1、1疾病的细胞功能异常疾病的细胞功能异常(Cellular dysfunction in diseases)浙江大学医学院浙江大学医学院 陈莹莹陈莹莹病理生理学病理生理学2细胞增殖细胞增殖细胞分化细胞分化细胞凋亡细胞凋亡生生死死增增殖殖通过有丝分裂，达到细胞数量增加、组织通过有丝分裂，达到细胞数量增加、组织和器官增大及个体生长和器官增大及个体生长分分化化通过细胞形态、结构和功能的特化，实现通过细胞形态、结构和功能的特化，实现表型差异、组织和器官的功能及个体成熟表型差异、组织和器官的功能及个体成熟凋凋亡亡体内外生理或病理因素激活细胞内死亡程体内外生理或病理因素激活细胞内死亡程序，导致细胞主动死亡序
2、，导致细胞主动死亡 疾病的细胞机制：疾病的细胞机制：细胞细胞“生生”的过程和的过程和/或或“死死”的过的过程的失控程的失控 细胞增殖异常细胞增殖异常 细胞分化异常细胞分化异常 细胞凋亡异常细胞凋亡异常3第一节第一节 细胞增殖异常细胞增殖异常(Abnormal cell proliferation)细胞增殖：细胞分裂和再生的过程细胞增殖：细胞分裂和再生的过程 细胞生长细胞生长DNA复制复制细胞分裂细胞分裂细胞周期细胞周期45一、细胞周期（一、细胞周期（Cell cycle）的概述）的概述 定义：增殖细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂的结束所定义：增殖细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂的结
3、束所经历的时期和顺序变化经历的时期和顺序变化 分期分期G1期期(first gap phase,DNA合成前期合成前期)S期（期（synthetic phase,DNA合成期）合成期）M期（期（mitotic phase,有丝分裂期）有丝分裂期）G2期（期（second gap phase,DNA合成后期）合成后期）Interphase Prophase Prometaphase Metaphase Telophase Cytokinesis MitosisAnaphase7 特点特点 单向性：单向性：G1 S G2 M 阶段性：细胞周期停滞阶段性：细胞周期停滞（cell cycle arre
4、st）检查点（检查点（check point）：细胞内存在的监控机制：细胞内存在的监控机制，只有通过，只有通过检查点的检查，细胞才能进入下一个时相检查点的检查，细胞才能进入下一个时相 微环境影响微环境影响8 人体细胞的分类人体细胞的分类 周期性细胞（周期性细胞（Cycling cells）：表皮细胞、骨髓干细胞、生殖）：表皮细胞、骨髓干细胞、生殖细胞等细胞等 G0期细胞（期细胞（G0 cells）：肝细胞、肾细胞：肝细胞、肾细胞 终端分化细胞（终端分化细胞（Terminally differentiated cells）：神经细胞）：神经细胞、心肌细胞、心肌细胞9二、细胞周期的调控（二、细胞周
5、期的调控（Regulation of Cell Cycle）自身调控（自身调控（Self-control）周期蛋白（周期蛋白（Cyclin）周期素依赖性蛋白激酶（周期素依赖性蛋白激酶（Cyclin dependent kinase,CDK）检查点（检查点（check point）细胞外信号（细胞外信号（Extracellular signals）101、周期蛋白（、周期蛋白（Cyclin）cyclin A、B1-2、C、D1-3、E、F、G1-2、H、I、K、T1-2 作用：活化作用：活化CDK，使不同底物磷酸化而实现对细胞周期不同时，使不同底物磷酸化而实现对细胞周期不同时相的推进和转换作用相
