细胞增殖、凋亡异常与疾病 abnormal cell proliferation,differentiation apoptosis and...

细胞增殖、凋亡异常与疾病细胞增殖、凋亡异常与疾病 Abnormal Cell Proliferation,Differentiation Abnormal Cell Proliferation,Differentiation

Apoptosis and Related of DiseaseApoptosis and Related of Disease

裸鼠的结肠癌病理模型复制

胃癌手术后肿瘤细胞转移患者

（患者处于恶液质状态）

瘤细胞为什么会发生？

细胞增殖异常细胞增殖异常

Abnormal Differentiation and DiseasesAbnormal Differentiation and Diseases

Abnormal Apoptosis and DiseasesAbnormal Apoptosis and Diseases

Abnormal Proliferation and DiseasesAbnormal Proliferation and Diseases

《细胞增殖异常与疾病》《细胞增殖异常与疾病》Abnormal Cell Proliferation and DiseasesAbnormal Cell Proliferation and Diseases

一、细胞周期及其调控一、细胞周期及其调控 ►► 细胞周期细胞周期概念（概念（ ConceptConcept andand phases ofphases of Cell cycleCell cycle ））

【【 Cell ProliferationCell Proliferation 】】细胞分裂和再生的过程，细胞通过分裂进行增殖，把遗传信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。息传给子代，保持物种的延续和数量增多。


■■ 细胞增殖↓、分化不良（过度）细胞增殖↓、分化不良（过度）

组织器官发育不全组织器官发育不全

■■ 细胞增殖↑、分化不全肿瘤发生细胞增殖↑、分化不全肿瘤发生

【【 Cell cycleCell cycle 】】 Cell cycle is defined as a period from the Cell cycle is defined as a period from the

end of one division to the beginning of next end of one division to the beginning of next

division of a proliferative cell.division of a proliferative cell.

细胞周期分期细胞周期分期（（ By stagesBy stages ））

GG11→S→G→S→G22→M→M

【细胞增殖过程】【细胞增殖过程】


细胞生长细胞生长

DNADNA 复制复制

细胞分裂细胞分裂

细胞

周期

►► 细胞周期的控制（细胞周期的控制（ Regulation of the cell cycleRegulation of the cell cycle ））


1. 1. 细胞周期自身控制细胞周期自身控制（（ Regulation of intracellular signalsRegulation of intracellular signals ））

细胞周期调控机制的核心是一组周期素依赖性蛋白激酶细胞周期调控机制的核心是一组周期素依赖性蛋白激酶

（（ Cyclin dependent kinase, CDKsCyclin dependent kinase, CDKs ））

Key spotKey spot ：： CyclinCyclin 、 CDKsCDKs 、、 CDICDI 、、 Checkpoint of cell cycleCheckpoint of cell cycle 。。

Regulation of the cell cycleRegulation of the cell cycle

Regulation of the cell cycle by Regulation of the cell cycle by

intracellular signalsintracellular signals

Regulation of the cell cycle by Regulation of the cell cycle by

extracellular signalsextracellular signals

■ ■ CyclinCyclin 与与 CDKsCDKs

●●CyclinCyclin

【【 Classification Classification 】】

Cyclin B1Cyclin B1 、、 Cyclin ACyclin A 、、 Cyclin ECyclin E 、、 Cyclin DCyclin D11,D,D22,D,D33. . FF,,G,H,TG,H,T 。。


CDKCDKPSTAIRE

cyclincyclin

CDKCDK

Cyclin/CDKCyclin/CDK

CombineCombine

图 Cyclin box 结构与功能

100aa100aa 组成组成 cyclin boxcyclin box

CyclinCyclin -COOH-COOHHH22N-N-

催化亚基催化亚基

调节亚基调节亚基

Cyclin-CDK 复合物及其相关蛋白 Cyclins Cyclins 相关相关 CDKs CDKs 细胞周期作用相关蛋白低物降解细胞周期作用相关蛋白低物降解 A CDK1A CDK1 ，， CDK2 S+G2, M p107+E2FCDK2 S+G2, M p107+E2F ，， p21p21 ，， PCNA Rb ubiquitinPCNA Rb ubiquitin

B(B1,B2) CDK1(cdc2) G2, M p21,PCNA Rb ubiquitinB(B1,B2) CDK1(cdc2) G2, M p21,PCNA Rb ubiquitin

C CDK8 G1 - - PESTC CDK8 G1 - - PEST

D(D1-3) CDK4(2,5,6) G1 Rb,p21,p27,p15,p16,PCNA Rb PESTD(D1-3) CDK4(2,5,6) G1 Rb,p21,p27,p15,p16,PCNA Rb PEST

