导图社区 细胞生物学
- 15
- 0
- 0
- 举报
细胞生物学
This is a mind map about 细胞生物学，Main content: 细胞中的分子，能量代谢，基因表达调控，细胞骨架，细胞生物学研究方法，细胞信号转导与细胞通信，癌细胞，免疫细胞，细胞衰老与凋亡，细胞周期，内膜系统，细胞膜与表面。
编辑于2025-06-15 22:52:40- 细胞
- 细胞生物学
- 生物学
- cell
- 细胞生物学
This is a mind map about 细胞生物学，Main content: 细胞中的分子，能量代谢，基因表达调控，细胞骨架，细胞生物学研究方法，细胞信号转导与细胞通信，癌细胞，免疫细胞，细胞衰老与凋亡，细胞周期，内膜系统，细胞膜与表面。
- 随机过程导论
This is a mind map about 随机过程导论，Main content: Brown运动，Galton-Watson 分支过程，Markov过程，Poisson过程，随机过程基本概念。
- 基础物理实验
复旦大学基础物理实验2024年知识纲要，《基础物理实验》是一本系统介绍与大学物理实验相关的数据处理知识、常用仪器设备的原理和使用方法、以及基本测量方法的教材。内容丰富、系统性强、实用性高的物理实验教材，适合作为高等理工院校各专业的实验物理课程的教材或参考书，也适合涉及物理学的实验技术人员参考。
细胞生物学
社区模板帮助中心，点此进入>>
- 细胞生物学
This is a mind map about 细胞生物学，Main content: 细胞中的分子，能量代谢，基因表达调控，细胞骨架，细胞生物学研究方法，细胞信号转导与细胞通信，癌细胞，免疫细胞，细胞衰老与凋亡，细胞周期，内膜系统，细胞膜与表面。
- 随机过程导论
This is a mind map about 随机过程导论，Main content: Brown运动，Galton-Watson 分支过程，Markov过程，Poisson过程，随机过程基本概念。
- 基础物理实验
复旦大学基础物理实验2024年知识纲要，《基础物理实验》是一本系统介绍与大学物理实验相关的数据处理知识、常用仪器设备的原理和使用方法、以及基本测量方法的教材。内容丰富、系统性强、实用性高的物理实验教材，适合作为高等理工院校各专业的实验物理课程的教材或参考书，也适合涉及物理学的实验技术人员参考。
- 相似推荐
- 大纲
细胞生物学
细胞生物学研究方法
细胞形态机构的观察方法
光学显微镜技术
基本原理和分辨率
D = 0.61 λ/(n·sin(α/2))
λ 为光的波长
n 是物镜与被检样品之间介质的折射率
α 为孔径角
折射率与 sin(α/2)的乘积即数值孔径（numerical aperture，NA），是反应物镜性能的重要参数。数值孔径越大，分辨率越高
相差显微镜
相差显微镜添加了“环状光阑”和相差板，能将这种相位差或光程差通过光的干涉作 用，转换成光波的振幅差
光线首先通过一个位于光源和聚光镜之间的环形光圈（环形光阑），聚焦到样本上。样本中的物点会使光波发生衍射和折射，从而使通过的光因延迟而产生大约四分之一波长的相位变化。这些衍射的光线和相位变化的光线会绕过一个位于物镜后方焦平面上的相差环（相位板），因此这些光线几乎不受到相差环的影响。与此同时，那些没有被样本衍射的直接光线则会直接射向相差环。相差环的作用是减弱这些直接光线的强度，并给它们引入一个四分之一波长或四分之三波长相位变化。由于样本中的折射光线与经过相差环处理的光线之间存在一个半波长的相位差，这会导致相消干涉现象，使得样本中的光学密度较高的部分在视觉上显得更加暗淡，从而形成了相差图像
微分干涉显微镜（differential interference contrast microscope，DIC）
光线经过偏振器发生线性偏振，然后经由聚光镜前的 Wollaston 棱镜被分成振动方向相互垂直且振幅相等的线偏振光。这两束平行且相位一致的光束在穿过标本相邻的区域后，由于标本不同区域厚度和折射率不同，会发生光程差。DIC 滑行器接着把两束光合成一束，但这时两束光的偏振面仍然存在。光线之后穿过与偏光器方向成直角的检偏器，检偏器将两束垂直的光波合成具有相同偏振面的两束光线，使二者发生干涉。两束光的光程差决定着透光的多少，进而通过亮度变化反应出样品的结构特点
正交偏振光不会在样品中直接干涉，需通过偏振片（分析器）重新投影到同一偏振方向后干涉
与相差显微镜相比较，微分干涉显微镜的样品可以更厚，折射率区别更大，影像的立体感更强
荧光显微镜与免疫荧光标记
活细胞成像技术
比如，荧光共振能量转移（fluorescence resonance energy transfer，FRET）技 术可以用来指示两个蛋白在细胞内的互作 ， 而光漂白恢复（fluorescence recovery after photobleaching, FRAP）技术可用于了解蛋白的扩散速率，运输效率等参数
激光扫描共聚焦显微镜
解决焦平面外的荧光信号带来的影响
去卷积
在后期通过数学方法去除背景信号
共聚焦显微镜
激光通过照明针孔，经物镜到达样品，激发产生的荧光信号经物镜聚焦在检测针孔上，被置于另一侧的电荷耦合器件（charge-coupled device，CCD）收集，将光信号转变为电荷信号存储
由于样品的焦平面和检测针孔形成共轭，使焦平面以外的荧光全被阻挡，只有焦平面上的信号通过针孔
共聚焦显微镜的缺点是较强的激光会对活细胞造成损伤，还会使较弱的样品信号淬灭。于是发展出了用于活细胞成像的转盘式共聚焦显微镜；该技术通过多点同步扫描的方式获取图像信息，缩短了成像所需的时间，有效克服传统扫描共聚焦的光漂白和光毒性问题
超分辨荧光显微技术
全内反射显微术（total internal reflection fluorescence microscopy,TIRFM）
如果入射角大于临界角α时，光会完全反射回到原介质中而不发生折射。此时，光在 光疏介质一侧会形成非常弱的隐逝波。由于隐逝波只能激发靠近玻片约 100 nm 以内的荧光分子。这样便极大地降低了来自样品深层背景荧光的干扰，提高了信噪比
如果样品中的荧光分子不拥挤，TIRFM可以观察到单个分子，在观察细胞膜以及距离细胞膜较近的生物大分子的动态成像方面有着巨大优势
结构光照明显微术（structure illumination microscopy,SIM）
利用摩尔条纹，“转一下拍一张”：在传统显微镜的照明光路中插入一组光栅，衍射出来的光束通过物镜后干涉形成周期性条纹图案。原始样品图形中的高频空间特征被调制后由 CCD 接收。周期性条纹照明样品意味着暗纹处的样品无法被激发，为了得到各个方向均匀的分辨率提升，需要将周期性照明图案进行平移和旋转，拍摄多幅原始图像，进行频域的组合重建后生成一张超分辨率图像
受激发射损耗显微镜（stimulated emission depletion microscopy，简称 STED）
传统荧光显微镜的限制源于当点光源通过透镜聚焦时，在成像平面所形成的像是一个呈高斯分布的圆形光斑
当用一束光对样品一个点的荧光基团进行激发，使其发出荧光。然后再用第二束环状激光的高能量的激光照射在该光斑上，使周围的荧光分子转回基态，只剩下中间的荧光小点
基于单分子成像技术的 PALM 和 STORM 方法
在一个荧光显微镜视野中，如果荧光分子之间的距离小于或等于显微镜的极限分辨率（200 nm），则它们会重叠在一起而无法分辨。但如果每次只让其中的一些相距较远（>200nm）点光源被激发，再据高斯函数确定并记录其中心位置，然后将这批发荧光的分子转回基态或其他状态。按照这种方法每次只精确定位少数相距较远的荧光分子，直到所有荧光分子被定位，便可以组合、重建一个超分辨率图像，缺点是成像时间较长，限制了其在活细胞层面的应用
绿色荧光蛋白 GFP 的突变体 PA-GFP（Photoactivatable Green Fluorescent Protein）是一类经典的光激活荧光蛋白，可以被 405nm 的激光活化。实验过程中，每次用低强度激发光随机激活少量荧光蛋白分子
STORM 利用化学合成的光转换荧光染料（如花青染料）耦联的抗体标记细胞内特定蛋白分子。这些染料被激发后会进入发射态，之后会返回暗态。如果在暗态不让其与自由氧结合，则它就不会被漂白失活。当再次用高功率的激发光照射时，染料又会从暗态进入发射态
电子显微术
样品制备
由于生物体都是原子序数较低的轻元素组成，通常需要用重元素盐，如醋酸双氧铀和柠檬酸铅等对样品进行染色
电镜超薄切片（ultrathin section）
超薄切片制备要经过包括固定（通常用戊二醛和锇酸）、脱水、树脂包埋、切片和染色等一系列处理。切片被收集到覆有支持膜的载网（铜网或镍网）上，并用重金属盐进行染色以增强反差
高压冷冻固定（high pressure freezing，HPF）
高压冷冻固定后的样品既可以通过冷冻替代技术利用有机溶剂在低温下将样品中的水份替换出来，然后经过树脂渗透、包埋聚合、超薄切片后进行常温透射电镜的观察；也可以直接进行冷冻超薄切片，再使用冷冻透射电镜进行观察
免疫胶体金标记（immunocolloidal gold labeling）
市售的胶体金通常有 1 nm、5 nm 和 10 nm 等不同的大小，并与二抗或蛋白 A 交联
利用负染色技术观察大分子复合物
负染色（negative staining）技术是将生物样品铺展在电镜载网上，然后用金属盐（如醋酸双氧铀，或磷钨酸溶液）对其进行染色。该染色将使背景都铺上一层金属盐而阻挡电子的穿透，样品在黑暗的背景中呈现电子“透明”状态
扫描电镜技术观察样品表面形貌
扫描电镜（scanning electron microscope，SEM）是将电子束照射到样品表面，利用其产生的二次电子进行成像，从而表征样品的表面形貌
扫描电镜的样品也需要固定干燥，或者快速冷冻以适应真空的电镜成像环境。同时，为了保证在电子束照射样品时，样品能够产生足够的二次电子以供检测，样品表面必需具有良好的导电性，因此，用于扫描电镜观察的生物样品，通常需要涂上适当的导电涂层（如金属薄膜）
电子断层成像技术（electron tomography）
电子断层成像技术主要涉及两个方面，一是使用透射电镜进行断层成像，获得三维样品的二维投影图。二是对处于低温冷冻状态下的样品从不同倾斜角度拍摄一系列的二维图像，并通过计算组合来重建三维图像
冷冻电镜技术（cryogenic electron microscopy, cryo-EM）
冷冻蛋白分子承受电子轰击的能力仍然较弱，其计量远低于达到原子分辨率所需的轰击电子数。为了看清单个蛋白颗粒的精细结构，需要对成百上千个相同的蛋白颗粒分别进行成像，然后通过计算获得一个平均化的图像。这个过程被称为单颗粒重建（single-particle reconstruction）
光电关联显微术（correlative light and electron microscopy，CLEM）
通常的联用方法是在光学显微镜上设置接口，使得电子显微镜可以通过标记 或记忆直接观察光学显微镜观察过的区域
细胞培养
培养基
血清中含有各种生长因子、转铁蛋白，以及一些细胞外基质组分，这些组分可促进细胞增殖
10%～20%的血清能维持细胞正常生长。一些肿瘤细胞对血清的要求较低，只需要加5%的新生牛血清即可维持较快的增殖速度，而干细胞对血清的要求就要高得多，需要质量较好的胎牛血清才能将细胞维持在未分化，或较低的分化状态
对于胚胎干细胞和杂交瘤细胞融合后的选择培养阶段等一些特殊的培养条件，除了需要血清，还常常添加饲养细胞（如常用胎鼠的成纤维细胞或成年小鼠的腹腔巨噬细胞），这些细胞能分泌一些阻止分化的因子，促进细胞增殖或维持细胞干细胞特性
谷氨酰胺是细胞生长重要的重要氮源，在细胞生长代谢过程中起重要作用。由于谷氨酰胺在溶液中不是非常很稳定，故常在使用前添加谷氨酰胺溶液
杂交瘤技术
细胞融合（cell fusion）是两个或多个细胞融合形成一个细胞的过程，如肌肉细胞就是由多个细胞融合而成的。在体外，常用灭活的仙台病毒或适当浓度的聚乙二醇处理细胞使其融合
将特定的抗原免疫动物，然后将能分泌特异性抗体的B淋巴细胞与具有旺盛分裂能力的骨髓瘤细胞融合。产生既能分泌特异性单克隆抗体，又兼有骨髓瘤细胞无限分裂的特性的杂交瘤细胞
显微注射技术
亚细胞组分及生物大分子分析
亚细胞结构的分离
差速离心
一般来说，在细胞匀浆中，较大组分会沉降得更快，而亚细胞成分越小，分离所需的离 心力就越大
密度梯度离心
左速度沉降，右等密度沉降
DNA分析
分子克隆
基因文库（gene library）是指将某种生物体的全部基因或特定基因片段插入到载体中，然后转化到受体菌中储存，形成一个包含该生物体所有基因或特定基因片段的克隆群体。基因文库可以分为两种主要类型：基因组文库（Genomic Library）和 cDNA 文库（cDNA Library）。其中，基因组文库是指将某生物的全部基因组 DNA 切割成一定长度的 DNA 片段并且克隆到某种载体上而形成的集合，其可真实地显示生物基因组的全部信息。基因组文库的构建在基因组学研究、基因的结构和功能解析以及基因组测序等实验中具有重要作用。cDNA 文库则包含特定组织细胞内的转录组信息
DNA的分离与检测
DNA测序
第一代
Sanger双脱氧核苷酸末端终止法
第二代
边合成边测序
第三代
单分子测序
单分子荧光测序
纳米孔测序
RNA分析
Northern Blot
RT-PCR
原位杂交（in situ hybridization, ISH）
RNA-seq
short-read 测序的基本流程：首先是从组织或细胞中提纯 RNA；然后将 RNA 进行片段化处理并逆转录，成 cDNA，建立 cDNA 文库，并进行高通量测序以获取序列信息；最后进行数据分析，挖掘其中蕴含的生物学意义
long-read cDNA 测序是直接对完整的 RNA 进行逆转录和后续操作，而 long-read direct 测序则直接对 RNA 分子进行测序，这种方法在一定程度上避免了逆转录过程 中可能出现的信息丢失问题
RNA-centric
以 RNA 为中心的 RNAcentric 技术就是通过分离与目标 RNA 相关的蛋白质，来鉴定潜在的 RNA 互作蛋白。RNA-centric 的具体技术细节有所不同，但基本步骤包括将目标 RNA 固定在珠子上、与从组织或细胞中提取的蛋白质孵育、洗去未结合的蛋白质，再通过免疫印迹或质谱鉴定结合蛋白
蛋白质分析
蛋白质分离和鉴定
PAGE电泳
非变性聚丙酰胺凝胶电泳
变性聚丙酰胺凝胶电泳
双向电泳
质谱
蛋白质纯化
人们常借助 DNA 重组表达技术，用大肠杆菌、酵母或体外培养的动物细胞等进行表达。其中，大肠杆菌表达系统具有快速、成本低等优点、但在大肠杆菌中缺乏翻译后修饰、折叠困难、易形成包涵体，分子量较大的蛋白表达难度较大
凝胶过滤层析
离子交换层析
亲和层析
蛋白质相互作用分析
酵母双杂交技术
分别构建 BD 与蛋白 X 融合表达的质粒以及 AD 与蛋白 Y 融合表达的质粒，再将它们一起转染至酵母细胞中表达
BD 和 AD 结合在一起，激活下游报告基因的转录，由此筛选与靶蛋白相互作用的未知蛋白
免疫共沉淀
GST Pull down
GST Pull down 又称拉下实验，是一种基于蛋白质之间相互作用的亲和纯化实验。该方法首先利用 DNA 重组技术将已知的蛋白与 GST 融合，并将 GST 固化在某种基质，如 Sepharose 颗粒上，然后与细胞裂解液孵育，然后洗去未结合的蛋白，进行 SDS-PAGE 电泳，同过免疫印迹反应或质谱分析即可鉴定到目的蛋白的相互作用蛋白
荧光共振能量转移
蛋白质-核酸相互作用分析
蛋白质-DNA相互作用
染色质免疫沉淀（chromatin immunoprecipitation，ChIP）
因实验中需要用甲醛固定与 DNA 互作的蛋白，因而会出现一些假阳性。由于一些转录因子相互作用较弱或者实验过程中甲醛交联不充分，所以也会造成假阴性
