细胞增殖和凋亡异常与疾病 Abnormal Cell Proliferation, Apoptosis and Related of Disease 陈玮 副教授 Email：chenwei566@zju.edu.cn 个人主页： http://mypage.zju.edu.cn/566 8888.

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1 细胞增殖和凋亡异常与疾病 Abnormal Cell Proliferation, Apoptosis and Related of Disease 陈玮 副教授 个人主页：

2 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）

3 Abnormal Proliferation and Diseases
Abnormal Apoptosis and Diseases

4 细胞周期和概念（ Concept and phases of Cell cycle） 【Cell Proliferation】
细胞增殖异常与疾病 一、细胞周期及其调控 细胞周期和概念（ Concept and phases of Cell cycle） 【Cell 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

5 What is cell proliferation?
Cell proliferation is a process of cell division and regeneration, which results in an increase in the cell number with exact passages of genetic information to their daughter cells.

6 2001 Nobel Prize Leland H. Hartwell 1970s “Checkpoint” Yeast genetics
~100 CDC genes Paul M. Nurse 1970s CDKs yeast Tim Hunt 1980s Cyclins Sea Urchins

7 【细胞增殖过程】 细胞生长 DNA复制 细胞分裂 细胞 周期

8 细胞周期分期 （By stages） G1→S→G2→M 【 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. 细胞周期分期 （By stages） G1→S→G2→M

9 Cell cycle phase 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)
Interphase M phase M期：有丝分裂期

10 Mitosis Interphase Prophase Prometaphase Metaphase Anaphase Telophase
Cytokinesis

11 Phases of the cell cycle
DNA Cell Cycle Analysis

12 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。

13 Cell Cycle Regulation Cyclins Cyclin Dependent Kinases (CDKs)
Cyclin Dependent Kinases Inhibitors (CKI)

14 细胞周期的控制（Regulation of the cell cycle）
Regulation of the cell cycle by intracellular signals Regulation of the cell cycle by extracellular signals 1. 细胞周期自身控制（Regulation 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 （Cyclin dependent kinase, CDKs） Key spot：Cyclin、 CDKs、 CKI、Checkpoint of cell cycle。

15 （二）细胞周期的调控 1.细胞自身的调控 (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 CDI可抑制其活性 泛素降解CDK

16 Cdks

17 cyclins 自1983年首次发现周期蛋白后，许多科学家纷纷开展周期蛋白研究，短短10年就从各种生物中克隆分离了数十种周期蛋白，如酵母的Cln1、Cln2、Cln3、Clb1-Clb6，高等动物的周期蛋白A1-2、B1-3、C、D1-3、E1-2、F、G、H等等。 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。

18 部分周期蛋白分子结构特征 图中除Cln3外，均为人的周期蛋白分子，所有这些分子均含有一个周期蛋白框。

19 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

20 细胞周期蛋白的破坏框与降解途径 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。

21 PEST 短寿命蛋白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，它可以影响到某些蛋白的稳定性 。 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。

22 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，CDK S+G2 / M p107+E2F，p21，PCNA Rb ubiquitin B(B1,B2) CDK1(cdc2) G2 / M p21,PCNA Rb ubiquitin C CDK G PEST D(D1-3) CDK4(2,5,6) G Rb,p21,p27,p15,p16,PCNA Rb PEST E CDK G1+G1 / S p107+E2F ,p21,PCNA Rb PEST F S G G H CDK G1/ S,G2 /M CDK1,4,6 -

23 Cdks

24 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。

25 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

26 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）

27 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

28 【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

29 (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、P27Kip1和P57Kip 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。

30 CDI 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.P21kip1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。

31 Cyclins降解主要是泛素-蛋白酶体进行泛素化降解
SUMO 泛素 蛋白质 降解的蛋白质

32 (4)泛素依赖的蛋白溶解系统 CDC34途径： 水解CKI，促使细胞从G1期转换到S期；
后期促进复合体(anaphase-promoting complex,APC)途径： 通过E3 ligase与有丝分裂后期的抑制因子和有丝分裂cyclin结合并将其水解，从而促使细胞有丝分裂中期向后期转变。