E CDK2 G1+G1, S p107+E2F ,p21,PCNA Rb PESTE CDK2 G1+G1, S p107+E2F ,p21,PCNA Rb PEST

F - S - - - F - S - - -

G - G1 - - - G - G1 - - -

H CDK7 G1,S,G2, M - CDK1,4,6 -H CDK7 G1,S,G2, M - CDK1,4,6 -

CyclinCyclin

周期变化图周期变化图


CyclinsCyclins 降解主要是泛素降解主要是泛素 -- 蛋白酶体进行泛素化降解蛋白酶体进行泛素化降解细胞增殖异常细胞增殖异常

泛素

蛋白质降解的蛋白质

SUMO

【【 CDKCDK11 活化启动活化启动 cell cyclecell cycle 】】

CDKCDK11 活化活化

CyclinCyclin 与与 CDKCDK11 结合、磷酸结合、磷酸化化

CAKCAK 对对 CDKCDK11 活化部位的磷酸活化部位的磷酸化化

Cell cycleCell cycle

●●CDKsCDKs 家族家族

CDKsCDKs 是一组丝氨酸是一组丝氨酸 // 苏氨酸蛋白激酶。称为苏氨酸蛋白激酶。称为 CDKCDK1~91~9 。。


Thr14 、 Tyr15 抑制部位去磷酸化

CDK 活化激酶（ CDK activation kinasekinase CAK ）


【【 CDKsCDKs 活化部位与抑制部位】活化部位与抑制部位】

CAKCAK 对对 CDK1CDK1 活化部位磷酸化活化，同时伴有抑制部位磷酸化活化活化部位磷酸化活化，同时伴有抑制部位磷酸化活化。。

▲▲ 活化部位（活化部位（ CDKCDK11ThrThr161161 ）磷酸化）磷酸化

▲▲ 抑制部位（抑制部位（ CDKCDK11ThrThr1414 、、 TyrTyr1515 ）去磷酸化依赖）去磷酸化依赖 P80P80cdc25 酶作酶作

用用

▲▲CDKCDK22 与与 cyclin Ecyclin E 和和 AA 结合后识别染色体结合后识别染色体 ARS ARS 促进促进 SS

期期

▲▲CDKCDK11 与与 cyclin Bcyclin B

11 结合结合 ((Maturation promoting factor,MPFMaturation promoting factor,MPF) ) 启动启动 MM

期期

▲▲CDKCDK11 与与 cyclin Acyclin A 结合结合启动启动 GG22 期期

磷酸酶 P80cdc25

【【 CDKCDK 活化与调控细胞周期】活化与调控细胞周期】

▲ ▲ CDKCDK22 与与 cyclin Ecyclin E 结合，结合， CDKCDK

44 、、 CDKCDK66 与与 cyclin Dcyclin D

11 、、 DD22 、、 DD33 结结合合

pRbpRb 磷酸化游离磷酸化游离 E2FE2F 释放↑ 释放↑ 启动启动 G1G1 期期

DNADNA 合成合成启动启动 SS 期期

【抑制途径】【抑制途径】

▲ CDIsCDIs 通过直接结合通过直接结合 CDK-cyclinCDK-cyclin

复复

合物的磷酸化活化部位，抑制合物的磷酸化活化部位，抑制 CDKCDK

的激酶活性。的激酶活性。

▲ P16P16INK4aINK4a 通过结合通过结合 CDKCDK44 单体，单体，

阻断它与阻断它与 cyclinscyclins 的结合。的结合。

■■CDICDI ：复合物：复合物

CDICDI 可特异性抑制可特异性抑制 CDKCDK 的活性。的活性。

▲Ink4Ink4 ：： P16P16INK4aINK4a 、、 P15P15INK4bINK4b 、、 P18P18INK4cINK4c 和和 P19P19INK4d INK4d CDKCDK44 、、 CDKCDK

66

▲Cip/KipCip/Kip ：： p21p21CiplCipl 、、 P27P27Kip1Kip1 和和 P57P57Kip1Kip1 CDKCDK22


■■ 癌基因与抑癌基因

【【 Check mechanismCheck mechanism 】】

▲P53P53 ：能与：能与 DNADNA 损伤部位结合的损伤部位结合的 AMTAMT

磷酸化磷酸化 P53P53 ，磷酸化，磷酸化 P53P53 上调上调 p21p21CiplCipl 基因的转基因的转

录，录， P21P21CiplCipl 能与多种能与多种 CDK-cyclinCDK-cyclin 复合物结合，复合物结合，

抑制抑制 CDKsCDKs 的激活，阻滞的激活，阻滞 GG11/S/S 的过渡，为的过渡，为 DNADNA

修复提供足够时间。修复提供足够时间。

▲ Cdc25Cdc25 ：负责：负责 GG22 期处检查。期处检查。

■ ■ 细胞周期检查点（细胞周期检查点（ Checkpoint of cell cycleCheckpoint of cell cycle ））

细胞内存在监控机制—检测点（细胞内存在监控机制—检测点（ CheckpointCheckpoint ）。）。

DNA DNA 损伤检查点损伤检查点 GG11/S/S

CheckpointCheckpoint DNA DNA 复制检查点复制检查点 S/GS/G22

纺锤体组装检查点纺锤体组装检查点 GG22/M/M


■■ 抑制信号（抑制信号（ TGF-βTGF-β ））

可以下调可以下调 cyclincyclin 和和 CDKCDK44 的表达的表达

和促进和促进 P21P21waflwafl 、、 P27P27kiplkipl 和和 P15P15ink4bink4b 等等CDICDI 产生，使细胞阻滞在产生，使细胞阻滞在 GG11 期。期。 ■■ 细胞生长条件不具备细胞生长条件不具备

能使能使 P16P16INK4aINK4a 和和 P15P15INK4bINK4b 增加，增加，并均能抑制并均能抑制 Cyclin D-CDKCyclin D-CDK

