Abnormal Cell Proliferation, Apoptosis and Related of Disease 细胞增殖和凋亡异常与疾病 Abnormal Cell Proliferation, Apoptosis and Related of Disease

裸鼠的结肠癌病理模型复制 瘤细胞为什么会发生？ 胃癌手术后肿瘤细胞转移患者 （患者处于恶液质状态）

Abnormal Proliferation and Diseases Abnormal Apoptosis and Diseases

细胞增殖异常与疾病 一、细胞周期及其调控 （一）细胞周期的概念 细胞增殖 (Cell Proliferation) 细胞分裂和再生的过程，通过细胞分裂把遗传信息传给子代，保持物种的延续和数量增多。 ■细胞增殖↓、分化不良（过度） 组织器官发育不全 ■细胞增殖↑、分化不全 肿瘤发生

Cell proliferation

细胞增殖通过细胞周期实现

细胞周期 (Cell cycle) Cell cycle is defined as a period from the end of one division to the end of next division of a proliferative cell. Cell cycle phase: G1→S→G2→M G1期：DNA合成前期 （RNA和蛋白质合成） S期：DNA合成期 (DNA复制、组蛋白和非组蛋白) G2期：DNA合成后期/分裂前期（微丝、微管蛋白，成熟因子等合成） Interphase M phase M期：有丝分裂期

Mitosis Interphase Prophase Prometaphase Metaphase Anaphase Telophase Cytokinesis

细胞（增殖）周期特点： 单向性: G1S G2 M 阶段性: 各期细胞形态和代谢特点有明显差异。 检查点：决定细胞增殖分化趋向。 细胞微环境：细胞外信号、条件等影响细胞周期。

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, CDKs） （二）细胞周期的调控（Regulation of the cell cycle） Regulation of the cell cycle Regulation of the cell cycle by intracellular signals Regulation of the cell cycle by extracellular 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 （Cyclin dependent kinase, CDKs） Cyclins Cyclin Dependent Kinases (CDKs) Cyclin Dependent Kinases Inhibitors (CKI)

（二）细胞周期的调控 1. 周期素（cyclin） 2. 细胞周期素依赖性激酶（CDK） 是一个调节亚基，需与催化亚基CDK形成复合物，激活相应的CDK和加强对底物的作用，驱动细胞周期前行。 2. 细胞周期素依赖性激酶（CDK） 一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 需与cyclin形成复合物行使其催化亚基的功能 含有磷酸化活化调控部位 活性受上游的CDK活化激酶（CAK)的影响 CKI可抑制其活性 泛素降解CDK

CDKs

1. cyclins 各种周期蛋白均含有100个左右的保守氨基酸序列，称为周期蛋白框，它可介导周期蛋白与CDK结合。 M期周期蛋白(A2,B1)分子的N端含有破坏框。G1期周期蛋白分子的C端含有一个PEST序列。

Cyclin的降解 细胞周期蛋白的破坏框与降解途径

Cyclin的降解 G1周期蛋白也通过类似的途径降解，但其N端没有破坏框，C端有一段PEST序列与其降解有关。 C-末端都有一个(或一个以上)富含Pro(P), Glu(E), Ser(S)和Thr(T)的序列的40个aa残基组成的结构域，简称PEST序列。 PEST 样序列中3 个赖氨酰残基可能是其泛素化结合位点，将3个赖氨酰残基都进行突变，ste3p 的泛素化和胞吞会严重受损。

Cyclins 相关CDKs 细胞周期作用 相关蛋白 底物 降解 周期变化图 Cyclin-CDK复合物及其相关蛋白 Cyclins 相关CDKs 细胞周期作用 相关蛋白 底物 降解 A CDK1，CDK2 S+G2 / M p107+E2F，p21，PCNA Rb ubiquitin B(B1,B2) CDK1(cdc2) G2 / M p21,PCNA Rb ubiquitin C CDK8 G1 - - PEST D(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 PEST F - S - - - G - G1 - - - H CDK7 G1/ S,G2 /M - CDK1,4,6 -

Cyclin box 结构与功能 调节亚基 催化亚基 Classification 100aa组成cyclin box Cyclin -COOH H2N- cyclin CDK Cyclin/CDK Combine CDK PSTAIRE Classification Cyclin B1、Cyclin A、Cyclin E、Cyclin D1,D2,D3, F,G,H,T。 Cyclin/CDK/CDI

