细胞增殖和凋亡异常与疾病

细胞凋亡与坏死的比较
人民卫生出版社
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细胞凋亡与坏死的比较
坏死
性质
病理性，非特异性
诱导因素 强烈刺激，随机发生
生化特点 被动过程，无新蛋白合成，不耗能
形态变化 细胞肿胀，细胞结构全面溶解破坏
DNA电泳 弥散性降解，电泳呈均一DNA片状
炎症反应 溶酶体破裂，局部炎症反应
凋亡小体 无
基因调控 无
人民卫生出版社
b. 1949
13
细胞周期的调控
细胞周期自身调控 细胞外信号对细胞周期的调控
✓ 诱导增殖信号： GF→cyclin/CDK↑，CKI↓→细胞增殖↑
✓ 抑制增殖信号： TGF-β→cyclin/CDK↓，CKI↑→细胞增殖↓
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人民卫生出版社
细胞周期的调控
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人民卫生出版社
细胞周期自身调控
周期素 细胞周期素依赖性激酶 细胞周期素依赖性激酶抑制因子 细胞周期检查点
凋亡
生理性或病理性，特异性 较弱刺激，非随机发生 主动过程，有新蛋白合成，耗能 细胞皱缩，核固缩细胞结构完整 DNA片段化，电泳呈梯状条带 溶酶体完整，局部无炎症反应
有 有
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细胞凋亡的改变
细胞凋亡的形态学改变
✓ 微绒毛的消失
✓ 空泡化（blebbing）
✓ 固缩（condensation）
✓ 出芽（budding）
Ink4（Inhibitors of kinase4） Kip（kinase inhibitory protein，Kip）
✓ Cip（cdk- interacting protein1） ✓ Waf（wild-type p53 activated fragment1）
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Kip
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。 多阶段、多因素参与有序的调节过程 1953年Havard和Palw：细胞周期
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细胞周期
概念：增殖细胞从上一次分裂结束到下一次分 裂终了的间隔时间（细胞增殖周期）
分期（时相特点）
✓ 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，有丝分裂期）
(T-14) (Y-15)
Cdk 2
cyc E cyc A
P
Cdc25A phosphatase
(T-160)
S phase p rogression
Wee1 kinase famil y
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PP
Cdk
2
cyc E cyc A
P
(T-160)
S phas e arre 32
st
主要内容
细胞周期的概述 细胞周期的调控 细胞周期调控异常与疾病 调控细胞周期与疾病的防治
细胞凋亡概述
人民卫生出版社
48
二. 概念
细胞凋亡是能量依赖的细胞内死亡程序活化而致 的细胞自杀，由基因控制的细胞自主有序的主动死 亡过程。
细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD百度文库 PCD最初是1956年发育生物学中提出的概念，是
个功能性概念，强调的是其分子生物学和生理功能 ，一般指生理性细胞死亡。描述在一个多细胞生物 体中某些细胞死亡是个体发育中的一个预定的，并 受到严格程序控制的正常组成部分。
DNA复制检查点： G1/S交界处 G1期细胞↑→ DNA修复√→ DNA复制
DNA损伤检查点： S/G2交界处 检查DNA复制进度 纺锤体组装检查点 染色体分离检查点
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DNA损伤检查点
GADD45↑
DNA损伤（射线）
p53↑ p21↑
启动凋亡程序
结合PCNA→DNA复制↓
人民卫生出版社
CDK的灭活
调节亚 单位
cyclin
催化亚单 位
竞争性结合
CDK ＋ CKI
抑制CDK活性
Cyclin-CDK
（调控）
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人民卫生出版社
CDK的灭活
23
人民卫生出版社
细胞周期自身调控
周期素 细胞周期素依赖性激酶 细胞周期素依赖性激酶抑制因子 细胞周期检查点
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人民卫生出版社
细胞周期素依赖性激酶抑制因子 （CKI）
Ink4（Inhibitors of kinase 4） Kip（kinase inhibitory protein，Kip）
✓ Cip（cdk- interacting protein1） ✓ Waf（wild-type p53 activated fragment1）
