第14章细胞增殖调控与癌细胞
细胞生物学：第一章 绪论
论约20年，它、进化论及1866年孟德尔确立
的遗传学一起，奠定了现代生物学的基础，同
时也孕育细胞学的产生。细胞学说也可以认为
是两者的“基石”。
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细胞学的经典时期
1、原生质理论的提出 • 19世纪30年代后发现活细胞并不是空的而是 充满粘稠的液体。 • F. Dujardin（1835）将之称为 “sarcode”； • JE. Purkinje（1839）和von Mohl （1846）首次将动物、植物细胞的内含物称 作原生质“protoplasm” 。 • Max Schultze(1861)提出原生质理论，认 为有机体的组织单位是一小团原生质，这种物 质在一般机体中是相似的。 • 如今“原生质”一词已从生物学文献中消失了， 但在当时具有十分重要的意义。
• Schwann提出了“细胞学说”（Cell Theory) ； 1839年发表了“关于动植物结构和生长一致性的显 微研究”。指出动植物都是细胞的集合物。
• 二人共同提出：一切植物、动物都是由细胞组成的， 细胞是一切动植物体的基本单位———著名的细胞学 说。
• 1855 德国人R. Virchow 提出“一切细胞来源于 细胞”（omnis cellula e cellula）的著名论断； 进一步完善了细胞学说。
• 1830s消色差显微镜出现，人们才对细胞的结构 和功能有了新的认识。
• 1831年Robert. Brown在兰科植物和其它几 种植物表皮细胞中发现了细胞核。
• 1836年GG. Valentin在动物神经细胞中发现 了细胞核与核仁。这些工作对于细胞学说的诞生 具有重要意义。
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• 通常认为施莱登（MJ. Schleiden）和施旺（T. Schwann）正式提出了细胞学说。
细胞周期调控与癌细胞增殖的联系
细胞周期调控与癌细胞增殖的联系细胞周期调控是维持正常细胞生长和分裂的关键机制之一。
准确无误的细胞周期调控是细胞代谢和生长的基础，也是细胞增殖的关键步骤。
然而，当某些异常事件发生，例如遗传突变或外部因素的侵袭，细胞周期调控可能失去平衡，导致癌细胞的不受控制的增殖。
本文将探讨细胞周期调控与癌细胞增殖之间的联系，并着重介绍几种常见的调控机制。
细胞周期分为四个主要阶段：G1阶段（细胞增长阶段）、S阶段（DNA 复制阶段）、G2阶段（前期）和M阶段（有丝分裂）。
这些阶段由多个调控因子和分子互相配合，确保细胞在合适的时间和环境下进行一系列的代谢和分裂过程。
一个重要的细胞周期调控机制是Rb蛋白（Retinoblastoma，遗传疾病）的功能。
在G1阶段，Rb蛋白与转录因子E2F结合，阻止细胞进入S阶段。
一旦细胞接受到外部刺激或内部信号，Rb蛋白被磷酸化并失去抑制E2F的作用，细胞便进入S阶段开始DNA的复制。
然而，在某些癌症中，Rb基因发生突变或功能缺陷，导致Rb蛋白无法正常发挥阻止细胞增殖的作用，进而使癌细胞无法受约束地增殖。
另一个重要的调控因子是p53蛋白。
p53蛋白作为一种转录因子，在细胞受到DNA损伤或其他压力时被激活。
一旦激活，p53蛋白能够抑制细胞周期的进展，通过调控相关基因的表达，如p21，从而启动细胞凋亡或修复受损的DNA。
然而，在许多癌症中，p53基因发生突变，导致p53蛋白功能失常。
这使得癌细胞能够逃避受损DNA的修复和凋亡信号，进而继续不受控制地增殖。
除了Rb蛋白和p53蛋白，细胞周期调控中还涉及一系列激活和抑制蛋白质的变化。
这些蛋白质包括细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）和其配体细胞周期蛋白（Cyclin）。