6、的推进和转换作用 结构：周期蛋白框（结构：周期蛋白框（cyclin box）PSTAIRE cyclinCDKCyclin/CDKCombineCyclin boxCyclin Catalytic subnuitRegulatory subunitCDK1112 周期蛋白的降解：通过泛素周期蛋白的降解：通过泛素-蛋白酶体系统进行降解蛋白酶体系统进行降解 M期周期蛋白：降解盒（期周期蛋白：降解盒（destruction box）G1期周期蛋白：期周期蛋白：PEST site13Ubiquitin-activating enzyme E1（泛素激活酶）（泛素激活酶）Ubiquitin-conjug
7、ating enzyme E2（泛素结合酶）（泛素结合酶）Ubiquitin-protein ligase E3（泛素连接酶）（泛素连接酶）降解第一步降解第一步:泛素结合（泛素结合（Ubiquitin Conjugation）14 降解第二步降解第二步:泛素化蛋白被蛋白酶体（泛素化蛋白被蛋白酶体（proteasome）水解）水解 152、周期素依赖性蛋白激酶、周期素依赖性蛋白激酶（Cyclin dependent kinase,CDK）丝氨酸丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，苏氨酸蛋白激酶，CDK19 作用：作用：CDK与不同与不同cyclin结合后活化，调控细胞周期结合后活化，调控细胞周期16 主要底
8、物主要底物-视网膜母细胞瘤蛋白（视网膜母细胞瘤蛋白（Retinoblastoma protein，Rb)抑癌蛋白抑癌蛋白(tumor suppressor protein)Rb家族包括家族包括Rb protein、p107和和p130三种三种 调节细胞从调节细胞从G1S期的转变：期的转变：RB-E2F pathway1718 CDK活性的调控活性的调控(1)周期蛋白周期蛋白(2)磷酸化和去磷酸化的调节磷酸化和去磷酸化的调节 CDK1的激活需要的激活需要Thr14和和Tyr15去磷酸化和去磷酸化和Thr161的磷酸化的磷酸化Wee 1 激酶激酶Cdc25CDK 活化激酶（活化激酶（CDK-act
9、ivating kinase,CAK）19(3)CDK 抑制因子（抑制因子（cyclin dependent kinase inhibitor,CDI/CKI）INK4（inhibitors of kinase 4）家族）家族 成员：成员：p16INK4A,p15INK4B,p18INK4C,p19INK4D 主要抑制主要抑制 CDK4、CDK6 CIP(Cdk inhibitory protein)/KIP(kinase inhibitory protein)家家族族 成员：成员：p21Cip1,p27Kip1,and p57Kip2 主要抑制主要抑制 CDK220 p21 一种广泛作用的一
10、种广泛作用的CDI 与与PCNA（proliferating cell nuclear antigen）结合，直接抑制）结合，直接抑制DNA的合成的合成 中介了在中介了在p53蛋白的细胞周期蛋白的细胞周期DNA损伤检查点的调控损伤检查点的调控21（4）癌基因和抑癌基因（）癌基因和抑癌基因（Oncogen and Tumor suppressor gene）癌基因：癌基因：src，ras，sis，myc，myb 抑癌基因：抑癌基因：Rb、p53223、细胞周期检查点（、细胞周期检查点（Checkpoint）DNA 损伤检查点损伤检查点(DNA damage checkpoint)：G1/S交界处
11、交界处 DNA 复制检查点：复制检查点：S/G2交界处交界处 纺锤体组装检查点纺锤体组装检查点(Spindle assembly checkpoint):G2/M交界处交界处 23 G1/S检测点检测主要通过肿检测点检测主要通过肿瘤抑制蛋白瘤抑制蛋白 p53 分子完成分子完成 24 Cdc25 被认为是被认为是G2/M 期检查点反应的主要效应子期检查点反应的主要效应子 25264、细胞外信号对细胞周期的调控、细胞外信号对细胞周期的调控27（1）增殖信号：大多数肽类生长因子）增殖信号：大多数肽类生长因子 Ras/Raf/ERK 途径是必需的途径是必需的28（2）抑制信号：）抑制信号：TGF-，细
