细胞增殖异常与疾病
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肿瘤细胞，表皮，呼吸、消化、生殖道粘膜上皮，淋巴 造血细胞、间皮细胞
不分裂细胞 ( nondividing cell)：
神经元、骨骼肌、心肌细胞
静止细胞 (quiescent cell) （ G0期）
腺体或腺样器官的实质细胞、间叶细胞：肝细胞等
细胞周期的调控
（Regulation of the cell cycle）
Hale Waihona Puke Baidu
细胞周期素（Cyclin） 细胞周期素依赖性激酶（Cyclin-dependent kinase, CDK) 细胞周期调控机制的核心 细胞周期素依赖性激酶抑制剂（CDK inhibitor, CKI)
• Cyclin
Cyclin A 、Cyclin B、Cyclin C、Cyclin E、 Cyclin D1, D2, D3、 Cyclin H
细胞周期分期 G1→S→G2→M
G1期：DNA合成前期（RNA和蛋白质合成) Interphase S期：DNA合成期(DNA复制、组蛋白和非组蛋白合
成）
M phase
G2期：分裂前期（微丝、微管蛋白，成熟因子等合成） M期：分裂期
三类细胞： 持续分裂细胞(continuously dividing cell)：
合物的磷酸化活化部位，抑制CDK
的激酶活性。
▲
P16INK4a通过结合CDK4单体，
阻断它与cyclins的结合。
■细胞周期校验点（Checkpoint
）
细胞内存在监控机制—校验点
DNA 损伤校验点 G1/S Checkpoint DNA复制校验点 S 复制后DNA是否损伤 G2/M 纺锤体组装校验点
DNA病毒: SV40、HPV、腺病毒等
P53蛋白失活
■ G2/M 交界处失察
G2/M交界处
DNA双链断裂 激活DNA损伤检查点 阻止细胞进入M期
诱导修复基因转录
完成断裂的DNA修复 ▲失去G2/M检查点的阻滞作用 染色体发生重排、丢失
Cyclin周期变化图
作用： 激活CDK,决定 CDK何时将何种底物磷酸化 而推动细胞周期进行
Cyclins主要通过泛素化降解
CDK:
一组丝氨酸 /苏氨酸蛋白激酶 CDK1、CDK2、CDK3、CDK4、CDK5、 CDK6、CDK7
CDK与Cyclin结合形成复合物，磷酸化而激 活 控制G1期：CDK4、CDK6、CDK2 控制S和G2期： CDK2 控制M期： CDK1
细胞增殖异常与疾病
细胞增殖异常与疾病
概述 细胞周期调控 细胞周期相关的癌基因和抑癌基因 细胞增殖异常与疾病
细胞增殖活性的检测方法
概述：
细胞是机体内最基本的结构和功能单位 细胞的生长和增殖形成了生物体的生长繁衍 细胞的异常增殖可能导致机体的疾病
【 细胞增殖】 细胞分裂和生长的过程 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
【CDK活化与调控细胞周期】
▲ CDK2与cyclin E结合， CDK4、CDK6与cyclin D1、D2、D3结合 pRb磷酸化 游离E2F释放↑ DNA合成 ▲CDK2与cyclin E和A结合后 ▲CDK1与cyclin A结合 识别染色体ARS 启动G1期 启动S期 促进S期
启动G2期
2. 细胞周期监控机制受损
(Impairment of checkpoint system)
主要原因：G1/S、G2/M检查点异常 失察结果：探测DNA损伤功能降低
（如发现不了DNA损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等）
■
G1/S交界处失察
进入S期
▲P53
DNA损伤
G1/S检查 细胞凋亡
