細(xì)胞增殖分化異常與疾病

1、第八章 細(xì)胞增殖分化異常與疾病,細(xì)胞增殖（cell proliferation） 細(xì)胞通過分裂，使細(xì)胞數(shù)目增多，并將遺傳信息傳給子代細(xì)胞，保持物種的延續(xù)性。 細(xì)胞分化（cell differentiation） 在細(xì)胞增殖時，子代細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上產(chǎn)生差異的過程。其本質(zhì)是細(xì)胞發(fā)生基因差別表達(dá)。,人體生長、發(fā)育、衰老等時期，體內(nèi)不穩(wěn)定細(xì)胞通過分裂增殖，補(bǔ)充衰老凋亡或壞死的細(xì)胞，以維持細(xì)胞數(shù)量的相對平衡及正常

2、組織器官的結(jié)構(gòu)和功能。若細(xì)胞增殖停止，機(jī)體就會趨于死亡；細(xì)胞分化不能正常進(jìn)行，將導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)特定組織器官的結(jié)構(gòu)形成、功能和代謝異常。,細(xì)胞是在增殖過程中進(jìn)行分化，分化過程離不開增殖，增值與分化在細(xì)胞生命活動中是緊密相連的。 若細(xì)胞增殖低下，分化不良可致組織器官發(fā)育不全； 細(xì)胞過度增殖，分化不全則導(dǎo)致惡性腫瘤。 從基因水平看，細(xì)胞增殖分化異常，是細(xì)胞增殖分化基因的調(diào)控異常。,第一節(jié) 細(xì)胞增殖的調(diào)控異常與疾病,

3、內(nèi)容提要細(xì)胞周期與調(diào)控細(xì)胞周期調(diào)控異常與疾病,細(xì)胞增殖的調(diào)節(jié)過程，包括細(xì)胞生長、DNA復(fù)制和細(xì)胞分裂。 細(xì)胞增殖是通過細(xì)胞周期來實(shí)現(xiàn)的。在細(xì)胞周期內(nèi)，細(xì)胞出現(xiàn)一系列生化反應(yīng)和結(jié)構(gòu)、功能變化。 一、細(xì)胞周期與調(diào)控 ㈠細(xì)胞周期的概念、分期和特點(diǎn) 概念 又稱細(xì)胞增殖周期是指增殖細(xì)胞從一次分裂結(jié)束到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的時期和順序變化。,細(xì)胞周期的分期 G1期（first gap phase）

4、，DNA合成前期； S期（synthetic phase），DNA合成期； G2期（second gap phase），DNA合成后期； M期（mitotic phase），有絲分裂期。,S期最關(guān)鍵，此期,細(xì)胞進(jìn)行DNA倍增和染色體復(fù)制。,連續(xù)分裂的細(xì)胞按G1→S→G2→M四個階段循環(huán)，又稱為周期性細(xì)胞（不穩(wěn)定細(xì)胞）。 有些細(xì)胞可暫時脫離細(xì)胞周期，不進(jìn)行增殖，需要適當(dāng)刺激才可以重新進(jìn)入細(xì)胞

5、周期，稱為G0期細(xì)胞，如肝細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞等等（穩(wěn)定細(xì)胞）。 還有些細(xì)胞如神經(jīng)細(xì)胞、心肌細(xì)胞等永遠(yuǎn)脫離細(xì)胞周期，喪失分裂能力，則成為終端分化細(xì)胞（固定細(xì)胞）。,①單向性 細(xì)胞只能沿G1→S→G2→M方向推進(jìn)，不能逆轉(zhuǎn)。 ②階段性 各期細(xì)胞形態(tài)和代謝特點(diǎn)有明顯差異，細(xì)胞可因某種原因而在某時相停滯下來，待生長條件適合后，細(xì)胞又可重新活躍到下一時期。 ③檢查點(diǎn) 控制各時相交叉處存

6、在著檢查點(diǎn)（checkpoint）決定細(xì)胞下一步的增殖分化趨向。 ④細(xì)胞微循環(huán)影響 細(xì)胞周期是否順利推進(jìn)與細(xì)胞外信號、條件等密切相關(guān)。,細(xì)胞周期的特點(diǎn),㈡細(xì)胞周期的調(diào)控,⒈細(xì)胞周期的自身調(diào)控,⑴周期素（cyclin）隨細(xì)胞周期不同時相，進(jìn)行合成和降解調(diào)節(jié)細(xì)胞周期。 目前已發(fā)現(xiàn)哺乳動物細(xì)胞中至少有8種cyclin，共14個成員，分為三大類： G1期細(xì)胞cyclin S期細(xì)胞cyclin G2/

7、M期細(xì)胞cyclin,,,需與催化亞基CDK形成復(fù)合物，激活相應(yīng)的CDK和加強(qiáng)CDK對特定底物的作用，驅(qū)動該期前行（表8-1）,表8-1 cyclin-CDK復(fù)合物及其相關(guān)蛋白,cyclin 在細(xì)胞周期中以恒定的速度產(chǎn)生。 有絲分裂時因降解大于合成而消失，在間期時合成大于降解而積累。,⑵周期素依賴性激酶（cyclin dependent kinase，CDK）,CDK 對細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)方式,有序地磷酸化和去磷酸化來調(diào)節(jié)細(xì)胞

8、周期。,,①依賴于與cyclin的結(jié)合和其分子中某些氨基酸殘基的磷酸化狀態(tài)。含催化亞基的CDK需要cyclin提供調(diào)節(jié)亞基才能顯示活性，只有cyclin濃度升高達(dá)到閾值時，才能與相應(yīng)的CDK結(jié)合形成cyclin/CDK復(fù)合體，CDK才能被激活； ②CDK分子中含有活化部位和抑制部位，其活化部位處于磷酸化和抑制部位處于去磷酸化狀態(tài)，CDK才顯示活性。 ③CDK的活性還受其上游的CDK活化激酶（CDK-activat

