第八章細(xì)胞增殖與凋亡(2006)

1、 調(diào)控或發(fā)生機(jī)制調(diào)控或發(fā)生機(jī)制 與疾病的關(guān)系與疾病的關(guān)系 概述概述細(xì)胞增殖細(xì)胞增殖細(xì)胞生長(zhǎng)細(xì)胞生長(zhǎng)DNA復(fù)制復(fù)制細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂一、概述一、概述2. 細(xì)胞周期細(xì)胞周期Cell cycle phases:4 phases: G1(first gap phase)：DNA合成前期合成前期S(synthetic phase): DNA復(fù)制復(fù)制G2 (second gap phase)：DNA合成后期合成后期M(mitotic phase)：有絲分裂：有絲分裂期期Cycling cells Dividing continuouslyStem cellsG0 cells Do not divide no

2、rmally, but divide when given an appropriate stimulus: liver cells, lymphocytesTerminally differentiated cells Highly specialized, have lost the ability to divide until they die: muscle cells, red blood cells, nerve cells (1)周期素（周期素（cyclin）是一個(gè)調(diào)節(jié)亞基，需與催化亞基是一個(gè)調(diào)節(jié)亞基，需與催化亞基CDK形成復(fù)合物，激活相形成復(fù)合物，激活相應(yīng)的應(yīng)的CDK和加強(qiáng)對(duì)

3、底物的作用，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞周期前行。和加強(qiáng)對(duì)底物的作用，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞周期前行。(2)細(xì)胞周期素依賴(lài)性激酶（細(xì)胞周期素依賴(lài)性激酶（CDK）v一組絲氨酸一組絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶蘇氨酸蛋白激酶v需與需與cyclin形成復(fù)合物行使其催化亞基的功能形成復(fù)合物行使其催化亞基的功能v含有磷酸化活化調(diào)控部位含有磷酸化活化調(diào)控部位v活性受上游的活性受上游的CDK活化激酶的影響活化激酶的影響vCDI可抑制其活性可抑制其活性, 泛素降解泛素降解CDKMG1SG2G0Cyclin D1,D2,D3 +CDK2,4,5,6Cyclin E+CDK2Cyclin A+CDK2Cyclin A,B+cdc2R細(xì)胞周期的調(diào)控細(xì)胞周期

4、的調(diào)控(3)細(xì)胞周期素依賴(lài)性激酶抑制因子（細(xì)胞周期素依賴(lài)性激酶抑制因子（CDI）v 包括包括Ink4 (inhibitor of CDK4)和和 Kip (kinase inhibition protein)v 影響細(xì)胞的影響細(xì)胞的G1期；期；v Ink4 是一組是一組CDK4的抑制蛋白，可與的抑制蛋白，可與CDK4/6結(jié)合，結(jié)合，阻止其與阻止其與cyclin結(jié)合或降低結(jié)合或降低cyclin/CDK 復(fù)合物的穩(wěn)復(fù)合物的穩(wěn)定性；定性；v Kip與與cyclin/CDK復(fù)合物結(jié)合，形成三元體或四元復(fù)合物結(jié)合，形成三元體或四元體抑制體抑制CDK。(4)泛素泛素(ubiquitin)依賴(lài)的蛋白溶解系統(tǒng)

5、依賴(lài)的蛋白溶解系統(tǒng)泛素介導(dǎo)的蛋白水解是一個(gè)普遍的細(xì)胞生化過(guò)程。泛素介導(dǎo)的蛋白水解是一個(gè)普遍的細(xì)胞生化過(guò)程。CDC34（E2 ligase）途徑：水解）途徑：水解CDI，促使細(xì)胞從，促使細(xì)胞從G1期轉(zhuǎn)換到期轉(zhuǎn)換到S期；期；后期促進(jìn)復(fù)合體后期促進(jìn)復(fù)合體(anaphase-promoting complex, APC)途徑：通過(guò)途徑：通過(guò)E3 ligase與有絲分裂后期的抑制與有絲分裂后期的抑制因子和因子和cyclin結(jié)合并將其水解，從而促使細(xì)胞有絲結(jié)合并將其水解，從而促使細(xì)胞有絲分裂中期向后期轉(zhuǎn)變。分裂中期向后期轉(zhuǎn)變。(5)抑癌基因產(chǎn)物抑癌基因產(chǎn)物p53和和Rb蛋白蛋白二者均作用于二者均作用于G1