ChIP-Seq
将染色质免疫沉淀技术与二代测序相结合
2019 年Henikoff 课题组使用带有接头的 Tn5 转座酶替代微球菌核酸酶（micrococcal nuclease, MNase）进行染色质切割，替代 ChIP-seq 中的超声打断，发布CUT&RUN 技术，使蛋白-DNA 互作研究从 ChIPseq 样品需要量从上万个细胞降到 60 个细胞甚至单细胞。并且 CUT＆RUN 是在原位进行，可实现定量的高分辨率染色质定位和局部染色质环境的探测
ChIA-PET
ChIA-PET 技术是结合染色质免疫共沉淀 ChIP 的衍生技术，可以检测由特定蛋白介导的全基因组范围内染色质间的相互作用
关键原理是将染色质复合体中的邻近 DNA 片段末端用 DNA 连接酶连接，然后用限制性内切酶消化，之后利用配对末端标签对获得的 DNA 片段进行扩增、测序，这样原来远端空间作用的两处DNA就被连在一起
蛋白质-RNA相互作用
RIP
RNA版ChIP，但 RNA 与蛋白通过氢键和范德华力结合，结合力较弱。因此，在实验的洗脱过程中会损失大量的 RNA
CLIP
CLIP 实验是紫外线将 RNA 与其结合蛋白发生共价铰链，再用 RNA 结合蛋白的特异性抗体将RNA-蛋白复合物沉淀，回收 RNA，并进行测序。该技术已广泛应用于 miRNA 靶标鉴定等研究方向。有效第弥补了 RIP 实验的缺陷
细胞及动物个体水平上的基因操作
化学诱变
常见的化学诱变剂有乙基亚硝基脲（N-ethyl-N-nitrosourea，ENU）、甲基磺酸乙酯（ethyl methanesulfonate，EMS）、亚硝酸（nitrous acid）等
RNA干扰
传统的基因敲除及定点敲入方法
锌指核酸酶（zinc finger nuclease, ZFN）
锌指核酸酶是由锌指蛋白（ZFP）和核酸酶结构域（FokI 内切酶）组成的复合体。锌指蛋白部分负责识别和结合特定的DNA序列，而FokI内切酶负责在特定位置切割DNA
当两个 ZFN 分别结合在相对的 DNA 链上，它们的 FokI 结构域相互靠近并形成活性二聚体，从而在特定位置诱导双链断裂
转录激活因子样效应器核酸酶（transcription activator-like effector nuclease, TALEN）
由转录激活因子样效应器（TALE）和 FokI 内切酶组成，类似ZFN
同源重组技术
CRISPER-Cas9
荧光蛋白、报告基因及基因标签
细胞中的分子，能量代谢，基因表达调控
详见生物化学及分子生物学
细胞膜与表面
细胞膜
组成
脂类
磷脂
糖脂
胆固醇
膜蛋白
种类
整合膜蛋白：内在蛋白、跨膜蛋白
外周膜蛋白：与整合蛋白非共价相互作用
脂锚定蛋白：通过脂肪酸链共价锚定，或通过一个糖基化磷脂酰肌醇(glycosylphosphatidylinositol,GPI)锚点结合在脂双层上
结构
α螺旋
β桶
见于细菌、线粒体和叶绿体的外膜上
模型
脂质双分子层
流动镶嵌
脂筏
具有较长的饱和脂肪酸链，分子间的作用力较强，所以这些区域结构致密，介于无序液体与液晶之间，称为有序液体(Liquid-ordered)。在低温下这些区域能抵抗非离子去垢剂的抽提，所以又称为抗去垢剂膜(detergent-resistant membranes,DRMs)
膜中的鞘磷脂主要位于外层，而且大部分都参与形成脂筏
像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系
特征
不对称性
流动性
相变
相变温度(transition temperature)
在生理条件下，膜脂多呈拟液态(liquid-like state)。温度下降至某点，则变为晶态(frozen crystalline gel)。一定温度下，晶态又可熔解再变成液晶态，这种临界温度称为相变温度
影响因素
如果脂质中碳氢链较短或者含有双键，相变温度就会降低，这样膜在较低的温度下还可以保持流动性
胆固醇双面调节
哺乳动物膜中，卵磷脂(phosphatidycholine)和鞘磷脂(sphingomyelin)的含量约占整个膜脂的50%，卵磷脂所含的脂肪酸链的不饱和程度高，链较短，相变温度低，因此卵磷脂含量高，流动性大
细胞皮层加固质膜
大多数细胞膜被一个蛋白质框架支撑着并得以强化，蛋白质框架通过跨膜蛋白与膜 相连。特别是细胞的形状和质膜的机械性能，就是由称为细胞皮层的纤维蛋白网状结构决定的，这一细胞皮层与膜的胞质面相连
如红细胞皮层的主要成分是血影蛋白（血影蛋白是一种附着蛋白），这是一种长约 100 nm的细长且柔软的棒状结构。它形成支撑质膜和维持细胞形状的网状结构。血影蛋白网状结构通过胞内的附着蛋白与膜连接，这些附着蛋白把血影蛋白连接到特定的跨膜蛋白上
物质的跨膜运输
被动运输
简单扩散
渗透
易化扩散
通道蛋白
载体蛋白
主动运输
一次主动运输
F型 顺质子浓度梯度合成ATP 线粒体内膜上的 ATP 合酶
V型 消耗ATP逆浓度梯度泵送质子 溶酶体质子泵
P型 ATP介导磷酸化-去磷酸化 泵送离子 钠钾泵
ABC超家族 消耗ATP泵出小分子 如一些病原体产生耐药性
二次主动运输
同向协同运输
反向协同运输
更多电生理相关详见生理学
细胞表面连接
细胞黏附分子(celladhesion molecules,CAMs)
众多介导细胞间或细胞与细胞外基质间相互接触的分子的统称，它们都是整合膜蛋白，以受体-配体结合的形式发挥作用，使细胞和细胞间、细胞和基质间或细胞-基质-细胞间发生黏附
钙黏素蛋白家族：钙黏素蛋白是Ca²+依赖的、能介导细胞黏附的一类跨膜糖蛋白家族，它广泛存在于各类上皮细胞。钙黏素蛋白均为单链糖蛋白，约含720-750个氨基酸残基，它往往形成二聚体或多聚体发挥作用，主要以同种连接的方式参与同型细胞间的黏附作用
选择蛋白家族Selectin
免疫球蛋白超家族
整联蛋白家族
黏蛋白和黏蛋白样家族
细胞连接
紧密连接 tight junction
把两个细胞“点焊”在一起，形成完全封闭障碍阻止物质流过，由密封蛋白(claudin)和闭合蛋白(occludin)组成
锚定连接，又称斑形成连接(plaque-bearing junction)，构成锚定连接的蛋白分成两类， 一类是附着蛋白(attachmentproteins)，它们在细胞内将特定的骨架成分(中间纤维或微丝)在连接处结合在一起；另一类就是钙黏着蛋白和整联蛋白这样的跨膜连接糖蛋白，它们在细胞内与附着蛋白相连，在胞外与相邻细胞的跨膜连接糖蛋白或与胞外基质相互作用
锚定在中间纤维上
桥粒(desmosome)
钙粘素蛋白形成纽扣式连接结构
半桥粒(hemidesmosome)
整联蛋白
锚定在微丝上
粘着带(adhesionbelt)
细胞和细胞之间，钙粘素蛋白
粘着斑(focal adhesion)
整联蛋白，连纤连蛋白fibronectin
通讯连接
间隙连接或缝隙连接(gap junction)
连接子connexon
允许亲水性小分子或离子通过
胞间连丝(plasmodesmata)
化学突触(chemical synapse)
细胞外被与细胞外基质
细胞外被
细胞膜上存在着大量的糖蛋白和糖脂，其中共价结合的糖链都在细胞外。细胞膜外覆盖的这层糖类物质被称作细胞外被(cell coat)或者糖萼(glycocalyx)
细胞外被对细胞有保护作用，如消化道、呼吸道、生殖腺等上皮细胞的外被可以润滑细胞、防止机械损伤、保护上皮组织不受消化酶的作用和细菌的侵袭；它还参与细胞之间、细胞与环境的相互作用，在细胞识别、细胞增殖的接触抑制、细胞与环境的物质交换等方面发挥作用
细胞外基质
细胞外基质(extracellular matrix, ECM)是由细胞分泌到胞外间质中的糖蛋白(glycoproteins)和蛋白多糖(proteoglycans)构成的复杂网络结构，它支持着细胞黏连形成组织，在细胞间的信号通讯、组织发挥功能以及损伤细胞的修复方面发挥着作用
产生胞外基质并位于其中的结缔组织细胞的名称因所在组织的不同而各异：在皮肤、肌腱和许多其他结缔组织中，它们被称为成纤维细胞，在骨骼中，它们被称为成骨细胞
构成细胞外基质的大分子
糖胺聚糖和蛋白聚糖
糖胺聚糖(glycosaminoglycans)又称作黏多糖，是由氨基己糖(氨基葡萄糖或氨基半乳糖)与糖醛酸这两类二糖重复构成的长链多糖，它在细胞外基质中大多作为蛋白聚糖的一个成分而存在。蛋白聚糖是蛋白与多糖形成的复合物，通常是由糖胺聚糖与核心蛋白(coreprotein)上的丝氨酸残基共价连接形成的大分子，其含糖量可达90%-95%。糖胺聚糖和蛋白聚糖是细胞外基质的重要成分之一，可与细胞外基质中的其它成分彼此交联，形成孔径不同或电荷密度不同的凝胶，使细胞外基质连成一体，而且可以作为控制分子及细胞通过的筛网
蛋白聚糖主要存在于脊椎动物结缔组织和细胞表面中，其显著特点是多态性，可含有不同的核心蛋白以及长度和成分不同的多糖链。一个核心蛋白上可连接数百个不同的糖胺聚糖，形成蛋白聚糖单体，若干个单体可再借助连接蛋白(linker protein)与透明质酸结合形成多聚体
结构蛋白
如胶原和弹性蛋白，它们赋予基质一定的强度和韧性
胶原
胶原是胞外基质中最主要的不溶性纤维蛋白，也是动物体内含量最丰富的蛋白，占人体蛋白质总量的30%以上。已发现的胶原类型多达20种，每种胶原分布于特定的部位
胶原分子长300纳米，直径约1.5纳米，由三条多肽链盘绕成二股螺旋结构，每条多肽链的一级结构具有甘氨酸—脯氨酸一羟脯氨酸或羟赖氨酸的重复序列，所以胶原分子中甘氨酸含量占1/3,脯氨酸及羟脯氨酸约占1/4
胶原分子采用交替平行的排列方式，它们平行成束排列成纤丝，纤丝平行成束排列就形成胶原纤维
纤维中胶原分子在纵向头尾连接，一个胶原分子的头部与下一个胶原分子的尾部有一个小的间隙分隔，这种排列在胶原纤维上形成长度为67纳米的周期性横纹
在胶原纤维内部，有分子内和分子间的交联，分子内交联是指胶原分子三条链之间的赖氨酸残基间的交联，分子间的交联是指不同胶原分子间的赖氨酸交联
胶原的作用
细胞外基质骨架，强抗张力性能
促进细胞生长
诱导细胞分化
弹性蛋白
是弹性纤维(elastic fibers)的主要成分，主要存在于韧带和脉管壁。它能够赋予细胞外基质弹性
也是富含甘氨酸和脯氨酸的蛋白质。与同胶原不同的是，弹性蛋白的脯氨酸没有羟基化，所以没有羟脯氨酸的存在
黏着蛋白(adhesive proteins)
如纤连蛋白和层粘蛋白，它们促使细胞同基质结合
透明质酸(hyaluronic acid)
细胞外基质中发现的大多数糖胺聚糖都是作为蛋白聚糖的一个成分而存在，惟一例外的是透明质酸，它在细胞外基质中也可游离存在，透明质酸在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用，具有抗压能力
细胞骨架
微丝（肌动蛋白丝）
微丝是由肌动蛋白（actin）组成的直径为7nm 的僘架纤维
肌动蛋白单体有ATP 或 ADP结合位点微丝由两根原纤丝组成, 呈螺旋状
体内外组装
体外装配
组装：镁离子和高浓度钠钾离子
解聚：钙离子和低浓度钠钾离子
体内装配
在体内，有些微丝是永久性的结构，如肌细胞中的细丝和小肠上皮细胞微绒毛中的微丝等
有些微丝是暂时性的结构，如胞质分裂时的收缩环、血小板激活时丝状突起中的微丝等。通常微丝是一种动态结构，不断进行装配和解聚
微丝结合蛋白
胸腺素，肌动蛋白抑制蛋白
与肌动蛋白单体结合阻止组装
形成素formin，肌动蛋白相关蛋白ARP
迁移细胞的前端，前者使微丝平行排列～丝状伪足，后者使微丝呈网状分布～片状伪足
调控整条肌动蛋白丝的行为，种类繁多
加帽蛋白
末端封闭
成束蛋白
丝状伪足
交联蛋白
皮层
团簇蛋白Cofilin
促进 F‑肌动蛋白（F‑actin）解聚与断裂——优先结合 ADP‑状态的肌动蛋白丝，上调丝的柔性并在侧向产生应力，诱导丝断裂并释放 G‑actin
胞外信号控制肌动蛋白丝的排列
对于肌动蛋白细胞骨架而言，嵌在细胞膜内的一大类受体蛋白引发这种结构上的重新排列。所以这些信号在胞内传递给一类GTP结合蛋白，我们称之为Rho蛋白家族
马达蛋白
所有依赖于肌动蛋白的马达蛋白都属于肌球蛋白家族myosin，分为I型和II型，都向正端移动，头部具有ATP酶活性
肌球蛋白I存在于所有类型的细胞中，只有一个头部区域和一个尾部
肌球蛋白II存在于肌肉细胞中，介导肌肉收缩
功能
肌肉收缩，应力纤维，细胞皮层，细胞伪足，微绒毛，胞质分裂环
微管
形态
单管
纺锤丝
双联管
鞭毛，纤毛～9（2）+2
三联管
中心粒，基体～9（3）+0
单体
α‑Tubulin
与β‑tubulin结合成α/β异二聚体
带有非可交换的GTP，保持二聚体结构稳定
β‑Tubulin
与α‑tubulin配对后，可在＋端水解其结合的GTP（可交换GTP），调控微管聚合／解聚动力学
γ‑Tubulin
主要位于微管组织中心（MTOC）如中心体或基体，形成γ‑TuRC复合体 gamma-tubulin ring complex
作为“微管起始模版”，在微管–端为α/β二聚体提供核化平台，控制微管的空间定位和极性
体内外组装
体外装配
聚合
微管蛋白浓度≥1mg/mL、37摄氏度、有Mg2+、有GTP供应
解聚
低温、高压、高钙离子
体内装配
treadmilling踏车行为
在多聚体细胞骨架结构（如F‑肌动蛋白或微管）中，单体不断在“加端”（barbed/＋端）聚合，同时从“减端”（pointed/－端）解离，整体丝长保持恒定，却表现出沿丝方向的动态“行进”现象，故名“踏车”行为
临界浓度(Cc) 是 微管蛋白二聚体与微管之间达到动态平衡时的浓度
当二聚体浓度低于临界浓度, 则微管解聚
当二聚体浓度儈于临界浓度, 则组装微管
影响肌动蛋白丝和微管的药物
微管组织中心（MTOC）
多数微管的一端固着MTOC，如基体（basal body）或中心体（centrosome）
MTOC决定微管的极性，负极指向MTOC，正极背向MTOC
微管结合蛋白
稳定微管的空间结构
促使微管蛋白/微管的平衡趋于装配
MAP1存在于轴突和树突
MAP2存在于树突
MAP4广泛存在于各种细胞中
Tau蛋白存在于轴突
马达蛋白
+端移动-驱动蛋白-kinesin
-端移动-动力蛋白-dynein
纤毛和鞭毛的运动依赖辅助蛋白（如纤毛动力蛋白，缺失导致卡塔格内综合征(Kartagener's syndrome)）
功能
维持细胞形态，物质运输，鞭毛纤毛运动，有丝分裂，作为MTOC
中间纤维
直径约为10nm，介于上面二者之间
在中间纤维蛋白分子肽链中部有一段约310个氨基酸残基的α螺旋区（杆部）是高度保守的，非螺旋的头部（N端）和尾部（C端）的氨基酸序列和长度在各类分子中有很大差异
成分比MT和MF复杂，按其组织来源和免疫原性可分为5类
角蛋白纤维---------存在于上皮细胞
波形纤维------------存在于中胚层来源的细胞
结蛋白纤维---------存在于肌细胞
神经元纤维---------存在于神经元
神经胶质纤维-------存在于神经胶质细胞
核纤层蛋白----------存在于细胞核
组装
中间纤维结合蛋白
filaggrin：使角蛋白纤维形成聚合物
plectin网蛋白：在IF、MT和MF之间形成横桥
BPAG1：为桥板蛋白，使IF与桥粒连接
MAP2：参与IF与MT间的横桥
锚蛋白：参与IF与膜的结合
功能
提供细胞质的机械强度，参与细胞连接，参与核膜的组装与去组装
细胞周期
细胞分裂周期
真核细胞周期可分为四期
The Eukaryotic Cell Cycle Usually Consists of Four phases
G1 phase
Its length can vary greatly depending on external conditions and extracellular signals from other cells.