4/64/6 复合物复合物的功能，细胞阻滞的功能，细胞阻滞 GG11 期。期。

pRb

E2F

2. 2. 细胞外信号的调控（细胞外信号的调控（ Regulation of extracellular signalRegulation of extracellular signalss ））

GG11 期存在一个“限定点”（期存在一个“限定点”（ restriction pointrestriction point ），它决定），它决定细胞是否进入周期。细胞是否进入周期。

这“限定点”主要受细胞外信号的调控。这“限定点”主要受细胞外信号的调控。

■■ 刺激信号（生长因子）刺激信号（生长因子）


（ EGF 、 IGF 、 IL ）

细胞增殖分化异常与相关疾病细胞增殖分化异常与相关疾病增殖异常分化异常增殖分化异常增殖异常分化异常增殖分化异常

再生障碍性贫血肥胖症恶性肿瘤再生障碍性贫血肥胖症恶性肿瘤

白癜风遗传性血红蛋白病银屑病白癜风遗传性血红蛋白病银屑病

前列腺肥大肌营养不良畸胎瘤前列腺肥大肌营养不良畸胎瘤

动脉粥样硬化先天畸形动脉粥样硬化先天畸形

家族性红细胞增多症家族性红细胞增多症 X-X-连锁连锁 --球蛋白缺乏症球蛋白缺乏症

高高 IgMIgM 血症血症

►► 细胞周期异常与疾病（细胞周期异常与疾病（ Abnormal cell cycle & diseaseAbnormal cell cycle & diseasess ））

细胞过度增殖或不足的本质是细胞周期调控异常。细胞过度增殖或不足的本质是细胞周期调控异常。

【【 Deregulation of cell cycleDeregulation of cell cycle 】】

■■ 细胞周期的驱动失控（细胞周期的驱动失控（ CyclinCyclin 、、 CDKCDK 和和 CDICDI 表达异常）表达异常）

■■ 监控（检查）机制受损（监控（检查）机制受损（ The impairment of checkpoint systeThe impairment of checkpoint systemm ））


恶性肿瘤恶性肿瘤细胞增殖异常机制细胞增殖异常机制

11．．细胞周期驱动机制失控细胞周期驱动机制失控

■■CyclinsCyclins 的过表达（的过表达（ Overexpression of cyclinsOverexpression of cyclins ））

肿瘤的发生与肿瘤的发生与 cyclincyclin （（ DD 、、 EE ）过量表达有关。）过量表达有关。

【【 Cyclin DCyclin D11 （（ Bcl-1Bcl-1 ）过表达原因】（原癌基因））过表达原因】（原癌基因）

▲ 基因扩增（基因扩增（ Cyclin DCyclin D11 过表达的主要机制）过表达的主要机制）

乳腺癌、胃癌、食道癌存在乳腺癌、胃癌、食道癌存在 Cyclin DCyclin D11 基因扩增过度。基因扩增过度。


▲ 染色体倒位（染色体倒位（ Chromosome inversionChromosome inversion ））

Cyclin DCyclin D11 基因倒位于甲状旁腺启动子控制下基因倒位于甲状旁腺启动子控制下 Cyclin DCyclin D

11 蛋白合成蛋白合成↑↑ ▲ 染色体易位（染色体易位（ Chromosome translocation) Chromosome translocation) 甲状旁腺腺癌甲状旁腺腺癌

Bcl-1 t(11:14) (q13:q32)Bcl-1 t(11:14) (q13:q32) 易位易位

Cyclin DCyclin D11 受受 IgIg重链基因增强子影响重链基因增强子影响

Cyclin DCyclin D11 表达↑表达↑

（（ p15:q13p15:q13））

■■ CDK CDK 表达异常表达异常

主要见于主要见于 CDKCDK44 、、 CDKCDK

66 过表达。过表达。

CDKCDK44↑+ cyclin D↑+ cyclin D 结合↑ 结合↑ CDKCDK

44/cyclin D↑ CDKs/cyclin D↑ CDKs 表达↑ 表达↑

pRb pRbpRb pRb 磷酸化↑ 细胞增殖过度磷酸化↑ 细胞增殖过度

E2F ↑ GE2F ↑ G11/S/S 过渡加速过渡加速

【【 Cyclin DCyclin D 过表达致肿瘤机制】过表达致肿瘤机制】

Cyclin DCyclin D 过表达过表达 + + 生长因子生长因子

CDKsCDKs 瀑布效应↑ 细胞增殖过度易发生细胞癌变瀑布效应↑ 细胞增殖过度易发生细胞癌变


▲ 基因突变基因突变Cyclin DCyclin D

1 1 TT286286 突变突变 Cyclin DCyclin D

11 泛素化受阻泛素化受阻 Cyclin DCyclin D11↑↑

可能


■ ■ CDICDI 表达不足和突变表达不足和突变

肿瘤细胞中常出现肿瘤细胞中常出现 CDICDI （肿瘤抑制基因）表达不足或突变。（肿瘤抑制基因）表达不足或突变。

▲ InK4InK4 失活失活

【【 p16 p16 InK4InK4 基因失活原因】基因失活原因】

突变或缺失、染色体易位、突变或缺失、染色体易位、 p16 p16 InK4InK4 高度甲基化。高度甲基化。

【【 MechanismMechanism 】】

p16p16 InK4 InK4 基因表达↓ 基因表达↓ CDKCDK44 与与 cyclin Dcyclin D 结合↓结合↓

细胞周期处在“易于”被启动状态细胞周期处在“易于”被启动状态

易发生细胞癌变易发生细胞癌变可能


正常正常


p53p53 基因突变基因突变 P21P21cip1cip1 转录↓ 转录↓ DNADNA 受损细胞增殖↑受损细胞增殖↑

▲ Kip/CipKip/Cip 含量减少（含量减少（ Deficient expression of Kip/CipDeficient expression of Kip/Cip ））