6、期，阻止期，阻止G1到到S期的轉(zhuǎn)化。期的轉(zhuǎn)化。Rb蛋白在蛋白在G1期呈低磷酸化狀態(tài)，在晚期呈低磷酸化狀態(tài)，在晚G1期，期，S、G2、M期則高磷酸化；期則高磷酸化；低磷酸化低磷酸化Rb與與E2F結(jié)合，抑制其釋放，阻止結(jié)合，抑制其釋放，阻止G1到到S期的轉(zhuǎn)變；高磷酸化期的轉(zhuǎn)變；高磷酸化Rb不能與不能與E2F結(jié)合，不能抑結(jié)合，不能抑制制E2F的功能。的功能。(6)細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)(checkpoint): DNA復(fù)制和染色體復(fù)制和染色體分配質(zhì)量的檢查機(jī)制分配質(zhì)量的檢查機(jī)制檢查點(diǎn)工作方式：探測(cè)器，傳感器，效應(yīng)器。檢查點(diǎn)工作方式：探測(cè)器，傳感器，效應(yīng)器。B. 細(xì)胞外信號(hào)對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控細(xì)胞外

7、信號(hào)對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控細(xì)胞外環(huán)境細(xì)胞因子、激素、基質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)改變細(xì)胞外環(huán)境細(xì)胞因子、激素、基質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)改變影響細(xì)胞周期。影響細(xì)胞周期。v 細(xì)胞周期的驅(qū)動(dòng)力改變；細(xì)胞周期的驅(qū)動(dòng)力改變；v 檢查機(jī)制障礙。檢查機(jī)制障礙。u細(xì)胞周期蛋白（細(xì)胞周期蛋白（cyclin D1）基因的異常擴(kuò)增）基因的異常擴(kuò)增 染色體倒位 染色體易位uCDK的增多（的增多（CDK4/CDK6）uCDI表達(dá)不足和突變表達(dá)不足和突變 InK4失活 Kip含量減少u(mài)檢查點(diǎn)功能障礙檢查點(diǎn)功能障礙以腫瘤為例以腫瘤為例1. 概念概念 細(xì)胞分化：細(xì)胞分化：同一來(lái)源的細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞的分裂增殖產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和功能上有特定差異的子代細(xì)胞。特點(diǎn)：特點(diǎn)：v穩(wěn)定性穩(wěn)

8、定性：一旦確立，分化狀態(tài)便穩(wěn)定存在。v全能性全能性：共同來(lái)源于受精卵，并保留全部信息。v選擇性選擇性：基因表達(dá)呈選擇性開(kāi)閉，是不同分化細(xì)胞表型差異的原因。v可逆性可逆性: :一定條件下細(xì)胞分化可逆轉(zhuǎn)到胚胎狀態(tài)。一、概述干細(xì)胞干細(xì)胞全能干細(xì)胞全能干細(xì)胞 胚胎干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞多能干細(xì)胞多能干細(xì)胞 骨髓造血干細(xì)胞骨髓造血干細(xì)胞定向干細(xì)胞定向干細(xì)胞 紅細(xì)胞系紅細(xì)胞系 細(xì)胞分化是細(xì)胞內(nèi)不同基因在不同階段選擇性細(xì)胞分化是細(xì)胞內(nèi)不同基因在不同階段選擇性激活的結(jié)果，即細(xì)胞內(nèi)不同基因在時(shí)空上有序表達(dá)激活的結(jié)果，即細(xì)胞內(nèi)不同基因在時(shí)空上有序表達(dá)的結(jié)果的結(jié)果.“決定決定”先于分化先于分化 細(xì)胞“決定”（determ

9、ination）：有些基因永久性地關(guān)閉，另一些基因順序表達(dá)，使細(xì)胞具備有某一特定方向分化的能力。細(xì)胞質(zhì)在細(xì)胞決定中的作用細(xì)胞質(zhì)在細(xì)胞決定中的作用細(xì)胞質(zhì)決定子（細(xì)胞質(zhì)決定子（cytoplasmic determinant）：干細(xì)胞所特有的細(xì)胞組分。細(xì)胞分化后決定子一次次地重組，使子細(xì)胞產(chǎn)生差別。細(xì)胞間相互作用細(xì)胞間相互作用位置效應(yīng)：細(xì)胞所在位置，與其他細(xì)胞間的關(guān)系v細(xì)胞間直接接觸進(jìn)行信息傳遞；v細(xì)胞外基質(zhì)、粘附分子、細(xì)胞因子的作用。（1）惡性腫瘤細(xì)胞的異常分化）惡性腫瘤細(xì)胞的異常分化v 低分化低分化v 趨異性分化趨異性分化（2）惡性腫瘤細(xì)胞異常分化的機(jī)制）惡性腫瘤細(xì)胞異常分化的機(jī)制 細(xì)胞的增殖和