If extracellular conditions are unfavorable, for example, cells delay progress through G1 and may even enter a specialized resting state known as G0 (G zero)
If extracellular conditions are favorable and signals to grow and divide are present, cells in early G1 or G0 progress through a commitment point near the end of G1 known as Start (in yeasts) or the restriction point (in mammalian cells)
S phase (S for DNA synthesis)
G2 phase
M phase (M for mitosis)
四个检查点
G₁/S 检查点（Restriction Point）
评估细胞体积、生长因子信号和 DNA 完整性；当通过此点后，细胞“承诺”进入 DNA 复制阶段
S 期检查点（Intra‑S Checkpoint）
监测复制叉的稳定性和复制进度；若出现复制障碍或 DNA 损伤，启动修复并延缓复制
G₂/M 检查点
确认 DNA 复制完成且无损伤后，激活 M‑期启动复合物（Cyclin B/CDK1），启动有丝分裂
纺锤体组装检查点（Spindle Assembly Checkpoint, SAC）
检测所有染色体是否正确通过动粒与纺锤丝连接并在赤道板排列；只有全部附件正确后才允许姐妹染色单体分离
细胞周期控制在所有真核细胞中都是类似的
一株酵母带有编码其唯一 Cdk 基因的一个缺陷拷贝因而不能分裂，但是，如果将人源的正常同源基因人工导入突变细胞，突变体将正常分裂
细胞周期控制系统
分子上的机理是周期性激活的蛋白激酶Cdk
细胞周期相关的蛋白激酶经历周期性的磷酸化和去磷酸化，这一过程还有另一个不可或缺的组分：细胞周期蛋白，细胞周期蛋白本身，无酶活性，但它们与激酶的结合是后者发挥酶活性所必需的，因此，细胞周期控制系统的蛋白激酶也称为细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶或Cdk
周期蛋白的积累调控Cdk复合物活性
细胞周期蛋白是如何被发现的？
首先发现，M期的胞质提取物可以让并非处在分裂阶段的细胞开始分裂，一开始被称为成熟期促进因子或MPF，基于此再慢慢纯化检验
不同细胞周期蛋白-Cdk复合物启动细胞周期的不同阶段
2，3都是启动S期的
细胞周期控制系统同样依赖于细胞周期蛋白
主要途径是泛素化降解
S期
S-Cdk启动DNA复制并有助于预防再复制
一个多蛋白复合物，起始识别复合物(ORC)在整个细胞周期中一直保持与复制 起始位点结合，在这里它在S期开始前已经结合着的额外的调节蛋白充当一种“着陆点”
这些调节蛋白中的其中一个叫做Cdc6，在细胞周期中大部分时间水平很低，但它的浓度在G1期的早期短暂上升。当Cdc6在G1期结合ORC时，它促进了额外的蛋白质的结合而形成了预复制复合物pre-RC
一旦预复制复合物形成，复制起点就准备好“开火”,S-Cdk在G1期后期的激活“扣扳机”,开始 DNA的复制
同时，活化的S-Cdk帮助磷酸化Cdc6，是它以及预复制复合物中的其他蛋白在一个起点被点火之后从ORC中分离。这一解离防止了在同一复制起点再次发生复制
黏连蛋白保持每个复制染色体的姐妹染色单体在一起
复制过的染色体的两个拷贝作为相同的姐妹染色单体继续紧密结合在一起。由称为黏连蛋白cohesin的蛋白复合物将把在S期DNA复制的各个姐妹染色单体沿其长轴捆绑
DNA损伤检查点有助于防止受损DNA的复制
DNA复制前：p53
DNA复制时：DNA受损或未完成复制时，通过ATM/ATR磷酸化Cdc25使其无法入核，示意图见下
M期
M-Cdk 促使进入M期和有丝分裂
M-Cdk的功能
启动了将经过复制的染色体浓缩的过程使之成为短棒状的致密的结构，为分离做好准备
诱导纺锤体的装配，用于分开浓缩的染色体并将它们分到两个子细胞中
M-Cdk的爆发式激活
为什么能爆发式激活？
M期细胞周期蛋白的合成在S期之后立即开始。M期细胞周期蛋白的浓度逐渐增 加，并帮助设置M期的时间点
Cdc25活化移走通过检查点时控制M-Cdk活性的抑制性磷酸化
一旦活化，每个M-Cdk复合物都会通过磷酸化和激活更多的Cdc25 从而间接激活更多的M-Cdk
激活的M-Cdk还可以抑制WeeI
凝缩蛋白condensin帮助复制的染色体成型以便分离
细胞骨架实现了有丝分裂和胞质分裂
期通常分为六个阶段
前期：染色体凝缩，纺锤体开始组装
两个中心体有助于形成有丝分裂纺锤体的两极
中心体复制起始于S期的开端，被与激发DNA复制相同的Cdk(G/S-Cdk和 S-Cdk)启动
前中期：核膜破裂，纺锤体微管与染色体结合
这一过程是由核孔蛋白和核纤层的中间丝蛋白的磷酸化和解聚引发的
在纺锤体装配过程中染色体不仅仅只是被动的乘客：它们能够稳定纺锤体并能组织微管进入功能性的纺锤体内
中期：染色体排列于赤道板
微管连续不断地装配和解聚以及微管马达蛋白被认为与这一过程有关
后期：姐妹染色单体分开，移向两极
姐妹染色单体间的黏连蛋白连接被一种称为分离酶Separase的蛋白酶破坏。在后期起始之前，分离酶一直通过与紧固蛋白Securin结合保持其失活的状态。在后期起始阶段，一种称为后期促进复合物(APC)的蛋白复合物破坏紧固蛋白
APC/C–Cdc20：在所有动粒正确附着后解除抑制，泛素化Secured/Separase抑制因子Securin，引发Separase裂解凝缩素，启动姐妹染色单体分离
APC不但引起黏连蛋白的降解，而且还破坏M期细胞周期蛋白，导致M-Cdk复合物失活，M-Cdk的快速失活有利于细胞退出有丝分裂
为了监控染色体附着于纺锤体上的情况，细胞使用负信号：未连接的染色体发送一个“停止”信号给细胞周期控制系统，该信号通过阻断APC的活化来抑制细胞有丝分裂进一步进行
末期：核膜重新形成
胞质分裂：在时间上与有丝分裂的结束重叠
动物细胞：收缩环主要由重叠排列的肌动蛋白丝和肌球蛋白丝组成
植物细胞：组装过程由旧纺锤体赤道处极间微管的剩余物组成的成膜体指导，一些小型 的膜被小泡(大部分来自于高尔基体且填充了形成细胞壁基质所必需的多糖和糖蛋白)沿着微管被转运至成膜体的赤道处，随后，纤维素微丝在基质内沉积，完成新细胞壁的组建
细胞器分配
叶绿体和线粒体大量存在，在每个细胞周期中平均增加1倍后均分
胞质分裂过程中连续的ER被切成两份
高尔基体裂解成小片段经由后期拉长的纺锤体搭便车进入子细胞
细胞周期的调控总结
早期 G₁ 期（“出休眠” & 体外养料响应）
环境感知：细胞从分裂后刚形成的双细胞或休眠状态恢复，依赖生长因子（GF）和营养物质刺激
Cyclin D 合成↑：GF→Ras/MAPK 和 PI3K/Akt 通路激活 → 转录启动 Cyclin D1/D2/D3
G₁‑Cdk 活化：Cyclin D–Cdk4/6 复合物磷酸化 Rb（一度磷酸化），部分释放 E2F，启动少量 G₁ 基因表达
G₁/S 过渡（Restriction Point & G₁/S 检查点）
Rb 再磷酸化：Cyclin E–Cdk2 复合物表达并活化，进一步磷酸化 Rb → E2F 完全释放
E2F 靶基因表达：DNA 复制起始因子（Cdc6、Cdt1、MCM 蛋白）和 Cyclin A 开始合成
G₁/S 检查点
监控：DNA 损伤（ATM/ATR→Chk2/Chk1→p53→p21↑ 抑制 Cyclin/CDK）
通行：无损伤且 E2F 活性足够 → 正式进入 S 期（“复制承诺”）
S 期（DNA 复制与 Intra‑S 检查点）
复制起始：Cyclin A–Cdk2 结合并磷酸化复制复合物，复制叉在全基因组启动
复制延伸：复制叉进展，核苷酸不断加入；Claspin 与 ATR–Chk1 监控复制压力，必要时抑制 Cdc25 回落 Cyclin A–Cdk2 活性，延缓复制
DNA 修复：若出现断裂，γ‑H2AX 招募修复酶；修复完成后恢复复制进程
G₂ 期（复制完成 & 准备分裂）
复制完成确认：结束 DNA 合成后，Cyclin A–Cdk1（少量）和 Cyclin A–Cdk2 活性维持复制终结
G₂/M 检查点
监控：ATR/ATM→Chk1/Chk2→抑制 Cdc25C（14‑3‑3 锁定于细胞质） & 激活 Wee1/Myt1（磷酸化抑制 CDK1）
通过：无损伤、复制完整 → Cdc25C 去抑制 → Cyclin B–Cdk1 去磷酸化活化
M 期（有丝分裂全过程）
前期（Prophase）
Cyclin B–Cdk1 活化 → 核膜蛋白（Lamin）磷酸化 → 核膜崩解开始
染色质凝缩（Condensin 复合物）
前中期（Prometaphase）
核膜完全解体；微管与动粒装配，动粒微管开始搜索并捕获染色体
中期（Metaphase）
染色体在赤道板排列；纺锤体检查点（SAC）监控所有动粒–微管连接，Mad2/BubR1 抑制 APC/C–Cdc20
后期（Anaphase）
所有连接正确 → SAC 解除抑制 → APC/C–Cdc20 泛素化 Securin → Separase 激活 → Scc1 切割，姐妹染色单体分离并向两极移动
末期及胞质分裂（Telophase & Cytokinesis）
Cyclin B 被 APC/C 完全降解 → Cdk1 活性下降 → 核膜重建，染色体去凝缩
收缩环（actomyosin）在细胞中部收缩，完成胞质分裂，产生两个子细胞
周期重启
子细胞进入早 G₁，若环境条件允许则继续新一轮周期，否则停滞在 G₀/休眠期
减数分裂
有性生殖包括二倍体和单倍体的循环更替：二倍体细胞通过减数分裂形成单倍体配子，两个个体的单倍体配子在受精时融合而形成新的二倍体细胞
减数分裂时，一个二倍体细胞的母源和父源的染色体被打包分配到配子中，使每个配子的染色体只得到一份拷贝。因为每对染色体的两个拷贝在分配时是随机的，所以每个个体可以产生多种遗传上不同的配子
交换保证了同源染色体的正确分离，并且通过减数分裂期的母源和父源染色体遗传物质的互换增强了基因的重组
尽管减数分裂与有丝分裂的大部分力学特点相似，但是染色体的行为却不同：减数分裂通过两次连续的细胞分裂产生四种遗传上不同的单倍体细胞，而有丝分裂只是一次细胞分裂并且产生的是两个遗传上相同的二倍体细胞
内膜系统
内膜系统
膜被细胞器被认为至少通过两条途径进化而来。核被膜、内质网膜、高尔基体膜、内体膜和溶酶体膜被认为是起源于质膜内陷。这些膜及其包被的细胞器，都是总称为内膜系统的一部分
线粒体和叶绿体被认为有不同的起源，如内共生学说
细胞内膜的拓扑学
很严格的，一句话总结就是膜结构细胞器的内部环境相当于胞外环境
高尔基体
每个叠层有两个不同的面：一个是入口，即顺式面；一个是出口，即反式面。顺式面靠近内质网，而反式面则指向质膜
溶酶体
溶酶体的特殊的消化酶和膜蛋白都在内质网内合成，经高尔基体转运至反式高尔基体网络。当这些酶在内质网和顺式高尔基体网络中时，它们带上了特殊的磷酰化糖基(甘露糖-6-磷酸),所以当它们到达反式高尔基体网络时，能被适当的受体如甘露糖-6-磷酸 受体所识别。这种标记使得这些酶被分选和包装到转运囊泡中，这些转运囊泡芽生并通过晚期内体把内含物转给溶酶体
蛋白质分选
任何在胞质溶胶中合成的蛋白质分子的命运都取决于其自身的氨基酸序列，这些氨基酸序列中包含指导蛋白质到所需的细胞器去的分选信号，后者对分选过程是充分且必要的
实际上细胞内所有蛋白质的合成都是在胞质溶胶中的核糖体上开始。只有少数线粒体和 叶绿体的蛋白质例外，它们是在这些细胞器内部的核糖体上合成；但是绝大多数线粒体和叶绿体的蛋白质还是在胞质溶胶中合成并被输入的，三种机制进入细胞器
通过核孔复合体入核
通过蛋白质转运体进入内质网、线粒体或线粒体
蛋白质在细胞器内部再转运到如内膜、外膜或类囊体膜的特定部位时，通常还需要蛋白质上另外的分选信号，这些分选信号通常只有在第一信号序列被切除后才暴露出来
通过囊泡运输从内质网前往内膜系统的其他组分
两类蛋白质从胞质溶胶被运往内质网
水溶性蛋白完全穿过内质网膜并释放在内质网腔中，或作分泌物质，或作为细胞器腔内的蛋白质
预定跨膜蛋白只有部分穿过内质网膜并嵌入在膜内，最终在内膜系统的膜上发挥作用
蛋白质进入内质网的机制
信号识别颗粒SRP与多肽链上上表中的信号序列结合，使得核糖体合成蛋白质的速率放缓，当SRP和内质网上的SRP受体结合后，SRP释放，同时招募转运通道，信号肽开启转运通道，定位在内质网膜上的信号肽酶可以切割信号肽致其降解
肽链的C端若完全进入内质网腔则称为水溶性蛋白
起始转移序列和终止转移序列（疏水氨基酸）决定了蛋白质的跨膜次数和方式
在这种情况下，疏水的信号序列被认为是成对起作用的：一个内部的起始转移序列启动转运，持续作用直到遇到一个终止转移序列为止
囊泡运输
囊泡出芽过程中的组装
动力蛋白是小G蛋白，GTP结合激活动力蛋白，使其能附着在膜上并启动囊泡装配
特异性由膜上货物分子的受体+衔接蛋白的选择完成
不同的有被囊泡运输类型
囊泡停靠
SNARE蛋白的作用～两个脂双层必须彼此相距1.5 nm以内其磷脂才能融合。要形成这种紧密接触，必须把水分子从膜亲水表面移走——这个过程在能量方面是非常不利的，因而阻止了膜的随机融合
蛋白质修饰
内质网
位于内质网腔内的酶催化化学反应，通过氧化一对半胱氨酸侧链产生二硫键
糖基化（N连接）
蛋白质上的寡糖有许多功能，随蛋白质而异。它们能保护蛋白质不被降解，使其留在内质网中直到被正确折叠，或者起一种转运信号的作用，使蛋白质包装进适当的转运囊泡中，从而有助于引导其到适当的细胞器中去。当位于细胞表面时，寡糖形成糖萼的一部分并能在细胞间的识别中起作用
一种预先形成的含有总数为14个糖的分支寡糖被整个地接到所有带有合适的糖基化位点的蛋白质上（而非一个一个添加）
这个寡糖最初附着在内质网膜上的一种被称为多萜醇的特殊脂质上
当内质网腔内出现天冬酰胺以后，这个寡糖立刻被寡糖转移酶OST转移到蛋白质的天冬酰胺侧链的氨基上
高尔基体
O-连接糖基化是指糖链通过O-糖苷键连接到蛋白质中丝氨酸或苏氨酸残基的羟基上的过程
蛋白质质量监控
未正确折叠的蛋白质及装配不恰当的二聚或多聚的蛋白质，会通过与内质网中的伴侣蛋白结合而被扣留在内质网中。与伴侣蛋白的相互作用将蛋白质扣留在内质网中直到正确的折叠，如果不能正确折叠，则蛋白质最终被降解
有时质量监控机制会对机体不利。例如，常见的导致严重肺纤维样变形的遗传病囊性纤维化，其显性突变会产生一种轻微错误折叠的质膜转运蛋白；尽管这个变异蛋白质如能到达质膜也能正常行使氯通道的功能，但是它被扣留在内质网中，最终引起了可怕的后果
上面的这种机制的处理能力也有限制，当细胞的蛋白质合成超过内质网的转运和折叠的能力的时候，错误折叠的蛋白质开始积累，从而激活内质网膜上的一群特殊的受体，这些受体进而激活大量的转录程序作为补救，这个过程称为未折叠蛋白质反应(UPR）
如果抑制超负荷UPR程序也会指导细胞凋亡
胞饮作用
通过胞饮而内化质膜的速率随细胞类型不同而不同，但通常都惊人地大。例如，一个巨噬细胞每分钟移除其质膜的3%或者说约半小时移除100%质膜