P21P21ciplcipl 功能功能 cyclins/CDKscyclins/CDKs 活性↓ 细胞周期速度↓活性↓ 细胞周期速度↓

增殖细胞核抗原（增殖细胞核抗原（ PCNAPCNA ）阻滞）阻滞 DNADNA 复制复制

2. 2. 细胞周期监控机制受损细胞周期监控机制受损 (Impairment of checkpoint system)(Impairment of checkpoint system)

主要原因：主要原因： GG11/S/S 、、 GG22/M/M 检查点异常检查点异常

失察结果：探测失察结果：探测 DNADNA 损伤功能降低损伤功能降低（如发现不了（如发现不了 DNADNA 损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等）损伤，会导致基因缺失、易位、染色体重排等）


▲P53P53 突变或丢失易发生细胞癌变突变或丢失易发生细胞癌变

致变剂致变剂

检测点检查功能↓ 遗传不稳定性复制忠实性↓检测点检查功能↓ 遗传不稳定性复制忠实性↓

■ ■GG11/S/S交界处失察交界处失察

▲P53 P53 进入进入 SS 期期

DNADNA 损伤修复成功损伤修复成功

GG11/S/S 检查停顿检查停顿 GG11 期损伤期损伤 DNADNA 修复修复

修复失败修复失败

细胞凋亡下调细胞凋亡下调 bcl-2bcl-2 表达、激活表达、激活 bax bax 基因基因 P53P53

表表 2 2 人类肿瘤人类肿瘤 p53p53 基因突变热点和频率基因突变热点和频率肿瘤型突变频率（肿瘤型突变频率（ %% ）突变热点肿瘤型突变频率（）突变热点肿瘤型突变频率（ %% ）突变热点）突变热点肺癌肺癌 56 15756 157 ，， 248248 ，， 273 273 前列腺癌前列腺癌 30 30 不确定不确定结肠癌结肠癌 50 17550 175 ，， 245245 ，， 248248 ，， 273 273 肝细胞癌肝细胞癌 45 24945 249

食道癌食道癌 45 45 不确定胶质癌不确定胶质癌 25 17525 175 、、 248248

卵巢癌卵巢癌 44 273 44 273 乳腺癌乳腺癌 22 17522 175 、、 248248 、、 227373

胰腺癌胰腺癌 44 273 44 273 子宫内膜癌子宫内膜癌 22 24822 248

皮肤癌皮肤癌 44 24844 248 、、 278 278 甲状腺癌甲状腺癌 13 24813 248 、、 273273

胃癌胃癌 41 41 不确定白血病不确定白血病 12 17512 175 、、 248248

头颈鳞癌头颈鳞癌 37 248 37 248 宫颈癌宫颈癌 7 2737 273

膀胱癌膀胱癌 34 280 34 280 软组织肉瘤软组织肉瘤 31 31 不确定不确定


■■ GG22/M /M 交界处失察交界处失察

GG22/M/M交界处交界处

DNADNA双链断裂双链断裂

激活激活 DNADNA 损伤检查点阻止细胞进入损伤检查点阻止细胞进入 MM 期期

诱导修复基因转录诱导修复基因转录

完成断裂的完成断裂的 DNADNA 修复修复

▲失去失去 GG22/M/M 检查点的阻滞作用染色体发生重排、丢失检查点的阻滞作用染色体发生重排、丢失


原发性血小板增多症原发性血小板增多症（（ PPTT ））■■临床症状：以巨核细胞增殖为主的骨髓增生性疾病。伴有血临床症状：以巨核细胞增殖为主的骨髓增生性疾病。伴有血