9、ing kinase，CAK）的影響。CAK是通過使CDK分子中的活化部位的氨基酸殘基磷酸化來參與調(diào)控CDK的活性。,CDK的激活,CDK是一組絲氨酸/蘇氨酸（serine/threonine）蛋白激酶，已發(fā)現(xiàn)有9種成員(CDK1~ 9)。,CDK的組成及家族成員,CDK的滅活,CDK的滅活，泛酸（ubiquitin）介導(dǎo)的蛋白水解酶系外；CDI可特異性抑制CDK的活性。,時相變化調(diào)節(jié)細(xì)胞周期。,CDK在各類細(xì)胞中，表達(dá)的分子濃度在細(xì)

10、胞周期各階段是穩(wěn)定的，由于cyclin的周期性波動，所以CDK出現(xiàn)周期性的變化。,⑶細(xì)胞周期素依賴性激酶抑制因子,CDI對細(xì)胞周期調(diào)節(jié)的方式,（CDK inhibitor，CDI）,CDI是CDK的抑制物，分子量較小，哺乳類細(xì)胞的CDI主要包括Ink4（Inhibitor of cdk4）和Kip（kinase inhibition protein，Kip）等。,當(dāng)出現(xiàn)某種應(yīng)激或損傷時，Kip和/或Ink4發(fā)揮作用，使帶有某種類型損傷

11、的細(xì)胞阻滯在G1期。,Ink是一組CDK4的抑制蛋白，分子量15~20KD ，含有一個重復(fù)的結(jié)構(gòu)域ankyrin，可特異性地與CDK4/6結(jié)合，防止其與cyclin再結(jié)合或降低cyclin/CDK復(fù)合物的穩(wěn)定性，以抑制其激酶活性，間接抑制mRNA的合成而抑制細(xì)胞周期。 Ink4的成員包括P16Ink4a、P15Ink4b、P18Ink4c、P19Ink4d。P16 Ink4a，在S期達(dá)高峰，對G1/S限制點(diǎn)起負(fù)調(diào)控作用。

12、,Kip的N端有一個保守的80個氨基酸序列，經(jīng)外共價鍵與cyclin/CDK復(fù)合物結(jié)合，形成三元體或四元體抑制CDK。,Kip的成員包括P21waf1、P27Kip1、P57Kip2，它們在N-末端具有高度的結(jié)構(gòu)和功能相似性，可特異性抑制幾種cyclin D/CDK的蛋白酶活性，但其C-末端還具有各不相同的功能區(qū)。,P21waf1 作用較強(qiáng)，作用譜較廣。其合成的調(diào)節(jié)主要有P53依賴性和P53非依賴性兩條途徑。P21waf1

13、還參與細(xì)胞應(yīng)激狀態(tài)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。 P27Kip1 在休止細(xì)胞內(nèi)呈高表達(dá)，在增值細(xì)胞內(nèi)呈低表達(dá)。 能與G1后期所形成的cyclin E/CDK2結(jié)合，來滅活cyclin/CDK復(fù)合物活性，抑制細(xì)胞周期。 通過C-末端抑制CDK2（T160）的磷酸化而抑制其激酶活性。,⑷增殖細(xì)胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）,也是一種細(xì)胞周期相關(guān)蛋白，它不與CDK結(jié)合，而

14、作為DNA聚合酶的附屬蛋白，促進(jìn)DNA聚合酶延伸DNA，在S期濃度最高，故?？勺鳛镾期標(biāo)志物之一。,,在細(xì)胞周期中，cyclin與CDK形成復(fù)合體，激活CDK，推動細(xì)胞周期行進(jìn)； 當(dāng)CDI介入，形成cyclin/CDK/CDI復(fù)合體或cyclin減少時，CDK活性受到抑制，就終止細(xì)胞周期行進(jìn)，這種調(diào)控，在細(xì)胞周期過程中，根據(jù)實(shí)際需要有序進(jìn)行，使細(xì)胞周期運(yùn)行與環(huán)境和發(fā)育相一致。 CDK又受Rb和P53、myc等基因的控制，

15、使之與細(xì)胞分化和細(xì)胞死亡相協(xié)調(diào)，完成細(xì)胞增殖。,cyclin、CDK、CDI之間的關(guān)系（小結(jié)）,⑸泛素依賴的蛋白溶解系統(tǒng),泛素，是由76個氨基酸組成的小分子蛋白，具有高度保守性。泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)水解是一個普通的生化過程，需多項(xiàng)酶促反應(yīng)參與完成。,泛素有兩條不同的蛋白水解途徑： ①CDC34途徑 主要是通過水解CDI來促進(jìn)細(xì)胞從G1期轉(zhuǎn)換到S期。,P53和pRb蛋白均作用于G1期，阻止G1→S期轉(zhuǎn)化。,②后期促進(jìn)復(fù)合

16、體途徑，主要是通過水解后期抑制因子和水解有絲分裂cyclin而促進(jìn)細(xì)胞由有絲分裂中期向后期轉(zhuǎn)換，并由此結(jié)束分裂期。,⑹抑癌基因產(chǎn)物P53和pRb蛋白,P53蛋白可與其專一的DNA接合部位結(jié)合，通過活化含有此反應(yīng)元件的CDK，抑制P21及gadd45基因的轉(zhuǎn)錄，使DNA受損傷的細(xì)胞生長停滯在G1關(guān)卡點(diǎn)。P53蛋白還可和TATA結(jié)合蛋白結(jié)合，抑制細(xì)胞增殖的迅速發(fā)生早期基因c-jun、PCNA等的轉(zhuǎn)錄，抑制細(xì)胞增殖。 P53蛋白