胞吞作用
受体介导的胞吞作用：大分子结合在细胞表面的互补受体上，以受体大分子复合物形式包入网格蛋白包被囊泡从而进入细胞
受体的可能去向
大多数回到原来在质膜上的区域
转入溶酶体降解
转胞吞作用：到达质膜的另外区域，把结合的货物分子从胞外空间穿越一整个细胞转移到另一个胞外空间
由于胞饮摄入的细胞外物质很快转运到内体中，因此通过把活细胞温育在含有电子致密标记物的液体中，就可以在电子显微镜下通过观察电子致密标记物而看到内体区室
早起内体互相或者和晚期内体融合形成晚期内体
细胞信号转导与细胞通信
细胞信号转导原理
细胞通信
物理通信
光
机械力
化学通信
化学信号
旁分泌
仅作用局部环境细胞
调节生物发育和组织稳态的蛋白质生长因子
自分泌
可以作用到自身
一般自分泌信号也是旁分泌信号，比如EGF，IFN
内分泌
激素
接触依赖性通信
突触也算作此类
胞间连丝
细胞外囊泡
可避免内容物的快速降解
如外泌体
信号分子与受体
信号分子
气体性信号分子
一氧化氮，一氧化碳
自由扩散进入细胞激活效应酶
疏水性信号分子
类固醇激素，甲状腺激素
穿过质膜，与细胞内受体作用入核
亲水性信号分子
神经递质，生长因子，肽类激素
受体位于细胞膜上，产生第二信使
受体
细胞内受体
细胞表面受体
离子通道耦联受体
G蛋白耦联受体
酶联受体：一般单次跨膜
胞内段具有潜在的催化酶活性
具有与其他酶相结合的结构域
第二信使和分子开关
常见包括水溶性的 cAMP（cyclic AMP）、cGMP（cyclic GMP）、Ca2+、 肌醇三磷酸（inositol triphosphate，IP3）和脂溶性的二酰甘油（1,2-diacylglycerol, DAG）等
分子开关：在非活性状态和活性状态之间切换
蛋白质的磷酸化和去磷酸化
GTP的结合和水解
激活
鸟嘌呤核苷酸交换因子（guanine nucleotide-exchange factor, GEF）可以促进 GDP 交换为 GTP 的过程
失活
GTPase 激活蛋白（GTPase-activating protein, GAP）能加速 GTP 水解
鸟苷酸解离抑制因子（guanine nucleotide dissociation inhibitor, GDI）抑制 GDP 交换为 GTP
RGS（Regulators of G‐protein Signaling，G蛋白信号调节蛋白），一类含有典型RGS结构域的蛋白，专门与活化状态的Gα亚基结合，显著加速其GTP水解（GAP活性），从而快速终止GPCR介导的信号传导
单泛素化标记
信号系统和共性
信号转导的主要特性
特异性
放大效应
整合作用及信号网路
脱敏性/适应性
信号灭活/终止
信号转导的共性
信号蛋白复合物组装，可分为以下三种方式
信号蛋白的相互作用依赖于各种高度保守的相互作用结构域（interaction domain），每个信号蛋白通过特定的结构基序（structure motif）与另一个信号蛋白或脂质结合
信号蛋白的活性和量受到调控
信号蛋白存在空间位置上的移动
G 蛋白耦联受体介导的细胞信号转导
G 蛋白耦联受体和 G 蛋白的结构与作用机制
尽管 GPCR 家族成员庞大，但其信号转导途径具有以下共同要素
一个包含七次跨膜螺旋的受体，即 G 蛋白耦联受体
异源三聚体 G 蛋白（heterotrimeric G proteins），也称大 G 蛋白，其 通过在活性和失活状态之间循环而响应受体激活开关的作用
膜结合效应蛋白，如腺苷酸环化酶（adenylyl cyclase）和磷脂酶 C（phospholipase C, PLC）等
参与信号脱敏的蛋白，如 G 蛋白信号调节蛋白（regulator of G protein signaling, RGS）
G 蛋白耦联受体的结构
螺旋 5 和 6 之间的胞内环状结构域（C3）对于受体与 G 蛋白之间的相互作用至关重要。目前人们推测配体与受体的结合会引起 H5 和 H6 螺旋的彼此相互移动，导致 C3 环构象改变，从而结合并激活 G 蛋白
G 蛋白的结构与作用机制
在受体没有与信号分子结合时，α 亚基与 GDP 结合，使 G 蛋白处于失活状态。当信号分子与受体结合后，通过改变 GPCR 的构象，使受体与 Gα 结合；此时，GPCR 可以作为 GEF 发挥作用，使 α 亚基释放GDP，进而 GTP 进入 α 亚基的鸟嘌呤核苷酸结合位点，并导致构象变化，从而使 Gα 与 Gβγ 分离。绝大多数情况，Gα-GTP 仍锚定在质膜上，结合并激活效应器蛋白，传递信号。当 Gα-GTP 水解为 Gα-GDP 时，Gα 将从效应蛋白上分离，并与 Gβγ 亚基重新结合，恢复静息状态。Gβγ 亚基通过结合来抑制Gα 活性，游离的 Gβγ 则可激活其它效应器蛋白。
典型案例
如霍乱弧菌（Vibrio cholerae）产生的霍乱毒素（cholera toxin）具有 ADP-核糖转移酶活性，可以进入肠上皮细胞，催化胞内的 NAD+的 ADP 核糖基共价结合在 Gαs 亚基的精氨酸残基上，产生 ADP-核糖基化的共价修饰，进而抑制 GTP 的水解，使 Gαs 亚基保持激活状态，在没有信号分子的刺激下持续地激活腺苷酸环化酶。cAMP 浓度过度升高导致 Cl-和水进入肠腔，产生霍乱的特征——水样腹泻
G 蛋白介导多种信号产生不同生理效应
根据 α 亚基的结构和功能，我们可以将 G 蛋白分为四大类：Gs、Gi、Gq 和 G12
G 蛋白耦联受体介导的信号通路
GPCR调控腺苷酸环化酶
腺苷酸环化酶受不同的配体-受体--G 蛋白复合物的调控，激活腺苷酸环化酶AC的是Gα
cAMP 水平的调控
作为第二信使的 cAMP 是由腺苷酸环化酶将 ATP 而成，浓度可以短时间提升20倍以上
cAMP 可被环腺苷酸磷酸二酯酶（cyclic AMP phosphodiesterase，PDE）快速水为 5’-AMP，导致细胞内 cAMP 水平下降，从而终止信号反应。而我们生活中常见的咖啡因（caffeine）、茶碱（theophylline）等可靶向环腺苷酸磷酸二酯酶，抑制 cAMP 的降解，维持胞内 cAMP 的高浓度，从而使保持在兴奋状态
cAMP 激活蛋白激酶 A
在大多数动物细胞中，cAMP 主要通过激活 cAMP 依赖性蛋白激酶（cyclic-AMP-dependent protein kinase），也称蛋白激酶 A（protein kinase A, PKA）发挥作用
且存在正协同效应
激酶锚定蛋白（A-kinase anchoring proteins, AKAPs）可以将PKA定位到特定的亚细胞位置，限制cAMP的反应区域，局部快速激活PKA
2为活化形式
案例：血糖调节
当血糖降低时，胰高血糖素与受体结合，通过 Gαs 蛋白激活腺苷酸环化酶，增加 cAMP 浓度和 PKA 的活性，促进糖原的降解，抑制糖原合成
当血糖升高时，促进胰岛素（insulin）的分泌，释放的胰岛素结合肝细胞膜上的胰岛素受体（一种受体酪氨酸激酶），促进糖原合酶（glycogen synthase）的活性，促进糖原合成及储存
GPCR-cAMP-PKA 对基因表达的调控：受 PKA 调控的基因往往含有一个顺式作用的 DNA 序列，即 cAMP 反应原件（cAMP response element, CRE）PKA 催化亚基入核，对 CRE 结合蛋白（CRE binding protein, CREB）进行磷酸化修饰，在大脑中，这一过程被认为在学习和长期记忆中发挥作用
GPCR-cAMP-PKA 通路的下调或终止
通过 GAP 或其 Gαs 具有 GTP 酶活性，可将结合的 GTP 转化为 GDP
PDE水解cAMP
GPCR受到负反馈：GPCR长时间被配体激活，胞内结构域中的Ser和Thr将被PKA磷酸化，这一修饰会降低GPCR与配体的结合效率，不仅会影响本GPCR，还会牵连别的GPCR，后者被称为异源脱敏
此外，对于如 β-肾上腺素受体，胞内结构域磷酸化后的受体，还可由过 β-arrestin介导内吞，降低膜上的受体浓度
GPCR激活磷脂酶C
Gα 在质膜上激活 PLCβ，后者可通过水解磷脂酰肌醇，如 4，5-二磷酸-磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate, PI(4,5)P2），产生两种第二信使：二酰甘油（1,2-diacylglycerol，DAG）和 1，4，5-三磷酸-肌醇（inositol 1,4,5-trisphosphate，IP3），进一步通过钙离子和蛋白激酶 C（protein kinases C, PKC）在下游发挥功能
IP3-Ca2+-钙调蛋白通路
钙离子最重要的下游是钙调蛋白（calmodulin），细胞质基质的本底钙离子浓度非常低，所以幅度很小的钙离子浓度提升也将使PKC活性显著提升，形成的Ca2+-钙调蛋白复合物
通过钙调蛋白激酶（calmodulin-dependent kinases，CaM-kinases）磷酸化 CREB 蛋白，从而影响下游基因的表达
CaMK 的激活可以作为先前 Ca2+脉冲的记忆痕迹，在脊椎动物大脑的某些记忆和学习过程中发挥重要作用，失去这种钙调蛋白依赖性蛋白激酶基因的突变小鼠表现出明显的 记忆丧失
激活钙调磷酸酶（calcineurin CaN），从而可以使转录因子 NFAT 去磷酸化来影响基因表达
Ca2+-NO-cGMP 通路
激活 NO 合酶（nitric oxide synthase，NOS），利用精氨酸和O2产生 NO，由于 NO 的半衰期很短（2~30 秒），故而它的作用大多是短程的，NO受体有鸟苷酸环化酶（guanylyl cyclase，GC）活性，产生第二信使 cGMP，通过影响 cGMP 依赖性蛋白激酶（cGMP-dependent protein kinase, protein kinase G, PKG）抑制内质网 Ca2+通道，影响肌动蛋白等收缩，使细胞松弛，血管扩张
在肌肉细胞中，Ca2+-钙调蛋白复合物与肌球蛋白轻链激酶（myosin light-chain kinase）结合使其活化，调节平滑肌细胞的收缩
DAG-PKC通路
活化的PKC可以激活多个下游靶蛋白，比如腺苷酸环化酶
针对DAG有两种终止途径
DAG激酶磷酸化DAG生成磷脂酸
DAG酯酶水解DAG生成单酰甘油
GPCR调控离子通道
心肌细胞上 M 型乙酰胆碱受体激活 G 蛋白开启 K+通道
Gt 蛋白耦联的嗅觉的活化诱发 cAMP 门控阳离子通道，通过PKA，PKC实现
Gt 蛋白耦联的视觉的活化诱发 cGMP 门控阳离子通道，通过激活PDE实现
酶联受体️信号转导
受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase, RTK）
RTK介导的信号分子及其功能
受体二聚化是酶联受体激活的重要形式，RTK的二聚化主要有三种方式
配体结合引起受体二聚化，磷酸化对方的特定Tyr残基，如PDGF
一些受体在无配体情况下就通过二硫键聚合，配体的结合使构象改变后活化，如胰岛素
不对称二聚体，结构域之间相互作用，活化接收者被激活，如EGF
RTK下游通路
单体G蛋白介导的信号通路
Rab，ARF见囊泡运输
Ran见细胞核
Ras-MAPK通路
RTK-Ras：RTK的酪氨酸残基磷酸化后与衔接蛋白——生长因 子受体结合蛋白 2（Grb2）结合，后者再招募 Sos 蛋白
促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）信号通路高度保守，包括三个关键蛋白：MAPK 激酶激酶（MAP kinase kinase kinase，MAPKKK）、MAPK 激酶（MAP kinase kinase，MAPKK，也称 MEK）和 MAPK（MAP kinase）
Ras失活主要靠GAP
Rho详见细胞骨架
RTK（肝配蛋白Ephrin受体）-Rho：
值得注意的是，与Ras不同，Ras的失活控制GAP，失活的 Rho 蛋白还通常通过与GDI 结合而定位在胞浆中，从而阻碍其与 Rho GEF 在质膜上的结合
PI3K-AKT通路：RTK可以激活磷脂酰肌醇 3 激酶（phosphoinositide 3-kinase, PI3K）
PI(3,4,5)P3 通过 PTEN 磷酸酶使其肌醇环的 3 位去磷酸化。在许多癌症中的 PTEN 以突变形式存在，PTEN 的失活导致 PIP3无法去磷酸化为 PIP2，使细胞不受控制地过度增殖
注意PIP3严格来说不能算第二信使
PI(3,4,5)P3 可以与含有 PH（pleckstrin homology）结构域的信号蛋白结合，其中最 为重要的含 PH 结构域的蛋白是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 PKB（protein kinase B，也称 AKT）
AKT 的激活还需要 PDK1 和mTORC2 介导的磷酸化。激活后的 AKT 从质膜上解离下来，可以磷酸化质膜、胞浆和细胞核内很多下游靶蛋白，促进细胞存活
AKT 与 mTOR 激酶（mammalian target of rapamycin）有相互调控作用。在哺乳动物中，mTOR 有两种功能不同的蛋白复合物——mTORC1 和 mTORC2：mTORC2 通过激活 AKT 促进细胞存活；mTORC1 是 AKT 的下游关键蛋白，调控蛋白质和脂质的合成，促进细胞增殖和生长
受体丝氨酸/苏氨酸激酶
TGF-β/Smad 信号通路
转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）超家族是由动物细胞分泌的二聚体多肽细胞因子
TGF-β的合成和加工
与细胞基质中的血小板反应蛋白（thrombospondin）或质膜上的整合素等与 LAP 结合而使 TGF-β 激活，从而能与 TGF-β 受体结合
TGF-β 受体
Ⅰ型和Ⅱ型具有 Ser/Thr 激酶活性，直接参与信号传递，是 TGF-β 信号传递所必需的
Ⅲ型受体属于 TGF-β 的辅助受体
配体和受体结合有两种模式
顺序结合：先与II型结合，然后招募I型
同步结合：对BMP来说，只有Ⅱ型和Ⅰ型受体同时存在时才对 BMP 配体有较高的亲和力
活化的 TGF-β 受体及其配体可以通过两种不同的途径内吞
通过依赖网格蛋白包被的囊泡内吞，进一步活化该信号通路
通过脂筏介导的内吞导致受体泛素化降解
受体调节的 Smad（receptor regulated Smad，R-Smad）、通用 Smad（common Smad，Co-Smad）以及发挥抑制作用的 Smad（inhibitory Smad，I-Smad）
I-Smad 蛋白抑制 TGF-β 信号通路
受体酪氨酸磷酸酯酶，如 CD45
受体鸟苷酸环化酶，如心纳素（atrial natriuretic factor）
酪氨酸蛋白激酶耦联受体
许多细胞表面受体本身虽然没有酪氨酸激酶活性，但可以依赖胞质内的酪氨酸激酶发挥作用，我们称这些受体为酪氨酸激酶相关受体（tryosine-kinase-associated receptor）
细胞因子受体与 JAK-STAT 介导的信号通路
细胞因子是一类小的分泌型多肽信号分子，通常含 160-200 个氨基酸，调控多种细胞的增殖、分化和成熟，尤其是在造血细胞和免疫细胞的功能调节方面发挥重要作用，包括白介素（Interleukin, IL）、干扰素（inteferon, IFN）、促红细胞生成素（erythropoietin, EPO）和一些其它激素（如生长激素和催乳素）