CDKs是一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。称为CDK1~9。 【CDK1活化促进G2/M转换】 Thr14、Tyr15抑制部位去磷酸化 Cyclin与CDK1结合、磷酸化 CDK1活化 CAK对CDK1活化部位的磷酸化 Cell cycle Thr161 CDK活化激酶（CDK activation kinase,CAK）

CAK（CDK activation kinase,CDK活化激酶） 【CDKs活化部位与抑制部位】 CAK对CDK1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（CDK1Thr161）磷酸化 ▲抑制部位（CDK1Thr14、Tyr15）去磷酸化依赖P80cdc25酶作用 CAK（CDK activation kinase,CDK活化激酶） 由cyclin H、CDK7和P36蛋白组成的复合物 调节大多数CDK活性 本身通过CDK7 Thr170残基的磷酸化后被激活 是转录因子TFIIH的组成成分，在RNA转录中发挥作用

【CDK活化与调控细胞周期】 pRb磷酸化 游离E2F释放 启动G1期 DNA合成↑ 启动S期 磷酸酶P80cdc25 ▲ CDK4、CDK6与cyclin D1、D2、D3结合 pRb磷酸化 游离E2F释放 启动G1期 DNA合成↑ 启动S期 ▲CDK2与cyclin E和A结合后 识别染色体ARS 促进S期 ▲CDK1与cyclin B1结合(Maturation promoting factor,MPF) 启动M期 ▲CDK2与cyclin A结合 启动G2期 磷酸酶P80cdc25

Cyclins 相关CDKs 细胞周期作用 相关蛋白 底物 降解 周期变化图 Cyclin-CDK复合物及其相关蛋白 Cyclins 相关CDKs 细胞周期作用 相关蛋白 底物 降解 A CDK1，CDK2 S+G2 / M p107+E2F，p21，PCNA Rb ubiquitin B(B1,B2) CDK1(cdc2) G2 / M p21,PCNA Rb ubiquitin C CDK8 G1 - - PEST D(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 PEST F - S - - - G - G1 - - - H CDK7 G1/ S,G2 /M - CDK1,4,6 -

Cdks

肿瘤抑制基因, 作用于G1期，阻止G1到S期的转化。 Rb蛋白在G1期呈低磷酸化状态，在晚G1期，S、G2、M期则高磷酸化； ▲ pRb蛋白：人视网膜母细胞瘤基因 肿瘤抑制基因, 作用于G1期，阻止G1到S期的转化。 Rb蛋白在G1期呈低磷酸化状态，在晚G1期，S、G2、M期则高磷酸化； 低磷酸化Rb与E2F结合，抑制其介导的激活作用，阻止G1到S期的转变； 高磷酸化Rb不能与E2F结合，不能抑制其功能。 Rb磷酸化时，E2F被释放，启动多种对细胞周期的进行很重要的基因转录，包括二氢叶酸还原酶、胸苷激酶、DNA多聚酶α、胸苷酸合酶（thymidylate synthase）、b-myb、CDK1及c-myc等基因。

Cyclins Vertebrate Yeast Kinase complex Cyclin CDK G1-CDK Cyclin D* Cln 3 CDK1(CDC28) G1/S-CDK Cyclin E CDK2 Cln 1、2 S-CDK Cyclin A Clb 5、6 M-CDK Cyclin B CDK1(CDC2) Clb 1-4

3. CKI：复合物 CKI可特异性抑制CDK的活性。 【抑制途径】 合物的磷酸化活化部位，抑制CDK 的激酶活性。 ▲Ink4：P16INK4a、P15INK4b、P18INK4c和P19INK4d CDK4、CDK6 ▲Cip/Kip：p21cipl、P27cip2和P57Kip2 CDK2 【抑制途径】 ▲ CKIs通过直接结合CDK-cyclin复 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。

主要的CKI 1.Ink: p16ink4a在S期达到高峰，是G1/S限制点负调控机制的重要 组成部分。 2.P21cip1作用较强，作用谱较广泛。主要调控细胞周期确保遗传 物质精确地传递给下一代，以消除DNA损伤而引发的肿瘤。 3.P27kip1为停止细胞分裂所必需，在休止细胞内高表达，在增殖 细胞内低表达。与G1后期的cyclinE/CDK2复合物结合，抑制其 磷酸化。

