2022年醫(yī)學專題-第14章-細胞增殖調(diào)控與癌細胞

第十四章細胞增殖(zēngzhí)調(diào)控與癌細胞

第一頁，共六十頁。第一節(jié)細胞(xìbāo)增殖的調(diào)控第二節(jié)癌細胞第二頁，共六十頁。第一節(jié)細胞增殖(zēngzhí)調(diào)控MPF的發(fā)現(xiàn)及其作用P34cdc2激酶的發(fā)現(xiàn)及其與MPF的關系周期蛋白CDK和CDK抑制因子細胞周期運轉調(diào)控其他(qítā)因素在細胞周期調(diào)控中的作用第三頁，共六十頁。細胞周期中的檢驗(jiǎnyàn)點細胞周期檢驗點是細胞周期調(diào)控的一種機制,主要是確保周期每一時相事件的有序、全部完成并與外界環(huán)境因素相聯(lián)系。G1/S檢驗點：start點(酵母)或R點(動物)，控制細胞由靜止(jìngzhǐ)狀態(tài)的G1進入DNA合成期，檢查DNA是否損傷？細胞外環(huán)境是否適宜？G2/M檢驗點：是決定細胞一分為二的控制點，檢查DNA是否損傷？細胞體積是否足夠大？中-后期檢驗點（紡錘體組裝檢驗點）：檢查染色體是否完全分離。第四頁，共六十頁。一、MPF的發(fā)現(xiàn)(fāxiàn)及其作用(Maturation-promotingfactor，

Mitosis-promotingfactor)卵細胞促成熟因子

或細胞促分裂(fēnliè)因子或M期促進因子M期細胞與G1、S、G2期細胞融合誘導PCC（早熟染色體凝縮）：提示(tíshì)M期細胞存在誘導PCC的因子第五頁，共六十頁。(a)用非洲爪蟾M期的卵細胞細胞提取物注射(zhùshè)非洲爪蟾的卵母細胞,注射的細胞提取物驅使卵母細胞進入M期,使核破裂,并形成紡錘體。(b)用細胞間期的提取物注射卵母細胞,不能驅使卵母細胞進入M期。第六頁，共六十頁。MPF的生化(shēnɡhuà)實質MPF是一種使多種底物蛋白(dànbái)磷酸化的蛋白(dànbái)激酶：M期周期蛋白依賴性蛋白激酶(Cyclin-dependentproteinkinase，ＣＤＫ)，由Cyclin-Cdk形成的復合物。MPF=p34cdc2蛋白激酶(Cdk1)+cyclinB周期蛋白啟動細胞從G2期進入M期的相關事件。第七頁，共六十頁。2001年10月8日美國人Leland

Hartwell、英國人PaulNurse、Timothy

Hunt因對細胞周期調(diào)控機理(jīlǐ)的研究而榮獲諾貝爾生理醫(yī)學獎。第八頁，共六十頁。二、周期(zhōuqī)蛋白特點：在細胞周期中呈周期性變化(biànhuà)。含有一段約100個氨基酸的保守序列，稱為周期蛋白框，介導周期蛋白與CDK結合。作用：激活CDK，引導CDK作用于不同底物。G1型周期蛋白在細胞周期中存在的時間相對較短，M型周期蛋白在細胞周期中則相對穩(wěn)定。第九頁，共六十頁。圖14-4部分周期蛋白(dànbái)分子結構特征第十頁，共六十頁。不同類型的周期(zhōuqī)蛋白時相蛋白激酶周期蛋白G2→MCdk1周期蛋白A，BG1

Cdk2周期蛋白D1，D2，D3G1→SCdk2周期蛋白ESCdk2周期蛋白A?Cdk3?G1

Cdk4周期蛋白D1，D2，D3第十一頁，共六十頁。第十二頁，共六十頁。四、CDK和CDK抑制(yìzhì)因子細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependentkinase，CDK)。