（糖尿病实验模型）
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人民卫生出版社
主要内容
细胞周期的概述 细胞周期的调控 细胞周期调控异常与疾病 调控细胞周期与疾病的防治
人民卫生出版社
42
调控细胞周期与疾病的防治
合理利用增殖相关信号 单抗→EGF↓→乳腺癌增殖↓ NGF→神经细胞增殖↑
调控cyclin 或和 CDK 的表达和活性 单抗/RNAi/反义寡核苷酸→cyclin/CDK表达和活性 转染基因→ cyclin/CDK表达和活性↑
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Ink4
CDK4的抑制蛋白 p16Ink4a、p15Ink4b、p18Ink4c、p19Ink4d等
抑制CDK4活性
✓ 特异地与CDK4/6结合 ✓ 防止CDK4/6与cyclin再结合 ✓ 降低cyclin/CDK复合物的稳定性
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细胞周期素依赖性激酶抑制因子 （CKI）
✓ 染色质边集（margination）
✓ 凋亡小体（apoptosis body）
人民卫生出版社
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细胞凋亡的改变
Normal Cell
人民卫生出版社
Apoptotic Cell 53
细胞凋亡的改变
细胞凋亡的生化改变
✓ DNA的片段化（梯形条带） ✓ 内源性核酸内切酶激活 ✓ caspase的激活
合适后重新活跃到下一时相 ✓ 细胞微环境：细胞外信号、条件等
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主要内容
细胞周期的概述 细胞周期的调控 细胞周期调控异常与疾病 调控细胞周期与疾病的防治
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人民卫生出版社
“for their discoveries of key r egulators of the cell cycle”
United Kingdom
Imperial Cancer Research Fund
London, United Kingdom b. 1943
Sir Paul M. Nurse
United Kingdom
Imperial Cancer Research Fund London, United Kingdom
第二节 细胞凋亡异常与疾病
人民卫生出版社
45
主要内容
细胞凋亡的概述 细胞凋亡的调控 细胞凋亡调控异常与疾病 调控细胞凋亡与疾病的防治
人民卫生出版社
46
一 .细胞凋亡的研究历史
• 1. 凋亡概念的形成和形态学的研究(1972） • 1972年Kerr等在癌症杂志发表论文，首次提出细胞凋亡(apopto
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人民卫生出版社
细胞周期调控异常与疾病
细胞增殖过度 细胞增殖缺陷
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癌症: 导致人类死亡的一个主要原因： 每年新发：1400万 死亡：820万 约15.6人/分钟
中国
每年新发：309万，每天：8465人，约5.9人/分钟 死亡：196万，每天：5370人，约3.7人/分钟
Abnormal Proliferation and Diseases Abnormal Apoptosis and Diseases
p27） ✓ 检查点功能障碍：p53基因突变
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人民卫生出版社
细胞周期调控异常与疾病
细胞增殖过度 细胞增殖缺陷
人民卫生出版社
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细胞增殖缺陷与疾病
增殖缺陷：糖尿病肾病、神经退行性变
增殖缺陷与糖尿病肾病 增殖缺陷的机制：
✓ CKI过表达：p27↑ ✓ pRb：低磷酸化状态 ✓ Cyclin/CDK2/CDK4（-）
（洗发水广告→去头屑？
小肠微绒毛）
✓ G0期细胞（休眠细胞）：肝、肾细胞 ✓ 终端分化细胞（不分裂细胞）：神经、心肌细胞
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人民卫生出版社
细胞周期
特点
✓ 单向性：细胞沿G1→S→G2→M方向推进 ✓ 检查点(Checkpoint) ：各时相交叉处决定细胞周
期是否继续（Arrest ） ✓ 阶段性：细胞可因某种原因而在某时相停滞待条件
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人民卫生出版社
细胞周期分期
• M-期 • 有丝分裂 • 胞质分裂
• 间期 • G1 = M和S期间的间隔 • S = DNA和中心体复制 • G2 = S和M期间的间隔
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有丝分裂
分裂间期