17、還可和復(fù)制因子A相互作用，抑制DNA復(fù)制。,Rb蛋白在大部分的G1期，呈低磷酸化狀態(tài)，而在晚G1期，經(jīng)S、G2及M期則高磷酸化。 低磷酸化的pRb在G1期與E2F（細(xì)胞轉(zhuǎn)錄活化因子，首先發(fā)現(xiàn)它能激活腺病毒E2啟動子而得名）結(jié)合，并且抑制E2F介導(dǎo)的反式激活作用，高磷酸化的pRb失去與E2F結(jié)合的能力，因此不能抑制E2F。,另外，抑癌基因Rb失活，可釋放轉(zhuǎn)錄因子，引起P16表達(dá)增強(qiáng)，后者競爭cyclin D與CDK

18、4/CDK6結(jié)合，導(dǎo)致CDK4/CDK6激酶失活，細(xì)胞停滯于G1期。,（7）細(xì)胞周期檢查點(diǎn)（checkpoint）,細(xì)胞周期檢查點(diǎn)是保證細(xì)胞周期中DNA復(fù)制和染色體分配質(zhì)量的檢查機(jī)制，是一類負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。,細(xì)胞周期檢點(diǎn)的種類,①DNA損傷檢查點(diǎn),在G1/S交界處檢查，如果DNA受損，則把細(xì)胞阻滯在G1期，先進(jìn)行DNA修復(fù)，然后才能復(fù)制。,,②DNA復(fù)制檢查點(diǎn),在S/G2交界處檢查，負(fù)責(zé)檢查DNA復(fù)制進(jìn)度。,③紡錘體組裝

19、檢查點(diǎn),通過檢查有功能的紡錘體形成，管理染色體的正確分配。,①探測器,在細(xì)胞周期進(jìn)展中，若前一期尚未徹底準(zhǔn)確完成，就進(jìn)入下一期，對細(xì)胞來說將是災(zāi)難性的。,檢查點(diǎn)工作方式,負(fù)責(zé)檢測上一期進(jìn)展的質(zhì)量問題。,②傳感器,將探測器所檢獲的“出了質(zhì)量問題”信號下傳，如磷酸激酶傳遞給效應(yīng)器。,③效應(yīng)器,負(fù)責(zé)中斷細(xì)胞周期進(jìn)程，并開動修復(fù)機(jī)制。,,細(xì)胞周期反應(yīng)CDK既是細(xì)胞周期轉(zhuǎn)折的主要調(diào)節(jié)因子，也是細(xì)胞周期檢查點(diǎn)的效應(yīng)器。因此，細(xì)胞周期中某一檢查點(diǎn)失靈

20、、檢查點(diǎn)的組成部件受損或檢查點(diǎn)控制回路的調(diào)節(jié)障礙與腫瘤的發(fā)生、衰老等密切相關(guān)。,⒉細(xì)胞外信號對細(xì)胞周期的調(diào)控,細(xì)胞外環(huán)境細(xì)胞因子、激素、基質(zhì)、營養(yǎng)改變影響細(xì)胞周期。,增殖信號,細(xì)胞外信號,大多數(shù)肽類生長因子可促進(jìn)G0期細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期。,細(xì)胞因子與膜受體結(jié)合，啟動細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進(jìn)cyclin D合成，并下調(diào)CDI合成，cyclin D與相應(yīng)的CDK結(jié)合，使pRb磷酸化而失去抑制E2F的作用，游離的E2F激活DNA合成基因，使細(xì)胞進(jìn)入

21、G1期，如絲裂原刺激持續(xù)存在，細(xì)胞繼而進(jìn)入S期。而MAPK若磷酸化，則抑制cyclin降解，使細(xì)胞停留在M期。,抑制信號,如轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）在體內(nèi)外能廣泛抑制正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞生長，并使細(xì)胞阻滯于G1期。TGF-β對細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)是下調(diào)cyclin和CDK等的表達(dá)，主要是在G1期抑制CDK4的表達(dá)，同時還誘導(dǎo)P21waf1、P27kip1、和P15Ink4b等CDI產(chǎn)

22、生。,細(xì)胞休止于G0期或進(jìn)入細(xì)胞周期并有序進(jìn)展的條件,外來信號的種類、強(qiáng)度和持續(xù)時間,細(xì)胞內(nèi)級聯(lián)反應(yīng)的調(diào)控,各種cyclin和CDI的適時合成和降解，調(diào)節(jié)各種CDK的瞬間活性，并在細(xì)胞檢查點(diǎn)對前期完成的事件進(jìn)行檢查、校正合作出反應(yīng)以調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)展。,二、細(xì)胞周期調(diào)控異常與疾病,細(xì)胞增殖過度或不足即是細(xì)胞周期的調(diào)控異常。,細(xì)胞周期的驅(qū)動力改變（cyclin、CDK和CDI表達(dá)過高或過低）。,周期調(diào)控異常與細(xì)胞的惡性增殖的主要表現(xiàn),檢查機(jī)

23、制障礙。,相關(guān)疾病,,,增殖過度的疾病如腫瘤、肝肺腎纖維化、前列腺肥大等,增殖缺陷的疾病如再生性貧血、基因缺陷無汗腺癥、胚胎發(fā)育障礙先天性畸形等（表8-2）,表8-2 細(xì)胞增殖分化異常與相關(guān)疾病,㈠細(xì)胞周期調(diào)控異常與腫瘤,⒈細(xì)胞周期蛋白的異常,,①基因擴(kuò)增是主要機(jī)制。如乳腺癌、胃腸癌及食道癌中，擴(kuò)增程度可達(dá)16倍以上。②染色體倒位如人甲狀旁腺腫瘤發(fā)生倒位inv（p15:q13）。③染色體易位如B淋巴細(xì)胞瘤，由于Bcl-1斷裂