CDK与Cyclin结合形成复合物，通过相互作用和磷酸化调节细胞周期的进行。
当细胞准备进入下一个阶段时，特定的Cyclin将被合成并与CDK结合，促进细胞周期的进展。
然而，在某些癌症中，CDK或Cyclin的功能受到突变或异常表达的影响，导致细胞周期的失调和癌细胞的无限增殖。
细胞学作业第十四章 细胞增殖调与癌细胞
一、简述p34^cdc2/cyclin B蛋白激酶的发现过程。
Tim Hunt 为代表的科学家以海胆卵为材料，对细胞周期调控进行了深入研究。
JR.Evans 等人于1983年报道，在海胆卵细胞中含有两种特殊蛋白，它们的含量随周期过程变化而变化，一般在细胞间期内积累，在细胞分裂期内消失，在下一个周期有重复这一过程，因而它们将其命名为周期蛋白。
随后的研究证明：周期蛋白为诱导蛋白进入M期所必须。
各种生物之间的周期蛋白在功能上有着广泛的互补性。
将海胆cyclin B的mrna引入到非洲爪蟾卵非细胞系中，其翻译产物可诱导该非细胞体系进行多种细胞周期循环。
接下来的一系列实验提示周期蛋白可能参与MPF的功能调节。
二、举例说明CDK在细胞周期中是如何执行调节功能的？细胞周期调控包括正调控、负调控和信号反应。
CDK激酶是正调控因子，它是细胞沿周期运行的引擎蛋白。
以MPF为例阐述：MPF是一种使多种底物磷酸化的蛋白激酶，即CDK1激酶，由p34蛋白和周期蛋白B结合而成。
CDK1激酶活性首先依赖于周期蛋白B含量的积累。
周期蛋白B一般在G1期的晚期开始合成，通过S期，其含量不断增加，达到G2期，其含量达到最大值，CDK1激酶的活性随着周期蛋白B浓度变化而变化。
CDK1激酶的活化还受到激酶与磷酸酶的调节。
活化的CDK1激酶可使更多的CDK1激酶活化。
随着周期蛋白B 含量达到一定程度，CDK1激酶活性开始出现，到G2晚期阶段，CDK1激酶活性达到最大值并一直维持到M期的中期阶段。
活化的CDK1激酶促使分裂期细胞在分裂前期执行下列生化事件：（1）染色质开始浓缩形成有丝分裂染色体；（2）细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体开始组装；（3）高尔基复合体、内质网等细胞器解体，形成小的膜泡。
在有丝分裂的后期，活化的后期促进因子APC主要介导两类蛋白降解：后期抑制因子和有死分裂周期蛋白。
前者维持姐妹染色单体粘连，抑制后期启动；后者的降解意味着CDK1激酶失去活性，有死分裂即将结束，即染色体开始去凝集，核膜重建。
费晓方《细胞生物学》14ch14-细胞周期调控与癌细胞
三、周期蛋白cyclin的发现
海胆细胞分裂的研究发现随细胞周期变化的蛋白- 周期蛋白 (cyclin)：在间期 累积，在分裂期消失 – 与MPF活性消长一致；
cyclin B即是蟾卵MPF的p45 = 酵母的p56cdc13：调节亚单位，即周期蛋白 (cyclin) 而蟾卵MPF的p32 =酵母p34cdc2（酵母p34cdc28）是催化亚单位，即周期蛋白依赖性
(Cdh1)
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三、CKI控制G1、G1/S、S期
Cip/Kip家族：p21Cip/WAF1、p27Kip1、p57Kip2 INK4家族：p16、p15、p18、p19
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SCF使CKI等泛素化后降解调节分裂间期
SCF (Skp, Cullin, F-box containing c整o理m课p件lex): multi-protein E3 ubiquitin ligase
APC和SCF在细整胞理课周件期中的活性及其底物
The Major Cell-Cycle Regulatory Proteins
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p16 p21 p27 Wee1
