第十一章 细胞增殖和凋亡异常与疾病

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第二节
——Apoptosis
Apoptosis
•由希腊词Apo和ptosis构成，意为分离与脱落
•花瓣的凋谢或树叶的枯落 或细胞脱落离体 或细胞裂解为若干凋亡小体
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凋亡的概念
由体内外因素触发细胞内预存的死亡 程序而导致的细胞死亡过程称为细胞凋亡 （apoptosis),是程序性死亡（programmed cell death,PCD)的形式之一。
CDK2 CDK1(CDC2)
G1期、S期、G2和M期cyclin
D E A B
PCNA

PCNA： 增殖细胞核抗原，是一种细胞周期相关 蛋白，它不与CDK结合，而作为DNA聚合酶 的附属蛋白，促进DNA聚合酶延伸DNA，在 S期浓度最高，常作为S期标志物之一。
5、 吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬
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（一）细胞凋亡信号
1．生理性信号：糖皮质激素、甲状腺素、TNF等 诱导凋亡；睾丸酮不足、促肾上腺皮质激素不足 促进凋亡。
2.病理性信号：生物及化学毒素、病毒感染、射 线、应激和化疗药等。与有害因素的种类、强度、 和持续时间有关。
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病理性信号
通过以下环节：
1、 合理利用凋亡相关因素
2、 干预凋亡信号转导
3、 调节凋亡相关基因
4、 控制凋亡相关的酶学机制
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复习思考题：
一、名词解释 细胞凋亡；凋亡蛋白酶（caspases）；凋亡小体 二、问答题 1. 细胞凋亡的生理与病理意义。 2. 细胞凋亡的形态和生化改变。 3. Bcl-2 、wtp53及C-myc对细胞凋亡作用及机制。 三、熟悉 试列举几种与细胞凋亡相关的疾病。
（一）细胞周期自身调控
1．细胞周期素（Cyclin）的合成与降解 2．周期素依赖性蛋白激酶（CDK）有序地磷酸化和去 磷酸化 3． CDK抑制因子（ CDI）的时相变化 4．细胞周期检查点（checkpoint）的负反馈调节机制
1.细胞周期素（Cyclin）
（1）cyclin在哺乳动物中至少有11种，共16个成员，如A\B12\C\D1-3\E\F\G1-2\H\I\K\T1-2。 （2）分为三大类，G1期、S期和G2/M期cyclin。 （3）各类周期蛋白均含有一段约100个氨基酸的保守序列，称 为周期蛋白框，介导周期蛋白与CDK结合。 cyclin作为调 节亚基，与催化亚基CDK结合成复合物后，才能激活CDK， 加强CDK对特定底物的作用，驱动该期前行。 （4）cyclin的产生速度恒定，但降解速度有周期性波动，以 致CDK出现周期性的活性变化。
（1）氧化应激的作用，活性氧生成增多； （2）死亡受体的激活，是一组TNF受体基因超家 族的成员，包括Fas、TNFR1、死亡受体3-5 （death receptors，DR3\4\5）； （3）线粒体结构和功能的改变，凋亡早期可见线 粒体跨膜电位的明显下降； （4）钙稳态失调，激活核酸内切酶等。
细胞凋亡与坏死的区别
坏死
1. 性质
2. 诱导因素 3. 基因调控 4. 形态变化 5. 炎症反应 6. 凋亡小体 7. 生化特点 8. DNA电泳
凋亡
生理性或病理性，特异性
较弱刺激，非随机发生 有 胞膜及细胞器相对完整细胞 皱缩，核固缩 溶酶体相对完整，局部无炎 症反应 有 主动过程，有新蛋白合成， 耗能 DNA片段化（180-200bp） ,电 19 泳呈“梯”状条带
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（二）凋亡的信号转导系统：
1、Fas蛋白介导的凋亡通路 2、线粒体介导的凋亡通路（最重要）
3、内质网ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ导的凋亡通路