4. 细胞周期检查点 (check point) 保证细胞周期中DNA复制和染色体分配质量的检查机制，为负反馈调节机制 G1/S交界处检查，DNA损伤则停在G1期，以进行修复后复制 DNA 损伤检查点 S/G2交界处检查，负责检查DNA复制进度 DNA复制检查点 G2/M交界处检查，检查有功能的纺锤体形成，管理染色体的正确分配 纺锤体组装检查点 对细胞周期前一事件作出反应，保证细胞增殖按质完成

检查点工作方式 探测器：检测上一期进展的质量问题； 传感器：将探测器所检获的“质量问题”信号下传 效应器：由效应器去中断细胞周期进程并开动修复机制 CDK既是细胞周期转折的主要调节因子，也是细胞周期检查点的 效应器。

Cell cycle checkpoints

Check mechanism ▲P53： ①磷酸化P53上调 p21Cipl基因的转录，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； ②与TATA结合蛋白结合，抑制c-Jun、PCNA等基因转录，抑制细胞增殖；③与复制因子A相互作用，抑制DNA复制。

▲ Cdc25（P80)：负责G2期处检查。 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。 Cdc2基因产物为CDK1，为启动有丝分裂所必需。 MPF(成熟促进因子)

(三) 细胞外信号的调控 G1期存在一个“限定点，它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 ） pRb E2F 磷酸化 ■刺激信号（生长因子 ） （EGF、NGF、IL） ■抑制信号（TGF-β） 可以下调cyclin和CDK4的表达和促 进P21cipl、P27kipl和P15ink4b等CKI产 生，使细胞阻滞在G1期。 ■细胞生长条件不具备 能使P16INK4a和P15INK4b增加，并均 能抑制Cyclin D-CDK4/6复合物的功 能，细胞阻滞G1期。

（Abnormal cell cycle & diseases） 二、细胞周期异常与疾病 （Abnormal cell cycle & diseases） 细胞过度增殖或不足的本质是细胞周期调控异常。 【Deregulation of cell cycle】 ■细胞周期的驱动失控（Cyclin、CDK和CDI表达异常） ■监控（检查）机制受损（The impairment of checkpoint system）

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 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 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 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 动脉粥样硬化 先天畸形 家族性红细胞增多症 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

1．细胞周期驱动机制失控 ■ Cyclins的过表达（Over expression of cyclins） 肿瘤的发生与cyclin（D、E）过量表达有关。 【Cyclin D1（Bcl-1）过表达原因】（原癌基因） ▲基因扩增（Cyclin D1过表达的主要机制） 乳腺癌、胃癌、食道癌存在Cyclin D1基因(CCND1)扩增过度。 ▲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↑ ▲染色体易位（Chromosome translocation) 甲状旁腺腺癌 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↑ Inv(11) (p15:q13)

可能 【Cyclin D过表达致肿瘤机制】 Cyclin D1 T286突变 Cyclin D1泛素化受阻 Cyclin D1↑ ▲基因突变 Cyclin D1 T286突变 Cyclin D1泛素化受阻 Cyclin D1↑ 【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 可能 ■ CDK 表达异常 主要见于CDK4、CDK6过表达。 CDK4↑+ cyclin D结合↑ CDK4/cyclin D↑ CDKs表达↑ pRb pRb磷酸化↑ 细胞增殖过度 E2F ↑ G1/S过渡加速

可能 ■ CKI表达不足和突变 肿瘤细胞中常出现CKI（肿瘤抑制基因）表达不足或突变。 ▲ InK4失活 【p16 InK4基因失活原因】 【Mechanism】 p16 InK4基因表达↓ CDK4与cyclin D结合↑ 细胞周期处在“易于”被启动状态 易发生细胞癌变 可能

正常 增殖细胞核抗原（PCNA） 阻滞DNA复制 p53基因突变 P21cip1转录↓ DNA受损细胞增殖↑ ▲ Kip/Cip含量减少（Deficient expression of Kip/Cip） P21cipl功能 cyclins/CDKs活性↓ 细胞周期速度↓ 增殖细胞核抗原（PCNA） 阻滞DNA复制 正常 【Mechanism】 p53基因突变 P21cip1转录↓ DNA受损细胞增殖↑

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）

细胞凋亡 下调bcl-2表达、激活bax 基因 P53 ■G1/S交界处失察 ▲P53 进入S期 DNA损伤 修复成功 G1/S检查 停顿G1期 损伤DNA修复 修复失败 细胞凋亡 下调bcl-2表达、激活bax 基因 P53 ▲P53突变或丢失 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↓

