第十四章 疾病和衰老
DESCRIPTION
第十四章 疾病和衰老. 掌握 单基因病和多基因病的特点; 熟悉 几种常见单基因病和多基因病的相关基因及分子病因; 熟悉 衰老的主要细胞分子水平特征; 了解 衰老与一些疾病的关系, 了解 衰老的几种学说,了解衰老的相关基因. 病因学. 几乎所有疾病都伴有基因 结构 或 表达 异常 遗传性:先天因素 基因病 单基因病常染色体显性 常染色体隐性 性连锁 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
第十四章 疾病和衰老
掌握单基因病和多基因病的特点;熟悉几种常见单基因病和多基因病的相关基因及分子病因;熟悉衰老的主要细胞分子水平特征;了解衰老与一些疾病的关系,了解衰老的几种学说,了解衰老的相关基因
病因学 几乎所有疾病都伴有基因结构或表达异常 遗传性:先天因素 基因病 单基因病常染色体显性 常染色体隐性 性连锁 多基因病 染色体病 常染色体病
性染色体病 获得性: 后天因素
第一节 疾病的分子生物学
遗传性疾病特点:垂直传递生殖细胞突变终身性
一、单基因病
符合孟德尔遗传方式(一)血友病: X 连锁隐性遗传病血友病 A :凝血因子 VIII 异常,男性发病 1/
5000
血友病 B :凝血因子 IX 异常,男性发病 1/30000
血友病 C :凝血因子 XI 异常,犹太人
凝血过程
凝血因子、 Ca++ 、磷脂、 VitK
凝血酶原 凝血酶
纤维蛋白原 纤维蛋白
凝血因子 FVIII
FVIII 基因 186kb 、 26 个外显子、 25 个内含子 FVIII 蛋白 2351 个氨基酸 X 染色体长臂末端 突变类型多: 40% 倒位(重排),精子形成过程中 点突变,多错义突变, GC 盒内。 缺失,可导致移码突变 插入,逆转录转座 dscDNA 重复,重复序列不稳定
(二)假肥大型肌营养不良症 DMD
X 连锁隐性遗传病,男性发病率 1/3500 DMD 基因 2400kb,79 外显子 50-60% 缺失突变, 1/3 为新生突变,可致
移码突变 DMD 抗肌萎缩蛋白有 3684 个氨基酸,抗
肌肉萎缩,肌细胞骨架蛋白之一
二、多基因病
遗传因素与环境因素相互作用的结果 不一定遵从孟德尔遗传规律 共显性:基因没有显性、隐性之分 微效基因:每个基因的性状效应较微小 积累效应:不同的微效基因通过累加作用
形成一个明显的表型性状
数量性状:多基因遗传的性状,连锁变异 遗传易感性:遗传因素决定了患病的风险 易患性:遗传因素和环境因素共同决定了
患病的可能性 遗传率:遗传因素(即致病基因)所起作
用的大小(遗传率与患病率见 p234 ) 主效基因:起主要作用的致病基因
种类 肿瘤 免疫性疾病 心血管疾病 代谢性疾病 精神病
(一)糖尿病 以“三多一少”为典型临床症状,以糖代
谢紊乱为主,表现为持续性高血糖,胰岛素相对或绝对不足,常伴有并发症的代谢性疾病
代谢综合征,伴有脂代谢、蛋白代谢紊乱,易患冠心病、动脉粥样硬化、白内障、脂肪肝、高血压等。
DM-I 胰岛细胞缺陷、胰岛素绝对不足 自身免疫性、特发性 特点 1 、酮症倾向,症状较重,三多一少明显2 、通常幼年发现。亦可发现于任何年龄,遗传率高3 、血 INS低值, C 肽接近 0 , INS 抗体( ICA )
常常阳性4 、 C 肽是Ⅰ型重要诊断指标,。5 、依赖 INS 治疗,也会产生 INS抵抗。可能抗体
ICA越来越多。6 、占人群 0.28% ,占糖尿病 5-10%
DM-I 相关基因
胰岛细胞抗体 ICA 胰岛素抗体 IAA 人类白细胞抗原基因 HLA : DQ 型和 DR