24、點(diǎn)發(fā)生 (q13:q32)易位。,cyclin D1對于正常及某些腫瘤的G1期有一個閾值，超過閾值，細(xì)胞不會進(jìn)入S期。cyclin D1在許多腫瘤中發(fā)現(xiàn)有擴(kuò)增，尤其在乳腺癌中，擴(kuò)增可達(dá)15%，而過表達(dá)可達(dá)45%。 基因的擴(kuò)增與過表達(dá)，不成比例，提示除了擴(kuò)增，還可能存在其他導(dǎo)致過表達(dá)的機(jī)制。盡管過量表達(dá)的cyclin D1使細(xì)胞易被轉(zhuǎn)化，但是它不足以使原代細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化，需與其他癌基因協(xié)同作用，如與Ras協(xié)同作用能轉(zhuǎn)化大鼠腎細(xì)胞或

25、大鼠胚胎成纖維細(xì)胞，與myc協(xié)同作用能誘導(dǎo)轉(zhuǎn)基因小鼠發(fā)生B淋巴瘤。,⒉CDK的增多,腫瘤細(xì)胞主要見于CDK4和CDK6的過度表達(dá)。CDK只有與cyclin結(jié)合形成cyclin/CDK復(fù)合體時，才能被激活。CDK4可能是TGF-β介導(dǎo)增殖抑制的靶蛋白。用TGF-β處理人角化細(xì)胞時，可抑制CDK4的mRNA表達(dá)；處理水貂肺上皮（MVILU）細(xì)胞時，可引起CDK4減少，但不影響其mRNA的表達(dá)。高濃度的CDK4可對抗P15的作用。在誘導(dǎo)細(xì)胞

26、分化過程中，常有CDK4表達(dá)的下調(diào)，而CDK4持續(xù)高表達(dá)則抑制細(xì)胞分化進(jìn)行。,⒊CDI表達(dá)不足和突變,真核細(xì)胞的細(xì)胞周期由cyclin依次激活相應(yīng)的CDK所推動。 CDI的變化直接影響CDK活性，由此影響細(xì)胞周期進(jìn)行。 CDI基因是腫瘤抑制基因，在腫瘤中CDI基因有不同程度的異常，腫瘤細(xì)胞呈現(xiàn)CDI表達(dá)不足或突變。,⑴Ink4 失活,InK4直接與cyclinD1競爭結(jié)合G1期激酶CDK4/CDK6，抑制其對pRb的

27、磷酸化作用，使游離E2F-1與未磷酸化的p105Rb結(jié)合，導(dǎo)致依賴于E2F-1轉(zhuǎn)錄基因不能轉(zhuǎn)錄。,InK4間接地抑制多種生化反應(yīng)（包括DNA合成），從而抑制細(xì)胞周期進(jìn)展。,Ink4中p16Ink4a基因常見的失活原因,P16基因純合性缺失、染色體異位、p16基因的CpG島高度甲基化?？煞謩e見于黑色素瘤、膠質(zhì)瘤、胰腺癌、非小細(xì)胞肺癌、食管癌、急性白血病、乳腺癌、直腸癌細(xì)胞中。 不同腫瘤細(xì)胞株與原發(fā)性腫瘤p16InK4基因突變及

28、缺失率不同。InK4家族氨基酸序列同源性分析提示，處于活動中心的氨基酸殘基高度保守，腫瘤發(fā)生時活動中心的氨基酸變異高。InK4與腫瘤發(fā)生的基因變異以缺失為主，錯義突變也較常見。,⑵Kip含量減少,Kip中的P21是P53下游靶分子，P21是雙重抑制因子，其N端與CDK結(jié)合抑制細(xì)胞進(jìn)入S期； C端與PCNA結(jié)合，阻斷DNA復(fù)制。,P21cip1基因突變在臨床上并不常見，而調(diào)節(jié)它的P53基因突變在人類腫瘤中則較常見，p53除了作為G

29、1/S交界處DNA損傷檢查點(diǎn)的分子外，還可誘導(dǎo)CIP基因表達(dá)。,細(xì)胞受損時，P21作為以P53為主的調(diào)控機(jī)制中的一分子，參與細(xì)胞周期的調(diào)控（反式激活P21cip1）。如在遺傳性共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥患者，P21cip1和GADD45不能積累，G1/S期檢查點(diǎn)出現(xiàn)障礙，患者對放射線極其敏感，癌癥發(fā)生率極高。,在一些原發(fā)性結(jié)腸癌和乳腺癌細(xì)胞中，游離的P27kip1的量顯著低于正常細(xì)胞，且其下降水平與腫瘤不良預(yù)后有關(guān)。僅在極少數(shù)腫瘤中發(fā)現(xiàn)P2

30、7kip1突變，此現(xiàn)象認(rèn)為其突變是致死性的，而不是造成細(xì)胞轉(zhuǎn)化。,⒋檢查點(diǎn)功能異常,P53丟失的作用,易于產(chǎn)生藥物誘導(dǎo)的基因擴(kuò)增，細(xì)胞分裂和染色體準(zhǔn)確度降低。,一個細(xì)胞周期中可產(chǎn)生多個中心粒，而導(dǎo)致有絲分裂時染色體分離異常，遺傳的不穩(wěn)定性又導(dǎo)致染色體數(shù)目和DNA倍數(shù)改變，細(xì)胞進(jìn)一步逃避免疫監(jiān)視而演變成惡性腫瘤細(xì)胞，并可增加腫瘤侵襲性、轉(zhuǎn)移性及最后化療抵抗作用等。,DNA雙鏈斷裂還可以在G2/M轉(zhuǎn)變期激活DNA損傷檢查點(diǎn)，阻止細(xì)胞進(jìn)入有絲

31、分裂，以增加修復(fù)時間和誘導(dǎo)修復(fù)基因轉(zhuǎn)錄，完成DNA斷裂損傷的修復(fù)。如果失去G2/M檢查點(diǎn)的阻滯作用。引起染色體端粒附近DNA序列丟失以及染色體的重排和基因擴(kuò)增。,⒈白癜風(fēng),㈡細(xì)胞周期調(diào)控異常與其他疾病,白癜風(fēng)皮膚中黑素細(xì)胞明顯減少或消失。黑素由黑素細(xì)胞產(chǎn)生，通過樹突輸入周圍的角質(zhì)形成細(xì)胞，形成皮膚色素。人皮膚黑素細(xì)胞存在于表皮、基質(zhì)和毛囊外根鞘.,人皮膚黑素細(xì)胞又分為3個亞群,①表皮內(nèi)中度黑素化、多樹突的黑素細(xì)胞。在培養(yǎng)中增殖良好。②

