第三节细胞凋亡与疾病教学文稿.ppt

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1 Apoptosis and DiseaseProf. Liuleap 刘志跃 Department of PathophysiologyInner Mongolia Medical College一 细胞凋亡概述二 细胞凋亡的过程与调控*三 细胞凋亡调控异常与疾病*四 调控细胞凋亡防治疾病的思路Kerr, J.F.R., Wyllie, A.H. &Currie, A.R., Apoptosis: A Basic Biological Phenomenon With Wide Ranging Implications In Tissue Kinetics. British Journal of Cancer(1972),26,239第一节 概 述一、研究背景细胞凋亡研究中的重要事件细胞凋亡研究中的重要事件1972The term “apoptosis”coined1987Discovery of Bcl-21993ICECaspases identifiedp53 discovered as an apoptosis regulator19911989Death receptors (TNFR,Fas/Apol-1) Role Cyt C and apoptosome confirmed 1996-7IAPs discovered2000Smac discovered1977-1982Death genes in C. elegans identified“ladder pattern”线虫发育中细胞的凋亡：荧光显微镜图片 荧光显微镜下的秀丽线虫（图片来自） 秀丽线虫：2002诺贝尔生物医学奖的新宠。

二、与细胞凋亡有关的基本概念 由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞死亡过程称为细胞凋亡(apoptosis) 生理条件下，清除异常细胞方式； 病理条件下，细胞凋亡可致疾病 细胞凋亡是细胞在一定的生理或病理条件下，遵循自身的程序，自己结束其生命的过程，最后细胞裂解为若干凋亡小体，被其他细胞吞噬 现在很多情况下，细胞凋亡亦称为程序性细胞死亡(programmed cell death , PCD)PCD这一概念已为科学家广泛接受目前对PCD概念又有新的延伸一）细胞凋亡与程序性细胞死亡 (二) 细胞凋亡与有丝分裂(mitosis) 有丝分裂代表细胞的分裂与分化，其与机体的生长发育密切相关而细胞凋亡是由细胞内某些特定基因所决定，具有特殊的生物学意义，是一种细胞的主动死亡过程 正常时，二者动态平衡，以维持机体细胞数量的平衡和自稳 (如蝌蚪青蛙尾巴消失现象) 细胞凋亡与细胞坏死(necrosis)是多细胞生物细胞死亡的两种不同形式，在形态学、生化代谢、分子机制、结局和意义等方面都有本质的区别： （三）细胞凋亡与细胞坏死(necrosis)细胞凋亡与坏死的比较 区别点 坏死（他杀） 凋亡（自杀） 1.性质 病理性，非特异性 生理性或病理性，特异性 2.诱导因素 强烈刺激，随机发生 较弱刺激，非随机发生 3.生化特点 被动过程，无新蛋白 主动过程，有新蛋白合成， 合成，不耗能 耗能 4.形态变化 细胞结构全面溶解、 胞膜及细胞器相对完整 破坏 细胞肿胀 细胞皱缩，核固缩 5.DNA电泳 弥散性降解，电泳呈 DNA片段化(180200bp)， 均一DNA片状 电泳呈“梯”状条带 6.炎症反应 溶酶体破裂， 溶酶体相对完整， 局部炎症反应 局部无炎症反应 7.凋亡小体 无 有 8.基因调控 无 有NPCD：细胞死亡细胞坏死PCD凋亡：1型细胞死亡自噬：2型细胞死亡 自噬小体形成副凋亡：无caspase活化胀亡：oncosis有丝分裂灾变：不依赖p53或依赖凋亡坏死有丝分裂灾变缓慢细胞死亡副凋亡自噬细胞死亡概貌图死亡信号死亡受体触发癌基因激活细胞毒物药放射线紫外线其它cell 1. 确保正常发育生长 机体的发育、生长过程并不仅仅与细胞的增殖与分化有关，凋亡在器官组织的形成、成熟过程中也发挥了重要作用。