10、分化脫耦聯(lián)：細(xì)胞的增殖和分化脫耦聯(lián)： 無(wú)接觸抑制，永生基因表達(dá)失控。v特異性基因表達(dá)受抑制；v胚胎性基因重現(xiàn)表達(dá)。 癌基因和抑癌基因的協(xié)同失衡癌基因和抑癌基因的協(xié)同失衡v癌基因：src, ras, myc, mybv抑癌基因：Rb，p53（3）細(xì)胞分化與腫瘤治療）細(xì)胞分化與腫瘤治療恢復(fù)腫瘤細(xì)胞調(diào)控增殖和分化基因表達(dá)的正常能力，就有可能逆轉(zhuǎn)癌癥。腫瘤細(xì)胞的誘導(dǎo)分化：腫瘤細(xì)胞的誘導(dǎo)分化：在某些物質(zhì)的作用下，惡性腫瘤細(xì)胞可以向正常細(xì)胞演變分化，表現(xiàn)為形態(tài)學(xué)、生物學(xué)和生物化學(xué)方面的指標(biāo)向正常細(xì)胞轉(zhuǎn)變。分化誘導(dǎo)療法：分化誘導(dǎo)療法：運(yùn)用分化誘導(dǎo)劑促使惡性腫瘤細(xì)胞重新分化成為正常細(xì)胞的方法。一、概述CTL腫

11、瘤細(xì)胞腫瘤細(xì)胞CTL正在誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡正在誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡 細(xì)胞凋亡的大致過(guò)程細(xì)胞凋亡的大致過(guò)程v凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)v凋亡基因激活凋亡基因激活v細(xì)胞凋亡的執(zhí)行細(xì)胞凋亡的執(zhí)行v凋亡細(xì)胞的清除凋亡細(xì)胞的清除凋亡誘導(dǎo)因素凋亡誘導(dǎo)因素受體或直接作用受體或直接作用死亡信號(hào)死亡信號(hào)凋亡相關(guān)基因激活凋亡相關(guān)基因激活DNase激活激活Caspases激活激活巨噬巨噬細(xì)胞細(xì)胞吞噬吞噬分解分解凋亡凋亡細(xì)胞細(xì)胞或或繼發(fā)性壞死繼發(fā)性壞死誘導(dǎo)期誘導(dǎo)期執(zhí)行期執(zhí)行期消亡期消亡期細(xì)胞凋亡的分期細(xì)胞凋亡的分期4.凋亡時(shí)細(xì)胞的主要變化凋亡時(shí)細(xì)胞的主要變化細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)改變細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)改變v胞膜空泡化（胞膜空泡化（B

12、lebbing）v固縮固縮(Condensation)v出芽出芽(Budding)v凋亡小體凋亡小體(Apoptotic body)凋亡小體形成凋亡小體形成 胞膜皺縮內(nèi)陷，分割包裹胞質(zhì)，內(nèi)胞膜皺縮內(nèi)陷，分割包裹胞質(zhì)，內(nèi)含含DNA物質(zhì)及細(xì)胞器，形成泡狀小物質(zhì)及細(xì)胞器，形成泡狀小體稱(chēng)為凋亡小體（體稱(chēng)為凋亡小體（apoptosis body） 5. 細(xì)胞凋亡的生化改變細(xì)胞凋亡的生化改變v DNA的片斷化的片斷化v 內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶激活及其作用內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶激活及其作用v Caspase 的激活及其作用的激活及其作用滅活細(xì)胞凋亡的抑制物水解細(xì)胞的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，形成凋亡小體水解凋亡級(jí)聯(lián)中相關(guān)活性蛋白，使

13、蛋白獲得或喪失某種功能誘導(dǎo)型因素誘導(dǎo)型因素：激素和生長(zhǎng)因子失衡、理化因素、免疫因素、微生物學(xué)因素。抑制性因素抑制性因素：細(xì)胞依賴(lài)生長(zhǎng)的細(xì)胞因子和激素。 1. 1. 細(xì)胞凋亡相關(guān)因素細(xì)胞凋亡相關(guān)因素2. 細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)特點(diǎn)特點(diǎn)：多樣性、耦聯(lián)性、同一性、多途性v 胞內(nèi)Ca 2+信號(hào)系統(tǒng)v cAMP/PKA信號(hào)系統(tǒng)v Fas蛋白/Fas配體信號(hào)系統(tǒng)v 神經(jīng)酰胺信號(hào)系統(tǒng)v 二酰甘油/蛋白激酶C（PKC）信號(hào)系統(tǒng)v 酪氨酸蛋白激酶（PTK）信號(hào)系統(tǒng) 細(xì)胞凋亡的三條主要途徑1、膜膜受受體體途途徑徑2、線(xiàn)線(xiàn)粒粒體體途途徑徑3細(xì)細(xì)胞胞核核途途徑徑p53死亡受體通路死亡受體通路凋亡誘導(dǎo)因素