32、毛囊內(nèi)小的雙極、無黑素黑素細(xì)胞。在培養(yǎng)中增殖良好。分化程度較①低，成熟黑素體抗原少。③毛囊內(nèi)大的高度黑素化的黑素細(xì)胞。不增值。,白癜風(fēng)早期（2~6個月）進(jìn)行性皮損處，黑素細(xì)胞異常。晚期（1~5年）皮損處，黑素細(xì)胞消失。,表皮為內(nèi)分泌器官。 角質(zhì)形成細(xì)胞通過分泌PGF2、IL-1、LT-B4、干細(xì)胞因子等以旁分泌方式調(diào)節(jié)黑素細(xì)胞的位置、生長、樹突形成和黑素生成。,生長在低鈣環(huán)境中的角質(zhì)形成細(xì)胞可釋放刺激黑素細(xì)胞增殖和黑素合成因子

33、； 高鈣環(huán)境中角質(zhì)形成細(xì)胞釋放的因子只能刺激黑素形成。,中波紫外線可使角質(zhì)形成細(xì)胞分泌ET-1、IL-1α（中波紫外線激活黑素細(xì)胞過程中的主要細(xì)胞因子）增加。長波紫外線照射后角質(zhì)形成細(xì)胞介質(zhì)中IL-6、IL-8、粒/巨噬細(xì)胞集落刺激因子（GM-CSF）明顯增加，該介質(zhì)可引起培養(yǎng)中人黑素細(xì)胞DNA合成顯著增加。成纖維細(xì)胞介質(zhì)（如HGF和干細(xì)胞因子）可顯著刺激黑素細(xì)胞DNA合成，人成纖維細(xì)胞產(chǎn)生的有絲分裂原可影響人黑素細(xì)胞生物學(xué)特性

34、。成纖維細(xì)胞與角質(zhì)形成細(xì)胞都存在的模型中，黑素細(xì)胞的黑素產(chǎn)量最高。,皮膚中的成纖維細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞通過多種細(xì)胞因子來調(diào)節(jié)黑素細(xì)胞的增殖分化和功能。,在白癜風(fēng)皮損局部色素恢復(fù)過程中，皮膚黑素細(xì)胞儲庫內(nèi)無活性黑素細(xì)胞在特定條件下可被激活，向表面遷移，形成色素恢復(fù)斑。皮損周圍正常的黑素細(xì)胞也可向皮損區(qū)遷移，使皮損面積減少。但白癜風(fēng)皮損區(qū)存在抗黑素細(xì)胞粘附的環(huán)境。周圍的角質(zhì)形成細(xì)胞和成纖維細(xì)胞分泌的一些細(xì)胞因子可促進(jìn)黑素細(xì)胞的增殖、分化、黑素

35、形成和遷移。,第二節(jié) 細(xì)胞分化的調(diào)控異常與疾病,一、細(xì)胞分化的調(diào)控㈠細(xì)胞分化的概念和特點(diǎn)㈡細(xì)胞分化的機(jī)制⒈“決定”先于分化⒉細(xì)胞質(zhì)在決定細(xì)胞差別中的作用⒊細(xì)胞間相互作用㈢細(xì)胞分化的調(diào)控⒈基因水平調(diào)控⒉轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控⑴轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控⑵轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控⒊翻譯與翻譯后水平調(diào)控⒋細(xì)胞外因素調(diào)控二、細(xì)胞分化調(diào)控異常與疾病,一、細(xì)胞分化的調(diào)控,㈠細(xì)胞分化的概念和特點(diǎn),同一來源的細(xì)胞通過細(xì)胞分裂增殖，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和功能上有特

36、定差異的子代細(xì)胞的過程稱為細(xì)胞分化。,細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)、生化特征和生理功能是判斷細(xì)胞分化的三項(xiàng)指標(biāo)。,人類成人的機(jī)體有200多種細(xì)胞，它們都由同一個受精卵分裂而來。細(xì)胞分裂和細(xì)胞分化是多細(xì)胞生物個體發(fā)育的基礎(chǔ)，個體發(fā)育是通過細(xì)胞增殖、分化和凋亡三種生命活動來實(shí)現(xiàn)的。,細(xì)胞一方面分化，一方面增殖，但不斷增值的細(xì)胞并不一定都能得到或具有分化的潛能。,一種細(xì)胞在不同的發(fā)育階段有不同形態(tài)和功能改變，這是時間上的分化，例如骨髓內(nèi)血細(xì)胞的發(fā)生過程；,細(xì)

37、胞分化又分為時間上的分化和空間上的分化,來源于同一種細(xì)胞的子細(xì)胞因所處位置不同，其形態(tài)和功能也不同，這是空間上的分化，例如外胚層來源的細(xì)胞可發(fā)育成表皮細(xì)胞或神經(jīng)細(xì)胞等。,機(jī)體產(chǎn)生新的分化細(xì)胞的方式,⑴通過已分化細(xì)胞的簡單倍增，形成新的分化細(xì)胞；⑵由未分化的干細(xì)胞產(chǎn)生。,干細(xì)胞（stem cell）是一類增殖較慢，但能自我維持增殖的細(xì)胞，具有定向分化的潛能，存在于各種組織的特定部位上。,人體干細(xì)胞分為：全能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞和定向干細(xì)胞

