細胞增殖分化異常與疾病

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

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

3、內(nèi)容提要細胞周期與調(diào)控細胞周期調(diào)控異常與疾病,細胞增殖的調(diào)節(jié)過程，包括細胞生長、DNA復(fù)制和細胞分裂。 細胞增殖是通過細胞周期來實現(xiàn)的。在細胞周期內(nèi)，細胞出現(xiàn)一系列生化反應(yīng)和結(jié)構(gòu)、功能變化。 一、細胞周期與調(diào)控 ㈠細胞周期的概念、分期和特點 概念 又稱細胞增殖周期是指增殖細胞從一次分裂結(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,細胞進行DNA倍增和染色體復(fù)制。,連續(xù)分裂的細胞按G1→S→G2→M四個階段循環(huán)，又稱為周期性細胞（不穩(wěn)定細胞）。 有些細胞可暫時脫離細胞周期，不進行增殖，需要適當(dāng)刺激才可以重新進入細胞

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

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

7、M期細胞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)細胞周期。,CDK在各類細胞中，表達的分子濃度在細

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細胞周期素依賴性激酶抑制因子,CDI對細胞周期調(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的合成而抑制細胞周期。 Ink4的成員包括P16Ink4a、P15Ink4b、P18Ink4c、P19Ink4d。P16 Ink4a，在S期達高峰，對G1/S限制點起負調(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，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、還參與細胞應(yīng)激狀態(tài)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。 P27Kip1 在休止細胞內(nèi)呈高表達，在增值細胞內(nèi)呈低表達。 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增殖細胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）,也是一種細胞周期相關(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DNA聚合酶延伸DNA，在S期濃度最高，故常可作為S期標(biāo)志物之一。,,在細胞周期中，cyclin與CDK形成復(fù)合體，激活CDK，推動細胞周期行進； 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，就終止細胞周期行進，這種調(diào)控，在細胞周期過程中，根據(jù)實際需要有序進行，使細胞周期運行與環(huán)境和發(fā)育相一致。 CDK又受Rb和P53、myc等基因的控制，

15、使之與細胞分化和細胞死亡相協(xié)調(diào)，完成細胞增殖。,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來促進細胞從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而促進細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受損傷的細胞生長停滯在G1關(guān)卡點。P53蛋白還可和TATA結(jié)合蛋白結(jié)合，抑制細胞增殖的迅速發(fā)生早期基因c-jun、PCNA等的轉(zhuǎn)錄，抑制細胞增殖。 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表達增強，后者競爭cyclin D與CDK

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

19、檢查點,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,在細胞周期進展中，若前一期尚未徹底準確完成，就進入下一期，對細胞來說將是災(zāi)難性的。,檢查點工作方式,負責(zé)檢測上一期進展的質(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,負責(zé)中斷細胞周期進程，并開動修復(fù)機制。,,細胞周期反應(yīng)CDK既是細胞周期轉(zhuǎn)折的主要調(diào)節(jié)因子，也是細胞周期檢查點的效應(yīng)器。因此，細胞周期中某一檢查點失靈

20、、檢查點的組成部件受損或檢查點控制回路的調(diào)節(jié)障礙與腫瘤的發(fā)生、衰老等密切相關(guān)。,⒉細胞外信號對細胞周期的調(diào)控,細胞外環(huán)境細胞因子、激素、基質(zhì)、營養(yǎng)改變影響細胞周期。,增殖信號,細胞外信號,大多數(shù)肽類生長因子可促進G0期細胞進入細胞周期。,細胞因子與膜受體結(jié)合，啟動細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進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，使細胞進入

21、G1期，如絲裂原刺激持續(xù)存在，細胞繼而進入S期。而MAPK若磷酸化，則抑制cyclin降解，使細胞停留在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胞和腫瘤細胞生長，并使細胞阻滯于G1期。TGF-β對細胞周期的調(diào)節(jié)是下調(diào)cyclin和CDK等的表達，主要是在G1期抑制CDK4的表達，同時還誘導(dǎo)P21waf1、P27kip1、和P15Ink4b等CDI產(chǎn)

22、生。,細胞休止于G0期或進入細胞周期并有序進展的條件,外來信號的種類、強度和持續(xù)時間,細胞內(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，并在細胞檢查點對前期完成的事件進行檢查、校正合作出反應(yīng)以調(diào)節(jié)細胞周期進展。,二、細胞周期調(diào)控異常與疾病,細胞增殖過度或不足即是細胞周期的調(diào)控異常。,細胞周期的驅(qū)動力改變（cyclin、CDK和CDI表達過高或過低）。,周期調(diào)控異常與細胞的惡性增殖的主要表現(xiàn),檢查機