14、凋亡誘導(dǎo)因素死亡受體死亡受體/ /配體的表達(dá)、結(jié)合配體的表達(dá)、結(jié)合Caspase-8活化活化Caspase-3活化活化apoptosisBid活化活化線(xiàn)粒體通路線(xiàn)粒體通路 活化活化線(xiàn)粒體通路線(xiàn)粒體通路時(shí)時(shí) 間間 主主 要要 發(fā)發(fā) 現(xiàn)現(xiàn) 參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn)19941994年首次提出年首次提出線(xiàn)粒體線(xiàn)粒體在細(xì)胞凋亡中是不可缺少的在細(xì)胞凋亡中是不可缺少的 Newmeyer,etNewmeyer,et al. al.19961996年線(xiàn)粒體中年線(xiàn)粒體中細(xì)胞色素細(xì)胞色素C C的釋放引起細(xì)胞凋亡的釋放引起細(xì)胞凋亡 Liu,et al,Liu,et al,5519971997年年 證明證明Caspase

15、-9Caspase-9在細(xì)胞色素在細(xì)胞色素C C和和dATPdATP存在時(shí)存在時(shí) 與與Apaf-1Apaf-1結(jié)合并被激活，再激活結(jié)合并被激活，再激活Caspase-3 Li,et al.Caspase-3 Li,et al.6619981998年年 膜死亡受體通路通過(guò)膜死亡受體通路通過(guò)BidBid作用于線(xiàn)粒體信號(hào)通路作用于線(xiàn)粒體信號(hào)通路 Luo,etLuo,et al. al.242419991999年年 線(xiàn)粒體釋放線(xiàn)粒體釋放Caspase-2,9Caspase-2,9參與凋亡的發(fā)生線(xiàn)粒體參與凋亡的發(fā)生線(xiàn)粒體 SusinSusin S A,et al. S A,et al.88 釋放釋放AI

16、FAIF參與凋亡的發(fā)生參與凋亡的發(fā)生 SusinSusin S A,et al. S A,et al.9920002000年年 線(xiàn)粒體釋放線(xiàn)粒體釋放SmacSmac/DIABLO/DIABLO參與凋亡發(fā)生參與凋亡發(fā)生 Du,etDu,et al al1010. . Verhagen,et Verhagen,et al al111120012001年年 線(xiàn)粒體釋放線(xiàn)粒體釋放核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶G G引起引起“DNADNAladder”ladder” 的產(chǎn)生的產(chǎn)生 Li,et al.Li,et al.1212 線(xiàn)粒體釋放線(xiàn)粒體釋放 SmacSmac樣的絲氨酸蛋白水解酶樣的絲氨酸蛋白水解酶HtrA2

17、/OmiHtrA2/Omi， 后者通過(guò)抑制后者通過(guò)抑制IAPIAP促進(jìn)細(xì)胞凋亡促進(jìn)細(xì)胞凋亡 Suzuki,et al.Suzuki,et al.1919細(xì)胞凋亡線(xiàn)粒體信號(hào)通路研究中的重要發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡線(xiàn)粒體信號(hào)通路研究中的重要發(fā)現(xiàn)3. 3. 細(xì)胞凋亡相關(guān)基因細(xì)胞凋亡相關(guān)基因抑制凋亡基因：抑制凋亡基因：Bcl-2，IAP促進(jìn)凋亡基因：促進(jìn)凋亡基因：wtP53，Bax雙向調(diào)控基因：雙向調(diào)控基因：c-myc，Bcl-x(1) 氧化損傷氧化損傷v 激活P53基因v 活化多聚ADP核糖合成酶，耗竭NAD，ATPv 攻擊細(xì)胞膜的不飽和脂肪酸，脂質(zhì)過(guò)氧化v 激活Ca2+/Mg2+依賴(lài)性的核酸內(nèi)切酶，膜發(fā)泡v

18、Ca2+內(nèi)流增加v 活化轉(zhuǎn)錄因子NF-B，AP-1，激活相關(guān)凋亡基因(2) 鈣穩(wěn)態(tài)失衡鈣穩(wěn)態(tài)失衡v 激活Ca2+ /Mg2+依賴(lài)性的核酸內(nèi)切酶v 激活谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶，催化胞內(nèi)肽鏈間的轉(zhuǎn)移，影響細(xì)胞骨架，促使凋亡小體的形成v 激活核轉(zhuǎn)錄因子，激活相關(guān)基因v Ca2+利于DNA內(nèi)切酶切割DNADNADNA斷裂與斷裂與“梯狀條帶梯狀條帶”NecrosisApoptosisFIGURE 3 SEM of a necrotic cell. Numerous lesions appear on the cell surface.(original magnification: x 5,000) FIGURE 4 SEM of an apoptotic cell. Surface blebbing is evident. (original magnification: x