▲P53突变或丢失
修复成功
损伤DNA修复 修复失败
停顿G1期
下调bcl-2表达、激活bax 基因
P53
易发生细胞癌变
致变剂
检测点检查功能↓ 遗传不稳定性 复制忠实性↓
人类肿瘤p53基因突变热点和频率
肿瘤型 突变频率（%） 突变热点 肺癌 56 157，248，273 结肠癌 50 175，245，248，273 食管癌 45 不确定 卵巢癌 44 273 胰腺癌 44 273 皮肤癌 44 248、278 胃癌 41 不确定 头颈鳞癌 37 248 膀胱癌 34 280 肿瘤型 突变频率（%） 突变热点 前列腺癌 30 不确定 肝细胞癌 45 249 胶质癌 25 175、248 乳腺癌 22 175、248、273 子宫内膜癌 22 248 甲状腺癌 13 248、273 白血病 12 175、248 宫颈癌 7 273 软组织肉瘤 31 不确定
基因突变 Cyclin D1 T286突变 Cyclin D1↑
Cyclin D1泛素化受阻
【Cyclin D过表达致肿瘤机制】 Cyclin D 过表达 + 生长因子
CDKs瀑布效应↑
细胞增殖过度
易发生细胞癌变
■
CDK 表达异常
主要见于CDK4、CDK6过表达。
CDK4↑+ cyclin D结合↑
细胞周期处在“易于”被启动状态 易发生细胞癌变
▲
Kip/Cip含量减少（Deficient expression of Kip/Cip） P21cipl cyclins/CDKs活性↓ 细胞周期速度↓
DNA聚合酶δ 的辅助因子（PCNA）
阻滞DNA复制
【Mechanism】 p53基因突变 P21cip1转录↓ DNA受损细胞增殖↑
启动M期
▲CDK1与cyclin B1结合+ MPF（Mitosis promoting factor)
【CDKs活化部位与抑制部位】
▲活化部位(CDK1Thr161)磷酸化：
CAK对CDK1活化部位磷酸化
▲抑制部位（CDK1Thr14、Tyr15）去磷酸化：
依赖于P80cdc25酶作用
Thr14、Tyr15抑制部位去磷酸化
■ TGF-β
可刺激纤维母细胞增殖
可下调cyclinD1和CDK4的表达和促进P21wafl、 P27kipl和P15ink4b等产生，使其他类型细胞阻滞在 G1期。
■ 细胞生长条件不具备 P16INK4a和P15INK4b增加，并抑制Cyclin
D
-CDK4/6复合物的功能，细胞阻滞G1期。
3 细胞周期相关的癌基因和抑癌基因
Cyclin B与CDK1结合、磷酸化
CDK1活化
CAK对CDK1活化部位的磷酸化
Cell cycle
CAK： CDK活化激酶（CDK activation kinase） 使 CDK1的Thr161部位磷酸化
•CKI
可特异性抑制CDK的活性
▲Ink4（inhibitor of cdk4)： P16INK4a、P15INK4b、P18INK4c和P19INK4d
抑癌基因突变后，不表达或表达无功能的产物，失 去对细胞增殖的抑制作用，使细胞出现过度增殖
细胞周期异常与疾病
细胞过度增殖或不足的本质是细胞周期调控异常。
--细胞周期的驱动失控（Cyclin、CDK和 CKI表达异常） --监控（检查）机制受损（The impairment of checkpoint system）
细胞增殖异常与相关疾病
增殖异常 再生障碍性贫血 前列腺肥大 动脉粥样硬化 家族性红细胞增多症 增殖分化异常 恶性肿瘤 畸胎瘤 先天畸形 X-连锁-球蛋白缺乏症 高IgM血症
恶性肿瘤细胞增殖异常机制
肿瘤细胞最显著的特点
生长失控和幼稚化（不分化） 细胞不进入G0期，持续处于细胞周期