小板持续增多和血小板功能异常，有反复自发性小板持续增多和血小板功能异常，有反复自发性

出血及血栓形成。出血及血栓形成。

■■ 病因与机制：病因与机制： XX 染色体遗传、染色体遗传、 TGF-TGF-减少、减少、辅助细胞缺乏辅助细胞缺乏等。等。

良性前列腺增生良性前列腺增生 ■ ■ 病因与机制：细胞凋亡出现下降，增殖不变，导致良性前列病因与机制：细胞凋亡出现下降，增殖不变，导致良性前列

腺增生。腺增生。银屑病银屑病■■ 病因与机制：表皮生长因子受体的增加和病因与机制：表皮生长因子受体的增加和受体的减少是引起受体的减少是引起

表皮细胞增长过快的原因。表皮细胞增长过快的原因。

由于体内外生理或病理因素触发细胞内预存的死亡程序而由于体内外生理或病理因素触发细胞内预存的死亡程序而

导致的细胞主动死亡过程。导致的细胞主动死亡过程。

【【 Concept of apoptosisConcept of apoptosis 】】

【凋亡的生理学意义】【凋亡的生理学意义】

■■参与发育、生长。参与发育、生长。

■■维持内环境稳定。维持内环境稳定。

■■参与防御反应。参与防御反应。

►► 细胞死亡的模式细胞死亡的模式

■■ Necrosis = Necrosis = 细胞意外性死亡细胞意外性死亡

■■ Apoptosis = Apoptosis = 细胞自发性死亡细胞自发性死亡

坏死凋亡

《细胞凋亡与疾病》《细胞凋亡与疾病》 Apoptosis and Related DiseasesApoptosis and Related Diseases

细胞凋亡异常细胞凋亡异常

凋亡相关基因激活凋亡相关基因激活

DNaseDNase 激活、激活、 CaspasesCaspases 激激活活

巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞悉尼悉尼 ··布雷诺布雷诺尔尔

罗伯特罗伯特 ··霍维霍维茨茨

约翰约翰 ·· 苏尔斯顿苏尔斯顿

20022002年诺贝尔生理与医学奖获得年诺贝尔生理与医学奖获得者者

►► 细胞凋亡大致过程（细胞凋亡大致过程（ The process of apoptosiThe process of apoptosiss ））

++

cAMPcAMP 、、 CaCa2+2+ 、、神经酰神经酰胺胺

死亡信号死亡信号

凋亡诱导因素凋亡诱导因素受体受体凋亡信号转导

凋亡基因激活

凋亡的执行

凋亡细胞清除

一、细胞凋亡的过程与调控一、细胞凋亡的过程与调控（（ Process & of cell apoptosisProcess & of cell apoptosis ））


■■凋亡细胞（实体细胞）与周围细胞脱接触凋亡细胞（实体细胞）与周围细胞脱接触

■■ 胞膜空泡化胞膜空泡化（（ BlebbingBlebbing ））

■■ 细胞固缩（细胞固缩（ CondensationCondensation ）、核固缩和发芽）、核固缩和发芽

■■凋亡小体（凋亡小体（ Apoptotic bodyApoptotic body ））

凋亡细胞 (扫描电镜 ) 凋亡细胞 (透射电镜 )

APLAPL ApoptosisApoptosis

1. 1. 形态学改变形态学改变

（（ The morphologic characteristics of apoptosisThe morphologic characteristics of apoptosis ））

( ►►凋亡时细胞的主要变化（凋亡时细胞的主要变化（ Features Features of apoptosis cellof apoptosis cellss ））


■■ 内源性核酸内切酶激活内源性核酸内切酶激活CaCa2+2+/Mg/Mg2+2+ 增加核酸内切酶活性增加核酸内切酶活性

ZnZn2+2+ 抑制核酸内切酶活性抑制核酸内切酶活性

■■DNADNA片段化（片段化（ DNA ladding patterDNA ladding patternn ））激活核酸内切酶激活核酸内切酶

核小体连接区发生核小体连接区发生 DNADNA 降解，降解，

寡核小体片段（寡核小体片段（ 160160 ～～ 200bp200bp 的倍数）的倍数）■■钙超载（钙超载（ Calcium overloaCalcium overloadd ））CaCa2+2+ 载体载体 A23187 BA23187 B 淋巴细胞内淋巴细胞内 [Ca[Ca2+2+] ↑ ↑ 诱导诱导 BB 细胞凋亡细胞凋亡

（（ CaCa2+2+ 在细胞凋亡中充当凋亡信号传递的角色）在细胞凋亡中充当凋亡信号传递的角色）

2. 2. 生化生化改变改变（（ The biochemical characteristics of apoptosisThe biochemical characteristics of apoptosis ））


■ ■ 细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻

（（ caspasecaspase 激活、激活、 PKCPKC 活化、蛋白合活化、蛋白合成等）成等）

►►The mainly induced factors of apoptosisThe mainly induced factors of apoptosis

TableTable ：： Influence of factors of apoptosisInfluence of factors of apoptosis

诱导性因素（诱导性因素（ InducersInducers ）抑制性因素（）抑制性因素（ InhibitorsInhibitors ））

理化因素射线、高温、强酸、细胞因子理化因素射线、高温、强酸、细胞因子 IL-2IL-2 、、 NGFNGF 等等

强碱、应激、抗癌药激素强碱、应激、抗癌药激素 ACTHACTH 、睾丸酮、雌激素、睾丸酮、雌激素

激素和因子糖皮质激素、激素和因子糖皮质激素、 TNF TNF 其它其它 ZnZn2+2+ 、苯巴比妥、半胱氨、苯巴比妥、半胱氨

免疫性因素免疫性因素 CTLCTL 分泌的粒酶酸蛋白酶抑制剂、分泌的粒酶酸蛋白酶抑制剂、 EBVEBV 、、

病原体因素病原体因素 HIVHIV 、、 HCV HCV 牛痘、牛痘、病毒、中性氨基病毒、中性氨基酸酸


1. Concept, Classification, Construction of Caspases1. Concept, Classification, Construction of Caspases

■ ■ 概念概念

CaspaseCaspase属于半胱氨酸蛋白酶家族，属于半胱氨酸蛋白酶家族， 1414 个成员个成员 (Caspase 1-14)(Caspase 1-14) 。。