Aging DNA damage Differentiation
Cdc25
SCF
Cdk1
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Cdk2
多种内在和外在因素参与细胞周期的调控
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CAK (CDK-activating kinase)
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M-Cdk的激活反馈调节 CKI和Cdc25磷酸酶活性
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二、M周期蛋白与细胞分裂中-后期转换
第十四章细胞增殖调控详解
• 不同的Cyclin-CDK复合体表现不同的CDK 活性：不同的周期蛋白在细胞周期中表达的时
相不同，并通过不同的周期蛋白框与不同的 CDK结合，组成不同的cyclin-CDK复合体，表 现出不同的CDK活性。
周期蛋白含量随细胞周期的变化
部分周期蛋白分子结构特征（图14-4）
Hale Waihona Puke 细胞周期蛋白的降解盒与降解途径
部分哺乳动物（A）和酵母细胞（B牙殖和C裂殖）周期 蛋白在细胞周期中的积累及其与CDK活性的关系（图14-5）
四、CDK和CDK抑制因子
• 周期蛋白依赖性蛋白激酶（cyclin-dependent kinase, CDK）：由周期蛋白结合并活化的调控 细胞周期进程的蛋白激酶。 CDK通过磷酸化其 底物而对细胞周期进行调控。 • CDK有多种：在人体中发现并命名的CDK包括 CDK1（Cdc2）~CDK13。不同的CDK在细胞 周期中起调节作用的时期不同。 • 某些CDK与cyclin的配对关系及执行的功能的时 期：见表14-1。 • CDK激酶结构域：各种CDK的CDK激酶结构域 保守程度有所不同，但其中有一小段序列则相当 保守，即PSTAIRE序列，与周期蛋白结合有关。
• 成熟卵细胞细胞质移植发现成熟促进因子的存 在：两位科学家分离出第Ⅳ期等待成熟的非洲 爪蟾卵母细胞，并用孕酮进行体外刺激，诱导 卵母细胞成熟，然后进行细胞质移植实验，他 们发现，在成熟的卵细胞的细胞质中必然有一 种物质可以诱导卵母细胞成熟，即成熟促进因 子（MPF）；后来还证明，在成熟卵细胞中， MPF已经存在，只需通过翻译后修饰即可转化 为活性状态的MPF。 • 1998年分离获得了MPF：1998年，科学家们 以非洲爪蟾卵为材料，分离获得了微克级的纯 化MPF，并证明其主要含有p32和p45两种蛋 白，并且是一种蛋白激酶。
第14章 癌细胞
氧自由基（反应性氧中间物ROI ;
或反应 性氧离子 ROS)
化学致癌物
How is tumor developed?
大多数癌衍生于单个的畸变细胞 （abnormal cell）
Cancers result from somatic mutations and involve several rounds of mutations
●病毒癌基因
◆原癌基因（proto-oncogene）
癌基因与抑癌基因
癌基因(oncogene), 是控制细胞生长和分裂的正常基因的突
变形式，能引起细胞癌变。这种突变通常是使之处于持续活 化状态，因而促进细胞增殖。如：src, ras, smads, myc 等。 其中包括： 生长因子 生长因子受体 信号通路介导因子 转录因子 细胞周期调控蛋白 抑癌基因(tumor-suppressor gene), 是指如果丧失功能， 则导致细胞增殖失控而癌变的基因。通常是正常细胞增殖中 的负调节因子，在细胞周期的检验点上起阻止周期进程的作 用。如果失活，细胞周期会失去控制。如p53, Rb 等。
不受控制的干细胞增殖可能引发癌
How is tumor developed?