33 （5）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

34 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。

35 Cell cycle checkpoints

36 2. 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。

37 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。

38 ▲ 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)

39

40 ►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）

41 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

42 恶性肿瘤 细胞增殖异常机制

43 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)

44 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

45 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

46 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↑

47 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）

48 细胞凋亡 下调bcl-2表达、激活bax 基因 P53
■G1/S交界处失察 ▲P 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↓

49 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 ，248，273 前列腺癌 不确定 结肠癌 ，245，248，273 肝细胞癌 食道癌 不确定 胶质癌 、248 卵巢癌 乳腺癌 、248、273 胰腺癌 子宫内膜癌 皮肤癌 、 甲状腺癌 、273 胃癌 不确定 白血病 、248 头颈鳞癌 宫颈癌 膀胱癌 软组织肉瘤 不确定

50 ■ 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

51 原发性血小板增多症（PT） ■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 出血及血栓形成。 ■病因与机制：X染色体遗传、TGF-减少、辅助细胞缺乏等。 良性前列腺增生 ■病因与机制：细胞凋亡出现下降，增殖不变，导致良性前列腺增生。 银屑病 ■病因与机制：表皮生长因子受体的增加和受体的减少是引起表皮细胞增长过快的原因。

52 细胞增殖缺陷 如糖尿病性肾病、神经退行性疾病（阿尔茨海默病和帕金森病）和再生障碍性贫血。 糖尿病性肾病： p27 增高
TGF-β1及受体表达增多 pRB处于低磷酸化状态 肾小管上皮细胞，系膜细胞或血管内皮细胞增生受抑制

53 《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。

54 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（ bp） 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

55 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

56 ►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） ►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

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58 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A 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

59 ►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

60 1. Concept, Classification, Construction of Caspases
■ 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)。 ►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

61 Death receptor signaling

62 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

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

64 TNFR signal pathway

65 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

66 Intrinsic or mitochondrial pathway

67 caspase-9 4．Activation of caspase-3（共同通路）(Effector caspase) Caspase-3 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） CDA进入细胞核内降解DNA 细胞凋亡

68 ►细胞凋亡的发生机制（Mechanism of apoptosis ）
1．氧化损伤（Oxidation damage ） 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 分子的氧化损伤，形成严重的氧化应激状态。 【Mechanism】 激活p53基因、消耗ATP、生物膜脂质过氧化、激活核酸内 切酶,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。 2．钙超载（Calcium overload ） 3．线粒体损伤（ Mitochondria damage ）

69 钙超载引起凋亡机制 TNF-α、抗CD3抗体、TCDD等 胞浆[Ca2+] ↑ 细胞凋亡
■激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶，降解DNA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 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； ■在ATP参与下，暴露出核小体之间的连接区，有利于DNA内切酶切 割DNA。 细胞凋亡

70 ►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】 功能 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

71 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

72 Bcl-2 family

73 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。

74 （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

75 ►细胞凋亡不足（Apoptosis inhibition）
1. 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）

76 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。

77 2．自身免疫病（Autoimmune 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 身抗原的体液免疫和细胞免疫，导致器官组织损伤。 T细胞在胸腺发育过程中的正负选择------胸腺负选择机制失 调 正选择：与非已抗原-MHC抗原结合的TCR的单阳性细胞保留存 活，进入外周T细胞库 负选择：与自身抗原-MHC抗原结合的TCR的双阳性细胞通过细 胞凋亡被清除 负选择失调→多发性硬化症、胰岛素依赖性糖尿病、慢性甲 状腺炎

78 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
1. 心血管疾病 （1）心肌缺血与缺血-再灌注损伤 ■特点 ▲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； ■机制 ▲氧化应激、▲Fas通路、▲p53基因的转录增加。 （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