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 細胞增殖分化異常與相關(guān)疾病,㈠細胞周期調(diào)控異常與腫瘤,⒈細胞周期蛋白的異常,,①基因擴增是主要機制。如乳腺癌、胃腸癌及食道癌中，擴增程度可達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淋巴細胞瘤，由于Bcl-1斷裂

24、點發(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，細胞不會進入S期。cyclin D1在許多腫瘤中發(fā)現(xiàn)有擴增，尤其在乳腺癌中，擴增可達15%，而過表達可達45%。 基因的擴增與過表達，不成比例，提示除了擴增，還可能存在其他導(dǎo)致過表達的機制。盡管過量表達的cyclin D1使細胞易被轉(zhuǎn)化，但是它不足以使原代細胞發(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)化大鼠腎細胞或

25、大鼠胚胎成纖維細胞，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,腫瘤細胞主要見于CDK4和CDK6的過度表達。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處理人角化細胞時，可抑制CDK4的mRNA表達；處理水貂肺上皮（MVILU）細胞時，可引起CDK4減少，但不影響其mRNA的表達。高濃度的CDK4可對抗P15的作用。在誘導(dǎo)細胞

26、分化過程中，常有CDK4表達的下調(diào)，而CDK4持續(xù)高表達則抑制細胞分化進行。,⒊CDI表達不足和突變,真核細胞的細胞周期由cyclin依次激活相應(yīng)的CDK所推動。 CDI的變化直接影響CDK活性，由此影響細胞周期進行。 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，腫瘤細胞呈現(xiàn)CDI表達不足或突變。,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），從而抑制細胞周期進展。,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。可分別見于黑色素瘤、膠質(zhì)瘤、胰腺癌、非小細胞肺癌、食管癌、急性白血病、乳腺癌、直腸癌細胞中。 不同腫瘤細胞株與原發(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)合抑制細胞進入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損傷檢查點的分子外，還可誘導(dǎo)CIP基因表達。,細胞受損時，P21作為以P53為主的調(diào)控機制中的一分子，參與細胞周期的調(diào)控（反式激活P21cip1）。如在遺傳性共濟失調(diào)毛細血管擴張癥患者，P21cip1和GADD45不能積累，G1/S期檢查點出現(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)腸癌和乳腺癌細胞中，游離的P27kip1的量顯著低于正常細胞，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)象認為其突變是致死性的，而不是造成細胞轉(zhuǎn)化。,⒋檢查點功能異常,P53丟失的作用,易于產(chǎn)生藥物誘導(dǎo)的基因擴增，細胞分裂和染色體準確度降低。,一個細胞周期中可產(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，細胞進一步逃避免疫監(jiān)視而演變成惡性腫瘤細胞，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，阻止細胞進入有絲

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增。,⒈白癜風(fēng),㈡細胞周期調(diào)控異常與其他疾病,白癜風(fēng)皮膚中黑素細胞明顯減少或消失。黑素由黑素細胞產(chǎn)生，通過樹突輸入周圍的角質(zhì)形成細胞，形成皮膚色素。人皮膚黑素細胞存在于表皮、基質(zhì)和毛囊外根鞘.,人皮膚黑素細胞又分為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胞。不增值。,白癜風(fēng)早期（2~6個月）進行性皮損處，黑素細胞異常。晚期（1~5年）皮損處，黑素細胞消失。,表皮為內(nèi)分泌器官。 角質(zhì)形成細胞通過分泌PGF2、IL-1、LT-B4、干細胞因子等以旁分泌方式調(diào)節(jié)黑素細胞的位置、生長、樹突形成和黑素生成。,生長在低鈣環(huán)境中的角質(zhì)形成細胞可釋放刺激黑素細胞增殖和黑素合成因子

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

34、。成纖維細胞與角質(zhì)形成細胞都存在的模型中，黑素細胞的黑素產(chǎn)量最高。,皮膚中的成纖維細胞和角質(zhì)形成細胞通過多種細胞因子來調(diào)節(jié)黑素細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，皮膚黑素細胞儲庫內(nèi)無活性黑素細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)存在抗黑素細胞粘附的環(huán)境。周圍的角質(zhì)形成細胞和成纖維細胞分泌的一些細胞因子可促進黑素細胞的增殖、分化、黑素

