcl-2基因家族（Bcl-2 Family & regulating functions）細胞凋亡異常CARDMPT開放膜通透性、線粒體腫脹、mCyt.cATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cApaf-1活化Cyt.c+Pro-caspase-9apoptosome AIFCaspase-9Pro-Cas

27、pase-3Caspase-3凋亡caspase-independent apoptosis【促凋亡機制】 P53通過與Bcl-2基因相互作用，下調Bcl-2的表達。 P53誘導細胞凋亡的靶蛋白表達（線粒體和死亡受體介導）。 P53誘導線粒體內凋亡的相關蛋白（Bax、NOXA、 PUMA）表 達，并觸發細胞色素C釋放和caspase活化。 P53誘導死亡受體Fas表達。 P53能使死亡受體再定位于細胞膜上。 2p53基因（抑癌基因） As a transcription factor, p53 regulates downstream genes important in cell cycle arrest, DNA repair, and apoptosis. After DNA damage, p53 holds the cell at a checkpoint until the damage is repaired. If the damage is irreversible, apoptosis is triggered.細胞凋亡異常 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 發育異常 氣管-食管瘺、房（室）間隙缺 、膀胱癌、