38、三類。,干細(xì)胞分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞,胚胎干細(xì)胞在適宜條件下因能分化機(jī)體內(nèi)各種組織細(xì)胞而稱為全能干細(xì)胞。,,向終末分化,仍做干細(xì)胞,,體內(nèi)凡需要不斷產(chǎn)生新的分化細(xì)胞而分化細(xì)胞本身又不能分裂的組織均需要干細(xì)胞來維持細(xì)胞群體。,分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞可分化產(chǎn)生2種或以上類型細(xì)胞的稱為多能干細(xì)胞，如骨髓造血干細(xì)胞，通過增殖、分化產(chǎn)生定向干細(xì)胞，它是各系的母細(xì)胞。,干細(xì)胞分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞只能分化為某一種類型細(xì)胞的稱為定向干細(xì)胞，如精原細(xì)胞、紅細(xì)胞系、白細(xì)胞

39、系等。,定向干細(xì)胞失去多方向分化的能力，只能向一系或相關(guān)的兩系細(xì)胞分化。,定向干細(xì)胞上具有對某種調(diào)節(jié)因子起反應(yīng)的結(jié)構(gòu)；定向干細(xì)胞增值能力不是無限的，只能分裂幾次。如紅細(xì)胞系經(jīng)過原紅細(xì)胞、早幼紅細(xì)胞、中幼紅細(xì)胞、晚幼紅細(xì)胞幾個階段，最后分化成紅細(xì)胞。,細(xì)胞分化的基本特點(diǎn),①穩(wěn)定性,是最顯著的特點(diǎn)，細(xì)胞分化一旦確立，其分化狀態(tài)穩(wěn)定存在，且能遺傳給子細(xì)胞,②全能性,分化細(xì)胞來自共同的受精卵，仍能保留受精卵的全部信息，在一定條件下可表達(dá)出各種信

40、息。,③選擇性,分化的細(xì)胞內(nèi)所含基因呈選擇性開放和選擇性抑制，因而不同類型細(xì)胞表現(xiàn)出不同性狀。,,具有增殖能力的組織中已分化的細(xì)胞在一定條件下（如一定的體外培養(yǎng)條件、生長因子的刺激和癌基因的導(dǎo)入）可以逆轉(zhuǎn)到胚胎狀態(tài)，形成去分化現(xiàn)象。,④細(xì)胞分化條件的可逆性,㈡細(xì)胞分化的機(jī)制,,細(xì)胞分化是細(xì)胞內(nèi)不同基因在不同發(fā)育階段選擇性激活的結(jié)果（細(xì)胞內(nèi)不同時空上有序表達(dá)的結(jié)果。,,,⒈“決定”先于分化,,例如胚胎早期先有外、中、內(nèi)3胚層，而細(xì)胞形態(tài)并

41、無差別。但各個胚層卻預(yù)定要分化出一定的組織，如中胚層將分化出肌細(xì)胞、骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞和結(jié)締組織的成纖維細(xì)胞。這種決定是穩(wěn)定的和可以遺傳的。,細(xì)胞“決定”是某些基因永久地關(guān)閉，而另一些基因順序地表達(dá)，具備向某一特定方向分化的能力。,,⒉細(xì)胞質(zhì)在決定細(xì)胞差別中的作用,干細(xì)胞分裂時，干細(xì)胞質(zhì)各區(qū)的組分并不相同，分裂使不同胞質(zhì)的組分分割進(jìn)入子細(xì)胞，造成細(xì)胞質(zhì)的不均質(zhì)。這些干細(xì)胞所特有的細(xì)胞質(zhì)組分稱為細(xì)胞質(zhì)決定子，細(xì)胞分化后，決定子一次次地重組，

42、使子細(xì)胞產(chǎn)生差別。某些特殊發(fā)育途徑的決定常首先由細(xì)胞質(zhì)控制。實(shí)驗(yàn)表明，分化后的細(xì)胞遺傳物質(zhì)并沒有丟失，細(xì)胞核的全能性也沒有喪失，基因的差別表達(dá)是由細(xì)胞質(zhì)提供的因子決定的。,細(xì)胞分化還與細(xì)胞間相互作用有關(guān)。細(xì)胞所在位置與其他細(xì)胞群的聯(lián)系，可產(chǎn)生位置效應(yīng)，細(xì)胞與細(xì)胞直接接觸可直接進(jìn)行信息轉(zhuǎn)導(dǎo)；細(xì)胞外物質(zhì)（細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞粘附分子和細(xì)胞因子）對細(xì)胞的分化起著啟動誘導(dǎo)作用，如細(xì)胞粘附分子（cell adhesion molecule，CAM）可

43、影響神經(jīng)細(xì)胞分化去向。,,,⒊細(xì)胞間相互作用,,總之，細(xì)胞分化是在不同細(xì)胞質(zhì)對細(xì)胞核作用下逐步進(jìn)行，分化基因表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)入胞質(zhì)又可改變原來的基因表達(dá)環(huán)境，使細(xì)胞核進(jìn)入新的基因表達(dá)狀態(tài)。在細(xì)胞發(fā)育分化過程中，細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)相互作用不斷進(jìn)行，使控制分化的基因在特定的時空中表達(dá)，細(xì)胞才不斷分化。,㈢細(xì)胞分化的調(diào)控,⒈基因水平調(diào)控,細(xì)胞分化調(diào)控本質(zhì)上是基因調(diào)控。各種體細(xì)胞在任何時間內(nèi)，其全套基因組3萬多基因，只有5%~10%的單一序列基因進(jìn)行表達(dá)

44、，以維持特定的結(jié)構(gòu)代謝和功能。細(xì)胞分化就是要實(shí)現(xiàn)和維持這種態(tài)勢。 參與分化的基因按功能可分為2類：管家基因與組織專一基因。,①管家基因,它編碼維持細(xì)胞各種基本活動所必需的結(jié)構(gòu)功能蛋白，為維持細(xì)胞生存所必需，在各類細(xì)胞都處于活動狀態(tài)，如核糖體蛋白、線粒體蛋白、糖酵解酶編碼的基因。,②組織專一基因,編碼細(xì)胞特異性蛋白，如專一選擇性表達(dá)紅細(xì)胞血紅蛋白、皮膚角蛋白，這類基因表達(dá)對細(xì)胞生存無直接影響，對細(xì)胞分化（細(xì)胞表型確定）起重要作用