12、胞的微环境，细胞的微环境29 细胞周期的驱动失控（细胞周期的驱动失控（Cyclin、CDK和和CDI表达异常）表达异常）监控（检查）机制受损监控（检查）机制受损三、细胞周期调控异常三、细胞周期调控异常（Dysregulation of cell cycle）细胞增殖异常与相关疾病细胞增殖异常与相关疾病 增殖过度增殖过度 增殖分化异常增殖分化异常恶性肿瘤、前列腺肥大恶性肿瘤、前列腺肥大糖尿病肾病糖尿病肾病银屑病、原发性血小板增多症银屑病、原发性血小板增多症神经退行性疾病神经退行性疾病家族性红细胞增多症、类风湿关节炎家族性红细胞增多症、类风湿关节炎再生障碍性贫血再生障碍性贫血 肝肺肾纤维化、肾小管
13、间质性病变肝肺肾纤维化、肾小管间质性病变动脉粥样硬化动脉粥样硬化301、恶性肿瘤、恶性肿瘤:生物学特征是恶性增殖生物学特征是恶性增殖（1）周期蛋白异常）周期蛋白异常与与 cyclin（D、E）过量表达有密切的关系）过量表达有密切的关系 Cyclin D1（bcl-1）：295个氨基酸，由染色体个氨基酸，由染色体11q13上的上的CCND1基因编码基因编码Amplification(基因扩增基因扩增)Translocation(染色体易位染色体易位)如如t(11:14)(q13:q32)Inversion(染色体倒位染色体倒位)如如 inv(11)(p15：q13)31（2）CDK 增多增多 C
14、DK4 和和 CDK6 过表达过表达（3）CDI 表达不足和突变表达不足和突变p16蛋白失活蛋白失活 p16 InK4 基因缺失基因缺失 p16 InK4 基因突变基因突变 p16 InK4 基因基因CpG 岛高度甲基化岛高度甲基化p21、P27蛋白失活蛋白失活32（4）细胞周期监控机制受损）细胞周期监控机制受损 G1/S 交界处失察：交界处失察：p53突变或丢失突变或丢失 G2/M 交界处失察交界处失察 332、银屑病、银屑病 临床表现：皮肤出现大小不等、境界清楚的红斑鳞屑性斑块，上覆临床表现：皮肤出现大小不等、境界清楚的红斑鳞屑性斑块，上覆大量干燥的银白色鳞屑大量干燥的银白色鳞屑 原因：表
15、皮细胞过度增生原因：表皮细胞过度增生 机制：表皮生长因子受体的增加、机制：表皮生长因子受体的增加、cAMP水平下降水平下降343、原发性血小板增多症（、原发性血小板增多症（primary throbocythemia）临床特征：出血倾向及血栓形成临床特征：出血倾向及血栓形成 机制：骨髓巨核细胞过度增殖，外周血血小板持续明显增多机制：骨髓巨核细胞过度增殖，外周血血小板持续明显增多 病因：与病因：与X染色体遗传有关，血小板生成抑制因子染色体遗传有关，血小板生成抑制因子TGF-1减少、减少、血液微环境中辅助细胞的缺乏等。血液微环境中辅助细胞的缺乏等。第二节第二节 细胞分化异常细胞分化异常（Abnor
16、mal Cell Differentiation）一、细胞分化的概述一、细胞分化的概述 定义：指在细胞增殖时，子代细胞在形态、结构和生理功能上产生差定义：指在细胞增殖时，子代细胞在形态、结构和生理功能上产生差异的过程异的过程 受精卵：全能性受精卵：全能性多能性多能性单能性单能性成熟定型成熟定型 干细胞（干细胞（stem cell）3536 细胞分化的结果细胞分化的结果 时间上的分化时间上的分化 空间上的分化空间上的分化37 人体干细胞分类人体干细胞分类 全能干细胞：胚胎干细胞全能干细胞：胚胎干细胞 多能干细胞：骨髓造血干细胞多能干细胞：骨髓造血干细胞 定向干细胞：精原细胞、红细胞系、白细胞系等
17、定向干细胞：精原细胞、红细胞系、白细胞系等38 细胞分化特点细胞分化特点 稳定性稳定性 全能性全能性 选择性选择性 细胞分化条件的可逆性细胞分化条件的可逆性Skin cellsReprogram into ES like iPS cells2007年年11月，美国和日本科学家分别宣布独立发现月，美国和日本科学家分别宣布独立发现将普通皮肤细胞诱导成为具备类似胚胎干细胞的功将普通皮肤细胞诱导成为具备类似胚胎干细胞的功能，即为诱导多能干细胞（能，即为诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells,iPS cells）39二、细胞分化机制二、细胞分化机制“决定决定”先于分