只有與細胞周期蛋白結合才具有激酶的活性。已知的CDK均含有一段相似的激酶結構域，這一區(qū)域(qūyù)有一段保守序列，即PSTAIRE，與周期蛋白的結合有關。細胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子(yīnzǐ)（CDKinhibitor,CDKI）對細胞周期起負調(diào)控作用，如Ｐ２１。第十三頁，共六十頁。五、細胞周期運轉(yùnzhuǎn)調(diào)控Cyclin-Cdk---調(diào)控(diàokònɡ)細胞周期的引擎：不同的周期蛋白與不同的CDK結合，構成不同的Cyclin-Cdk；不同的Cyclin-Cdk在不同的時相表現(xiàn)活性，影響不同的下游事件。G2/M期轉化與CDK1激酶的關鍵性調(diào)控作用

CDK1激酶使一些蛋白磷酸化如將核纖層蛋白磷酸化導致核纖層解體、核膜消失；將H1磷酸化導致染色體的凝縮等。M期周期蛋白與分裂中期向分裂后期轉化G1/S期轉化與G1期周期蛋白依賴性CDK激酶第十四頁，共六十頁。（一）G2/M期轉化與CDK1激酶的關鍵性調(diào)控(diàokònɡ)作用周期蛋白在CDK1激酶(jīméi)活性調(diào)節(jié)中的作用CDK1(Cdc2)激酶（ＭＰＦ）與周期蛋白B

(CyclinB)結合,

CyclinB在G1期開始合成，通過S期到G2期達到(dádào)最大含量，MPF開始表現(xiàn)激酶活性，到G2晚期MPF活性到達最大并維持到M期的中期階段第十五頁，共六十頁。CDK1激酶(jīméi)活性的調(diào)控磷酸化去磷酸化CDK1激酶的活性除與周期蛋白B結合外,還需要(xūyào)其它因素的參與第十六頁，共六十頁。（二）M期周期(zhōuqī)蛋白與分裂中期向分裂后期轉化細胞周期運轉到中期后，M期周期蛋白A和B降解，CDK1激酶(jīméi)活性喪失，蛋白去磷酸化，細胞周期由中期向后期轉化。分裂后期促進因子（anaphasepromotingcomplexAPC）活性與周期蛋白A和B降解密切相關,是分裂中期向分裂后期轉化的關鍵因素。第十七頁，共六十頁。細胞周期中周期蛋白水平(shuǐpíng)的調(diào)節(jié)泛素由76個氨基酸組成，高度保守，普遍存在于真核細胞。共價結合泛素的蛋白質能被蛋白酶體識別和降解，這是細胞內(nèi)短壽命蛋白和一些(yīxiē)異常蛋白降解的普遍途徑。第十八頁，共六十頁。（三）G1/S期轉化與G1期周期(zhōuqī)蛋白依賴性CDK激酶G1期周期(zhōuqī)蛋白主要包括周期(zhōuqī)蛋白D、E和A。

cyclinD－CDK4或CDK6復合物：G1期cyclinE－CDK2復合物：G1/S期cyclinA－CDK2復合物：DNA復制(fùzhì)因子RF-A

S期第十九頁，共六十頁。cellcycleregulation酵母(jiàomǔ)動物(dòngwù)第二十頁，共六十頁。六、其他因素在細胞周期調(diào)控(diàokònɡ)中的作用第二十一頁，共六十頁。第二十二頁，共六十頁。

p53蛋白(dànbái)在細胞周期調(diào)控中的作用

抑癌基因蛋白-p53蛋白在出現(xiàn)損傷DNA時,穩(wěn)定性提高,提高了濃度。p53作為轉錄激活因子誘導p21CIP的表達,p21CIP是細胞周期蛋白-蛋白激酶的抑制因子,它能夠抑制Cdk1-,Cdk2-,Cdk3-,Cdk4-周期蛋白復合物,p21CIP同這些Cdk-周期蛋白復合物結合后使細胞(xìbāo)阻止在G1期或G2期,抑制腫瘤的發(fā)生。第二十三頁，共六十頁。第二節(jié)癌細胞

比喻：動物體（人）—一個特殊的“社會”（society）;

細胞—“社會”中的個體（individuals）;

原則—“個體”的自我犧牲（self-sacrifice）;