表 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 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 肺癌 56 157，248，273 前列腺癌 30 不确定 结肠癌 50 175，245，248，273 肝细胞癌 45 249 食道癌 45 不确定 胶质癌 25 175、248 卵巢癌 44 273 乳腺癌 22 175、248、273 胰腺癌 44 273 子宫内膜癌 22 248 皮肤癌 44 248、278 甲状腺癌 13 248、273 胃癌 41 不确定 白血病 12 175、248 头颈鳞癌 37 248 宫颈癌 7 273 膀胱癌 34 280 软组织肉瘤 31 不确定

■ 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

细胞凋亡与疾病 (Apoptosis and Related Diseases) ►细胞死亡的模式 ■ Necrosis = 细胞意外性死亡 ■ Apoptosis = 细胞自发性死亡 坏死 凋亡 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。 【Concept of apoptosis】 【凋亡的生理学意义】 ■参与发育、生长。 ■维持内环境稳定。 ■参与防御反应。

细胞凋亡与细胞坏死的比较 4.生化特点 被动过程,无新蛋白合成,不耗能 主动过程,有新蛋白合成,耗能 5.形态改变 细胞肿胀 结构溶解，破坏 坏 死 凋 亡 1.性 质 病理性，非特异性 生理性/病理性，特异性 2.诱 因 强烈刺激，随机发生 较弱刺激，非随机发生 3.基因调控 无 有 4.生化特点 被动过程,无新蛋白合成,不耗能 主动过程,有新蛋白合成,耗能 5.形态改变 细胞肿胀 结构溶解，破坏 细胞皱缩，核固缩 胞膜/细胞器相对完整 6.凋亡小体 7.DNA变化 弥散性降解 电泳呈均一片状 片段化（180-200bp） 电泳呈“梯”状条带 8.溶酶体改变 破裂 相对完整 9.炎症反应 局部炎症反应 局部无炎症反应

一、细胞凋亡的过程与调控 + ►细胞凋亡大致过程(The process of apoptosis) （Process & regulation of cell apoptosis） ►细胞凋亡大致过程(The process of apoptosis) + cAMP、Ca2+、神经酰胺 死亡信号 凋亡诱导因素 受体 凋亡信号转导 凋亡基因激活 凋亡相关基因激活 悉尼·布雷诺尔 罗伯特·霍维茨 约翰·苏尔斯顿 2002年诺贝尔生理与医学奖获得者 DNase激活、Caspases激活 凋亡的执行 巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞 凋亡细胞清除

（一）凋亡时细胞的主要变化（Features of apoptosis cells） 1. 形态学改变 （The morphologic characteristics of apoptosis） （一）凋亡时细胞的主要变化（Features of apoptosis cells） ■凋亡细胞（实体细胞）与周围细胞脱接触 ■胞膜空泡化（Blebbing） ■细胞固缩（Condensation）、核固缩和发芽 ■凋亡小体（Apoptotic body） 凋亡细胞(扫描电镜) 凋亡细胞(透射电镜) APL急性早幼粒白血病 Apoptosis

2. 生化改变（The biochemical characteristics of apoptosis） ■DNA片段化（DNA ladding pattern） 激活核酸内切酶 核小体连接区发生DNA降解， 寡核小体片段（180～200bp的倍数） ■钙超载（Calcium overload） Ca2+载体A23187 B淋巴细胞内[Ca2+] ↑ 诱导B细胞凋亡 （Ca2+在细胞凋亡中充当凋亡信号传递的角色） ■细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻 （caspase激活、PKC活化、蛋白合成等） ■内源性核酸内切酶激活 Ca2+/Mg2+增加核酸内切酶活性 Zn2+抑制核酸内切酶活性

►The mainly induced factors of apoptosis Table：Influence of factors of apoptosis 诱导性因素（Inducers） 抑制性因素（Inhibitors） 理化因素 射线、高温、强酸、 细胞因子 IL-2、NGF等 强碱、应激、抗癌药 激素 ACTH、睾丸酮、雌激素 激素和因子 糖皮质激素、TNF 其它 Zn2+、苯巴比妥、半胱氨 免疫性因素 CTL分泌的颗粒酶 酸蛋白酶抑制剂、EBV、 病原体因素 HIV、HCV 牛痘、病毒、中性氨基酸