1．细胞周期驱动机制失控 Cyclins过表达（Overexpression of cyclins） 多种肿瘤cyclinD1、cyclinE过表达 ●基因扩增 Cyclin D1过表达的主要原因 乳腺癌、胃癌、食管癌存在Cyclin D1基因 扩增过度
癌基因
sis癌基因
编码PDGF，可刺激具有该受体的肿瘤细胞 增殖
fms癌基因 编码CSF-1受体中一条肽链 CSF-1刺激骨髓细胞增殖
ras癌基因 编码细胞膜上单链鸟苷酸结合蛋白-小G蛋白 当信号从细胞膜传到ras蛋白→ raf蛋白（具有丝氨酸、 苏氨酸蛋白激酶活性）活化→MAPK (Mitogen – activated protein kinase)磷酸化，促进细胞周期 N: Ras-GTP激活下游信号分子 Ras 蛋白具GTPase活性, 能水解结合的GTP，灭活 Ras蛋白活性 ras点突变，失去 GTPase活性，使Ras蛋白活性长期保 持
●染色体倒位（Chromosome inversion） Cyclin D1基因倒位于甲状旁腺启动子控制下 Cyclin D1蛋白合成↑ 甲状旁腺腺癌
●染色体易位（Chromosome translocation)
Bcl-1 t(11:14) (q13:q32)易位 Cyclin D1受Ig重链基因增强子影响 Cyclin D1表达↑
• G2期：Cdc25(P80)
一个蛋白激酶结合在损 伤的DNA上，激活Chk1 （checkpoint kinase）,
Chk1使Cdc25失活，使 其不能活化cdc2，导致 细胞周期中断。
CDC25为一种磷酸酶
Cdc2基因的产物为CDK1 ， Cdc2为启动有丝分裂所必 须
MPF：mitosis promoting factor
Regulation of the cell cycle
Regulation of the cell cycle Regulation of the cell cycle by extracellular signals
by intracellular signals
1 、细胞周期自身调控机制
Key spot：Cyclin、 CDKs、 CKI、Checkpoint of cell cycle
2
影响细胞周期的细胞外因素
G1期存在一个“限定点”（restriction point），决定细
胞是否进入周期。这“限定点”主要受细胞外信号的调控。
■ 刺激信号（生长因子
） EGF、IGF、IL
生长因子通过ras途 径，激活MAPK， MAPK进入细胞核 内，促进细胞增殖 相关基因的表达。 如通过一种未知的 途径激活c-myc， myc作为转录因子促 进cyclin D、E2F等 G1-S有关的许多基 因表达，细胞进入 G1期
特异性抑制 CDK4-CyclinD1、CDK6-CyclinD1复合物
▲Cip/Kip： (cyclin inhibition protein/kinase inhibition protein) p21Cipl、P27Kip1和P57Kip1 抑制 多数CDK活性
【抑制途径】
▲
CKIs通过直接结合CDK-cyclin复
CDK4/cyclin D↑
pRb
CDKs表达↑
细胞增殖过度 G1/S过渡加速
pRb磷酸化↑ E2F ↑
■
CKI表达不足和突变
肿瘤细胞中常出现CKI表达不足或突变。
▲p16 InK4基因失活
突变或缺失、染色体易位、p16 【Mechanism】
InK4高度甲基化。
p16 InK4基因表达↓
CDK4与cyclin D结合↓
细胞增殖↓、分化不良→
组织器官发育不全 →
细胞增殖↑、分化不全(低分化、去分化或逆分化)
肿瘤发生
【细胞增殖过程】
细胞生长
细胞
DNA复制
周期
细胞分裂
【 细胞周期】（ 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.