Metastasis is the key factor of dangerous cancer
第三节 参与肿瘤形成的基因
肿瘤抑制基因、癌基因与原癌基因
◆肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene) ◆癌基因(oncogene) ●细胞癌基因
• 目前已发现 1700 多种不 同的突变种类：
突变集中于4－9外显子
CpG区域经常发生突变, 以GC－TA最多
第四节 肿瘤的遗传和表观遗传的改变
细胞生物学-复习资料123
《细胞生物学》复习资料名词解释：原生质体、细胞质膜、脂质体、水孔蛋白、血影、被动运输、主动运输、ATP驱动泵、胞吞作用、胞饮作用、胞吐作用、吞噬作用、线粒体片段化、氧化磷酸化、电子传递链、细胞内区室化、细胞质基质、内膜系统、分子伴侣、微粒体、内质网应激、残质体、过氧化物酶体、蛋白质分选、共翻译转运、翻译后转运、膜泡运输、细胞通信、细胞信号转导、配体、细胞内受体、第二信使、分子开关、细胞因子、细胞骨架、踏车行为（微丝和微管）、核小体、染色质、染色体、细胞周期、染色体凝缩、接触抑制、癌基因、细胞分化、干细胞、细胞衰老、细胞程序性死亡、细胞凋亡、细胞连接、细胞外基质、桥粒、黏着斑复习重点：1、细胞分为原核细胞、古核细胞与真核细胞三大类。
2、细胞的基本共性。
3、原核细胞和真核细胞共有的基本的特征。
4、病毒是细胞吗？病毒与细胞的关系。
5、细胞质膜的结构模型和基本特征。
6、细胞质膜的基本功能。
7、膜的流动性影响因素。
8、细胞质膜与其他生物膜一样都是由膜脂与膜蛋白构成的。
膜蛋白可分为周边膜蛋白（或外在膜蛋白）、整合膜蛋白（或膜内在蛋白）和脂锚定膜蛋白。
9、生物膜的基本特征是流动性和不对称性，这也是完成其生理功能的必要保证。
10、膜脂的运动方式包括侧向运动、钟摆运动、自转运动、翻转运动。
11、红细胞膜骨架包括：血影蛋白、肌动蛋白、肌球蛋白、带 4.1 蛋白、锚蛋白。
12、小分子物质跨膜运输有3种类型，即简单扩散、被动运输与主动运输。
13、膜转运蛋白可分为两类：一类称载体蛋白，另一类称通道蛋白。
14、载体蛋白能通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜转运，而通道蛋白形成跨膜亲水性通道，有离子通道、孔蛋白以及水孔蛋白三大类型。
15、根据激活信号的不同，离子通道可分为电压门控通道、配体门控通道和应力激活通道。
16、真核细胞通过胞吞作用和胞吐作用完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输。
17、胞吞作用可分为两种类型：胞饮作用和吞噬作用。
细胞增殖的调控机制及其与癌症的关系
细胞增殖的调控机制及其与癌症的关系概述一个成年人由数万亿个细胞组成，这些细胞不断增殖、更新，以维持身体正常功能。
细胞增殖一定程度上受调控，过度的细胞增殖可能导致癌症。
了解细胞增殖的调控机制及其与癌症的关系，对癌症的预防、诊断和治疗都有重要意义。
细胞增殖的调控机制细胞增殖可以分为两个阶段：有丝分裂和无丝分裂。
在有丝分裂中，细胞核分裂成两个细胞核。
在无丝分裂过程中，细胞核不会分裂，但是细胞质会增加，从而导致细胞的数量增加。
细胞增殖的调控是一个非常复杂的过程，包括许多分子、信号通路和细胞周期调控蛋白。
细胞周期调控蛋白具有非常重要的调控作用，它们能够促进或抑制细胞增殖，从而参与细胞周期的调节。
其中最为关键的分子是细胞周期蛋白和其配体细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）。