两个JAK磷酸化彼此的酪氨酸残基后磷酸化STAT，形成同源或异源（STAT1/2）二聚体暴露出NLS
负反馈的调控机制
磷酸酪氨酸磷酸酶（phosphotyrosine phosphatase）能水解特定靶蛋白酪氨酸残基上的磷酸基团，其中最重要的是 SHP1 蛋白
STAT 二聚体除了激活编码介导细胞因子功能的基因表达外，还可以通过诱导编 码抑制蛋白的基因表达，如细胞因子信号抑制因子（suppressor of cytokine signaling, SOCS），作用是启动泛素化降解和抑制基因转录
黏附激酶（focal adhesion kinase, FAK）与整合素（integrin）相关。FAK 可以结合到整合素的尾部，聚集的 FAK 相互磷酸化而被激活，招募 Src 激酶，随后 FAK 和 Src 相互磷酸化，并磷酸化其它下游蛋白
由泛素化和蛋白降解途径调控的信号通路
Wnt信号通路
经典Wnt通路，与细胞增殖调控有关，在胚胎发育中起到至关重要的作用
β-Catenin是经典Wnt信号通路的一个核心信号分子，在没有 Wnt 刺激下，胞内的β-catenin 通过一个大型蛋白质降解复合物被降解，使其胞浆浓度降低
β-catenin 降解复合物由轴蛋白 Axin 和 APC（adenomatous polyposis coli gene product）作为骨架，与糖原合成酶激酶 GSK3β、酪蛋白激酶-1（casein kinase 1, CK1）以及 β-catenin 组成。在这个复合物中，β-catenin 被 CK1 和 GSK3β两个激酶先后磷酸化，继而被 E3 泛素化连接酶β-TrCP 修饰，经蛋白酶体降解，从而将细胞内游离β-catenin 维持在较低的水平
经典 Wnt/β-catenin 通路中，Wnt 蛋白通过两种细胞表面受体—Frizzled（FZD）家族蛋白和共受体低密度脂蛋白受体相关蛋白（LDL-receptor-related protein, LRP）发挥作用
受体激活的直接结果是 Axin 蛋白招募到细胞膜上，从而破坏了β-catenin 降解复合体，使β-catenin得以积累，并如何与 TCF/LEF1 转录复合物结合，激活基因转录
非经典Wnt通路，控制细胞极性和迁移
Hedgehog信号通路，控制细胞增殖、分化，在器官发育过程中发挥重要作用
Hh 蛋白的活性形式与胆固醇和脂肪酸链共价耦联相关
当没有 Hh 配体存在时，Ptch 抑制 Smo 的活性并促进其内吞降解，Smo是一种类似于 GPCR 结构的蛋白，与 FZD 蛋白类似，它的外部结构域作为脂质结合激活结构域、
当存在 Hh 配体时，Hh 与 Ptch 结合，消除了 Ptch 对 Smo 的抑制作用，最终释放出 转录因子锌指蛋白 （ cubitis interruptus, Ci）（哺乳动物细胞为 Gli），与 CBP （CREB结合蛋白）结合促进 Hh 靶基因的表达
NF-κB 信号通路，与 Wnt 和 Hh 信号通路不同，其泛素化降解的不是转录因子，而 是与转录因子结合的蛋白 IκB
NF-κB（nuclear-factor kappa-light-chain enhancer of activated B cells）家族包括五个成员：RelA（p65）、RelB、c-Rel、p50 和 p52，它们形成多种同源或异源二聚体
在 p65 和 p50 的 N 端都含有一个同源区域，是它们二聚化和与 DNA 结合所必需的。在没有配体刺激时，抑制性蛋白 IκB 可以与 NF-κB 二聚体的配对 N 端结构域紧密结合，从而掩盖它们的核定位信号，使其在胞浆中以失活态存在
负反馈调节是 NF-κB 信号终止的关键。在 NF-κB 激活转录的基因中，有编码 I-κBα 的基因，该基因的表达产生的 IκBα 与 NF-κB 结合并使其失活
受蛋白切割调控的信号通路
Notch信号通路
Notch 是一个单次跨膜受体，它与相邻细胞的膜蛋白 Delta 配体结合后，跨膜的 ADAM（一种基质金属蛋白酶家族成员）或 TACE 在细胞外切割 Notch，随后质膜上的 γ-分泌酶（γ-secretase）蛋白酶复合体对其进行切割，释放 Notch 的胞内结构域，进入细胞核作为转录因子发挥作用
Notch 信号通路在动物发育中发挥着重要作用，控制细胞命运选择、调控组织发育及成体细胞的自我更新等，例如，在果蝇神经发育过程中，当一个前体细胞将成为神经细胞时，它通过高表达配体蛋白Delta 向其邻近的细胞发出信号，抑制其它细胞成为神经细胞，从而发育为上皮细胞
与大多数受体不同的是
Notch 的激活是不可逆转的，一旦被配体结合激活，蛋白质就无法再次被利用
Notch 受体同时发挥信号转导和转录激活的作用，这条通路被认为是从细胞膜到细胞 核最简单、最直接的信号转导通路
细胞衰老与凋亡
细胞衰老（senescence）
细胞衰老概论
Hayflick 界限(Hayflick life span)
细胞衰老的观念始于 1961 年 Hayflick 和 Moorhead 对体外培养的人胚肺成纤维细胞自我复制次数极限的观察。他们发现若将细胞数以 1∶2 的比率连续进行传代，则平均只能传代 40～60 次后细胞就逐渐解体并死亡
细胞衰老的纤细那个具有普遍性，但是也有例外，比如蛇类细胞衰老现象非常罕见
衰老细胞的特点
细胞学特点
分裂终止～端粒
对凋亡信号不敏感
基因表达谱变更：和癌细胞反着来
原有功能障碍
形态变化
水分减少，体积减小
膜通透性增加，脆性增加
细胞核增大，染色深
细胞质内出现空泡，脂褐素等异常物质沉积
细胞器数量特别是线粒体数量减少
分子水平变化
DNA的复制和转录受到抑制
mRNA和tRNA含量降低，细胞内蛋白质发生糖基化、羰基化、氨甲酰化、脱氨基等修饰反应，导致蛋白质稳定性、抗原性，可消化性下降
酶分子的活性中心被氧化，金属离子Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+等丢失，酶分子的二级结构、溶解度、等电点发生改变，总的效应是酶失活
To survive
细胞衰老的分子基础
DNA 损伤反应（DNA damage response，DDR）
感受器 MRE11–RAD50–NBS1 (MRN) 复合体主要探测 DNA 双链的断裂 （DNA double-strand breaks，DSBs)， 进而募集蛋白质激酶 ATM
复制蛋白 A(RPA)与 the RAD9–RAD1–HUS1 (9-1-1) 复合体组成的感 受器检测单链 DNA 的损伤，可以激活丝氨酸/色氨酸激酶 ATR
ATM 和 ATR 是 PIKK 家族的重要成员,它们被不同类型的 DNA 损伤所激活,通过磷酸化相应的下游蛋白 Chk1 和 Chk2 等,调节细胞周期各个检查点,引起细胞周期阻滞,使 DNA 损伤得以修复
复制性衰老与端粒缩短
应激诱导的细胞衰老
热休克蛋白 (heat shock proteins, HSP)在应激状态下发生一系列改变, 可作为生理应激时细胞应激反应的生物标志
氧自由基、H2O2、脂质过氧化物、单线态氧等的化学性质最活泼，危害最普遍，它们统称为活性氧自由基(reactive oxygen species, ROS)
在生理情况下，细胞内存有超氧化物歧化酶（superoxidedismutase，SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（glrtathione peroxidase，GSH-PX）等抗氧化酶类可以及时清除自由基
过量自由基使多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty Acids，PUFA）等大分子物质变性和交联，造成不饱和脂肪酸氧化成超氧化物形成脂褐素(lipofuscin)
蛋白质羰基化（protein carbonylation）是生物体系中活性羰基类物质(reactive carbonyl species，RCS) 的产生超过了机体的清除能力，羰基应激也是生物衰老的核心生化过程
线粒体DNA损伤
mtDNA 裸露于基质，缺乏结合蛋白的保护，易受自由基伤害。而催化 mtDNA 复制的 DNA 聚合酶γ不具有纠错功能，复制的错误频率高，故 mtDNA 最容易发生突变， 据估计其突变率是细胞核 DNA 的10 一 100 倍
随年龄增加等因素的影响，mtDNA 突变积累，线粒体氧化磷酸化能力降低， 细胞产生 ATP 的量越来越少，也是发生衰老的基础
癌基因的异常表达
miRNA
最早以秀丽线虫为模型的研究证实了 miRNA lin-4 调节生物体的寿命
哺乳动物中发现了线虫中 miR-71 的同源物 miR-71-92
细胞自噬
一般来说，自噬比较旺盛的情况下，衰老不易发生
自噬基因 Atg1、Atg7、Atg8、和 Beclin1的突变，被发现会引起线虫的寿命缩短
细胞衰老的表观调控
了解最多的是组蛋白去乙酰基酶（histone deacetylases，HDACs) Sirt1 和 Sir2 参与抗衰老
细胞衰老的信号途径：与细胞周期蛋白依赖激酶抑制因子（cyclin-dependent kinase inhibitor，CKI）有关
已发现两个CKI家族：INK4家族和Cip/Kip 家族
INK4家族包括p15(INK4b)、p16(INK4a)、p18(INK4c)和p19(INK4d)（人类的同源基因为p14(INK4d)），它们均可特异性抑制CDK4/6
Cip/Kip家族包括p21(Waf1/Cip1)、p27(Cip2)和p57(Kip2)
正常干细胞（tem cells）p16Ink4a 和 p19Arf 与 Bmi1 结合处于非激活状态
细胞特异单克隆鼠白血病毒整合位点基因-1(B cell-specific MLV integration site-1，Bmi-1)
在生物体生长发育和病变的过程中，多梳体转录因子 PcG（polycomb group）蛋白是基因调控决定细胞命运的重要分子，PcG 通过形成巨大的转录调控复合物，作用在染色体上的不同位点，致使染色体变构，从而调控基因的表达，第一个被鉴定的 PcG 家族的功能基因是Bmi-1
p19ARF/p53/p21Cip1 信号途径
p53 的激活是通过由 ATM/ATR，Chk1/Chk2 蛋白直接或间接地磷酸化 P53 蛋白，以及p19ARF抑制 MDM2 的激活来实现
p19ARF可增强p53蛋白稳定性, 使细胞内p53 蛋白水平增高
p53作为p21 的上游转录因子, 可以诱导p21CIP1/WAF1基因的表达，再通过抑制细胞CDK来抑制RB和E2F的磷酸化过程，进而诱导细胞生长停滞
p16INK4a／Rb 途径
p16INK4a基因表达对于细胞衰老的维持具有重要的作用，它能够选择性地抑制周期蛋白依赖激酶 CDK4 和 CDK6，进而抑制 pRb 磷酸化，处于非磷酸化活性状态的 Rb 通过与转录因子 E2F 因子结合
Rb 与 E2F 结合屏蔽了 E2F 的转录激活结构域，抑制 DNA 复制
细胞凋亡（apoptosis）
细胞凋亡的主要特性
细胞的两种死亡方式
晚近的研究逐渐了解了细胞凋亡与细胞坏死之间的转换分子，例如细胞的 ATP 浓度是 决定细胞凋亡或细胞坏死的调控因素，多聚 ADP 核糖聚合酶（Poly(ADP-ribose) polymerases，PARP）的激活导致ATP大量消耗，结果引起细胞坏死而不是凋亡。.受体相互作用蛋白3(RIP3) 作为细胞凋亡与细胞坏死相互转换的分子开关，是 TNF 诱导的细胞凋亡与细胞坏死相互转换的分子开关
细胞的凋亡与衰老途径的“串话”
DNA损伤激活ATM 和ATR，活化p53，引起细胞周期阻滞，若DNA或染色体损伤过于严重时，p53蛋白则可以直接从胞质参与凋亡程序，通过促进线粒体线粒体膜电位(MMP)的开放，释放细胞色素c导致半胱天冬酶活化来诱导细胞凋亡
DNA fragmentation during apoptosis CAD（Caspase‑Activated DNase，半胱天冬酶激活脱氧核糖核酸酶）
DNA ladder
TUNEL essay: TdT-mediated dUTP nick end labeling
Terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) 能将标记的 dUTP（例如带有荧光、HRP或生物素标签的 dUTP），加到DNA断裂的3'末端上
细胞凋亡的典型特征
线粒体膜电位丧失
磷脂酰丝氨酸外翻
细胞核染色质的凝缩和断裂
参与细胞凋亡的分子
Ca2+与细胞色素 C
凋亡信号通过内质网受体释放 Ca2+，并迅速移至邻近的线粒体，被其膜上的钙蛋白摄取，并促通透性转换孔开放。使细胞色素 C 及凋亡蛋白酶激活因子(Apaf)释放
Bcl-2家族
Bcl-2 家族蛋白的一个显著特征是具有Bcl-2 同源结构域(Bcl-2 homology domain，BH)，主要体现在4个保守的区域，即BH1 、BH2 、BH3 、BH4 结构域。其中BH4 是抗凋亡蛋白所特有的结构域，BH3 是与促进凋亡有关的结构域，Bcl-2家族成员可以含有1－4个数量与类型不同的BH结构域
How Bcl2 interact and make cytochrome c release
凋亡抑制蛋白（inhibitor of apoptosis protein，IAP）家族
唯一的内源性半胱天冬酶抑制物，包括包括XIAP（X-linked inhibitor of apoptosis protein）、Hiap-1、Hiap-2、NAIP、Survivin、apollon和livin等
IAP家族成员共同分子特征都具有称之为BIR结构域的杆状病毒IAP重复序列 （baculoviral IAP repeat)，抑制凋亡必须
有的IAP家族成员，例如c-IAP1、 c-IAP2和XIAP等，还含有1个羧基端的环状锌指样结 构域RING（RING Zn finger domain），RING结构域具有泛素化蛋白E3连接酶的 作用，主要介导半胱天冬酶-3和-7的泛素化降解作用
半胱天冬酶Caspase
种类
半胱天冬酶属于半胱氨酸蛋白酶（cysteine proteases），依赖于半胱氨酸残基的亲和性，并总是在天冬氨酸残基后的肽键切断底物，所以命名为半胱天冬酶
启动半胱天冬酶（initiator caspases）：负责激活，包括半胱天冬酶 8、9 、10 和1、2、4、5 等
执行或效应半胱天冬酶（effector or executioner caspases）：介导凋亡反应，包括半胱天冬酶 3、6、7 和 14 等
机体内还存在不依赖半胱天冬酶级联反应的细胞凋亡通路。这些非半胱天冬酶（noncaspases）包括组织蛋白酶（cathepsin）、钙蛋白酶（calpain）、颗粒酶（granzyme）和蛋白酶复合物（proteasome complex）等
细胞凋亡的机制
外源性凋亡途径（extrinsic apoptotic pathways)