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Fas配体是三肽链，与Fas结
合后，使Fas成为三聚体，通过一
个衔接子和caspase-8结合，活化 caspase-8，启动下游的信号转导
通路，最终介导细胞凋亡。
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28 PTP：线粒体通透性转换孔；Apaf：凋亡蛋白酶激活因子；AIF：凋亡诱导因子
（三）细胞凋亡的执行
Caspases 内源性核酸内切酶 其他：组织型转谷氨酰胺酶
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（四）凋亡相关基因
1、抑制凋亡（Bcl-2） 2、促进凋亡（wtp53）
3、双向调节
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Bcl-2家族
Bcl-2 B淋巴细胞瘤白血病-2基因的缩写形式， 是第一个被确认为有抑制凋亡作用的基因。
Bcl-2抗凋亡的主要机制：
周期蛋白激酶复合体
调节亚基
cyclin
CDK
催化亚基 Cyclin/CDK
不同类型的周期蛋白激酶复合体
脊椎动物
激酶复合体
Cyclin G1-CDK Cyclin D CDK CDK4 、6
G1/S-CDK
S/G2-CDK G2/M-CDK
Cyclin E
Cyclin A Cyclin B
CDK2
胞膜空泡化（Blebbing）、细胞固缩（Condensation）
出芽和染色质边集
凋亡小体（Apoptotic body）
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APL
Apoptosis
凋亡细胞(扫描电镜)
凋亡细胞(透射电镜)
1
2
3
7
6
5
2、核仁裂解； 4、核固缩； 6、出芽；
4
1、细胞变形，空泡化，出现固缩；
3、染色质边集，边缘成半月形； 5、核裂解； 7、形成泡状凋亡小体
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双向调节凋亡基因
c-myc 是一种癌基因，能诱导细胞增殖，也能 诱导细胞凋亡，具有双向调节作用。在c-myc基 因表达后，如果没有足够的生长因子持续作用 细胞发生凋亡；反之细胞处于增殖状态。
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(五)吞噬细胞对凋亡细胞 的识别与吞噬
体外研究表明，吞噬细胞上至少有三类受体， 可对凋亡细胞进行识别。而凋亡细胞上也有相应 的死亡标记，表明其“可食性”： 1.吞噬细胞凝集素（lectin）的作用 2.血小板反应蛋白（TSP）介导吞噬 3.磷脂酰丝氨酸（PS）受体的作用
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一 概述
细胞凋亡的概念 细胞凋亡的生理和病理意义 细胞凋亡的形态学和生化学改变
细胞凋亡与坏死的区别
坏死
凋亡
凋亡小体
吞噬
炎症
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细胞凋亡的形态学改变
包括以下典型改变： 空泡化 固缩 出芽 边集 凋亡小体
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细胞凋亡的形态学改变
（The morphologic characteristics of apoptosis） 凋亡细胞表面微绒毛消失，与周围细胞分离
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三 细胞凋亡调控异常 与疾病
肿瘤 病毒感染性疾病 凋亡不足 自身免疫病 心肌缺血-再灌注损伤 心血管疾病 凋亡过度 心力衰竭 阿尔茨海默病 神经元退行性疾病 帕金森病 多发性硬化症 病毒感染 凋亡不足与过度并存 AIDS 动脉粥样硬化
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疫
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四、细胞凋亡
在疾病防治中的意义
细胞凋亡在疾病防治中的意义
细胞周期
细胞周期
一、细胞周期的概述 2