在细胞周期不同的阶段，CDK与不同的配体结合，从而促进或抑制细胞增殖。
此外，细胞周期调控蛋白还包括细胞周期抑制蛋白（CDKIs），它们通过抑制CDK的活性从而调节细胞增殖。
除了细胞周期调控蛋白，许多信号通路也能对细胞增殖进行调控。
比如，胞内信号分子WNT/β-catenin通路是一个重要的调控途径，通过激活β-catenin来促进细胞增殖，抑制蛋白素激活剂蛋白激酶（PKA）信号路径可抑制细胞增殖。
与癌症的关系癌症是指由于基因突变或遗传变异等原因导致细胞增殖过度、失控的一类疾病。
在正常情况下，细胞增殖是受调控的，但某些基因的突变，或者其他调控机制的失常，可能导致细胞无法停止增殖。
这些细胞不断分裂，形成肿瘤。
这些由于基因突变或遗传变异导致的异常细胞增殖和分化，可以是肿瘤的早期阶段。
正常细胞的增殖通常是有限和受到紧密的控制，但是在癌细胞中，细胞增殖的调控机制被破坏，使癌细胞能够无限制地增殖和扩散，形成恶性肿瘤。
癌症研究者已经发现，许多与细胞周期调控相关的基因在肿瘤中被突变或失活。
这些基因包括肿瘤抑制基因和肿瘤促进基因，它们可以通过不同的方式影响细胞周期的进程。
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细胞周期中的主要的检验点
G1/S检验点 ：启动DNA的复制 S期检验点：检验DNA复制是否完毕 G2/M检验点：能否开始分裂 中-后期检验点：纺锤体组装的检验
细胞周期调控系统
• 细胞周期调控系统的关键组分
周期性活化和失活的蛋白激酶
• MPF的发现及其作用 • MPF与 CDK激酶 (周期蛋白依赖性蛋白激酶) • 细胞周期蛋白(cyclin)的作用
MPF的功能：G2期——M期
• M-Cdk • 诱导纺锤体装配 • 启动染色体凝集 • 促使核被膜崩解 • 促使细胞骨架重排 • 促使高尔基体、内质网等细胞器重新组织
APC:中期——后期
后期促进因子复合体
纺锤体装配检验点
Mad2
在中期当MPF活性达到最高时，激活 APC将泛素连接在cyclinB上，cyclinB被 蛋白酶体降解，完成一个细胞周期。
1、MPF的发现及其作用
成熟促进因子(maturation promoting factor，MPF）, 又称有丝分裂因子(Mitosis-promoting factor), 是指M期细 胞中存在的促进细胞分裂的因子
1970年，Johnson and Rao将同步化的不同细胞周期的Hela细胞诱导融合 PCC（premature chromosome condensation）：即早熟染色体凝缩，主要是指与M 期细胞融合的间期细胞（G1、S和G2）发生的形态各异的染色体凝缩。
• M期细胞可以诱导PCC，暗示在M期细胞中可 能存在一种诱导染色体凝缩的因子，称为细胞 有丝分裂促进因子（MPF）。
1、MPF的发现及其作用
非洲爪蟾卵细胞成熟过程、受精和第一次卵裂示意图（图14-2）
1、MPF的发现及其作用
激素的作用是什么？
成熟卵细胞细胞质移植发现成熟促进因子（ MPF ）的存在（图14-3）
associated antigen）
染色体非整倍性
2、癌细胞的生理、生化特征
1）细胞周期失控，生长和分裂失控； －具有无限增殖能力，成为“永生”细胞。 2）具有浸润性和扩散性（迁移性）； • 癌细胞的细胞间粘着性下降，具有侵润性和扩散
性，这是癌细胞区别于良性肿瘤细胞的主要特征
• 在分化程度上癌细胞低于良性肿瘤细胞(一定程度 的去分化)，且失去了许多原组织细胞的结构和功 能。
G1期检验点
细胞周期运转的抑制