18、化先于分化 细胞决定（细胞决定（determination）是指细胞内某些基因永久地关闭，）是指细胞内某些基因永久地关闭，而另一些基因顺序表达，具备向某一特定方向分化的能力而另一些基因顺序表达，具备向某一特定方向分化的能力细胞质在决定细胞差别中作用细胞质在决定细胞差别中作用 细胞间相互作用细胞间相互作用微环境：微环境：niche（壁龛）（壁龛）40三、细胞分化的调控三、细胞分化的调控基因水平的调控基因水平的调控 管家基因（管家基因（house keeping genes）：是编码维持细胞基本生命）：是编码维持细胞基本生命活动所必须的结构和功能蛋白的基因活动所必须的结构和功能蛋白的基因 组织专一
19、基因表达组织专一基因表达转录和转录后水平调控转录和转录后水平调控 转录水平调控：调节蛋白（转录因子）对专一基因的启动子和增转录水平调控：调节蛋白（转录因子）对专一基因的启动子和增强子进行调控强子进行调控 转录后水平调控：对转录后水平调控：对 mRNA 前体的处理和加工前体的处理和加工翻译与翻译后水平调控翻译与翻译后水平调控细胞外因素调控细胞外因素调控41四、细胞分化异常（四、细胞分化异常（Abnormal Cell Differentiation）1、肿瘤、肿瘤恶性肿瘤细胞分化的特点恶性肿瘤细胞分化的特点 低分化低分化 去分化（去分化（dedifferentiation）或反分化）或反分化(r
20、etrodifferentiation)趋异性分化（趋异性分化（divergent differentiation）：肿瘤细胞分化程度和）：肿瘤细胞分化程度和分化方向的差异性分化方向的差异性42 恶性肿瘤细胞异常分化的机制恶性肿瘤细胞异常分化的机制 细胞的增殖和分化脱耦联细胞的增殖和分化脱耦联 基因表达时空上失调基因表达时空上失调 特异性基因表达受到抑制特异性基因表达受到抑制 胚胎性基因重现表达胚胎性基因重现表达 癌基因和抑癌基因的协同失衡癌基因和抑癌基因的协同失衡 432、肺纤维化（、肺纤维化（Pulmonary fibrosis）肺间质纤维化肺间质纤维化肺血管损伤释放的纤维蛋白酶，促进成肺
21、血管损伤释放的纤维蛋白酶，促进成肌纤维细胞向胶原细胞分化肌纤维细胞向胶原细胞分化 3、肥胖症（、肥胖症（Morbid obesity）脂肪细胞体积增大，分化异常脂肪细胞体积增大，分化异常前脂肪细胞大量向脂肪细胞分化，导致前脂肪细胞大量向脂肪细胞分化，导致脂肪细胞数量增加脂肪细胞数量增加444、畸胎瘤（、畸胎瘤（teratoma）在胚胎不同时期，某些多能细胞脱落下来，分化发生异常在胚胎不同时期，某些多能细胞脱落下来，分化发生异常具有内胚层、中胚层和外胚层三个胚层的异常分化组织具有内胚层、中胚层和外胚层三个胚层的异常分化组织第三节第三节 细胞凋亡异常细胞凋亡异常一、细胞死亡形式一、细胞死亡形式1细
22、胞凋亡（细胞凋亡（apoptosis）是指细胞在体内外因素的诱导下，在严格和复杂的信号网络调控是指细胞在体内外因素的诱导下，在严格和复杂的信号网络调控下，发生的一种下，发生的一种主动的有序的死亡主动的有序的死亡 生理学意义：确保组织器官正常发育、生长；维持内环境稳定；生理学意义：确保组织器官正常发育、生长；维持内环境稳定；发挥积极的防御功能发挥积极的防御功能2细胞坏死（细胞坏死（Necrosis）细胞在严重损伤因素刺激时，所发生的一种细胞在严重损伤因素刺激时，所发生的一种被动的死亡被动的死亡 特点：在此过程中无新蛋白合成、不耗能、特点：在此过程中无新蛋白合成、不耗能、DNA 呈弥漫性降解呈弥漫