►► 细胞凋亡的信号传导（细胞凋亡的信号传导（ CaspasesCaspases 依赖的依赖的 pathwapathwayy ））

■ ■ CaspaseCaspase 信号通路分类信号通路分类上游（上游（ Caspase-8 , -9, -10Caspase-8 , -9, -10 ））

下游（下游（ Caspase -2, -3,-6,-7Caspase -2, -3,-6,-7 ）（共同通路））（共同通路）

▲ Caspase Caspase

（（ Ced-3Ced-3 亚家族）亚家族）

死亡受体通路死亡受体通路

线粒体途径线粒体途径

大小亚基结合（二聚体）

caspase 活化（四聚体）

■ ■ 结构特点结构特点

Pro-caspase ： NH2末端结构域、 20KD 亚基、 10KD 亚基剪切

22．死亡受体通路（．死亡受体通路（ Extrinsic or cytoplasmic pathwayExtrinsic or cytoplasmic pathway ））■■死亡受体死亡受体 TNFRTNFR 、、 FasFas 、、 DRDR33 、、 DRDR44 、、 DRDR55 等等

是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的细胞膜蛋白。是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的细胞膜蛋白。

■■ 通路（通路（ pathwaypathway ））


FSAL

FADDFADD

Pro-caspase-8Pro-caspase-8

Caspase-8Caspase-8

Caspase-3Caspase-3Pro-caspase-3Pro-caspase-3

细胞凋

细胞凋

亡亡

生长因子、信号、生长因子、信号、 FasFas抗抗体体

FAS

FADDFADD （（ Fas-associated death domainFas-associated death domain ）；）； DDDD （（ death domaideath domainn ）；）；

DED DED （（ death effector domaindeath effector domain ）。）。

DEDDED DEDDED

DDDD

caspase-10caspase-10

膜通透性↑、线粒体肿胀、△膜通透性↑、线粒体肿胀、△ m↓m↓

Apaf-1Apaf-1 活化活化Cyt.cCyt.c

33．线粒体途径（．线粒体途径（ Intrinsic or mitochondrial pathwayIntrinsic or mitochondrial pathway ））

CaCa2+2+

NONO

缺血缺血缺氧缺氧

活性氧活性氧

MPTMPT开放开放 Cyt.cCyt.c

+

Pro-caspase-9Pro-caspase-9Caspase-9Caspase-9

ATPATP

Apaf-1Apaf-1++


CARDCARD

apoptosomeapoptosome


AIFAIF

caspase-independent apoptosis

Pro-Caspase-3Pro-Caspase-3 凋凋亡亡Caspase-3Caspase-3


c-FLIP: cellular Fas-associated death domain-like IL-1 beta-converting enzyme inhibitory protein

Pro-caspase-2Pro-caspase-2caspase-2caspase-2

Pro-caspase-6Pro-caspase-6 Caspase-6Caspase-6

Pro-caspase-7Pro-caspase-7 caspase-7caspase-7


ICAD ICAD （抑制性（抑制性 CADCAD ））CADCAD （（ caspasecaspase 活化活化 DNADNA 酶）酶）

CDACDA 进入细胞核内降解进入细胞核内降解 DNADNA 细胞凋亡细胞凋亡

剪切细胞内结构蛋白剪切细胞内结构蛋白

caspase-9caspase-9

44．． Activation of caspase-3Activation of caspase-3 （共同通路）（共同通路） (Effector caspase)(Effector caspase)

Caspase-3Caspase-3



►► 细胞凋亡的发生机制（细胞凋亡的发生机制（ Mechanism of apoptosisMechanism of apoptosis ））

11 ．氧化损伤（．氧化损伤（ Oxidation damage Oxidation damage ））

氧自由基破坏了机体正常的氧化氧自由基破坏了机体正常的氧化 // 还原动态平衡，造成生物大还原动态平衡，造成生物大

分子的氧化损伤，形成严重的氧化应激状态。分子的氧化损伤，形成严重的氧化应激状态。


激活激活 p53p53 基因、消耗基因、消耗 ATPATP 、生物膜脂质过氧化、激活核酸内、生物膜脂质过氧化、激活核酸内

切酶切酶 ,,启动细胞凋亡。启动细胞凋亡。

各种氧化剂、缺氧等直接通过氧化损伤诱导细胞凋亡。各种氧化剂、缺氧等直接通过氧化损伤诱导细胞凋亡。

22 ．钙超载（．钙超载（ Calcium overloadCalcium overload ））

33 ．线粒体损伤（．线粒体损伤（ Mitochondria damage Mitochondria damage ））


►► 细胞凋亡的调控机制

表细胞凋亡的调控基因表细胞凋亡的调控基因

功能基因功能基因

抑制凋亡基因抑制凋亡基因 Bcl-2 Bcl-XBcl-2 Bcl-XLL 、、 A1/Bfl-1A1/Bfl-1 、、 Bcl-wBcl-w 、、 Bcl-GBcl-G 和和 Mcl-1Mcl-1

等等

促凋亡基因促凋亡基因 P53P53 、、 BaxBax 、、 BadBad 、、 BakBak 、、 BidBid 、、 BimBim 、、 BikBik 、、 BB

okok 、、

Bcl-BBcl-B 、、 Bcl-XsBcl-Xs 、、 KrkKrk 、、 MtdMtd 、、 Nip3Nip3 、、 NixNix 、、 NoxNox

aa 等等

双向调控基因双向调控基因 c-mycc-myc 、、 BelxBelx

【调控基因】【调控基因】


（ Regulated mechanism of apoptosisRegulated mechanism of apoptosis ））

Bcl-2

■■ Bcl-2Bcl-2 （（ Bcl-XBcl-XLL ）能够抑制线粒体）能够抑制线粒体 MPTMPT开放，开放， Cyt.c Cyt.c 、、 AIFAIF 释放↓释放↓