在肿瘤治疗中，如果肿瘤细胞也发生p53基因突变，则放疗效果往 往不好，请问原因是什么？
第二节 癌细胞
癌症是一种严重威胁人类生命安全的疾病。动物体 内细胞分裂调节失控而无限增殖的细胞称为肿瘤细胞 (tumor cell)。 －良性肿瘤：生长缓慢，与周围组织边界明显。 －恶性肿瘤：癌症(cancer)，生长快、具有迁移性。
扩散性
癌细胞的迁移
3）细胞间相互作用改变； – 识别改变；表达水解酶类；产生新的表面抗原。
4）表达谱改变或蛋白活性改变； – 往往有胚胎细胞蛋白表达，胎儿甲种球蛋白（甲 胎蛋白）是胎儿所特有的。但在肝癌细胞中表达 ，因此可做肝癌早期检定的标志特征。 – 端粒酶活性升高； – 纤连蛋白减少； – 蛋白质合成及分解代谢都增强，
单一细胞癌变就会形成癌症。
一．癌细胞的基本特征
◆癌细胞有三个显著的基本特征即：不死性，迁
移性和失去接触抑制。 不死性，迁移性，失去接触抑制，生长信号的自
给自足，对程序性细胞死亡的逃逸，增长血管 的能力。最新研究表明，肿瘤还具备第七种特 征：肿瘤相关性炎症。 如何判别？癌细胞还有许多不同于正常细胞的形 态特征和生理、生化特征。
多为年长者。 原癌基因与肿瘤抑制基因产物协调作用，避免细胞癌变
1、癌基因( oncogenes)
• 癌基因 oncogenes, onc ：可引起细胞癌变的基因，是调 控细胞增殖、分裂和生长的正常基因（原癌基因）的突 变形式。
• 原癌基因proto-oncogenes：细胞中调控细胞增殖、分裂 和生长的一类正常基因（促进因子），当其突变会促进 癌症的发生（即变成癌基因）。
1、癌细胞的形态特征
• 癌细胞大小形态不一，通常比它的源细胞体积要大 ，核质比显著高于正常细胞。
• 出现巨核、双核或多核现象。核内染色体呈非整倍 态（aneuploidy），某些染色体缺失，而有些染色 体数目增加。
• 线粒体表现为不同的多型性、肿胀、增生。 • 细胞骨架紊乱，某些成分减少，骨架组装不正常。 • 细胞表面特征改变，产生肿瘤相关抗原（tumor
癌基因按其来源可分为两类： － 细胞癌因(致肿瘤病毒中携带): v-onc 。
原癌基因的产物主要包括：
①生长因子，如sis； ②生长因子受体，如fms（受体酪氨酸激酶，CSF-1
受体）、erbB（受体酪氨酸激酶，EGF 受体）； ③信号转导组分，如src、ras、raf； ④细胞周期蛋白，如cyclin D； ⑤细胞凋亡调控因子，如bcl-2； ⑥转录因子，如myc、fos、jun。
本章主要内容
• 细胞增殖调控 • 癌细胞
细胞增殖调控
G1期检验点：酵母——Start；动物细胞——Restriction Point
检验点（checkpoint）
在细胞周期中，决定细胞周期能否继续向前 运转的某一特定时期，称为检验点。
细胞周期检验点是细胞周期调控的一 种机制, 主要是确保周期每一时相事件 的有序、全部完成并与外界环境因素 相联系
5）体外培养的恶性转化细胞特征
体外培养的恶性转化细胞的特征
• 恶性转化细胞同癌细胞一样具有无限增殖 的潜能；
• 在体外培养时贴壁性下降； • 失去接触抑制； • 培养时对血清依赖性降低； • 当将恶性转化细胞注入易感动物体内，往
往会形成肿瘤。
二、癌基因与抑癌基因——肿瘤形成的内因
涉及到两大类与细胞增殖相关的基因的突变： ●促进细胞增殖相关基因突变： 原癌基因(proto-oncogene)突变形成癌基因(oncogene) ●抑制细胞增殖相关基因突变： 肿瘤抑制基因(tumor-suppressor gene)，抑癌基因 细胞癌变是基因突变累积和自然选择的结果，所以患者