23、性降解4546二、细胞凋亡的特征性表现二、细胞凋亡的特征性表现 细胞皱缩、核固缩、胞膜空泡化，形成细胞皱缩、核固缩、胞膜空泡化，形成凋亡小体凋亡小体 核酸内切酶激活核酸内切酶激活DNA 的片段化的片段化（180200bp的倍数）的倍数）三、细胞凋亡的过程三、细胞凋亡的过程凋亡信号的转导凋亡信号的转导接受凋亡信号接受凋亡信号凋亡的执行凋亡的执行凋亡细胞的清除凋亡细胞的清除生理性凋亡信号：许多激生理性凋亡信号：许多激素和细胞因子；生存信号素和细胞因子；生存信号的缺乏或不足的缺乏或不足病理性凋亡信号：病毒感病理性凋亡信号：病毒感染、生物和化学毒素、射染、生物和化学毒素、射线、应激和化疗药等线、应激和
24、化疗药等三、细胞凋亡的过程三、细胞凋亡的过程凋亡信号的转导凋亡信号的转导接受凋亡信号接受凋亡信号凋亡的执行凋亡的执行凋亡细胞的清除凋亡细胞的清除胞内胞内Ca2+信号系统信号系统 cAMP/PKA信号系统信号系统 Fas/FasL信号系统信号系统 神经酰胺信号系统神经酰胺信号系统 二酰甘油二酰甘油PKC信号系统信号系统 酪氨酸蛋白激酶信号系统酪氨酸蛋白激酶信号系统等等等等三、细胞凋亡的过程三、细胞凋亡的过程凋亡信号的转导凋亡信号的转导接受凋亡信号接受凋亡信号凋亡的执行凋亡的执行凋亡细胞的清除凋亡细胞的清除Caspases 属于半胱氨酸蛋白酶家族，属于半胱氨酸蛋白酶家族，14个成员个成员 分为启动
25、型分为启动型caspases(caspase-8，-9，-10，-12)，效应型，效应型caspases（caspase-3，-6，-7）核酸内切酶核酸内切酶外在途径外在途径(Extrinsic pathway)或死亡受体途径（或死亡受体途径（Death receptor pathway）50内在途径内在途径(Intrinsic pathway)或线粒体途径或线粒体途径(Mitochondrial pathway)内质网应激途径内质网应激途径(Endoplasmic reticulum stress pathway)5253三、细胞凋亡的过程三、细胞凋亡的过程凋亡信号的转导凋亡信号的转导接受凋
26、亡信号接受凋亡信号凋亡的执行凋亡的执行凋亡细胞的清除凋亡细胞的清除凋亡后细胞产生凋亡小体，后者可以被邻凋亡后细胞产生凋亡小体，后者可以被邻近巨噬细胞识别，并将其吞噬后分解。近巨噬细胞识别，并将其吞噬后分解。磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine，PS)外翻外翻四、细胞凋亡的调控机制四、细胞凋亡的调控机制 功能功能基因基因抑制凋亡基因抑制凋亡基因Bcl-2 Bcl-XL、A1/Bfl-1、Bcl-w、Bcl-G和和Mcl-1等等促凋亡基因促凋亡基因P53、Bax、Bad、Bak、Bid、Bim、Bik、Bok、Bcl-B、Bcl-Xs、Krk、Mtd、Nip3、Nix、N
27、oxa等等双向调控基因双向调控基因c-myc、Bel-x551、Bcl-2家族家族2、p53五、细胞凋亡异常与疾病五、细胞凋亡异常与疾病（一）细胞凋亡不足（一）细胞凋亡不足 肿瘤肿瘤 Bcl-2基因高表达基因高表达 p53基因突变或缺失基因突变或缺失 自身免疫病自身免疫病 未能将针对自身抗原的免疫细胞以细胞凋亡的方式有未能将针对自身抗原的免疫细胞以细胞凋亡的方式有效清除效清除 （二）细胞凋亡过度（二）细胞凋亡过度心血管疾病心血管疾病（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 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
28、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；缺血缺血-再灌注损伤时发生的细胞凋亡单纯缺血更严重再灌注损伤时发生的细胞凋亡单纯缺血更严重 急性、严重的心肌缺血以心肌坏死为主，而慢性、轻度的心肌缺急性、严重的心肌缺血以心肌坏死为主，而慢性、轻度的心肌缺血则发生细胞凋亡血则发生细胞凋亡（2）心力衰竭）心力衰竭（三）细胞凋亡不足与过度并存（三）细胞凋亡不足与过度并存 动脉粥样硬化动脉粥样硬化氧化型氧化型LDLLDL血小板激活血小板激活AgAg高血压高血压内皮细胞凋亡内皮细胞凋亡平滑肌细胞增殖平滑肌细胞增殖平滑肌细胞凋亡平滑肌细胞凋亡