myc癌基因
编码一种核内DNA结合蛋白（起转录因子作 用），促进一些细胞分裂所需基因的转录
c-jun和c-fos癌基因 编码转录因子AP-1的亚基，AP-1能调节许多基 因转录，参与细胞增殖调节
N:只在有丝分裂元刺激后短暂表达
抑癌基因 抑癌基因表达产物 CDK抑制物： P15、P16、P21、P27等 抑制细胞周期的蛋白： P53、Rb
--校验点系统通过促进抑制通路或抑制激活通路使细胞周
期停止
--校验点丢失可导致基因组的不稳定 → 正常细胞转化为 肿瘤细胞
【Check mechanism】
• G1/S期：P53
DNA损伤→P53水平上调， 磷酸化P53上调 p21Cipl基因 转录，P21Cipl能与多种 CDK-cyclin复合物结合，抑 制CDKs的激活，阻滞G1/S 的过渡，为DNA修复提供足 够时间
不分裂细胞 ( nondividing cell)：
神经元、骨骼肌、心肌细胞
静止细胞 (quiescent cell) （ G0期）
腺体或腺样器官的实质细胞、间叶细胞：肝细胞等
细胞周期的调控
（Regulation of the cell cycle）
Hale Waihona Puke Baidu
细胞周期素（Cyclin） 细胞周期素依赖性激酶（Cyclin-dependent kinase, CDK) 细胞周期调控机制的核心 细胞周期素依赖性激酶抑制剂（CDK inhibitor, CKI)
• Cyclin
Cyclin A 、Cyclin B、Cyclin C、Cyclin E、 Cyclin D1, D2, D3、 Cyclin H
细胞周期分期 G1→S→G2→M
G1期：DNA合成前期（RNA和蛋白质合成) Interphase S期：DNA合成期(DNA复制、组蛋白和非组蛋白合
成）
M phase
G2期：分裂前期（微丝、微管蛋白，成熟因子等合成） M期：分裂期
三类细胞： 持续分裂细胞(continuously dividing cell)：
合物的磷酸化活化部位，抑制CDK
的激酶活性。
▲
P16INK4a通过结合CDK4单体，
阻断它与cyclins的结合。
■细胞周期校验点（Checkpoint
）
细胞内存在监控机制—校验点
DNA 损伤校验点 G1/S Checkpoint DNA复制校验点 S 复制后DNA是否损伤 G2/M 纺锤体组装校验点
DNA病毒: SV40、HPV、腺病毒等
P53蛋白失活
■ G2/M 交界处失察
G2/M交界处
DNA双链断裂 激活DNA损伤检查点 阻止细胞进入M期
诱导修复基因转录
完成断裂的DNA修复 ▲失去G2/M检查点的阻滞作用 染色体发生重排、丢失
Cyclin周期变化图
作用： 激活CDK,决定 CDK何时将何种底物磷酸化 而推动细胞周期进行
Cyclins主要通过泛素化降解
CDK:
一组丝氨酸 /苏氨酸蛋白激酶 CDK1、CDK2、CDK3、CDK4、CDK5、 CDK6、CDK7
CDK与Cyclin结合形成复合物，磷酸化而激 活 控制G1期：CDK4、CDK6、CDK2 控制S和G2期： CDK2 控制M期： CDK1
细胞增殖异常与疾病
细胞增殖异常与疾病
概述 细胞周期调控 细胞周期相关的癌基因和抑癌基因 细胞增殖异常与疾病
细胞增殖活性的检测方法
概述：
细胞是机体内最基本的结构和功能单位 细胞的生长和增殖形成了生物体的生长繁衍 细胞的异常增殖可能导致机体的疾病
【 细胞增殖】 细胞分裂和生长的过程 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
【CDK活化与调控细胞周期】
▲ CDK2与cyclin E结合， CDK4、CDK6与cyclin D1、D2、D3结合 pRb磷酸化 游离E2F释放↑ DNA合成 ▲CDK2与cyclin E和A结合后 ▲CDK1与cyclin A结合 识别染色体ARS 启动G1期 启动S期 促进S期
启动G2期
2. 细胞周期监控机制受损
(Impairment of checkpoint system)
主要原因：G1/S、G2/M检查点异常 失察结果：探测DNA损伤功能降低
（如发现不了DNA损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等）