（二）细胞凋亡的信号传导（Caspases依赖的pathway） ■ Caspase (cysteine-containing aspartate-specific protease) (含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶) Caspase属于半胱氨酸蛋白酶家族，14个成员(Caspase 1-14)。 （二）细胞凋亡的信号传导（Caspases依赖的pathway） ■ Caspase信号通路分类 上游（Caspase-8 , -9, -10） 下游（Caspase -2, -3, -6, -7）（共同通路） ▲ Caspase （Ced-3亚家族） 死亡受体通路 线粒体途径 大小亚基结合（二聚体） caspase活化（四聚体） ■ 结构特点 Pro-caspase： NH2末端结构域、 20KD亚基、 10KD亚基 剪切

2．死亡受体通路（Extrinsic or cytoplasmic pathway） ■死亡受体 TNFR、Fas、DR3、DR4、DR5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。 ■通路（pathway） FADD Pro-caspase-8 Caspase-8 Caspase-3 Pro-caspase-3 细胞凋亡 生长因子、信号、Fas抗体 FAS FADD（Fas-associated death domain）； DD（death domain）；DED （death effector domain）。 DED DD

caspase-independent apoptosis 3．线粒体途径（Intrinsic or mitochondrial pathway） Ca2+ NO 缺血 缺氧 活性氧 膜通透性↑、线粒体肿胀、△m↓ MPT开放 Cyt.c ATP Apaf-1 + AIF caspase-independent apoptosis Apaf-1活化 Cyt.c CARD apoptosome Apaf-1活化 Cyt.c + Pro-caspase-9 Caspase-9 Pro-Caspase-3 凋亡 Caspase-3

4．Activation of caspase-3（共同通路）(Effector caspase) Pro-caspase-3 Pro-caspase-9 Pro-caspase-6 Caspase-6 Pro-caspase-7 caspase-7 剪切细胞内结构蛋白 Pro-caspase-2 caspase-2 ICAD （抑制性 CAD） CAD（ caspase活化DNA酶） CAD进入细胞核内降解DNA 细胞凋亡

（三）细胞凋亡的调控机制 （Regulated mechanism of apoptosis） 表 细胞凋亡的调控基因 【调控基因】 表 细胞凋亡的调控基因 功能 基因 抑制凋亡基因 Bcl-2 Bcl-XL、A1/Bfl-1、Bcl-w、Bcl-G和Mcl-1等 促凋亡基因 P53、Bax、Bad、Bak、Bid、Bim、Bik、Bok、 Bcl-B、Bcl-Xs、Krk、Mtd、Nip3、Nix、Noxa等 双向调控基因 c-myc、Bel-x

caspase-independent apoptosis 1．Bcl-2基因家族（Bcl-2 Family & regulating functions） ■ Bcl-2（Bcl-XL）能够抑制线粒体MPT开放，Cyt.c 、AIF释放↓ ■ Bcl-2能够结合和灭活Apaf-1，阻断对caspase-9活化 ■ Bcl-2也能特异地结合细胞色素C Bcl-2 CARD MPT开放 膜通透性↑、线粒体肿胀、△m↓ Cyt.c ATP Apaf-1 + Apaf-1活化 Pro-caspase-9 apoptosome AIF Caspase-9 Pro-Caspase-3 Caspase-3 凋亡 caspase-independent apoptosis Caspase抑制剂

线粒体途径（Intrinsic or mitochondrial pathway）

2．p53基因（抑癌基因） 【促凋亡机制】 达，并触发细胞色素C释放和caspase活化。 As a transcription factor, p53 regulates downstream genes important in cell cycle arrest, DNA repair, and apoptosis. After DNA damage, p53 holds the cell at a checkpoint until the damage is repaired. If the damage is irreversible, apoptosis is triggered. 【促凋亡机制】 ■ P53通过与Bcl-2基因相互作用，下调Bcl-2的表达。 ■ P53诱导细胞凋亡的靶蛋白表达（线粒体和死亡受体介导）。 ■ P53诱导线粒体内凋亡的相关蛋白（Bax、NOXA、 PUMA）表 达，并触发细胞色素C释放和caspase活化。 ■ P53诱导死亡受体Fas表达。 ■ P53能使死亡受体再定位于细胞膜上。

（Diseases associated to apoptosis deregulation） 三、细胞凋亡异常和疾病 （Diseases associated to apoptosis deregulation） 表： 与细胞凋亡异常相关的疾病 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-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、 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 CNS Alsheimer病、Parkinson 病、 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 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、AIDS 、多发性的硬化症等