癌細胞—“社會”中的“不軌分子”（違反上述原則，“瘋狂增殖”）。相關事件：基因突變；DNA復制；DNA修復；細胞周期；細胞凋亡；細胞分化；基因(jīyīn)調(diào)控；……第二十四頁，共六十頁。

過程(guòchéng)：致癌因子（carcinogens）：環(huán)境的，遺傳的，內(nèi)源的，……相關基因（cancer-criticalgenes）的突變基因突變的積累基因表達譜式的改變細胞活動的異常（周期，粘附性，凋亡，移動性，……）癌細胞的產(chǎn)生第二十五頁，共六十頁。

本質：體細胞基因組的改變（突變的積累）；癌癥(áizhènɡ)是由眾多因素引發(fā)的“基因病”（genedisorder）（體細胞）；有別于通過性細胞傳遞的“遺傳病”（geneticdisorder）

第二十六頁，共六十頁。一、癌細胞的特征

腫瘤（tumor）良性腫瘤（benign）：不轉移（分裂失控）惡性腫瘤（malignant）:轉移、侵潤上皮組織：癌（carcinoma）

癌（cancer）結締組織和肌肉：肉瘤（sarcoma）其他（血液）：白血病等（leukemia)第二十七頁，共六十頁。

特征（p311，五個特點）：1，生長和分裂失控(shīkònɡ)“永生”細胞（immortal）；細胞核增大；

分裂快；低分化，……宮頸癌細胞(xìbāo)特征A:normal;B:precancerous;C:invasivecarcinoma第二十八頁，共六十頁。2、具有(jùyǒu)浸潤性和擴散性（圖14-13）第二十九頁，共六十頁。

3，細胞間相互作用改變細胞表面膜蛋白（e.g.,受體蛋白）改變，引起(yǐnqǐ)細胞間相互作用的改變（如：粘附性改變，易于附著生長，逃避免疫系統(tǒng)的監(jiān)視和殺傷，etc.）。第三十頁，共六十頁。

4，表達譜改變和蛋白活性改變

主要特征：

?出現(xiàn)胚胎細胞(xìbāo)中的蛋白（與低分化程度有關）；

?端粒酶活性增高（與無限分裂增殖有關）；

?異常表達與癌的發(fā)生發(fā)展相關的蛋白（e.g.,細胞周期調(diào)控、凋亡、粘附、細胞擴散和移動性等）；

?癌蛋白和抑癌蛋白的表達及活性的變化（見下）。第三十一頁，共六十頁。

5，體外培養(yǎng)的惡行轉化細胞的特征培養(yǎng)的癌細胞系：是研究癌的重要材料。惡性轉化（malignanttransformation）：培養(yǎng)細胞能象在體內(nèi)一樣不斷分裂生長；不斷繼代(jìdài)，建立癌細胞系。

特征：?無限增殖，永生化；

?貼壁性下降或不貼壁（懸?。?/p>

?接觸抑制性（contactinhibition）喪失。第三十二頁，共六十頁。培養(yǎng)的癌細胞接觸(jiēchù)抑制性的喪失第三十三頁，共六十頁。二、癌基因和抑癌基因（cancer-criticalgenes）1，原癌基因（proto-oncogenes）和癌基因（oncogenes）

?原癌基因：為細胞的正?；颍嗑幋a控制細胞周期、細胞凋亡、細胞增殖的各種調(diào)控因子(yīnzǐ)和活性蛋白，是細胞正常功能所必需；

?癌基因：為原癌基因的突變形式，或改變了表達方式（過量、產(chǎn)物活性的改變，等），其結果是引起正常細胞的癌變。第三十四頁，共六十頁。發(fā)現(xiàn)：

Roussarcomavirus(攜帶Src基因），能引起雞癌變；雞的細胞中發(fā)現(xiàn)也有Src的同源基因，編碼一種調(diào)控細胞分裂的蛋白激酶。以后發(fā)現(xiàn)眾多的逆轉錄病毒中均有細胞中相應的癌基因；分別稱為：病毒癌基因（v-oncogenes）和細胞癌基因（c-oncogenes）現(xiàn)已知v-oncogenes是逆轉錄病毒從宿主細胞中拷貝過來(guò〃lái)的。種類：生長因子及其受體；信號轉導通路中的蛋白；轉錄因子；細胞周期調(diào)控蛋白；細胞凋亡相關蛋白，etc.第三十五頁，共六十頁。原癌基因轉變(zhuǎnbiàn)為癌基因第三十六頁，共六十頁。2，抑癌基因（tumor-suppressorgenes）