细胞表面的凋亡受体是属于肿瘤坏死因子受体（TNFR）家族的跨膜蛋白，目前了解的比较清楚的死亡受体至少有八种，包括肿瘤坏死因子受体 1（TNFR1 又称 DR1), CD95 (又称死亡受体-2，DR2 或 Fas), 死亡受体-3(DR3), 肿瘤坏死因子相关的凋亡配体的受体-1（TRAILR1，又称 DR4 或 APO-2), 肿瘤坏死因子相关的凋亡配体的受体-2（TRAILR2，又称 DR5), 死亡受体-6（DR6）, 外胚层发育不良受体（EDAR），神经生长因子受体（NGFR）等
CD95/CD95L 途径
CD95 配体（CD95 ligand, CD95L）的结合诱导 CD95 受体的三聚化，受体的胞内区与接头蛋白（adaptor）FADD 蛋白（fas associated death domain）的 DD 结构域结合
CD95 受体，FADD 蛋白与半胱天冬酶 8 酶原（procaspase8）等分子一起形成一个凋亡诱导信号分子复合物（death-inducing signaling complex, DISC）
TNFR1途径
TRADD (TNF receptor-associated death domain)与 TNFR1 通过死亡结构域之间的作用相互结合，激活的 TRADD 进一步募集其他信号分子至受体
激活的 TRADD 与 FADD 的结合激活的半胱天冬酶 8，通过与 CD95/CD95L 途 径相同的两个平行途径刺激半胱天冬酶级联反应导致细胞凋亡
TRADD 与受体作用蛋白(receptor-interacting protein，RIP)通过死亡结构域结 合，进而激活肿瘤坏死因子受体相关因子 2 (TNF receptor associated factor 2，TRAF2)
NF-κB 和 JNK 激活，抑制caspase8，抑制凋亡，转成坏死
TRAILR 途径
已经发现它的多个受体，可以分为两类
一类是死亡受体 DR4 和 DR5， DR4 和 DR5 具有胞浆死亡结构域 DD，与 TRAIL 结合后，能够传导凋亡信号
另一类是圈套受体（decoy TRAIL receptor）DcR1 和 DcR2 等，它们常常缺乏细胞胞内结构域，或不完整，因此不能传导凋亡信号，但能与 DR4 或 DR5 竞争性结TRAIL，抑制其介导的细胞凋亡
内源性凋亡途径（intrinsic signaling pathway)
CARD（Caspase Recruitment Domain，半胱天冬酶募集结构域）
Apoptosome（凋亡体复合物），由细胞色素 c（Cyto c）、Apaf‑1（凋亡蛋白激活因子 1）和 procaspase‑9 组成的多聚寡合复合体
内质网应激（endoplasmic reticulum stress）～UPR
细胞凋亡与自噬
细胞自噬具有促生存与促死亡的双重功能，这主要依赖于细胞的凋亡活性。在细胞对压力或损伤产生反应时，自噬功能能够关闭合成代谢过程以维持细胞存活处于代谢不活跃状态，使细胞获得修复的时机；细胞的损伤过于严重时，细胞通过凋亡清除无法修复的细胞而保持组织的完整性；当细胞出现凋亡机制缺陷时，自噬作为备用的细胞死亡途径，可以引导细胞的坏死等其它方式的细胞死亡
免疫细胞
免疫调节
先天性免疫（除婴儿从母体获得的抗体等，即为非特异性免疫）
第一道防线：身体表面的物理屏障和化学防御
皮肤角质层、消化道及生殖道黏膜
溶菌酶（呼吸道黏膜、泪液、唾液）、胃酸
寄居细菌的分泌物，如阴道表面乳酸杆菌
寄生蛔虫、环节动物表皮分泌角质层
软体动物表皮细胞分泌贝壳
节肢动物向外分泌外骨骼
血脑屏障
胎盘
第二道防线
血清蛋白
补体系统：通过有的抗体上的一种蛋白因子与已结合的抗体或病原体多糖分子结合活化，并发生级联反应形成大量破膜复合体
插入病原体细胞膜形成开放的孔道致死
直接吸附在细菌细胞壁上吸引巨噬细胞和中性粒细胞
活化的补体分子刺激肥大细胞释放组织胺
干扰素IFN
类型
I型干扰素
α型：由单核细胞（巨噬细胞）和B细胞分泌
β型：由成纤维细胞分泌
II型干扰素：即γ型干扰素，以细胞外基质的形式存在，主要由T细胞和NK细胞产生
发生
正常细胞的干扰素基因处于被抑制的状态，当有活病毒、灭活病毒、外源双链DNA、细菌内毒素是表达产生干扰素，如板蓝根等中药可以诱导这一过程
功能：抵抗病毒感染的首要防线
广谱性抗病毒作用：I型干扰素
直接激活免疫细胞
激活某些酶直接降解病毒RNA或抑制病毒蛋白质合成间接抑制宿主体内病毒的增殖
抗细胞增殖：间接抑制蛋白质合成
参与免疫调节作用
原理：关键在于干扰素与细胞表面的干扰素受体结合，与激素相类似地，启动一系列的过程
炎症和发热反应
炎症（inflammation）是一种复杂的生理过程，是局部血管变化引起的感染部位发生以疼痛、发红、发热、肿胀为特征的应答
多型核白细胞（PMN）、巨噬细胞和淋巴细胞先后到达炎症部位，吞噬病灶内微生物。多种信号分子介导了感染部位的炎症反应
发热多由细菌产物引起，特别是革兰氏阴性细菌内毒素。发热有助于对抗感染，因为 大多数细菌和病毒病原体在低温下增殖较好，而适应性免疫应答在高温下更有效，发热也可以消除 TNF-α 对宿主细胞产生的有害作用
固有免疫系统中的细胞（见下）
后天性免疫：特异性免疫，从脊椎动物开始出现
物质基础
抗原Ag
免疫原性（抗原性）：进入人体后产生抗体和效应细胞的性能
反应原性（免疫反应性）：能与相应免疫应答产物在体内发生特异性结合，只有这一特性而不具备免疫原性称为半抗原，如青霉素、吗啡、核酸等
抗原决定子：大分子抗原中的决定性基团，或分布于抗原表面或分布于抗原内部（经初步消化、加工后开始发挥作用），抗原决定子决定了抗原的特异性
类型
按照来源分
外源性抗原
内源性抗原
病毒蛋白虽然不是细胞的蛋白，但是是细胞合成的蛋白，算作“内源”
按是否需要T细胞辅助分
胸腺依赖性抗原TD-Ag：占大多数，通常为蛋白抗原，可形成二次免疫，反应较慢，需要T细胞辅助激活成熟B细胞~IgG、IgE、IgA
胸腺非依赖性抗原Ti-Ag：较少，通常为多糖抗原，不形成二次免疫，反应迅速可直接激活B细胞，只能进行体液免疫~IgM、IgG（少）
Ti-1抗原：抗原决定子为有丝分裂原（触发有丝分裂或细胞分裂过程）
Ti-2抗原：与BCR结合并以高亲和力交联（多个mIg分子通过结合一个抗原）附近BCR（B细胞膜表面抗原受体）
抗体Ig
由B细胞合成并分泌sIg（抗原刺激）或存在于质膜上mIg（无抗原刺激，C段多了一段疏水的肽段）的免疫球蛋白
类型和结构（基因片段的特异性断裂重排）：基本结构（亚单位）相同（两条长链，两条短链，都分为恒定部分和变异部分）
原始脊椎动物，如七鳃鳗，便只有一种抗体类型
哺乳类
IgM：机体最早（年龄上）产生的抗体，5个亚单位和一个结合蛋白JP组成复合体，是对抗原初次免疫应答产生的抗体种类，也是新生儿最先合成的免疫球蛋白
IgG：唯一能穿过胎盘进入胎儿的抗体，二次免疫的主要成分，血液和组织液中的主要抗体，高亲和力，激活补体系统，介导 ADCC
IgA：外分泌型，在外分泌液中广泛存在，单体或二聚体
IgD：B细胞成熟的标志，记忆细胞中没有
IgE：易于肥大细胞和嗜碱性粒细胞的质膜受体Fc结合参与过敏反应，循环系统中含量很低
作用（作用于细胞外）
中和作用：主要指血清中及粘膜局部存在的以 IgG 和 sIgA 为主的中和抗体，通过抗原 结合部位结合外毒素和病毒，发挥抗体分子的保护作用
溶解效应：抗原-抗体（IgG 或 IgM）复合物能激活补体的经典途径，发挥溶菌和溶细 胞效应
抗体依赖细胞介导的细胞毒作用（ADCC）：像一个化学里的桥接型官能团一样把一坨抗原连在一起沉淀，并被免疫细胞Fc识别（如巨噬细胞）
黏膜免疫：浆细胞形成后，可以转移到一些黏膜组织（如乳腺、支气管黏膜、生殖管道 黏膜、结膜、中耳等），并在那里产生分泌型 IgA（slgA）。slgA 有黏附抗原的特性，通过免疫清除作用保护黏膜免受病原体的侵袭
超敏反应：Ⅰ型超敏反应主要由 IgE 介导，产生强烈的 IgE 抗体应答。Ⅱ型、Ⅲ型超敏反应主要由 IgG 和 IgM 介导。Ⅱ型超敏反应过程可通过募集和激活炎症细胞及补体系统而引起靶细胞损伤。Ⅲ型超敏反应则主要引起免疫复合物沉积，从而引起局部炎症损伤
细胞因子（细胞介素）：大多属于糖蛋白，组成了细胞间的信号分子系统，包括淋巴细胞产生的淋巴因子、单核细胞（巨噬细胞）产生的单核因子、生长因子等，如白细胞介素IL、干扰素IFN、集落刺激因子CSF、肿瘤坏死因子TNF、红细胞生成素EPO、B细胞生长因子BCGF等，通过与靶细胞表面受体分子结合发挥作用，但不能直接杀死抗原，可以调节造血功能和炎症反应
组织相容性复合体
主要组织相容性复合体MHC：每一个动物个体特有的身份分子标签，人的MHC又叫HLA抗原，由第六对染色体多对连锁等位基因众多复等位基因决定
MHC-I：分布于身体全部有核细胞表面，一般只与内源性抗原结合，形成“MHC-抗原”复合物（内质网高尔基体形成“MHC-I-抗原肽”直接转移到质膜上）和Tc结合
MHC-II：只位于单核细胞、巨噬细胞、成熟B细胞、活化T细胞等，一般只与外源性抗原结合，形成“MHC-抗原”（用“MHC-II-抗原肽”代替“MHC-II-恒定链”）复合物后和Th结合
MHC-III：血清蛋白
次要组织相容性复合体mHC：不能刺激初应答，在有MHC的时候起辅助作用
实现
体液免疫
初次应答
是抗原第一次免疫后血清中抗体浓度缓慢地增加，从诱发免疫到抗体产 生有一个较长的迟滞期，抗体产生的量少、效价低、亲和力也低
抗体中以 IgM 为主并最早出现，IgG 较迟出现。初次应答中，同时形成一部分记忆 B 细胞
再次应答
在 Td 抗原诱导的再次免疫应答中，记忆性 B 细胞承担抗原呈递作用
用其表面高亲和力受体 mIgD 和mIgM 结合并摄取特异性抗原。在胞内通过蛋白酶分解成肽段后与 MHCⅡ类分子结合呈递到细胞表面。Th 细胞识别 B 细胞呈递的抗原肽而被活化。B 细胞活化、增殖和分化为浆细胞
产生的抗体以 IgG 为主，此外还出现 IgA、IgE。抗体量大幅提高且亲和力高
细胞免疫
迟发型超敏反应（delayedtype hypersensitivity，DTH）
效应 T 细胞与特异性抗原结合作用后，引起的以单核细胞浸润和组织损伤为主要特征的炎症反应，反应发生较慢，通常在接触相同抗原后 24-72 小时出现炎症反应
细胞介导淋巴细胞溶解反应（cell-mediated lympholysis，CML）
穿孔素使靶细胞膜上出现柱状孔道
粒酶诱导靶细胞凋亡
淋巴毒素使各种溶酶体水解酶外逸
直接诱导被感染细胞和癌细胞凋亡
淋巴因子激活的杀伤效应
Th1 和 CD8+T 细胞可分泌 IFN-γ
IL-2刺激产生LAK广谱抗肿瘤
在蠕虫感染和变态反应性炎症中，CD4+Th2 分泌的细胞因子可激活肥大细胞、嗜碱 性粒细胞和嗜酸性粒细胞。另外，Th2 释放的一些细胞因子如 IL-4、IL-5 和 IL-10 等在 B 细胞活化和抗体形成中起重要作用
淋巴系统
免疫系统细胞
固有免疫系统细胞
吞噬细胞
单核吞噬细胞系统（mononuclear phagocyte system，MPS）
巨噬细胞(Macrophages)
由血液中单核细胞(monocyte)分化而来
单核细胞和巨噬细胞具有较强的粘附于塑料或玻璃表面的性质，可以利用这些性质分离
当机体发生感染或炎症反应时，单核细胞会从血液中迁移到组织中，在局 部环境的刺激下分化为巨噬细胞
分化后的巨噬细胞驻留在组织中，执行吞噬病原体、清除细胞碎片、抗原呈递、激活 免疫反应等功能
巨噬细胞更大，含更多的细胞器，尤其是溶酶体
巨噬细胞有更强的吞噬和水解能力，以及更强的杀死微生物的能力
巨噬细胞激活T细胞的能力更强
“单核细胞募集”（monocyte recruitment）：单核细胞活化过程中可大量粘附于血管内皮表面，并呈局灶性分布
巨噬细胞分泌的细胞因子主要有 IL-1、IL-6、IL-8、IL-12 和 TNF-α、IFN-α，IFN-β、TGF、GM-CSF等
巨噬细胞产生的补体分子有 C1~C9，B 因子、D 因子、I 因子、H 因子，C1 抑制物等
其他的生物活性物质如巨噬细胞炎症蛋白（Macrophage inflammatory protein，MIP）、酶类、生物活性酯类、凝血因子
巨噬细胞的膜分子
介导巨噬细胞吞噬摄取微生物：清道夫受体（scavenger receptor）、LPS 受体（CD14）、甘露糖受体、补体受体（complement receptor，CR）和 FcγRⅢ等
提供活化信号：TLR-4（toll-like receptor-4）和 TLR-2（toll-like receptor-2）等
呈递抗原和协同刺激T细胞活化的分子：MHCⅡ类分子、B7 分子
中性粒细胞（neutrophils）：是由骨髓干细胞分化产生的白细胞的一个类群，通称炎性细胞，因为细胞中有分节状的细胞核，又称为多型核白细胞（polymorpho-nuclear leukocytes）
嗜中性粒细胞（neutrophil）
存在于血液循环中的小吞噬细胞，是血液中数量最大的白细胞。细胞呈圆形，胞质中充 满嗜苯胺蓝颗粒，不能吸收酸性和碱性染料
中性粒细胞可表达粘附分子，表面具有 FcR 和 C3b 受体，而无特异性抗原受体。当机 体某部受到细菌感染时，它们是最早被招募到感染部位的吞噬细胞，具有强大的非特异性吞噬杀菌能力，是急性炎症应答中的主要细胞群
嗜酸性粒细胞（eosinophil）
胞质中含有大的充满溶解酶的嗜酸性颗粒
当寄生虫感染和Ⅰ型超敏反应发生时，嗜酸性粒细胞释放某些酶类等活性物质发挥负反馈调节作用
Th 细胞分泌的白介素-5（IL-5）可刺激嗜酸性粒细胞生长和分化
嗜碱性粒细胞（basophil）和肥大细胞（mast cell）
嗜碱性粒细胞细胞质中含有不同大小的嗜碱性颗粒，分布于呼吸和消化道粘膜。含量很少，约占血液中粒细胞总数的 0.2%，进入组织便是肥大细胞
嗜碱性粒细胞与肥大细胞一样，带有与 IgE 有高亲和力的受体 FcεR，是 IgE 介 导的速发型超敏反应的效应细胞
树突状细胞（DC）
是一类起源于骨髓、具有迁移能力的白细胞
树突状细胞尽管数量不足外周血单个核细胞的1%，但表面有丰富的抗原递呈分子（MHCⅠ和MHCⅡ）
DC是目前发现的功能最强大的抗原呈递细胞（antigen presenting cell，APC）
树突状细胞的表面分子特征
丰富的抗原递呈分子（MHCⅠ和 MHCⅡ）。可特异性结合病原微生物的受体（如 HIV 的受体 CD 4）以及 FcR和 IsE 分子等，主要参与捕获抗原性异物和免疫复合物
共刺激因子 CD80/B7-1、CD86/B7-2、CD40、CD40L 等， B7-1 和 B7-2 可与 T 细胞表面的 CD28／CTLA-4 相互作用，是 DC 高效呈递外源性抗原并提供 T 细胞第二活化信号的必要分子基础
粘附因子(ICAM-1、ICAM-2、ICAM-3、LFA-1、LFA-3 等) 以及 β1 和 β2 整合素家族成员（VLA-5除外），通过介导细胞间的黏附，促进 DC 与 T 细胞的接触
主要功能
在血液中的非成熟DC
感知外来入侵
高吞噬能力
获取外源抗原
成熟的DC迁移至淋巴器官
分泌 IL-10、IL-1B、IL-8、IFN-γ、TNF-α 和 GM-CSF 等参与免疫功能的调节
诱导特异性的细胞毒性 T 淋巴细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL）生成