根据增殖特性的不同，细胞分为三种：
周期性细胞
也称 连续分裂细胞 特点 按G1→S→G2→M
G0期细胞
休眠细胞
终端分化细胞
不分裂细胞
可暂时脱离细胞周期， 一般情况下不可逆地 四个阶段循环，连续 不进行增殖，需适当刺 脱离细胞周期、丧失 运转 激方可返回细胞周期 增殖能力，但具有一 定生理功能 神经细胞、心肌细胞
激活
DNase
激活
Caspaes
激活
巨噬细胞 吞噬分解 凋亡细胞
信号转导
执行
清除
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二
细胞凋亡的过程与调控
细胞凋亡的过程与调控
1、 凋亡信号 2、 凋亡信号转导 3、 细胞凋亡的执行 4、 细胞凋亡的基因调控
5、 吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬
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细胞凋亡的调控
1、 细胞凋亡调控相关的信号 2、 细胞凋亡调控相关的信号转导通路 3、 细胞凋亡调控相关的基因 4、 细胞凋亡调控相关的酶

细胞周期或称细胞增殖周期，是指细胞从一次分裂 结束到下一次分裂终了的过程或间隔时间。 依不同时相特点，分为四阶段： G1期，first gap phase，DNA合成前期； S期，synthetic phase，DNA合成期；最关键！ G2期，second gap phase，DNA合成后期； M期，mitotic phase，有丝分裂期。
第十一章 细胞增殖和凋亡 异常与疾病
施海燕
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第一节 细胞增殖异常与疾病
第二节 细胞凋亡异常与疾病
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细胞增殖、分化和凋亡
正常情况下，多细胞生物的细胞有序进行 着增殖、分化或凋亡过程。 在增殖、分化或凋亡的任一环节发生障碍， 将使机体内特定的细胞、组织乃至器官产 生结构、功能或代谢的异常，导致疾病发 生。
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细胞凋亡的生理意义
确保正常发育、生长 维持机体内环境稳定 发挥积极的防御功能
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细胞凋亡的病理意义
凋亡不足——该“死”的细胞未死
肿瘤、自身免疫性疾病、病毒感染等
凋亡过度——不该“死”的细胞死了
爱滋病（淋巴细胞）、老年性痴呆（神经元）、心肌 缺血/再灌注损伤等
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2002年10月7日英国人悉尼·布雷诺 尔、美国人罗伯特·霍维茨和英国人约 翰·苏尔斯顿，因在细胞程序性死亡方 面的研究荣耀地获得诺贝尔生理与医学 奖 。
病理性,非特异性
强烈刺激,随机发生 无 细胞结构全面溶解、破坏、细 胞肿胀 溶酶体破裂，局部炎症反应 无 被动过程,无新蛋白合成,不耗 能 弥散性降解，电泳呈均一DNA 片状
凋亡的过程——死亡程序
凋 亡 诱 导 因 素
受 体
cAMP Ca2+ 神 经 酰 胺
死 亡 信 号
凋 亡 相 关 基 因 激 活
二、细胞周期的调控

细胞周期存在一个非常严密的调控系统， 使各类细胞可以根据机体的需要进行增殖 或处于静止状态。
（一）细胞周期自身调控 （二）细胞外信号对细胞周期的调控

2001年10月8日美国人Leland Hartwell、英 国人Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周 期调控机理的研究而荣获诺贝尔生理医学奖。
1.直接抗氧化； 2.抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质，如cytC，AIF； 3.抑制促凋亡性调节蛋白Bax、Bak的细胞毒作用； 4.抑制凋亡蛋白酶的激活； 5.维持细胞钙稳态。
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促进凋亡基因wtp53
wtp53 基因具有诱导细胞凋亡的功能，当该基 因发生突变后反而抑制细胞凋亡。
wtp53基因诱导细胞凋亡机制： wtp53在细胞周期的G1期发挥检查点的功能， 负责检查染色体DNA是否损伤，一旦发现有缺陷就 刺激CDI的表达，阻滞细胞周期，并启动DNA修复； 如果修复失败，p53则启动细胞凋亡机制，把可能 演变为恶性肿瘤的细胞消灭在萌芽之中。（“分 子警察”的美誉）
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第一节 细胞增殖异常与 疾病
细胞增殖

细胞增殖是指细胞分裂和再生的过程。 细胞增殖通过细胞周期来实现。 细胞周期是多阶段和多因素参与的有序的调节过程。


讨论内容
细胞周期的概述 细胞周期的调控（难点） 细胞周期调控异常与疾病 调控细胞周期与疾病的防治

一、细胞周期的概述 1

（1）单向性：细胞只能沿着G1→S→G2→M方向推进 而不能逆行； （2）阶段性：各期细胞有不同的形态和代谢特点，细 胞可以因某种原因而停滞在某一期，待条件适合时可 以又活跃到下一期； （3）检查点：各期交叉处存在着checkpoint，决定细 胞下一步的增殖趋向；(难点) （4）细胞微环境：细胞周期是否顺利推进与细胞外信 号和条件等密切相关。
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细胞凋亡的形态学改变
染色质边集：是指细胞凋亡晚期核质高度 浓缩融合成团，染色质集中分布在核膜的 边缘，呈新月形或马蹄形分布的现象。
凋亡小体: 胞膜皱缩内陷，分割包裹胞浆 和或核碎片，形成泡状小体，是凋亡细胞 特征性的形态学改变。
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2、细胞凋亡的生化学改变
•内源性核酸内切酶激活及其作用 • DNA的片段化“梯”状条带 •凋亡蛋白酶（caspases）的激活及其作用
例如 表皮细胞、骨髓细胞 肝细胞、肾细胞
更新 稳态更新：细胞始终 条件性更新：在遭遇损 有迹象表明在特定的
处于增殖和死亡的动 伤或应激等刺激后可返 条件下可返回细胞周 期，进行增殖。 态平衡中，不断地增 回细胞周期，进行增殖。 殖以补充衰老脱落或 死亡的细胞。
一、细胞周期的概述 3

细胞周期的特点：
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Caspase家族
定义
天冬氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶，是一组对底物天冬氨酸部位 有特异水解作用，活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶。家族成员 以序号区分为caspase1-14。可分为启动型(8-10)和效应型 (3\6\7)两类。
在凋亡中的主要作用
①灭活细胞凋亡的抑制物（如Bcl-2）； ②直接作用与核膜下lamins构成的板层结构，使崩解并导致染 色质浓缩； ③分解与细胞骨架构成相关的蛋白，使细胞结构重组，形成凋 亡小体； 18 ④瓦解核结构成核碎片。