（一）细胞凋亡不足（Apoptosis inhibition） 肿瘤（Tumor） ■ bcl-2基因过表达 85%滤泡状和20%弥漫性B细胞淋巴瘤 染色体t（14;18）易位 bcl-2基因受到Ig基因增强子控制 肿瘤发生 细胞凋亡速率↓ bcl-2基因高表达 （乳腺癌、肝癌、膀胱癌、肺癌、胶质瘤等也存在Bcl-2高水平表达） 存在 ■ p53基因缺失或突变 调节P53的稳定性、细胞内定位或（和）活性发生异常 p53表达或功能存在缺陷 细胞凋亡速率↓ 肿瘤发生 （50%以上恶性肿瘤中存在P53异常）

HBV编码的HBX是Caspase-3的强效抑制物，与肝癌发生密切相关。 ■病毒的癌基因 HBV编码的HBX是Caspase-3的强效抑制物，与肝癌发生密切相关。 ■异常融合蛋白 慢性髓细胞性白血病（CML） 染色体易位t (9；22)( Ph染色体) Bcr-abl融合基因 NF-B活化、细胞凋亡速率↓ 表达和产生p210 Bcr-abl蛋白质 CML髓系祖细胞的克隆扩增 肿瘤发生 存在 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。

(二)细胞凋亡过度（Apoptosis excess） 1. 心血管疾病 （1）心肌缺血与缺血-再灌注损伤 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； 轻度缺血以凋亡为主，重度缺血以坏死为主； （2）心力衰竭 氧化应激/压力、容量负荷↑/神经-内分泌失调/TNF/缺血/缺氧→心肌细胞凋亡 2.神经元退行性疾病 阿尔茨海默氏病 (Alzheimer’s disease, AD) 帕金森氏症 (Parkinson’s disease) 多发性硬化症

(三)细胞凋亡不足与过度并存 动脉粥样硬化 氧化型LDL↑ 血小板激活 AgⅡ 高血压 内皮细胞凋亡↑ 平滑肌细胞增殖 平滑肌细胞凋亡

cell signal transduction and disease 细胞信号转导异常与疾病 cell signal transduction and disease

Cellular signal transduction 第一节 细胞信号转导系统概述 Cellular signal transduction 细胞信号转导 指细胞通过胞膜或胞内受体感受信息分子的刺激，经细胞内信号转导系统转换,从而影响细胞生物学功能的过程 。 膜受体介导的跨膜信号转导 核受体介导的信号转导

真核细胞信号转导模式

一、受体介导的信号转导通路 （一）膜受体介导的信号转导通路 G蛋白偶联受体（G protein coupled receptor, GPCR) 酪氨酸蛋白激酶型受体（protein tyrosine kinase, PTK) 细胞因子受体超家族 丝/苏氨酸蛋白激酶（PSTK) 死亡受体家族 离子通道型受体 黏附分子

(Nuclear receptor-mediated signal transduction pathway) （二）核受体介导的信号转导通路 (Nuclear receptor-mediated signal transduction pathway) I型核受体：定位于胞浆，与HSP结合 结合配基后与HSP分离，二聚化 后入核 II型核受体：定位于核内 未结合配基时，结合共遏蛋白 结合配基后，与共遏蛋白解离， 促进基因转录

第二节 信号转导异常发生的环节和机制

受体异常与疾病 分类 累及的受体 主要临床特征 遗传性受体病 膜受体异常 家族性高胆固醇血症 LDL受体 血浆LDL升高，动脉粥样硬化     分类 累及的受体 主要临床特征 遗传性受体病　 　　膜受体异常　　家族性高胆固醇血症   LDL受体 血浆LDL升高，动脉粥样硬化 　　　　　　　　　家族性肾性尿崩症 ADH V2型受体 男性发病，多尿、口渴和多饮 　　　　　　　　 c视网膜色素变性　　 视紫质 进行性视力减退 cccccccccccccccc遗传性色盲 视锥细胞视蛋白 色觉异常 11111111111111严重联合免疫缺陷症 IL-2受体γ链 T细胞减少或缺失，反复感染 ccccccccccccccccII型糖尿病 胰岛素受体 高血糖,血浆胰岛素正常或升高 ccc核受体异常 ccc雄激素抵抗综合征 雄激素受体 不育症，睾丸女性化 cccccccccccccccc维生素D抵抗性佝偻病 维生素D受体 佝偻病性骨损害，秃发，继发性甲状旁腺素增高 cccccccccccccccc甲状腺素抵抗综合征 β甲状腺素受体 甲状腺功能减退，生长迟缓 cccccccccccccccc雌激素抵抗综合征 雌激素受体 骨质疏松，不孕症 ccccccccccccccc糖皮质激素抵抗综合征 糖皮质激素受体 多毛症,性早熟,低肾素性高血 压