35、形成和遷移。,第二節(jié) 細胞分化的調(diào)控異常與疾病,一、細胞分化的調(diào)控㈠細胞分化的概念和特點㈡細胞分化的機制⒈“決定”先于分化⒉細胞質(zhì)在決定細胞差別中的作用⒊細胞間相互作用㈢細胞分化的調(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細胞外因素調(diào)控二、細胞分化調(diào)控異常與疾病,一、細胞分化的調(diào)控,㈠細胞分化的概念和特點,同一來源的細胞通過細胞分裂增殖，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)和功能上有特

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

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

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

39、系等。,定向干細胞失去多方向分化的能力，只能向一系或相關(guān)的兩系細胞分化。,定向干細胞上具有對某種調(diào)節(jié)因子起反應(yīng)的結(jié)構(gòu)；定向干細胞增值能力不是無限的，只能分裂幾次。如紅細胞系經(jīng)過原紅細胞、早幼紅細胞、中幼紅細胞、晚幼紅細胞幾個階段，最后分化成紅細胞。,細胞分化的基本特點,①穩(wěn)定性,是最顯著的特點，細胞分化一旦確立，其分化狀態(tài)穩(wěn)定存在，且能遺傳給子細胞,②全能性,分化細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出各種信

40、息。,③選擇性,分化的細胞內(nèi)所含基因呈選擇性開放和選擇性抑制，因而不同類型細胞表現(xiàn)出不同性狀。,,具有增殖能力的組織中已分化的細胞在一定條件下（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細胞分化條件的可逆性,㈡細胞分化的機制,,細胞分化是細胞內(nèi)不同基因在不同發(fā)育階段選擇性激活的結(jié)果（細胞內(nèi)不同時空上有序表達的結(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胞、骨細胞、軟骨細胞和結(jié)締組織的成纖維細胞。這種決定是穩(wěn)定的和可以遺傳的。,細胞“決定”是某些基因永久地關(guān)閉，而另一些基因順序地表達，具備向某一特定方向分化的能力。,,⒉細胞質(zhì)在決定細胞差別中的作用,干細胞分裂時，干細胞質(zhì)各區(qū)的組分并不相同，分裂使不同胞質(zhì)的組分分割進入子細胞，造成細胞質(zhì)的不均質(zhì)。這些干細胞所特有的細胞質(zhì)組分稱為細胞質(zhì)決定子，細胞分化后，決定子一次次地重組，

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

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

44、，以維持特定的結(jié)構(gòu)代謝和功能。細胞分化就是要實現(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,它編碼維持細胞各種基本活動所必需的結(jié)構(gòu)功能蛋白，為維持細胞生存所必需，在各類細胞都處于活動狀態(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,編碼細胞特異性蛋白，如專一選擇性表達紅細胞血紅蛋白、皮膚角蛋白，這類基因表達對細胞生存無直接影響，對細胞分化（細胞表型確定）起重要作用

45、。,各種分化細胞表型的多樣性，是由于每種類型細胞只表達其遺傳信息一部分，即選擇性表達，如紅細胞表達血紅蛋白、漿細胞表達免疫球蛋白、結(jié)締組織細胞表達膠原蛋白，這些基因選擇性表達導(dǎo)致細胞分化。不同種類細胞的基因選擇活動的現(xiàn)象稱為差別基因表達（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,真核細胞的細胞專一基因表達依賴

46、于基因調(diào)控區(qū)的啟動子和增強子序列。不同的調(diào)節(jié)蛋白組合決定了基因是否活動。有的細胞因轉(zhuǎn)錄蛋白的正確組合而決定了細胞專一基因表達，也有的細胞因基因發(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_所需要的調(diào)節(jié)物，只存在于特定種類的細胞中。,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，影響細胞的基因表達模式。,⑵轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控,DNA最初轉(zhuǎn)錄的是前體mRNA，在細胞核質(zhì)中，其數(shù)量和種類多于細胞質(zhì)中的mRNA，同一種前體的mRNA在幾種細胞內(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進入細胞質(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)，不同細胞對翻譯產(chǎn)物進行不同加工。