45、。,各種分化細(xì)胞表型的多樣性，是由于每種類型細(xì)胞只表達(dá)其遺傳信息一部分，即選擇性表達(dá)，如紅細(xì)胞表達(dá)血紅蛋白、漿細(xì)胞表達(dá)免疫球蛋白、結(jié)締組織細(xì)胞表達(dá)膠原蛋白，這些基因選擇性表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞分化。不同種類細(xì)胞的基因選擇活動的現(xiàn)象稱為差別基因表達(dá)（deferential gene express）。,⒉轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控,在誘導(dǎo)分化因子作用下，細(xì)胞分化的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)錄調(diào)控，其次是轉(zhuǎn)錄加工翻譯及其修飾。,⑴轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控,真核細(xì)胞的細(xì)胞專一基因表達(dá)依賴

46、于基因調(diào)控區(qū)的啟動子和增強(qiáng)子序列。不同的調(diào)節(jié)蛋白組合決定了基因是否活動。有的細(xì)胞因轉(zhuǎn)錄蛋白的正確組合而決定了細(xì)胞專一基因表達(dá)，也有的細(xì)胞因基因發(fā)生折疊使轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶無法同基因結(jié)合。,基因調(diào)控區(qū)相互作用的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)物的分類,①存在于多種細(xì)胞中，許多基因轉(zhuǎn)錄都需要的調(diào)節(jié)物；,②在特定組織中的一個或一組基因?qū)Ｒ槐磉_(dá)所需要的調(diào)節(jié)物，只存在于特定種類的細(xì)胞中。,對組織專一性調(diào)控，還需另一些基因調(diào)節(jié)蛋白參加，這些蛋白與DNA的某些位點(diǎn)結(jié)合，

47、共同控制基因的專一活動。已在人類的DNA調(diào)節(jié)部位分離出此種調(diào)節(jié)蛋白100種以上，它們與特定的DNA序列結(jié)合。細(xì)胞外信號在基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)激活物中起著關(guān)鍵作用，影響細(xì)胞的基因表達(dá)模式。,⑵轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控,DNA最初轉(zhuǎn)錄的是前體mRNA，在細(xì)胞核質(zhì)中，其數(shù)量和種類多于細(xì)胞質(zhì)中的mRNA，同一種前體的mRNA在幾種細(xì)胞內(nèi)部都可以合成，但最終結(jié)局不同，有的被完全分解，有的被加工成mRNA，前體mRNA和mRNA在種類上的差異說明，轉(zhuǎn)化細(xì)胞合成專一性

48、蛋白質(zhì)并不都是由于差別轉(zhuǎn)錄造成，轉(zhuǎn)錄后加工也起重要作用。,許多前體mRNA在核內(nèi)被迅速降解，不能加工成mRNA進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。同一種前體mRNA可由于加工不同而產(chǎn)生出不同的mRNA和蛋白質(zhì)，通過外顯子的不同拼接，一個基因可制造一個關(guān)系近緣的蛋白質(zhì)家族。例如為神經(jīng)細(xì)胞粘附分子（N-CAM）編碼的mRNA前體物即可被加工成100多種不同的形式。,⒊翻譯與翻譯后水平調(diào)控,翻譯水平調(diào)控是指mRNA選擇性翻譯成蛋白質(zhì)，不同細(xì)胞對翻譯產(chǎn)物進(jìn)行不同加工。

49、細(xì)胞分化的物質(zhì)基礎(chǔ)是蛋白質(zhì)分子的專一合成。DNA大分子荷載遺傳信息，通過mRNA轉(zhuǎn)錄到核糖體，再合成蛋白質(zhì)。,翻譯后水平調(diào)控 如血紅素對血紅蛋白合成的調(diào)節(jié)。血紅素過多可產(chǎn)生反饋抑制相關(guān)合成酶使血紅素合成量下降；過多血紅素刺激珠蛋白合成，為保持按特定比例匹配狀態(tài)下血紅蛋白亞基按比例合成。,⒋細(xì)胞外因素調(diào)控,包括細(xì)胞外信號物質(zhì)（如蛋白質(zhì)肽類激素、甾體激素、甲狀腺激素、細(xì)胞因子）；細(xì)胞外基質(zhì)（含細(xì)胞粘附分子等的嚴(yán)格時相性表達(dá)）和營養(yǎng)

50、因素（細(xì)胞生長環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)及離子濃度特別是Ca2+的濃度）等。本質(zhì)是影響核轉(zhuǎn)錄因子活性的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的進(jìn)行。,還可通過影響起始因子、延伸因子和核糖體蛋白的磷酸化而在翻譯水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)。,二、細(xì)胞分化調(diào)控異常與疾病,細(xì)胞分化的調(diào)控異?？砂l(fā)生在胚胎發(fā)育期和成人機(jī)體中，并引起相應(yīng)疾病。其中研究最深入的是腫瘤。,㈠畸胎瘤（teratoma）,畸胎瘤的胚胎發(fā)育分化調(diào)控異常的表現(xiàn),動物的卵細(xì)胞未經(jīng)排卵就被激活，在卵巢中進(jìn)行異位發(fā)育，此時細(xì)

51、胞的增殖和分化失控，形成分化的毛發(fā)、牙、骨、腺上皮等和未分化的干細(xì)胞雜亂聚集。,②可轉(zhuǎn)化為畸胎癌，畸胎癌干細(xì)胞持續(xù)增殖但不分化，能用在宿主間連續(xù)移植腫瘤細(xì)胞（或體外培養(yǎng)）的方法無限期保持下去。,③能被誘導(dǎo)分化成正常細(xì)胞，畸胎瘤轉(zhuǎn)化成的畸胎癌干細(xì)胞體外培養(yǎng)，用誘導(dǎo)劑（如維甲酸或二甲基亞砜等），可逆轉(zhuǎn)分化為多種正常的細(xì)胞，這表明畸胎癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)化并非由于控制細(xì)胞正常增值的基因突變，很可能是基因調(diào)控失誤而使表型異常。,㈡惡性腫瘤,⒈惡性腫瘤細(xì)胞