■
G1/S交界处失察
进入S期
▲P53
DNA损伤
G1/S检查 细胞凋亡
▲P53突变或丢失
修复成功
损伤DNA修复 修复失败
停顿G1期
下调bcl-2表达、激活bax 基因
P53
易发生细胞癌变
致变剂
检测点检查功能↓ 遗传不稳定性 复制忠实性↓
人类肿瘤p53基因突变热点和频率
肿瘤型 突变频率（%） 突变热点 肺癌 56 157，248，273 结肠癌 50 175，245，248，273 食管癌 45 不确定 卵巢癌 44 273 胰腺癌 44 273 皮肤癌 44 248、278 胃癌 41 不确定 头颈鳞癌 37 248 膀胱癌 34 280 肿瘤型 突变频率（%） 突变热点 前列腺癌 30 不确定 肝细胞癌 45 249 胶质癌 25 175、248 乳腺癌 22 175、248、273 子宫内膜癌 22 248 甲状腺癌 13 248、273 白血病 12 175、248 宫颈癌 7 273 软组织肉瘤 31 不确定
基因突变 Cyclin D1 T286突变 Cyclin D1↑
Cyclin D1泛素化受阻
【Cyclin D过表达致肿瘤机制】 Cyclin D 过表达 + 生长因子
CDKs瀑布效应↑
细胞增殖过度
易发生细胞癌变
■
CDK 表达异常
主要见于CDK4、CDK6过表达。
CDK4↑+ cyclin D结合↑
细胞周期处在“易于”被启动状态 易发生细胞癌变
▲
Kip/Cip含量减少（Deficient expression of Kip/Cip） P21cipl cyclins/CDKs活性↓ 细胞周期速度↓
DNA聚合酶δ 的辅助因子（PCNA）
阻滞DNA复制
【Mechanism】 p53基因突变 P21cip1转录↓ DNA受损细胞增殖↑
启动M期
▲CDK1与cyclin B1结合+ MPF（Mitosis promoting factor)
【CDKs活化部位与抑制部位】
▲活化部位(CDK1Thr161)磷酸化：
CAK对CDK1活化部位磷酸化
▲抑制部位（CDK1Thr14、Tyr15）去磷酸化：
依赖于P80cdc25酶作用
Thr14、Tyr15抑制部位去磷酸化
■ TGF-β
可刺激纤维母细胞增殖
可下调cyclinD1和CDK4的表达和促进P21wafl、 P27kipl和P15ink4b等产生，使其他类型细胞阻滞在 G1期。
■ 细胞生长条件不具备 P16INK4a和P15INK4b增加，并抑制Cyclin
D
-CDK4/6复合物的功能，细胞阻滞G1期。
3 细胞周期相关的癌基因和抑癌基因
Cyclin B与CDK1结合、磷酸化
CDK1活化
CAK对CDK1活化部位的磷酸化
Cell cycle
CAK： CDK活化激酶（CDK activation kinase） 使 CDK1的Thr161部位磷酸化
•CKI
可特异性抑制CDK的活性
▲Ink4（inhibitor of cdk4)： P16INK4a、P15INK4b、P18INK4c和P19INK4d
抑癌基因突变后，不表达或表达无功能的产物，失 去对细胞增殖的抑制作用，使细胞出现过度增殖
细胞周期异常与疾病
细胞过度增殖或不足的本质是细胞周期调控异常。
--细胞周期的驱动失控（Cyclin、CDK和 CKI表达异常） --监控（检查）机制受损（The impairment of checkpoint system）
细胞增殖异常与相关疾病
增殖异常 再生障碍性贫血 前列腺肥大 动脉粥样硬化 家族性红细胞增多症 增殖分化异常 恶性肿瘤 畸胎瘤 先天畸形 X-连锁-球蛋白缺乏症 高IgM血症
恶性肿瘤细胞增殖异常机制
肿瘤细胞最显著的特点
生长失控和幼稚化（不分化） 细胞不进入G0期，持续处于细胞周期
1．细胞周期驱动机制失控 Cyclins过表达（Overexpression of cyclins） 多种肿瘤cyclinD1、cyclinE过表达 ●基因扩增 Cyclin D1过表达的主要原因 乳腺癌、胃癌、食管癌存在Cyclin D1基因 扩增过度
癌基因
sis癌基因
编码PDGF，可刺激具有该受体的肿瘤细胞 增殖
fms癌基因 编码CSF-1受体中一条肽链 CSF-1刺激骨髓细胞增殖