分泌 IL-12、IL-6、TGF-β、趋化因子等，促进记忆 B 细胞分化为浆细 胞，募集初始和记忆 B 细胞定居于次级淋巴器官
NK细胞
细胞特征
含有许多粗大的具细胞毒性的嗜天青颗粒，其杀伤靶细胞的机制和颗粒释放有关
穿孔素：也称细胞溶解素（cytolysin）、溶酶体酶、丝氨酸蛋白酶
穿孔素能与靶细胞膜融合，多个穿孔素单体相互聚合可形成供多种离子通透的跨膜通道，引起靶细胞快速渗透性溶解
蛋白多糖：是一种高度酸性化的硫酸软骨素 A 蛋白多糖
可以避免效应细胞被外环境中的穿孔素溶解
TNF：活化的 NK 细胞可释放 TNF-α 和 TNF-β
作用效应慢于穿孔素
NK 细胞毒因子：丝氨酸酯酶（serine esterase）、颗粒溶解素（granulysin），可选择性杀伤和裂解靶细胞
无需抗原预先致敏即可自发杀伤靶细胞，由于细胞表面缺乏 T 细胞和 B 细胞的特有标志，故属于第三群淋巴细胞(third population cell，TPC)
NK 细胞是机体抗肿瘤、抗感染的重要免疫因素，也参与Ⅱ型超敏反应和移植物抗宿主反应
获得性免疫系统细胞
B细胞：骨髓依赖淋巴细胞（bone marrow dependent lymphocyte）
哺乳类动物的 B 细胞在胚肝（胚胎早期）和骨髓（胚胎中晚期开始直至以后整个生命过程）中发育成熟
寿命较短，主要分布于外周淋巴器官
B 细胞的一个重要特征是细胞膜表面带有自己合成的免疫球蛋白
细胞形态
B 细胞呈球形，表面有较多微绒毛，细胞核占细胞的大部分，染色质呈块状，较致密， 着色较深
表面标志
B 细胞抗原受体
B 细胞受体（B cell receptor，BCR），又称 B 细胞抗原识别受体（antigen recognition receptor）、表面膜免疫球蛋白（mIg）
由 mIg 和 2 个不变蛋白分子 Igα 和 Igβ 链（分别命名为 CD79a和 CD79b）组成
BCR 可以直接识别完整的、天然的蛋白质抗原、多糖或脂类抗原，Igα 和 Igβ 是信号转导所必须
Fc受体
成熟 B 细胞可表达 IgG的 Fc 受体（FcγR）和 IgE 的 Fc 受体（FcεR），分别识别 IgG 和 IgE 的 Fc 片段
补体受体与 EB 病毒受体
B 细胞膜表面可表达 CRl（CD35）和 CR2（CD21）两种补体受体
CR2 也是 EB 病毒的受体，与 EB 病毒选择性感染B 细胞有关
致有丝分裂原受体
有丝分裂原是一些能促进淋巴细胞产生有丝分裂的物质，与淋巴细胞结合后，能促使静 止的淋巴细胞转化为淋巴母细胞
细胞因子受体
MHC抗原
用于呈递抗原
B细胞分化抗原
在 B 细胞表面有重要的 CD 抗原，表达于 B 细胞发育分化的不同阶段，故称为分化抗 原
B细胞亚群：根据 B 细胞 Ly-1（CD5）抗原的表达与否，可将外周成熟的静止 B 细胞分为 B-1 细胞和 B-2 细胞
B1 细胞主要产生 IgM 类的低亲和力抗体，主要识别非蛋白质抗原，是机体发挥非特异性免疫功能的重要细胞
B2 细胞主要识别蛋白质抗原，产生高亲和性的抗体，产生免疫记忆细胞
B2细胞：BCR识别并结合TD-Ag→内吞递呈“MHC-II-抗原肽”，CD40结合Th并内吞CD40配体→Th分泌IL结合B细胞细胞因子受体
处女B-2：效应Th、记忆Th
记忆B-2：处女Th、效应Th、记忆Th
T细胞：胸腺依赖淋巴细胞胞（thymus dependent lymphocyte）
寿命较长，主要分布于血液和淋巴液
细胞形态
T细胞体积较小，胞质中细胞器十分简单，多聚核糖体丰富
表面标志
T 细胞抗原受体（T cell receptor，TCR）
TCR1 由 γ 和 δ 链构成，即二聚体 γδTCR，在 T 细胞分化成熟中首先表达，外周血中 约 10%T 细胞表达 TCR1，对应的 T 细胞则称为 γδ+T 细胞
TCR2 由 α 链和 β 链两种多肽链通过二硫键连接组成，即二聚体 αβTCR，表达稍晚，外周血中约 90%T 细胞表达 TCR2，带有这两种肽链的 T 细胞称为 αβ+T 细胞
分化抗原 CD3 是成熟的 T 细胞的又一特征性表面标志，TCR／CD3 复合体有利于稳定 TCR 的分子构型
分化抗原
细胞因子受体
T 细胞上表达的细胞因子受体有 IL-1R、IL-2R、IL-4R、IL-6R、ILdgR、IL-gR、IL-13R等
分化发育过程
骨髓中定向分化为 T 细胞的祖细胞，在进人胸腺之前或进入胸腺被膜下尚未到达胸腺 皮质前又称前胸腺（prethymic）淋巴细胞（Pre-T）
Pre-T 细胞在胸腺上皮微环境下不断分化和发育，从皮质外层（outercortex）进入皮质深层，进一步发育为 CD4-和 CD8-双阴性细胞（DN）
其TCRαβ-CD3 可表达于细胞表面，与基质细胞配基结合后，诱导 CD4/CD8 分子表达
T 细胞发育进入双阳性（CD4+、CD8+）细胞（double positive，DP）阶段，通过皮 髓连接处进入髓质，并发生胸腺内的选择过程
阳性选择
T细胞在胸腺皮质中经历的筛选过程，目的是保留那些能够识别自身MHC分子的T细胞；未能识别MHC的T细胞将被淘汰，而识别MHC-I或MHC-II的细胞则分别发育为CD8⁺或CD4⁺ T细胞
阴性选择
发生在胸腺髓质，其目的是清除那些对自身抗原有高亲和力、可能引发自身免疫的T细胞，通过诱导凋亡或分化为调节性T细胞来建立免疫耐受。
成熟胸腺细胞大部分通过皮髓连接处的毛细血管后静脉进入血液，少数通过淋巴管入血
尚未接触过抗原的成熟 T 细胞称处女（virgin）T 细胞或初始 T 细胞，它依靠其细胞表面的归巢受体（homing receptor）到外周淋巴器官中的胸腺依赖区（thymus dependent area）定居
上述是典型 T 细胞，即 αβT 细胞在胸腺和外周分化的过程。γδT 细胞很早就离开胸腺，并在第三类淋巴组织中进一步分化成熟。目前对它的分化过程知之甚少
T细胞亚群
CD4+TCRαβ+T 细胞
CD4+TCRαβ+是辅助性 T 细胞（Th）的共同表型
Th1
分泌 IL-2、IFN-γ 等细胞因子，主要介导迟发型超敏反应（delayed type hypersensitivity，DTH）和巨噬细胞活化等细胞免疫应答
刺激 B 细胞产生具有调理作用和补体固定功能的抗体
Th2
Th2 IL-4、IL-5、IL-6、IL-10 和 IL-13 等细胞因子，主要促进 B 细胞增殖并分化成浆细胞
介导体液免疫和Ⅰ型超敏反应
CD8+TCRαβT 细胞
细胞毒性 T 细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL 或 Tc）
细胞毒性 T 细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL 或 Tc）
主要作用是特异性直接杀伤靶细胞
辅助 B 细胞，有效杀伤静止或活化的同种异体特异性 B 细 胞
γδT 细胞
在黏膜免疫过程中可能发挥重要作用
调节性 T 细胞
某些活化 Tr 细胞可分泌特异性抑制因子（一种可溶性抗原与 TcRα 链组成的因子）和非特异性抑制因子（如 TGF-β 等）
通过干扰细胞代谢影响效应细胞的功能
Tr 细胞可杀伤 APCs，并通过“抑制性”细胞因子（如 IL-10）或严密的抑制性调节网络
处女 T 细胞和记忆性 T 细胞亚群
CD45 分子被认为是区分处女 T 细胞与记忆性 T 细胞的一种表面标志
抗原递呈细胞APC
树突状细胞：功能最强大的专职APC，在外周淋巴组织活化所有的初始Tc和Th，可介导一种特殊的外源性抗原递呈方式，即外源性抗原的交叉递呈（树突状细胞常常内吞坏死凋亡细胞碎片获得外源性抗原，通过类似于内质网高尔基体形成“MHC-I-抗原肽”的方式将外源性抗原转移到质膜上这样便可以激活Tc）
巨噬细胞
摄入大分子和颗粒状或细胞状物质时主要通过胞吞作用（endocytosis）形成吞噬体来完成
细胞内合成的 MHCⅡ类分子携带抗原肽表达于巨噬细胞表面，供 CD4+T 细胞识别
B细胞（尤记忆B细胞）
当体内抗原浓度较低时，B 淋巴细胞能发挥重要的抗原呈递作用，对于辅助性 T 细胞依赖性抗体的产生具有极为重要的作用
淋巴组织：一种特殊的结缔组织，含有大量淋巴细胞的网状结构或某些部位，如消化管和呼吸道的黏膜和粘膜下层
弥散淋巴组织（主T）：以网状细胞和网状纤维连接成的多孔支架，抗原刺激可使其增生并出现淋巴小结
淋巴小结（主B）：存在于淋巴结和脾中
为边界清晰的小体
生发中心：小结中央着色淡，分裂旺盛
初级淋巴小结：无生发中心
次级淋巴小结：有生发中心
淋巴器官：主要由淋巴组织构成 （中文：腺，胸腺，派伊尔氏淋巴集结，阑尾，骨髓，扁桃体，淋巴结，脾）
中枢淋巴器官（初级淋巴器官）：产生处女型淋巴干细胞
胸腺
位于胸骨后，是位于胸腔前纵膈的双叶腺体组织，是胚胎时期第一个出现的免疫器官，是T细胞发育和成熟的场所
随年龄重量先增加在减小，在青春期有最大值，老年时胸腺皮质大都由脂肪和结缔组织代替但老时经刺激仍能产生大量T细胞
功能
分泌胸腺激素，促进胸腺细胞分化
培育T细胞，输送T细胞
骨髓
红骨髓：胎儿至儿童时期全为红骨髓，5-7岁开始逐渐转化为黄骨髓
黄骨髓：在大量失血后可转化为红骨髓
骨髓是一切免疫细胞的发源地，包含两种干细胞
造血干细胞能产生循环系统 中的三类血细胞：白细胞、 红细胞以及血小板
间质干细胞
法氏囊（腔上囊）
鸟类特有的位于泄殖腔后上方的特殊结构，来自骨髓的干细胞在此分化为具有体液免疫功能的成熟 B 细胞。由上皮细胞和淋巴细胞生发中心构成，其中的淋巴细胞只是抗体生成细胞。在鸟类刚孵出时，法氏囊最大，随年龄增长而萎缩，性成熟以后，法氏囊便消失了
周围淋巴器官（次级淋巴器官）：免疫应答的主要场所，体积可变化
淋巴结
人约有400个，呈豆状，可输入几条淋巴管，多成群分布于淋巴回流的通路上
功能
滤过淋巴：大量的巨噬细胞清除病原体等抗原物质，对细菌的清除率可达99％，对病毒和癌细胞的清除能力则相对较弱
进行免疫：大量的B细胞、T细胞、巨噬细胞进行免疫活动，主要执行特异性免疫，接收一定范围的淋巴回流
脾
最大的周围淋巴器官，位于血液循环的通路上（而不是淋巴回流），位于腹腔左上方，左季肋骨内侧，一般无法触摸到（除非脾肿大时）
功能
过滤血液：大量的巨噬细胞清除血中的异物、抗原及衰老的血细胞
特异性免疫：针对侵入的抗原物质
造血：胚胎早期可产生大量血细胞，出生后主要产生淋巴细胞，亦可以恢复造血能力或是进行贮血
扁桃体
在咽部大致分布成环，为淋巴组织聚集形成的隆起，在儿童时期最发达，近青春期开始萎缩
作为机体经常接触抗原的周围淋巴器官，故其不仅有局部免疫作用，还和全身其他淋巴器官联系，让身体做好准备
阑尾
淋巴回流
经过毛细淋巴管、淋巴管、淋巴干，再汇合成两条淋巴导管，即胸导管和右淋巴导管，胸导管收集两下肢、盆部、腹部、左上肢、左胸部和左头颈部的淋巴，约占全身 3/4 部位的淋巴回流，注入左静脉角；右淋巴导管收集右上肢、右胸部和右头颈部的淋巴，约占全身 1/4 部位的淋巴回流，注入右静脉角
意义
将一部分组织液，特别是其中的蛋白质回收至血液中（静脉系的辅助结构），是组织液中的蛋白质回到血液循环的唯一途径~组织水肿：淋巴回流受到障碍，组织液的胶体渗透压升高
消除组织液中不能被毛细血管重吸收的较大分子、红细胞和细菌等
运输营养物质，对脂肪的吸收起重要作用
特点
流速慢，约为静脉血的1/10
动力为淋巴管附近的肌肉搏动和动脉收缩~淋巴心：顾名思义，存在于如鱼类、爬行类、豚鼠（哺乳类）等
免疫系统疾病
器官特异性自身免疫病，如酿脓链球菌的抗原决定子与心脏瓣膜表面物质相似~风湿性心脏病
系统性自身免疫病，如系统性红斑狼疮
过敏反应（超敏反应/变态反应）：二次免疫应答对机体有害的情况
速发型过敏反应，如人类青霉素过敏、蜂毒过敏、荨麻疹
致敏阶段（初次免疫应答）：过敏原初次进入人体使浆细胞分泌特异性抗体（主IgE）结合在肥大细胞和嗜碱性粒细胞的Fc上
效应阶段（再次免疫应答）：在环境因子的刺激下，机体产生的大量自由基氧化破坏肥大细胞和嗜碱性粒细胞的质膜，如果再次遇到相同的过敏原可发生“膜抗体IgE-过敏原“特异反应，释放出大量过敏介质（如组织胺和5-羟色胺）引起过敏反应
迟发型过敏反应（见细胞免疫）
免疫缺陷病：机体免疫功能缺乏或不足
先天性免疫缺陷病
获得性免疫缺陷病，如AIDS
移植免疫~MHC、mHC
癌细胞
癌细胞的基本知识
肿瘤的类型
癌（Carcinoma）
癌起源于内胚层或外胚层的组织
主要起源于上皮细胞，上皮细胞覆盖皮肤的表面或内脏的表面，这是最主要的癌症类型，占所有癌症病例的 80-90%
如乳腺癌（carcinoma of breast）是来源于乳腺上皮组织的恶性肿瘤，食管癌 (carcinoma of esophagus)是由食道粘膜上皮发生的恶性肿瘤
腺癌（Adenocarcinoma）
腺癌为腺体起源的恶性肿瘤，主要起源于腺上皮细胞
如起源于肺腺的叫肺腺癌(lung adenocarcinoma)，起源 于胰腺的称为胰腺癌（pancreas adenocarcinoma）
肉瘤（Sarcoma）
肉瘤来自于中胚层的组织，如软骨组织、结缔组织、肌肉、脂肪和骨等
如为起源于成骨组织的恶性肿瘤骨肉瘤(Osteo sarcoma)
白血病（Leukemia）
白血病又称血癌，起源于骨髓并侵犯淋巴系统，不同于实体瘤，而是属于血 液肿瘤，所以把它单列为一类癌症
由于淋巴细胞不能正常成熟，在骨髓及其它造血组织中异常增殖，并进入外周血液，就形成了白血病
根据淋巴细胞的不同成熟程度和白血病的自然病程，将白血病分为急性(acute)和慢性(chronic)两大类；根据增生细胞类型，又可分为粒细胞性、淋巴细胞性和单核细胞性三类
骨髓瘤（Myelomas）
骨髓瘤是一类特殊的白血病, 是起源于骨髓中成熟 B 淋巴细胞（浆细胞）的 恶性肿瘤，由于浆细胞是产生抗体的细胞，因此骨髓瘤细胞能产生抗体
癌细胞的基本特征
形态特征的变化
细胞骨架变化
细胞骨架紊乱，某些成分减少，骨架组装不正常。这些变化改变了细胞与邻近细胞的相互作用以及细胞的形态，并影响到细胞的运动性
细胞核的变化
核形态不一，并可出现巨核、双核或多核现象，核质比高，核仁大，几乎没有特化的结构。核内染色体呈非整倍态（aneuploidy）
线粒体的变化
线粒体表现为不同的多型性、肿胀、增生，如嗜酸性细胞腺瘤中肥大的线粒 体紧挤在细胞内，肝癌细胞中出现巨线粒体
化学成份的变化
酶
癌细胞经常会异常分泌酶，这些酶能降解它们转移扩散的屏障，使得它们侵 犯邻近组织，如基质金属蛋白酶等
肿瘤细胞的端粒酶活性异常，肿瘤细胞中端粒酶活性很强
细胞表面成份的变化和通讯连接的丢失
一般癌细胞表面成份和通讯连接都减少，降低了细胞与细胞之间、细胞与细 胞外基质之间的粘附，从而使得癌细胞不表现出接触抑制
癌细胞表面特征改变，产生肿瘤相关抗原
生长因子
癌细胞对生长因子需要量降低，体外培养的癌细胞对生长因子的需要量显著 低于正常细胞，是因为自分泌或其细胞增殖的信号途径不依赖于生长因子。某些 实体瘤细胞还能释放血管生成因子，促进血管向肿瘤生长，获取大量繁殖所需的 营养物质
其他成份的变化
癌细胞代谢旺盛，肿瘤组织的 DNA 和 RNA 聚合酶活性均高于正常组织， 核酸分解过程明显降低，DNA 和 RNA 的含量均明显增高