型。可用于预测预防 DM-I 。
DM-II
胰岛素抵抗为主,胰岛素相对不足 特点:1 、常 40岁后发病。亦可发现于任何年龄。遗传倾向明显2 、症状较轻或缺如,通常逐渐发病。3 、多见 于肥胖者,肥胖率远高于Ⅰ型4 、无或少酮症倾向,除非在严重激发状态,如感染、心肌梗塞时)
5 、血 INS 水平多数不低于正常, C肽不低,血脂常偏高。 INS抵抗为其集中表现、是中心环节
6 、占人群 2 。 5% ,占糖尿病 80-95% ,我国 2-3千万。全球约一亿,人口的 5%
DM-II 相关基因 胰岛素及其受体相关基因信号转导相关基因其他激素相关基因 糖转运及相关基因 糖代谢相关基因:葡萄糖激酶、糖原合酶等 脂代谢相关基因线粒体 tRNA 基因
胰岛素信号转导(酪氨酸激酶途径)
胰岛素 结合受体 激活受体酪氨酸激酶活性 激活 IRS-1 结合 GRB 结合Sos 激活 Ras 结合 Raf-1 激活 MEK 激活 ERK 激活转录因子
糖原合成、葡萄糖分解关键酶表达 脂肪合成、胆固醇合成关键酶 使血糖下降 , 脂肪合成
血糖
食物中糖
肝糖原分解
非糖物质
CO2+H2O+ 能量
合成肝糖原 肌糖原
尿糖 脂肪、核糖、氨基酸等
—
—
+
++
+
脂肪酸
酮体
胆固醇磷脂
胆碱、鞘氨醇
脂类磷酸甘油
脂肪
胆固醇酯
草酰乙酸 柠檬酸
延胡索酸 异 柠檬酸
琥珀酰辅酶 A 酮戊二酸
5 磷酸核糖
乳酸
葡萄糖 糖原
6- 磷酸葡萄糖
6- 磷酸果糖
3- 磷酸甘油醛
3- 磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸
乙酰辅酶 A
糖类
特殊型( P239 ) 妊娠型
(二)高血压1 、单基因遗传性高血压1 )糖皮质激素可矫正的醛固酮增多症特点:高醛固酮、低肾素、盐敏感病因:醛固酮合成酶基因突变,与 11--羟化酶融合,调控区为 11--羟化酶基因的调控区,表达异常高,且不受肾素、血管紧张素调节,只受促肾上腺皮质激素 ACTH 的调节, ACTH受糖皮质激素抑制。
2 )盐皮质激素增多症特点:低醛固酮、低肾素、盐敏感病因: 11--羟固醇脱氢酶Ⅱ基因表达异常,皮质醇不
能转化为皮质酮,皮质醇增加,激活盐皮质激素受体
肾素血管紧张素系统
2 、原发性高血压
内皮素 ET :最强和持久的缩血管肽、平滑肌增 生
内皮素转换酶:前内皮素内皮素eNO 合酶:舒张血管,抑制平滑肌增 生心钠素和心钠素受体:利钠利尿,舒张血管
高脂蛋白血症
病因:载脂蛋白及其受体基因变异 APOB家族性 apoB-100 缺陷症: 与 LDL受体亲和力下降
APOE家族性 III 型高脂蛋白血症(家族性高 - 脂
蛋白血症:不能与 CM残体受体、 LDL受体结合
VLDL 、 IDL 、 LDL代谢
脂蛋白脂酶
肝、脂肪细胞等
合成三酰甘油磷脂胆固醇、酯
HDL
IDL
胆固醇酯磷脂 三酰甘油
B100
E
LDL
胆固醇酯
B100
B100
三酰甘油 磷脂 胆固醇酯
新生 VLDL
E
肝
肝 LDL受体
三酰甘油 磷脂 胆固醇酯
成熟 VLDL
B100
C 、 E
CM 代谢吸收
脂蛋白脂酶
小肠黏膜细胞
合成三酰甘油 (90%) 磷脂 胆固醇酯
B48
三酰甘油 磷脂 胆固醇酯
新生 CM
A
三酰甘油 磷脂 胆固醇酯
C 、 E
成熟 CM
B48 A
HDL
残余 CM
胆固醇酯
B48
E
肝
第二节 衰老的分子生物学
研究衰老的目的
Add life into years , and not years into life.