自身免疫性受体病 cccccccccccccccc重症肌无力   Ach受体 活动后肌无力 cccccccccccccccc自身免疫性甲状腺病 刺激性TSH受体 抑制性TSH受体 甲亢和甲状腺肿大 甲状腺功能减退 ccccccccccccccccII型糖尿病 胰岛素受体 高血糖，血浆胰岛素正常或升高 cccccccccccccccc艾迪生病 ACTH受体 色素沉着，乏力，血压低 继发性受体异常 ccccccccccccccc心力衰竭 肾上腺素能受体 心肌收缩力降低 ccccccccccccccc帕金森病 多巴胺受体 肌张力增高或强直僵硬 ccccccccccccccc肥胖 血糖升高 ccccccccccccccc肿瘤 生长因子受体 细胞过度增殖

(Disorders of single signal molecules during diseases) 一、单个环节细胞信号转导障碍与疾病 (Disorders of single signal molecules during diseases) 1、 遗传性受体病 (Genetic disorders of receptor)

家族性肾性尿崩症 （Familial nephrogenic diabetes insipidus ） 遗传性受体缺陷 家族性肾性尿崩症 （Familial nephrogenic diabetes insipidus ） 因遗传性ADH 受体(V2型) 及受体后信号转导异常引起。 性连锁隐性遗传 男性儿童发病 多尿，烦渴，多饮 血浆ADH水平无降低

遗传性受体缺陷 ADH 的信号转导 V2R 编码V2受体的 基因突变 Gs H2O 多尿，烦渴，多饮 血浆ADH水平无降低 PKA cAMP ATP PKA H2O 编码V2受体的 基因突变 多尿，烦渴，多饮 血浆ADH水平无降低

家族性高胆固醇血症 (familial hypercholesterolaemia, FH) 遗传性受体缺陷 家族性高胆固醇血症 (familial hypercholesterolaemia, FH) 因编码LDL受体的基因突变，使细胞表面LDL受体减少或缺失，引起脂质代谢紊乱和动脉粥样硬化。 核 粗面内质网 高尔基体 囊泡 溶酶体 核内体 (1) LDL受体的代谢 (2)表现 常染色体显性遗传 LDL受体减少 血浆LDL水平升高 早发动脉粥样硬化

(3) LDL受体突变的类型及分子机制 (classes of functional LDL-receptor defects) Golgi Endoplasmic reticulum LDL II III I IV V Endosome Mutation Synthesis Transport Binding Clustering Recycling class Classification of LDL receptor mutation I X II X III X IV X V X

(Autoimmune receptor disease) 2. 自体免疫性受体病 (Autoimmune receptor disease) 因体内产生抗受体的自身抗体而引起的疾病。 (1)自身免疫性甲状腺病 因抗TSH (thyroid-stimulating hormone，促甲状腺激素)受体的自身抗体引起的甲状腺功能紊乱。

自身免疫性甲状腺病 自体免疫性受体病 刺激型抗体：可模拟信号分子或配体的作用，激活特定的信号转导通路，使靶细胞功能亢进。 如Graves病 阻断型抗体：该抗体与受体结合后，可阻断受体与配体的结合，从而阻断受体介导的信号转导通路的效应，导致靶细胞功能低下。 如桥本病

Graves病 自体免疫性受体病 刺激性抗体 刺激性抗体模拟TSH 的作用 促进甲状腺素分泌和甲状腺腺体生长 女性>男性 甲亢、甲状腺弥漫性肿大、突眼

桥本病 (Hashimoto’s thyroditis) 自体免疫性受体病 桥本病 (Hashimoto’s thyroditis) 阻断性抗体与TSH受体结合 减弱或消除了TSH的作用 抑制甲状腺素分泌 甲状腺功能减退、黏液性水肿 黏液性水肿(myxedema)