發(fā)現(xiàn)：有一類基因的失活也能引起癌變(áibiàn)。e.g.,a.視網(wǎng)膜母細胞瘤是由于Rb

基因突變失活而引起的；

b.p53基因：50％的腫瘤中發(fā)現(xiàn)p53的突變；作用：細胞周期調(diào)控；促進細胞凋亡；維持遺傳穩(wěn)定性（p53突變使細胞逃脫DNA

損傷的監(jiān)控系統(tǒng)而進入分裂）第三十七頁，共六十頁。3，小結癌基因和抑癌基因的對比：

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癌基因抑癌基因

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細胞增殖的正調(diào)控(diàokònɡ)因子細胞增殖的負調(diào)控因子

gain-of-functionloss-of-function

顯性（dominant）隱性（recessive）

________________________________________________第三十八頁，共六十頁。三、基因突變積累—癌的發(fā)生癌的發(fā)生是由多個相關基因(cancer-criticalgenes)突變的共同作用引起的；并不是基因組的每一次突變都被積累下來，細胞中有DNA損傷修復機制，及復制糾錯機制，阻止突變細胞繼續(xù)分裂；當細胞逃脫了糾錯機制的監(jiān)控進入分裂，就有可能轉變?yōu)榘┘毎?；而癌細胞的快速增殖助長了有害突變的積累；環(huán)境中的各種誘變因素（輻射(fúshè)、化學誘變劑、病毒……）增加突變幾率，誘發(fā)癌癥。這種作用也是可積累的。第三十九頁，共六十頁。事實：移民群體中（各種）癌的發(fā)生率接近居住國的平均水平，而不是其本民族的水平。暗示癌癥發(fā)生中，環(huán)境因素的作用大于遺傳因素。據(jù)認為，80－90％的癌癥是可以避免的，至少(zhìshǎo)是可以延遲的！建議：始終注意避免環(huán)境中能夠誘發(fā)，或促進癌癥發(fā)生的因素。（積累?。┑谒氖?，共六十頁。輻射(fúshè)對癌的誘發(fā)自然環(huán)境：太陽(tàiyáng)的紫外線、外層空間的宇宙射線、自然發(fā)生的放射性元素的放射性。醫(yī)療、工業(yè)和軍事活動中人為產(chǎn)生的高能輻射。誘發(fā)機理與DNA突變有關。第四十一頁，共六十頁。圖14-24化學和UV致癌物的作用機制

圖中隨機挑選了p53基因中7個密碼子，這些密碼在人的癌癥病人中有50%會發(fā)生缺失或突變。圖中顯示(xiǎnshì)了幾種不同致癌物，包括苯并芘(Benzo[a]pyrene),它是在香煙的煙霧中發(fā)現(xiàn)的、黃曲霉毒素B1、陽光中的紫外光等作用于該序列引起突變的機理。每一種致癌物都引起一種不同的堿基置換。圖中也顯示了由于內(nèi)源代謝引起的脫氨作用，也會導致C→T突變。第四十二頁，共六十頁。腫瘤發(fā)生的進程(jìnchéng)（progression）●為什么大多數(shù)細胞都不會發(fā)生癌變？細胞的惡性轉化需要發(fā)生多個遺傳改變，即一個細胞發(fā)生多次遺傳突變。腫瘤發(fā)生是一個漸進式的過程，涉及多級反應和突變的積累。例子：結腸癌(colon)和星形細胞瘤(astrocytoma，一種(yīzhǒnɡ)腦瘤),它們的癌變過程是先后發(fā)生幾種突變并積累的過程（圖14-25）。第四十三頁，共六十頁。圖14-25結腸癌和腦瘤惡性轉變的多步發(fā)展過程

圖中的組織學照片揭示結腸癌和腦瘤由正常細胞→轉變成良性腫瘤→轉變成惡性腫瘤的發(fā)展過