癌细胞蛋白质合成及分解代谢都增强，但合成代谢超过分解代谢，甚至可夺 取正常组织的蛋白质分解产物，结果可使机体处于严重消耗的恶病质（cachexia） 状态
生理特征的变化
生长失控
正常真核细胞，除成熟血细胞外，大多须粘附于特定的细胞外基质上才能抑 制凋亡而存活，称为锚定依赖性（anchorage dependence）。肿瘤细胞失去锚定依 赖性，可以在琼脂、甲基纤维素等支撑物上生长
癌细胞的脱分化（Dedifferentiation）
肿瘤细胞表现出不同程度的脱分化特性，并保持分裂能力。已知肿瘤细胞中表达的胎儿同功酶达 20 余种。如胎儿甲胎蛋白 AFP 是胎儿所特有的。但在肝癌细胞中表达
细胞不再生长
细胞凋亡相关通路被抑制
血管生成
肿瘤的生长可以分为无血管期和血管期，在无血管期的肿瘤处于休眠状态，这时由于肿瘤主要依赖周围组织的弥散来获得营养物质和排泄代谢产物，血管期肿瘤内出现新生毛细血管并获得进一步生长的能力，肿瘤从而迅速生长并发生转移
侵润(invasion)与转移（metastasis）
肿瘤转移 (tumor metastasis)是指癌细胞通过血液循环或淋巴系统从原发灶 （primary tumor）迁移到别的位置上的过程，并在机体内远离原发部位的器官 / 组织分裂形成次级肿瘤（secondary tumor）或称为转移瘤(metastatic tumor)。转移 的肿瘤细胞一般会保持它起源地的一些特征，如乳腺癌转移到肝脏后仍然是乳腺 癌而不是肝癌
转移的肿瘤经常会干扰相关器官的功能，导致病态甚至死亡，转 移是肿瘤导致死亡的主要原因
恶性肿瘤中，只有少数肿瘤不发生或很少发生转移，如皮肤的基底细胞癌、脑的恶性胶质细胞瘤
肿瘤转移是一个复杂的多步骤连续过程
首先细胞粘着和连接相关的成分（如 ECM、CAM）发生变异或缺失，相关信号通路受阻，细胞失去与细胞间和细胞外基质间的连结，易于从肿瘤上脱落，原发部位肿瘤细胞脱离原发瘤, 侵袭穿越基底膜并向周围间质浸润性生长,一旦细胞跨过基底层，就可以通过两种方式扩散到全身，一是血液循环，二是淋巴系统
第二步穿越局部毛细血管 / 淋巴管壁进入管腔, 与血小板聚集或形成小瘤栓
第三步随血液 /淋巴液运输到达靶器官毛细血管床, 与该部位的血管 / 淋巴管内皮细胞发生粘附, 穿越管壁和基底膜进入周围间质, 一旦碰到合适的地方，这些细胞可以重新 进入组织，并生长繁殖形成新的肿瘤
肿瘤细胞的浸润是指肿瘤细胞脱离原发瘤, 侵袭穿越基底膜并向周围间质 浸润性生长，但尚未进入局部毛细血管 / 淋巴管的阶段
浸润是转移的前提, 但不一定发生转移; 而转移必定包括浸润过程
上皮-间质细胞转化
上皮-间质细胞转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），是具有极性 的上皮细胞转化为具有移行能力的间质细胞并获得侵袭和迁移能力的过程，是赋 予细胞运动能力的一个重要机制
EMT 从发生方式上分为三个类型
第一个类型是在原肠胚和早期神经细胞形成过程中，原始上皮 细胞转化成为发育为神经细胞的能移动的基质细胞
第二个类型是上皮细胞或内皮细胞转化成为固着的成纤维细胞，参与炎症反应
第三个类型是最初的肿瘤组织中的上皮细胞转化为能够转移的肿瘤细胞，进而进入血液，随着血流迁移到远端组织，形成次级肿瘤
可移植性
正常细胞移植到宿主体内后，由于免疫反应而被排斥，多不易存活。但是肿 瘤细胞具有可移植性，如人的肿瘤细胞可移植到鼠类体内，形成移植瘤
能量代谢异常
大量吸收和利用葡萄糖，对糖酵解的依赖随着肿瘤低氧的条件而加强。其原因可能是糖酵解中间产物的多样性有助于各种代谢途径和大分子合成，保证癌细胞的快速繁殖
避免被免疫系统消灭
癌细胞分泌 TGF-ß或其它免疫抑制因子来麻痹 CTLs 和 NK 细胞
肿瘤干细胞
近年来越来越多的证据表明肿瘤中少部分的细胞维持着肿瘤的体积，具有自我更新、增殖和分化的潜能，虽然数量少，却在肿瘤的发生、发展、复发和转移中起着重要作用，这部分的细胞类似于干细胞的作用，具有自我更新能力并能产生异质性肿瘤细胞，被称为肿瘤干细胞（tumor stem cell ,cancer stem cell）
目前认为肿瘤干细胞有两种来源，一种是从正常干细胞基因突变而来；另一种是分化的快速增殖的细胞基因突变后脱分化，重新获得干细胞的特征，变成肿瘤干细胞
肿瘤的发生
肿瘤形成的阶段
增生（Hyperplasia）
增生是指细胞通过分裂繁殖而数目增多的现象
异生（Dysplasia）
增生的细胞发生新的遗传变异，导致细胞异常增殖，细胞和组织看上去不正常，结构异常，变得无组织化
增生的细胞发生新的遗传变异，导致细胞异常增殖，细胞和组 织看上去不正常，结构异常，变得无组织化
仍然通过两种方式影响到健康
较大的良性肿瘤会压迫正常的组织引起其他问题，比如脑瘤由于血脑屏障细胞不发生转移，但由于头颅大小的限制，如果肿瘤太大也会致死
肿瘤细胞分泌过量的生物活性物质如激素，将会 引起严重的身体疾病
癌或恶性肿瘤(Cancer, or Malignant tumors)
肿瘤发生的环境因素：主要都是引起DNA的损伤改变、
放射性致癌剂
放射物质是最早被认识的致癌剂之一
化学致癌剂
一些金属粉尘，包括镉、镍、铬等，会引起肺癌，氯乙烯引起肝癌，砷增加皮肤癌和肺癌的风险，长期暴露在苯和环磷酰胺等有毒物质条件下会诱导骨髓细胞变异导致白血病。黄曲霉素一般被发现存在于不正确存放的农作物食品中，会诱导肝癌的发生
病毒
与肿瘤有关的病毒有人乳头瘤病毒(human papillomavirus, HPV)，与生殖肿 瘤如宫颈癌的发生有关，HBV 病毒与肝癌的发生有关，EB 病毒（Epstein-Barr virus）与 Burkitt's 淋巴瘤和鼻咽癌的发生有关，疱疹病毒 HHV-8 可能与 Kaposi's 肉瘤和 B-细胞淋巴瘤的发生有关，SV40 与间皮瘤的发生有关
具有致癌作用的DNA病毒
转化的过程
病毒DNA整合入基因组
在病毒 DNA 控制下，转录 mRNA 并翻译“早期”蛋白质，即病毒特异性肿瘤抗原（TA）
在整合后的 DNA 控制下，转录 mRNA 并翻译成肿瘤特异性移植抗原（TSTA）
两种途径
病毒基因组中含有含有能促进宿主细胞增殖的癌基因，称为病毒癌基因(virus oncogene, v-onc )
DNA 病毒插入宿主基因组时如果插入到原癌基因中或附近时可能引起原癌基因突变成癌基因，导致癌变
逆转录RNA病毒
原理上和DNA病毒类似，只是多了一步逆转录
慢性炎症
氧自由基
参与肿瘤形成的基因
原癌基因(proto-oncogene)和癌基因(oncogene)：Gain of Function 引起癌变
分类
细胞外信号分子
与生长因子相关的 sis 家族：Sis 癌基因的产物 p28Sis与人血小板衍化生长因子（PDGF）有相似的一级结构，PDGF作为生长因子有促细胞分裂的作用
BCL-2: 上调HIF-1α，促进血管生长因子VEGF的表达，这个蛋白在细胞凋亡一节也出场，定位在线粒体膜抑制凋亡
信号分子的膜受体
产物位于胞膜，如与生长因子受体相关的 neu 家族成员 C-erb-B，表达产物 p185 与表皮生长因子受体 EGFR 的结构和功能相似，均为跨膜蛋白，下游启动细胞生长与增殖
参与信号传导的蛋白
产物位于胞质，如属于非受体性酪氨酸蛋白激酶的 Src 家族，具有酪氨酸蛋白激酶功能域
具 GTP 蛋白活性的 ras 家族，具体通路可见信号转导
在 DNA 复制中起作用的酶
如编码端粒酶的活性成分的基因 hTERT 被认为是原癌基因
细胞核内转录调控因子
产物为核内，包括 Myc、Fos、Jun 等基因，其产物多为转录调节因子，可激活生长相关基因
阻止凋亡和促进存活的蛋白
原癌基因转变成癌基因
编码区突变，蛋白活性增强
上游调控区活性增强
与其他基因的编码区融合，融合蛋白超活性
绝大多数癌基因是显性突变，但是单独一个癌基因通常不会直接导致肿瘤，而是一系列基因变化的积累
抑癌基因(Tumor Suppressor Genes)：Loss of Function引起癌变
分类
调节和限制细胞周期的胞内蛋白的基因
成视网膜母细胞瘤(retinoblastoma,RB)
抑制细胞繁殖的激素或信号分子的受体或信号传递蛋白基因(如 TGF-β)
当 DNA 损伤或染色体异常时阻止细胞周期的控制点蛋白基因(如 p53)
MTS1/p16 基因的调节途径与 p53 有所不同，编码的 p16 蛋白直接与 Cyclin 竞争结合 CDK4，进而使 CDK4 丧失其推动细胞周期进程的活性，导致细胞停滞 在 G0/G1 期，抑制细胞增殖
促进凋亡的蛋白基因
参与 DNA 修复的酶基因(如 BRCA)
XP 基因 (着色性干皮病，Xeroderma pigmentosum) 是一个 DNA 修复基因，其编码的蛋白能修复紫外线或其他致癌剂引起的 DNA 突变。XP 基因失活导致个体对紫外线很敏感，使各种皮肤癌的发病风险增加了上千倍
肿瘤的遗传和表观遗传改变
肿瘤分子遗传学
肿瘤中的遗传变异
肿瘤的发生有两种方式，一种是散发的，一种是有家族史的遗传因素，不同肿瘤的遗传度不同，大约有 10%的肿瘤是遗传因素引起的，如乳腺癌、大肠癌和成视网膜母细胞瘤等
引起基因改变的方式
DNA点突变
大片段改变
转位
转位在白血病和淋巴瘤中很普遍，但在实体瘤中不普遍。超过 90%的慢性髓 性白血病人(CML)发生了 9 号染色体和 22 号染色体之间的交换，这个交换形成 了一个短的融合的 22 号染色体，被称为费城染色体，因为最初是在美国费城发 现的，这个转位使得 abl 原癌基因变成癌基因
倒位
重复或缺失
非整倍体
基因扩增
基因扩增也为化疗带来很大的问题，当使用某种化疗药物一段时间后，肿瘤 细胞产生耐药性，在某些耐药肿瘤中发现了耐药与某个基因相关，被称为多药耐 药基因 MDR(multiple drug resistance)
多耐药基因是细胞膜上 ABC 超家族中的 ATP 泵，选择性的把分子 从细胞内泵出细胞外
肿瘤抑制基因的杂合性缺失(Loss of heterozygosity, LOH)
后代从父母那里继承了一个拷贝的突变的抑癌基因，为突变的杂合体，后来在体细胞中再失去或失活一个正常的拷贝，被称为杂合性丢失 LOH
遗传变异
有点类似于入侵生物
表观遗传学变异
DNA甲基化
除了没有活性的 X 染色体上的基因、遗传印记基因、重复序列和转座子以外，大多数 CpG 岛在正常的细胞中未甲基化。甲基化的 C 的去甲基被称为去甲基化。相反，CpG 岛的大量甲基化称为超甲基化
肿瘤在基因组水平上的甲基化水平为正常细胞的1/3～2/5，具体表现为
全局性去甲基化
局部性超甲基化
主要见于抑癌基因的启动子或第一个外显子的CpG岛区
甲基化谱式被发现具有肿瘤类型特异性
组蛋白乙酰化
肿瘤的转录调控改变
基因表达改变与肿瘤的发生
高度异质性
非编码RNA在肿瘤发生发展过程中的作用
miRNA
miRNA既可作为抑癌基因，下调原癌基因的活性；也可作为癌基因，下调抑癌基因的活性。生物信息发现组蛋白甲基化酶、甲基化CpG 结合蛋白、染色质域蛋白及组蛋白去乙酰化酶等均是miRNA 潜在的作用靶标
在各种癌症中几乎都找到了特定的miRNA的表达特征
LncRNA
肿瘤中异常表达的lncRNA，大都位于脆性位点或癌基因附近。LncRNAs异 常表达能引起错误的染色质修饰和DNA甲基化状态的改变
HOTAIR是第一种被确定参与肿瘤发生的lncRNA，HOTAIR可以作为桥梁连接PRC2和LSDl／CoREST／REST复合物，将这两者运输至抑癌基因使其组蛋白错误修饰
HOTAIR、MALAT1、PCAT-1、PCGEM1、TUC338 是作为癌基因报道,而 GAS5、linc-p21、MEG3 和PTENP1 是作为抑癌基因报道的
可变剪接
通过 DNA microarray 和 RNA-seq 分析,发现癌细胞中的一些关键的剪接事 件
肿瘤的诊断和治疗
肿瘤的病理诊断
成像技术
传统最普遍的肿瘤诊断技术是成像技术，如 MRI，X-射线，CT,，内窥镜检查，病理学家根据细胞的形状、大小、结构、核和肿瘤边缘的清晰度等特征，对肿瘤进行诊断，包括恶性程度、早晚期、分化程度等，并对肿瘤进行分型和分期
分子诊断
肿瘤基因检测与肿瘤的预防和早期诊断
遗传易感基因检测
体细胞的肿瘤基因突变检测
血液循环肿瘤循环 DNA(circulating tumor DNA，ctDNA)
肿瘤标志物检测与肿瘤的早期诊断
是早期诊断目前最好的办法
癌症的治疗
传统治疗方法：手术、化疗(chemotherapy)和放疗(radiation therapy)
手术通常是实体瘤第一选择，它主要用于良性肿瘤或癌症的早期阶段，如果 是晚期或发生转移了，就不适用手术治疗
后两者的作用原理都是杀死体内正在快速复制的细胞
但正常细胞中有一小部分具有迅速分裂能力，化疗药物杀死某些迅速分裂的正 常成熟细胞，如胃肠道细胞、骨髓细胞和毛囊细胞，所以化疗药物也会引起副作 用，如胃肠道疼痛、白血球低和脱发等
靶向治疗，分为小分子药物和单抗，仍存在单题单解的特异性限制，耐药性等局限性，从治疗策略上可以进一步分为
抑制癌基因的活性
激素治疗是另一种肿瘤治疗方法，虽然肿瘤细胞在一定程度上失去了正常的对生长因子的反应，但某些癌细胞仍然需要激素才能生长，如有些乳腺癌需要雌激素才能生长
靶向非编码RNA
组织血管生成
基因治疗
可以想见，相对来说这个方法针对抑癌基因比较有效
免疫疗法
非特异性免疫刺激
通过刺激 T 细胞或抗原呈递细胞来加强抗原呈递过程，如白细胞介素-2，CD25单抗等
免疫检查点单抗
抑制T细胞的负调控因子，比如PD1/PDL1
过继性免疫细胞治疗（adoptive cellular immunotherapy，ACI）
向患者输入更强的免疫细胞：取对肿瘤有免疫力的供者淋巴细胞转输给肿瘤患者，或取患者自身的免疫细胞在体外活化、增殖后，或者进一步利用基因工程技术对其进行改良，使其增强肿瘤识别能力，再转输入患者体内
淋巴因子激活的杀伤细胞疗法（lymphokine-activatedkillercells, LAK）
LAK 细胞是外周血淋巴细胞在体外经过 IL-2 培养后诱导产生的一类新型杀伤细 胞，其杀伤肿瘤细胞不需抗原致敏且无 MHC 限制性，有人认为 LAK 细胞主要 成分是 NK 细胞
肿瘤浸润淋巴细胞疗法（(tumor-infiltrating lympbocytes,TIL）
TIL 是从实体肿瘤组织中分离得到的，经体外 IL-2 培养后可获得比 LAK 细胞更强的杀伤活性
T 细胞受体疗法（T cell receptor, TCR）
提取患者外周血中的普通 T细胞，通过病毒载体导入新的基因，使其表达能够识别癌细胞抗原的 TCR 以及一些免疫因子，从而激活引导 T 细胞寻找杀死癌细胞
嵌合抗原受体修饰的 T 细胞疗法（chimeric antigen receptor, CAR）
该法与 TCR 法原理相似，只是将识别癌细胞的 TCR 换成类似于抗体的抗原受体，在 受体另一端嵌合激活 T 细胞的元件，并在嵌合蛋白中引入多个共刺激分子，使得 T 细胞的生存能力、增殖能力、记忆效应增强，从而激活引导 T 细胞寻找杀死癌细胞，目前效果最好
CD47 单抗——阻断肿瘤细胞逃脱免疫监视通路
CD47分布于细胞表面，抑制吞噬，肿瘤过表达CD47进行免疫逃逸
肿瘤疫苗
给患者注射肿瘤抗原或者肿瘤提取物处理过的APC细胞
蒋知澄 2025.6