(2)重症肌无力(myasthenia gravis) 自体免疫性受体病 (2)重症肌无力(myasthenia gravis) 因存在抗n-Ach受体的抗体而引起的自身免疫性疾病。 受累横纹肌稍行活动后即疲乏无力，休息后恢复。

机制 (mechanism) 抗 n-Ach受体抗体 肌纤维收缩 Ach Na+内流 运动神经末梢 Ach受体 受累横纹肌稍行活动后即疲乏无力，休息后恢复。

3. 受体后信号转导通路成分异常 霍乱 (Cholera) 肠 腔 Cl- H2O Na+ 霍乱毒素选择性催化Gsα亚基的精氨酸201核糖化(ADP- ribose), ，此时Gsα仍可与GTP结合，但GTP酶活性丧失，不能将GTP水解成GDP，从而使Gsα处于不可逆性激活状态，不断刺激AC生成cAMP。 cAMP ↑ ↑ ↑ CT Gs AC

(Disorders of multiple signal molecules during diseases) 二、多个环节细胞信号转导障碍与疾病 (Disorders of multiple signal molecules during diseases)

I型糖尿病--胰岛素依赖型 由于胰岛B细胞破坏，胰岛素绝对不足。 一、胰岛素抵抗性糖尿病 (非胰岛素依赖型糖尿病) 糖尿病是由于胰岛素缺乏以及胰岛素抵抗，引起的糖、脂肪及蛋白质代谢紊乱的综合征。 I型糖尿病--胰岛素依赖型 由于胰岛B细胞破坏，胰岛素绝对不足。 II型糖尿病—非胰岛素依赖型 由于胰岛素受体和受体后异常造成靶细胞对胰岛素反应性降低。

胰岛素作用信号转导 (signal transduction of insulin) 胰岛素→受体TPK磷酸化→在IRS-1及IRS-2参与下→与Grb2和PI3K 结合→启动下游信号转导 I P IRS PI3K 效应： a.促进葡萄糖转运蛋白4转位到膜上，促进周围组织对糖原的摄取； b.激活糖原合酶; c.使基因表达增强，蛋白合成增加，促细胞增殖. Ras Grb2 胰岛素受体底物（IRS-1/2)

机制 (1)胰岛素受体异常 受体数量减少 （肥胖患者） 受体与胰岛素的亲和力降低 受体TPK活性降低 (2)受体后信号转导异常 IRS-1/2下调 编码PI3K的基因突变

二、肿瘤 1.促细胞增殖的信号转导过强 ⑴ 生长因子产生增多 多种肿瘤组织能分泌生长因子 ⑵受体的改变 ①某些生长因子受体表达异常增多 如多种肿瘤组织中发现有编码EGFR的原癌基因c-erb- B的扩增及EGFR的过度表达 ②突变使受体组成型激活 如多种肿瘤组织中证实有RTK的组成型激活

⑶细胞内信号转导蛋白的改变 如小G蛋白Ras的基因突变→ 使Ras自身GTP酶活性下降→造成Ras-Raf-MEK-ERK通路的过度激活 →导致细胞的过度增殖与肿瘤的发生。 2.抑制细胞增殖的信号转导过弱 生长抑制因子受体减少、丧失受体后信号转导通路异常 细胞的生长负调控机制减弱或丧失

（—） TGF-β途径 （TGF-β）2 Betalycn Endoglin 细胞膜 GS Smad2 SARA Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ -P Smad4 胞浆 Smad2 -P Smad4 P300 Fast2 P300 P15、P21 Smad4 Smad2 -P 核膜 Fast2

三、高血压左心肌肥厚 促增殖信号增多： 牵张刺激 激素信号：去甲肾上腺素（NE）、血管紧张素11 （AngII）、 内皮素-1 （ET-1） 局部体液因子：TGF，FGF 参与的信号途径： 细胞内Na+、Ca2+等阳离子浓度增高 PKC激活 激活MAPK家族的信号通路 激活PI-3K通路

Ca2+ ↑ Ca2+ 胞膜 PI 离子通道 Gq G DAG IP3 细胞内 Ca2+库 PKC 基因表达增加，心肌和血管平滑肌增生 CA, AngⅡ等 Ca2+ GPCR R R 胞膜 PI 离子通道 Gq G PLC DAG IP3 细胞内 Ca2+库 Ca2+ ↑ PKC 基因表达增加，心肌和血管平滑肌增生

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