■■ Bcl-2Bcl-2也能特异地结合细胞色素也能特异地结合细胞色素 CC

■■ Bcl-2Bcl-2 能够结合和灭活能够结合和灭活 Apaf-1Apaf-1 ，阻断对，阻断对 caspase-9caspase-9 活化活化

CaspaseCaspase 抑制剂抑制剂

11．． Bcl-2Bcl-2 基因家族（基因家族（ Bcl-2 Family & regulating functionsBcl-2 Family & regulating functions ））细胞凋亡异常细胞凋亡异常

CARDCARD

MPTMPT开放开放

膜通透性↑、线粒体肿胀、△膜通透性↑、线粒体肿胀、△ m↓m↓

Cyt.cCyt.c

ATPATP

Apaf-1Apaf-1++



+


apoptosomeapoptosome AIFAIF

Caspase-9Caspase-9

Pro-Caspase-3Pro-Caspase-3 Caspase-3Caspase-3 凋凋亡亡

caspase-independent apoptosis

【促凋亡机制】【促凋亡机制】

■■ P53P53 通过与通过与 Bcl-2Bcl-2 基因相互作用，下调基因相互作用，下调 Bcl-2Bcl-2 的表达。的表达。

■■ P53P53诱导细胞凋亡的靶蛋白表达（线粒体和死亡受体介导）。诱导细胞凋亡的靶蛋白表达（线粒体和死亡受体介导）。

■■ P53P53 诱导线粒体内凋亡的相关蛋白（诱导线粒体内凋亡的相关蛋白（ BaxBax 、、 NOXANOXA 、、 PUMPUM

AA ）表）表

达，并触发细胞色素达，并触发细胞色素 CC 释放和释放和 caspasecaspase 活化。活化。

■■ P53P53诱导死亡受体诱导死亡受体 FasFas 表达。表达。

■■ P53P53 能使死亡受体再定位于细胞膜上。能使死亡受体再定位于细胞膜上。

22．． pp5353 基因（抑癌基因）基因（抑癌基因） As a transcription factor, p53 regulates downstream genes impAs a transcription factor, p53 regulates downstream genes important in cell cycle arrest, DNA repair, and apoptosis. After DNA dortant in cell cycle arrest, DNA repair, and apoptosis. After DNA damage, p53 holds the cell at a checkpoint until the damage is repamage, p53 holds the cell at a checkpoint until the damage is repaired. If the damage is irreversible, apoptosis is triggered.aired. If the damage is irreversible, apoptosis is triggered.


表：与细胞凋亡异常相关的疾病表：与细胞凋亡异常相关的疾病

凋亡不足凋亡过度凋亡不足凋亡过度肿瘤肝癌、恶性血液肿瘤、乳腺癌发育异常气管肿瘤肝癌、恶性血液肿瘤、乳腺癌发育异常气管 --食管瘘、房（室）间隙缺食管瘘、房（室）间隙缺

、膀胱癌、肺癌、胶质瘤、前损、唇（腭）裂、短肢畸形、、膀胱癌、肺癌、胶质瘤、前损、唇（腭）裂、短肢畸形、

列腺癌等尿道下裂以及多囊肾等列腺癌等尿道下裂以及多囊肾等

发育异常先天性消化道、胆道、肛门狭发育异常先天性消化道、胆道、肛门狭 CNS AlsheimerCNS Alsheimer 病、病、 Parkinson Parkinson 病、病、

窄或闭锁、动脉导管未闭、两肌萎缩性侧索硬化症、色素性窄或闭锁、动脉导管未闭、两肌萎缩性侧索硬化症、色素性

性畸形、甲状舌骨囊肿等视网膜病，脊肌肉萎缩、早老性畸形、甲状舌骨囊肿等视网膜病，脊肌肉萎缩、早老

免疫系统系统性红斑狼疮、糖尿病、类性痴呆免疫系统系统性红斑狼疮、糖尿病、类性痴呆

风湿性关节炎、桥本甲状腺炎免疫系统免疫缺陷病、风湿性关节炎、桥本甲状腺炎免疫系统免疫缺陷病、 AIDS AIDS

、多发性的硬化症等、多发性的硬化症等


三、细胞凋亡异常和疾病三、细胞凋亡异常和疾病（（ Diseases associated to apoptosis deregulationDiseases associated to apoptosis deregulation ））