79 2.神经元退行性疾病 阿尔茨海默氏病(Alzheimer’s disease, AD) β-淀粉样蛋白/钙超载/氧化应激/NGF↓→神经元凋亡 帕金森氏症(Parkinson’s disease) 多发性硬化症

80 病毒感染 AIDS Gp120糖蛋白-CD4结合→ CD4+细胞凋亡 Fas基因表达↑ HIV -感染→ CD4+细胞→合胞体形成
T细胞激活→AICD 巨噬细胞→TNF分泌↑ HIV -感染→tat蛋白表达→ CD4+细胞 产生氧自由基

81 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

82 细胞凋亡与疾病防治 1.合理利用凋亡因素 低剂量照射→急性T细胞性白血病 TNF-α→白血病细胞株U937 高温(43℃)→肿瘤
NGF→老年性痴呆 撤除雄激素→前列腺癌

83 2.干预凋亡信号转导 阿霉素→Fas/FasL表达↑→肿瘤细胞凋亡 环孢霉素A →调节和抑制线粒体介导的凋亡 3.调节凋亡相关基因 基因转移 wtP53→P53基因突变肿瘤细胞 基因封闭 反义寡核苷酸→bcl-2表达

84 四、控制凋亡相关酶的活性 核酸内切酶和caspases Ca 2+载体/阻断剂→核酸内切酶活性↑/↓ Zn 2+↑→caspases活性↓

85 Autophagy与apoptosis的关系
有人把apoptosis也称为Ⅰ型程序性细胞死亡 ，将 Autophagy称为Ⅱ型程序性细胞死亡 。 近年来越来越多的研究提示二者在某些情况下可以相 互拮抗或促进，可先后发生或同时共存于同一细胞， 相同诱导因素在不同细胞中可分别诱发Autophagy或 apoptosis ；参与Autophagy 和apoptosis的分子也可 能存在交叉，这些分子在Autophagy与凋亡两种程序性 细胞死亡中可发挥正向或负向作用。

86 自噬（Autophagy） 1962年Ashford等在胰高血糖素处理的小鼠肝细胞中观察到autophagy
1963年, De Duve首次提出细胞自噬的生物学概念: 细胞在缺乏营养和能量供应时， 部分细胞质与细胞器被包裹进一种特异性的双层膜或者多层膜结构的自噬体(autophagosome)中，形成的自噬体再与溶酶体(Lysosome)融合形成自噬溶酶体(autolysosome)，胞质和细胞器成分在这里被降解为核苷酸、氨基酸、游离脂肪酸等小分子物质，这些小分子物质可以被重新利用合成大分子或者合成ATP。

87 细胞自噬过程 自噬体膜：来源： 粗面内质网的非核糖体区域 高尔基体 一种新合成的结构 被降解物： 部分胞浆 细胞内需降解的细胞器(线粒体)
细胞内需降解的蛋白质

88 细胞自噬过程 饥饿、氧化应激损伤→自噬体膜脱落，形成环状分隔膜，包绕在被降解物周围
分隔膜逐渐延伸，将要被降解的胞浆成分完全包绕形成自噬体（autophagosome） 自噬体通过细胞骨架微管系统运输至溶酶体，与之融合形成自噬溶酶体(autolysosome), 并降解其内成分，自噬体膜脱落再循环利用

89 Three autophagic pathways
Munz, Annu.Rev. Immunol. 2009

90 The autophagysome formation in macroautophagy

91 　自噬的功能 对外源性刺激(包括营养缺乏、细胞密度负荷、低氧、氧化应激、感染等)的适应性反应：降解产物氨基酸、核苷酸、游离脂肪酸等可供物质能量循环 细胞保持稳定状态的管家机制：调控长寿命蛋白、过氧化物体、线粒体和内质网的更新 参与一定的组织特异性融合 一种防御机制:清除胞质内受损的细胞器、代谢产物,进行亚细胞水平上的重构,保护受损的细胞；作为一种细胞死亡程序诱导细胞主动性死亡

92 Thanks!