前期
前中期
中期
后期
末期
胞质分裂期
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细胞周期
分类（增殖特性）
✓ 周期性细胞（连续分裂细胞）：表皮、骨髓细胞
CyclinE/CDK2复合物活性↓
pRb-E2F
pRb-P＋游离的E2F↓
G1期阻滞
DNA合成、细胞进入S期↓
G1/S期交界调控示意图
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S期检查点
Cdk 2
cyc E cyc A
Cdk
2
cyc cyc
E A
Cdk7/cyc H
DNA Damage
(sensors) Chk1 kinase
病理生理学
1
病理生理学
（Pathophysiology）
第十一章 细胞增殖和 凋亡异常与疾病
人民卫生出版社
2
增殖
分化
细胞
凋亡
3
第一节 细胞增殖异常与疾病
4
人民卫生出版社
主要内容
细胞周期的概述 细胞周期的调控 细胞周期调控异常与疾病 调控细胞周期与疾病的防治
5
人民卫生出版社
细胞增殖
【细胞增殖】
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人民卫生出版社
调控细胞周期与疾病的防治
调控CKI的表达或和活性 转染基因/放疗/化疗→CKI表达和活性↑ 单抗/RNAi/反义寡核苷酸→CKI表达和活性↓
修复或利用缺陷的细胞周期检查点 p53 →修复缺陷的细胞周期检查点 放疗/化疗→DNA损伤→缺陷周期检查点→DNA损伤细胞↑
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人民卫生出版社
CDK的抑制蛋白 p21kip1、p27kip1和p57kip2等
抑制CDK
N端保守序列-非共价键-cyclin/CDK复合物结合
∣
∣
↘
↙
三元体或四元体
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细胞周期自身调控
周期素 细胞周期素依赖性激酶 细胞周期素依赖性激酶抑制因子 细胞周期检查点
29
人民卫生出版社
29
检查点分类和功能
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2001
Leland H. Hartwell USA
Fred Hutchinson Cancer Research Center Seattle, WA, USA b. 1939
人民卫生出版社
R. Timothy (Tim) Hunt
细胞增殖过度与疾病
增殖过度：肿瘤、肝肺肾纤维化、前列腺肥大、 类风湿性关节炎
细胞增殖过度与肿瘤
✓ Cyclin增多：cyclin D、E ↑ 乳腺癌、B细胞淋巴瘤、胃肠癌、食道癌 机制：基因扩增、染色体倒位、染色体易位
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细胞增殖过度与疾病
细胞增殖过度与肿瘤
✓ CDK增多：CDK1、2、4、6↑ ✓ CKI表达不足和突变：InK4失活和Kip↓（p16/p21/
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人民卫生出版社
主要内容
细胞凋亡的概述 细胞凋亡的调控 细胞凋亡调控异常与疾病 调控细胞凋亡与疾病的防治
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人民卫生出版社
细胞周期素依赖性激酶（CDK）
CDK
✓ 丝氨酸/苏氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶 ✓ CDK家族：CDK l～9
CDK的调控
✓ 活化：Cyclin CDK活化激酶（CAK）
CDK自身的磷酸化
✓ 灭活：CKI/泛素化（ubiquitin）降解
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人民卫生出版社
CDK的活化
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sis)的概念。宣告了对细胞凋亡的真正探索的开始。
• 2．DNA的降解和内源性核酸内切酶的参与。(1987） • 3. 蛋白质水解酶活化的研究(1995) • 4. 细胞膜的变化(1997) • 5. 线粒体的变化和分子生物学的研究(1998-)
• 1) 相关基因及调控 • 2）信号转导 • 3）各种分子及其相互作用及相互关系 • 4）疾病机制的阐明，以及新疗法的探索及问世。
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周期素（cyclin）
B
E
A
D
G0
G1
S G2 M
G1
S
G2 M
各时相cyclin的表达和相对浓度
人民卫生出版社
G0 17
周期素（cyclin）
调节亚 单位
cyclin
CD K
Cyclin－CDK
催化亚
单位
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人民卫生出版社
细胞周期自身调控
周期素 细胞周期素依赖性激酶 细胞周期素依赖性激酶抑制因子 细胞周期检查点