■■ bcl-2bcl-2 基因过表达基因过表达

85%85% 滤泡状和滤泡状和 20%20% 弥漫性弥漫性 BB 细胞淋巴瘤染色体细胞淋巴瘤染色体 tt （（ 14;1814;18 ）易）易位位

bcl-2bcl-2 基因受到基因受到 IgIg 基因增强子控制基因增强子控制

肿瘤发生细胞凋亡速率↓ 肿瘤发生细胞凋亡速率↓ bcl-2bcl-2 基因高表达基因高表达

（乳腺癌、肝癌、膀胱癌、肺癌、胶质瘤等也存在（乳腺癌、肝癌、膀胱癌、肺癌、胶质瘤等也存在 Bcl-2Bcl-2高水平表达）高水平表达）

存在存在

■■ pp5353 基因缺失或突变基因缺失或突变

调节调节 P53P53 的稳定性、细胞内定位或（和）活性发生异常的稳定性、细胞内定位或（和）活性发生异常

pp5353 表达或功能存在缺陷细胞凋亡速率↓ 肿瘤发生表达或功能存在缺陷细胞凋亡速率↓ 肿瘤发生

（（ 50%50% 以上恶性肿瘤中存在以上恶性肿瘤中存在 P53P53 异常）异常）

►► 细胞凋亡不足（细胞凋亡不足（ Apoptosis inhibitionApoptosis inhibition ））1. 1. 肿瘤（肿瘤（ TumorTumor ））


细胞凋亡抑制除了参与肿瘤的发病过程，也涉及癌细胞的转移发生。细胞凋亡抑制除了参与肿瘤的发病过程，也涉及癌细胞的转移发生。

■■ 异常融合蛋白异常融合蛋白

慢性髓细胞性白血病（慢性髓细胞性白血病（ CMLCML ）染色体易位）染色体易位 t (9t (9 ；； 22)( Ph22)( Ph 染色染色体体 ))

Bcr-ablBcr-abl 融合基因融合基因

NF-NF-BB 活化、细胞凋亡速率↓ 表达和产生活化、细胞凋亡速率↓ 表达和产生 p210p210 Bcr-abl Bcr-abl 蛋白质蛋白质

CMLCML髓系祖细胞的克隆扩增肿瘤发生髓系祖细胞的克隆扩增肿瘤发生

存在存在

■■ 病毒的癌基因病毒的癌基因

HBVHBV编码的编码的 HBHBXX 是是 Caspase-3Caspase-3 的强效抑制物，与肝癌发生密切相关。的强效抑制物，与肝癌发生密切相关。


22 ．自身免疫病（．自身免疫病（ Autoimmune diseasesAutoimmune diseases ））

针对自身抗原的免疫细胞未被及时清除，机体产生了针对自针对自身抗原的免疫细胞未被及时清除，机体产生了针对自

身抗原的体液免疫和细胞免疫，导致器官组织损伤。身抗原的体液免疫和细胞免疫，导致器官组织损伤。


►► 细胞凋亡过度（细胞凋亡过度（ Apoptosis excessApoptosis excess ））1.1.心肌缺血与缺血心肌缺血与缺血 --再灌注损伤再灌注损伤■■ 特点特点

▲缺血早期以凋亡为主，晚期以细胞的坏死为主。缺血早期以凋亡为主，晚期以细胞的坏死为主。

▲ 在梗死灶的中心以坏死为主，梗死灶周边以凋亡为主；在梗死灶的中心以坏死为主，梗死灶周边以凋亡为主；

▲轻度缺血以凋亡为主，重度缺血以坏死为主；轻度缺血以凋亡为主，重度缺血以坏死为主；

■■ 机制机制

▲氧化应激、氧化应激、▲ FasRFasR通路、通路、▲ p53p53 基因的转录增加。基因的转录增加。

TNF-αTNF-α 、抗、抗 CDCD33 抗体、抗体、 TCDDTCDD 等等

胞浆胞浆 [Ca[Ca2+2+] ↑] ↑

■■ 激活激活 CaCa2+2+/Mg/Mg2+2+ 依赖的核酸内切酶，降解依赖的核酸内切酶，降解 DNADNA链；链；

■■ 激活谷氨酰胺转移酶，促使细胞骨架分子之间发生广泛交联，有利激活谷氨酰胺转移酶，促使细胞骨架分子之间发生广泛交联，有利

于凋亡小体形成；于凋亡小体形成；

■■ 激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；

■■ 在在 ATPATP参与下，暴露出核小体之间的连接区，有利于参与下，暴露出核小体之间的连接区，有利于 DNADNA 内切酶内切酶切切

割割 DNADNA 。。

钙超载引起凋亡机制钙超载引起凋亡机制

细胞凋亡


PESTPEST

短寿命蛋白短寿命蛋白 C-C- 末端都有一个末端都有一个 (( 或一个以上或一个以上 )) 富含富含 Pro(P), GluPro(P), Glu(E), (E),

Ser(S)Ser(S) 和和 Thr(T)Thr(T) 的序列的序列 (( 脯氨酸（脯氨酸（ PP ），谷氨酸（），谷氨酸（ EE ），丝氨），丝氨酸酸

（（ SS ），及苏氨酸（），及苏氨酸（ TT ）残基）残基 )) 的的 4040 个个 aaaa 残基组成的结构域，残基组成的结构域，简简

称称 PESTPEST序列，它可以影响到某些蛋白的稳定性。序列，它可以影响到某些蛋白的稳定性。

PEST PEST 样序列中样序列中 3 3 个赖氨酰残基可能是其泛素化结合位点，将个赖氨酰残基可能是其泛素化结合位点，将

33 个赖氨酰残基都进行突变，个赖氨酰残基都进行突变， ste3p ste3p 的泛素化和胞吞会严重受的泛素化和胞吞会严重受损。损。

细胞增殖、凋亡异常与疾病 abnormal cell proliferation,differentiation apoptosis and...

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