49、細胞分化的物質(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細胞外因素調(diào)控,包括細胞外信號物質(zhì)（如蛋白質(zhì)肽類激素、甾體激素、甲狀腺激素、細胞因子）；細胞外基質(zhì)（含細胞粘附分子等的嚴格時相性表達）和營養(yǎng)

50、因素（細胞生長環(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)錄因子活性的細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的進行。,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。,二、細胞分化調(diào)控異常與疾病,細胞分化的調(diào)控異?？砂l(fā)生在胚胎發(fā)育期和成人機體中，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),動物的卵細胞未經(jīng)排卵就被激活，在卵巢中進行異位發(fā)育，此時細

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胞雜亂聚集。,②可轉(zhuǎn)化為畸胎癌，畸胎癌干細胞持續(xù)增殖但不分化，能用在宿主間連續(xù)移植腫瘤細胞（或體外培養(yǎng)）的方法無限期保持下去。,③能被誘導(dǎo)分化成正常細胞，畸胎瘤轉(zhuǎn)化成的畸胎癌干細胞體外培養(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胞，這表明畸胎癌細胞的轉(zhuǎn)化并非由于控制細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惡性腫瘤細胞

52、的異常分化,腫瘤細胞分化的特點,①低分化,,表現(xiàn)為形態(tài)的幼稚性（細胞異型性），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)生腫瘤的組織細胞，由于細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胞表型。,③趨異性分化（divergent differentiation）,如髓母細胞瘤可見神經(jīng)元分化和各種膠質(zhì)細胞分化成份，也可出現(xiàn)肌細胞成分（即趨異性分化）。,⒉惡性腫瘤細胞異常分化的機制,⑴細胞的增殖和分化脫偶聯(lián),正常細胞

53、分化與增殖的偶聯(lián)，表現(xiàn)為分化初期干細胞大量增殖，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。細胞惡變后，細胞增殖與偶聯(lián)失衡。體外培養(yǎng)的癌細胞，增殖失去接觸抑制，并無限傳代；細胞增殖失控形成瘤，并侵襲破壞周圍正常組織，形成轉(zhuǎn)移瘤。,⑵基因表達時空上失調(diào),細胞分化是基因在特定的時間和空間上選擇性表達。分化的物質(zhì)基礎(chǔ)是某種基因表達過程中，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、表達形式有特異性基因表達受到抑制與胚胎性基因重現(xiàn)表達兩種形式。,①特異性基因表達受到抑制,如肝癌細胞不合成白蛋白；結(jié)腸腫瘤可不合成粘蛋白；胰島細胞瘤可無胰島素合成等。說明腫瘤細胞功能異常與特異性基因表達受抑制有關(guān)。,②胚胎性基因重現(xiàn)表達,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），同時可見肝癌細胞不表達成年型醛縮酶B，而表達胎兒型醛縮酶A；結(jié)腸癌、肝癌、肺癌、乳腺癌等可表達癌胚抗原。,⑶癌基因和抑癌基因的協(xié)同失衡,正常細胞

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、活性超常或者抑癌基因缺失、失活、突變所致。,⒊細胞分化與腫瘤治療,在分化誘導(dǎo)劑的作用下，惡性腫瘤細胞可以向正常細胞演變分化，表現(xiàn)為形態(tài)學(xué)、生物學(xué)和生物化學(xué)方面向正常細胞接近，甚至完全轉(zhuǎn)變?yōu)檎＜毎?，這種現(xiàn)象稱為腫瘤細胞的誘導(dǎo)分化或再分化、腫瘤逆轉(zhuǎn)。,運用分化誘導(dǎo)劑促使惡性腫瘤細胞重新分化成為正常細胞，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)腫瘤細胞增殖周期而起作用。,抑制癌基因表達或提高抑癌基因表達可能是誘導(dǎo)劑促使腫瘤細胞分化的關(guān)鍵。,臨床已用維甲酸、三氧化二砷誘導(dǎo)一些腫瘤細胞向正常成熟方向發(fā)展，甚至成為終末分化的細胞，并能誘導(dǎo)細胞凋亡。,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)生成細胞從基底層移行到顆粒層從14d降到2d，角質(zhì)生成細

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細胞、樹突狀細胞，以及由周圍角質(zhì)生成細胞，肥大細胞和單核細胞產(chǎn)生的豐富細胞因子環(huán)境。,IFN-γ是最強的有絲分裂原，它與其他細胞因子（類EGF等）一起刺激角質(zhì)生成細胞的過度增殖，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)生成細胞分