ras癌基因 编码细胞膜上单链鸟苷酸结合蛋白-小G蛋白 当信号从细胞膜传到ras蛋白→ raf蛋白（具有丝氨酸、 苏氨酸蛋白激酶活性）活化→MAPK (Mitogen – activated protein kinase)磷酸化，促进细胞周期 N: Ras-GTP激活下游信号分子 Ras 蛋白具GTPase活性, 能水解结合的GTP，灭活 Ras蛋白活性 ras点突变，失去 GTPase活性，使Ras蛋白活性长期保 持
●染色体倒位（Chromosome inversion） Cyclin D1基因倒位于甲状旁腺启动子控制下 Cyclin D1蛋白合成↑ 甲状旁腺腺癌
●染色体易位（Chromosome translocation)
Bcl-1 t(11:14) (q13:q32)易位 Cyclin D1受Ig重链基因增强子影响 Cyclin D1表达↑
• G2期：Cdc25(P80)
一个蛋白激酶结合在损 伤的DNA上，激活Chk1 （checkpoint kinase）,
Chk1使Cdc25失活，使 其不能活化cdc2，导致 细胞周期中断。
CDC25为一种磷酸酶
Cdc2基因的产物为CDK1 ， Cdc2为启动有丝分裂所必 须
MPF：mitosis promoting factor
Regulation of the cell cycle
Regulation of the cell cycle Regulation of the cell cycle by extracellular signals
by intracellular signals
1 、细胞周期自身调控机制
Key spot：Cyclin、 CDKs、 CKI、Checkpoint of cell cycle
2
影响细胞周期的细胞外因素
G1期存在一个“限定点”（restriction point），决定细
胞是否进入周期。这“限定点”主要受细胞外信号的调控。
■ 刺激信号（生长因子
） EGF、IGF、IL
生长因子通过ras途 径，激活MAPK， MAPK进入细胞核 内，促进细胞增殖 相关基因的表达。 如通过一种未知的 途径激活c-myc， myc作为转录因子促 进cyclin D、E2F等 G1-S有关的许多基 因表达，细胞进入 G1期
特异性抑制 CDK4-CyclinD1、CDK6-CyclinD1复合物
▲Cip/Kip： (cyclin inhibition protein/kinase inhibition protein) p21Cipl、P27Kip1和P57Kip1 抑制 多数CDK活性
【抑制途径】
▲
CKIs通过直接结合CDK-cyclin复
CDK4/cyclin D↑
pRb
CDKs表达↑
细胞增殖过度 G1/S过渡加速
pRb磷酸化↑ E2F ↑
■
CKI表达不足和突变
肿瘤细胞中常出现CKI表达不足或突变。
▲p16 InK4基因失活
突变或缺失、染色体易位、p16 【Mechanism】
InK4高度甲基化。
p16 InK4基因表达↓
CDK4与cyclin D结合↓
细胞增殖↓、分化不良→
组织器官发育不全 →
细胞增殖↑、分化不全(低分化、去分化或逆分化)
肿瘤发生
【细胞增殖过程】
细胞生长
细胞
DNA复制
周期
细胞分裂
【 细胞周期】（ 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.
myc癌基因
编码一种核内DNA结合蛋白（起转录因子作 用），促进一些细胞分裂所需基因的转录
c-jun和c-fos癌基因 编码转录因子AP-1的亚基，AP-1能调节许多基 因转录，参与细胞增殖调节
N:只在有丝分裂元刺激后短暂表达
抑癌基因 抑癌基因表达产物 CDK抑制物： P15、P16、P21、P27等 抑制细胞周期的蛋白： P53、Rb
--校验点系统通过促进抑制通路或抑制激活通路使细胞周
期停止
--校验点丢失可导致基因组的不稳定 → 正常细胞转化为 肿瘤细胞
【Check mechanism】
• G1/S期：P53
DNA损伤→P53水平上调， 磷酸化P53上调 p21Cipl基因 转录，P21Cipl能与多种 CDK-cyclin复合物结合，抑 制CDKs的激活，阻滞G1/S 的过渡，为DNA修复提供足 够时间