52、的異常分化,腫瘤細(xì)胞分化的特點(diǎn),①低分化,,表現(xiàn)為形態(tài)的幼稚性（細(xì)胞異型性），失去正常排列極性，并伴有功能異常。,②去分化或反分化,發(fā)生腫瘤的組織細(xì)胞，由于細(xì)胞分化的條件可逆性，引起多種表型又返回到原始的胚胎細(xì)胞表型。,③趨異性分化（divergent differentiation）,如髓母細(xì)胞瘤可見神經(jīng)元分化和各種膠質(zhì)細(xì)胞分化成份，也可出現(xiàn)肌細(xì)胞成分（即趨異性分化）。,⒉惡性腫瘤細(xì)胞異常分化的機(jī)制,⑴細(xì)胞的增殖和分化脫偶聯(lián),正常細(xì)胞

53、分化與增殖的偶聯(lián)，表現(xiàn)為分化初期干細(xì)胞大量增殖，隨后在有關(guān)活性物質(zhì)的作用下增殖逐漸減慢，出現(xiàn)分化。細(xì)胞惡變后，細(xì)胞增殖與偶聯(lián)失衡。體外培養(yǎng)的癌細(xì)胞，增殖失去接觸抑制，并無限傳代；細(xì)胞增殖失控形成瘤，并侵襲破壞周圍正常組織，形成轉(zhuǎn)移瘤。,⑵基因表達(dá)時空上失調(diào),細(xì)胞分化是基因在特定的時間和空間上選擇性表達(dá)。分化的物質(zhì)基礎(chǔ)是某種基因表達(dá)過程中，其激活、轉(zhuǎn)錄和翻譯的某些環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤，（即使只有一個核苷酸改變）而引起突變。腫瘤發(fā)生時，分化基因

54、表達(dá)形式有特異性基因表達(dá)受到抑制與胚胎性基因重現(xiàn)表達(dá)兩種形式。,①特異性基因表達(dá)受到抑制,如肝癌細(xì)胞不合成白蛋白；結(jié)腸腫瘤可不合成粘蛋白；胰島細(xì)胞瘤可無胰島素合成等。說明腫瘤細(xì)胞功能異常與特異性基因表達(dá)受抑制有關(guān)。,②胚胎性基因重現(xiàn)表達(dá),如有些肝癌患者血中出現(xiàn)高濃度的甲胎蛋白（胚胎性基因產(chǎn)物），同時可見肝癌細(xì)胞不表達(dá)成年型醛縮酶B，而表達(dá)胎兒型醛縮酶A；結(jié)腸癌、肝癌、肺癌、乳腺癌等可表達(dá)癌胚抗原。,⑶癌基因和抑癌基因的協(xié)同失衡,正常細(xì)胞

55、的分化和增殖，是受癌基因和抑癌基因的協(xié)同調(diào)節(jié)控制的，惡性腫瘤的發(fā)生則是這種協(xié)同調(diào)節(jié)失控，可能是癌基因數(shù)目增多、活性超?；蛘咭职┗蛉笔?、失活、突變所致。,⒊細(xì)胞分化與腫瘤治療,在分化誘導(dǎo)劑的作用下，惡性腫瘤細(xì)胞可以向正常細(xì)胞演變分化，表現(xiàn)為形態(tài)學(xué)、生物學(xué)和生物化學(xué)方面向正常細(xì)胞接近，甚至完全轉(zhuǎn)變?yōu)檎＜?xì)胞，這種現(xiàn)象稱為腫瘤細(xì)胞的誘導(dǎo)分化或再分化、腫瘤逆轉(zhuǎn)。,運(yùn)用分化誘導(dǎo)劑促使惡性腫瘤細(xì)胞重新分化成為正常細(xì)胞，這種治療惡性腫瘤的方法稱為誘

56、導(dǎo)分化療法。,經(jīng)分化誘導(dǎo)劑處理后腫瘤細(xì)胞分布于G0、G1期的比例明顯增加，表明分化誘導(dǎo)劑可通過調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞增殖周期而起作用。,抑制癌基因表達(dá)或提高抑癌基因表達(dá)可能是誘導(dǎo)劑促使腫瘤細(xì)胞分化的關(guān)鍵。,臨床已用維甲酸、三氧化二砷誘導(dǎo)一些腫瘤細(xì)胞向正常成熟方向發(fā)展，甚至成為終末分化的細(xì)胞，并能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。,㈢銀屑病,銀屑病是一種慢性過度增生性疾病。,主要病變?yōu)楸砥ぴ錾筒煌耆腔?角質(zhì)生成細(xì)胞從基底層移行到顆粒層從14d降到2d，角質(zhì)生成細(xì)

57、胞有絲分裂素增加了近10倍。,角質(zhì)蛋白成分的變化：在移行過程中，基底上層角質(zhì)蛋白由角蛋白1、角蛋白10變?yōu)榻堑鞍?、角蛋白16。,銀屑病皮損處，存在有活化的記憶T細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞，以及由周圍角質(zhì)生成細(xì)胞，肥大細(xì)胞和單核細(xì)胞產(chǎn)生的豐富細(xì)胞因子環(huán)境。,IFN-γ是最強(qiáng)的有絲分裂原，它與其他細(xì)胞因子（類EGF等）一起刺激角質(zhì)生成細(xì)胞的過度增殖，而分化不全。,臨床上用維甲酸和VitD3衍生物治療銀屑病，就是通過激活核受體作用，促使角質(zhì)生成細(xì)胞分