给岁月以生气,而不是给生命以岁月
细胞衰老与整体衰老 细胞衰老导致整体衰老但细胞衰老不等于整体衰老。细胞衰老、死亡不是衰老特征
衰老的细胞分子水平特征
1. 有丝分裂后细胞的死亡是器官衰老标记 如神经元、心肌、骨骼肌,出生后不久分化而停止 分裂,完成生长期(只长大)后就开始凋亡,有丝分裂后细胞的凋亡是其衰老核心问题
2. 有丝分裂前细胞的周期延缓是老化指征 如神经胶质、肠上皮、骨髓、肝、皮肤 网状内皮系统的细胞,终生分裂
神经系统的衰老 AD 发病机制: AD 病理特点为广泛的大脑皮质萎缩,显微镜下可见皮质神经元脱失,伴有胶质细胞增生及皮质下继发性脱髓鞘。现代细胞分子生物学认为,本病的发生与神经第质的缺陷有关,主要是乙酰胆碱转移酶和乙酰胆碱合成酶的活性降低造成乙酰胆碱( Ach )显著低于正常,而这是由胆碱能传入神经元的渐进性凋亡所致。
1981,1982 年 Whitehouse 等对 AD 患者进行尸检后发现, AD 患者的海马及基底神经核的胆碱能神经元丧失达 30-50% ,有时可达 90% 。
依据“胆碱能系统受损假说”设计的药物乙酰胆碱转移酶、乙酰胆碱合成酶 胆碱酯酶 乙酰胆碱 80 年代,针对 AD药物治疗的主要依据是“胆碱能系统受损假说”,设计的药物如胆碱酯酶抑制剂毒蕈碱等均疗效不大;
根据胆碱能神经元广泛凋亡的假说制定预防和治疗 AD 方案 凋亡的主要机制涉及到核酸内切酶激活、断裂DNA ,核酸
内切酶的激活需胞内游离 Ca2+增加,这是细胞毒性机制导致细胞凋亡或坏死的共同最后通路,很多证据表明衰老和AD时胞内游离 Ca2+均明显增加, 75岁后胞内增加的 Ca2+
浓度水平足以激活易感个体的凋亡相关基因,可能导致细胞毒性蛋白即淀粉样蛋白的表达,使神经元凋亡。推想维持细胞固有游离 Ca2+浓度的正常可降低神经元凋亡率,从而治疗 AD 。据此设计的 Ca2+ 通道阻滞剂尼莫地平( nimodipine, NMD )等确实可延缓 AD进行性的记忆受损,而无明显的副作用, Ca2+ 通道阻滞剂类药物还有可能作为 AD 的预防用药。
衰老的特征 包涵物:脂褐素(膜残余)等“衰老色素” 堆集,在心肌细胞
中每十年以总容积 0.3%~0.6% 递增,色素、淀粉样蛋白、免疫复合物沉着
染色体: 衰老时 DNA 与组蛋白结合紧密,非组蛋白含量减少,组蛋白非组蛋白磷酸化、乙酰化、甲基化等修饰下降,染色体模板 活性下降,转录活性下降,对 DNA 酶活性不敏感
DNA :甲基化下降 胶原:单聚体下降,三聚体增加 可溶性胶原下降,不溶性胶原增加 交联与异常交联增加,形成交联后再交联——成熟交联键, 以 衰老交联键——组氨丙氨酸交联键为主,含量与衰老程 度成正比,易与钙、脂质结合 酶、激素与物质代谢:
胶原结构的变化
青年人的螺旋纤维仅仅本组内交联,螺旋多肽间并不互相连接
原胶原分子之间均产生交叉键结合,形成衰老的巨大分子
随年龄增长,原胶原内两个螺旋多肽之间产生交叉键结合
最高寿命 成长期(达到生殖成熟所需时间)与最高寿限有显著相关性
推算人的最高寿命为 100-150岁女性寿命长于男性
衰老的理论——遗传控制与遗传损伤 交联学说:原胶原分子之间均产生交叉键结合,形成衰老
的巨大分子 自由基损伤学说: SOD 和 CAT 转基因实验;自由基使
Ca2+ 内流而诱导凋亡,有丝分裂后细胞对其敏感 损伤修复学说:哺乳动物皮肤细胞对紫外线诱导损伤修复
能力与动物最高寿命有线性关系,裸露的线粒体 DNA无修复能力,随年龄增加丢失碱基增加
细胞调亡学说:细胞过早、过多调亡 端粒酶学说:生殖细胞与肿瘤细胞活性高,体细胞活性低 基因控制学说:衰老基因?长寿基因?
4号染色体可能蕴藏着人类“长寿基因” 。 2001 Puca 等跟踪观察 137组年龄 9l 一 109岁的长寿同胞 (sibllt,gs) , 308名长寿老人,发现他们的 4号染色体 D4S1564 , (D代表 DNA , D 后的数字表示染色体号, s代表节段 se~nlent , S 后的数字表示微卫星在染色体上的编号 ) 微卫星附近 100~500个基因段有与众不同.蕴含”长寿基因”的可能性
1998Conos 用 SSH法筛选了 8 个衰老时相高表达基因
p16 基因 细胞衰老是生物衰老的基本单位,老年病的发病基础.童坦君等在国际上初步阐明了细胞衰老主导基因 p16影响衰老进程的机制,以及它在衰老过程中高表达的原因.
细胞衰老过程中 p16 基因表达比年轻时高 10—20倍,在国际上纷纷认为它是细胞衰老主导基因。将其重组载体导入人成纤维细胞,结果细胞衰老加快;又将其反义重组载体导入细胞,抑制 p16 表达.结果细胞增值能力增强与衰老表征出现减慢, DNA损伤修复能力增强与端粒缩短减慢,可传代数增加 20 代,分析原因,发现抑制 p16 并未激活端粒酶,但可促进抑癌基因 Rb 蛋白的磷酸化,因此,抑制 p16 的延缓衰老作用与端粒酶无关,与抑癌基因Rb 蛋白因磷酸化而失活有关从而初步阐明了 p16影响衰老进程的机制.
p16 基因