它可以清除多余和失去功能价值的细胞 人胚胎肢芽形成指(趾)间隙的过程 哺乳类雄性个体穆勒氏管的消失 昆虫羽化时的改组 三、细胞凋亡的生理和病理意义 2. 维持内环境稳定 受损、突变或衰老的细胞如果存留体内就可能干扰机体功能，甚至演变为多种疾病(如肿瘤)为了维持内环境的稳定，机体必须及时将这些细胞清除，清除这些细胞的主要方式就是凋亡 清除针对自身抗原的T细胞，维持免疫稳定 更新皮肤、粘膜上皮：新C增殖/衰老C凋亡 子宫内膜随H水平的周期变化 清除不能修复的受损C/癌前病变C 通过细胞凋亡被机体清除的细胞数量是相当可观的，每秒钟可达数百万个！ 3. 发挥积极的防御功能 细胞凋亡参与了机体的防御反应，例如当机体受到病毒感染时，受感染的细胞发生凋亡，使DNA发生降解，整合于其中的病毒DNA也随之被破坏，因而阻止了病毒的复制1、诱导期2、效应期3、降解期第二节 细胞凋亡过程与调控一、细胞凋亡的过程(三个阶段)DNase激活Caspases激活基因降解结构破坏凋亡细胞吞噬清除凋亡诱导因素+ 受体死亡信号凋亡相关基因激活Ca2+神经酰胺cAMP 二、凋亡时细胞的主要变化 1. 细胞凋亡的形态学改变 凋亡细胞表面的微绒毛消失，并逐步脱离与周围细胞的接触。

可见到： 空泡化(blebbing)： 胞浆脱水，胞膜迅速 发生空泡化 固缩(condensation)： 细胞体积逐渐缩小引起 出芽(buding)：内质网不断扩张并与胞膜融合，形成膜表面的芽状突起 染色质边集(margination)：晚期核质高度浓缩融合成团，染色质集中分布在核膜的边缘，呈新月形或马蹄形分布 胞膜皱缩内陷，分割包裹胞浆，形成泡状小体，这是凋亡细胞特征性的形态学改变 （电镜下见透亮空泡 和浓密核碎片） 凋亡小体(apoptosis body)：Normal CellApoptotic Cell 2. 细胞凋亡的生化改变 细胞凋亡过程中DNA的片段化断裂及蛋白质的降解（Caspase）尤为重要 典型的细胞凋亡以细胞核固缩、染色质DNA的特征性片段化为主要特征细胞凋亡发生时DNA双链的断裂发生在核小体连接部，是内源性核酸内切酶被激活所致 DNA链上每隔200个核苷酸就有1个核小体，当内切酶在核小体连接区切开DNA时,即可形成180200bp180200bp或其整倍数片段 这些片段在琼脂糖凝胶电泳中可呈特征性的“梯状” (ladder pattern)条带，这是判断凋亡发生的客观指标之一。

因此, DNA片段化断裂是细胞凋亡的关键性结局DNA ladder assayed with the Apoptotic DNA Ladder KitLane Identification: M = Size marker； = Control cells without camptothecin+ = Cells treated with camptothecin； C = Positive control from the kitDNA ladder assayed with the Apoptotic DNA Ladder KitTNF （50、100、150 IU/ml）induced L929 for 14h 强烈应激致LC,GC分泌诱导其凋亡 甲状腺素促蝌蚪青蛙的器官退化 TNF可诱导多种细胞发生凋亡 兴奋性神经递质(Glu)诱导神经元凋亡三、细胞凋亡的调控（一） 细胞凋亡信号 1、生理性凋亡信号(1) 某些激素和细胞因子直接作用1、生理性凋亡信号(1) 某些激素和细胞因子直接作用(2) 某些激素和细胞因子间接作用 ACTH/睾丸酮/雌激素等，防靶细胞凋亡，维持其正常存活之必需。

当其缺乏时，激活killer gene引发凋亡2、病理性凋亡信号 诱导凋亡的因素： 生物及化学毒素/病毒感染/射线/应激/抗癌药物/营养缺乏/功能负荷过重等两重性) 抑制凋亡的因素： 各种化学促癌物/病毒(EBV/HPV)/ Zn2+/苯巴比妥/半胱氨酸蛋白酶抑制剂/中性氨基酸 诱导细胞凋亡与否与有害因素的种类、强度和作用持续时间等有关 氧化应激的作用 辐射/感染/毒素ROS DNA损伤激活P53基因/活化聚ADP核糖转移酶 脂质过氧化使Ca2+内流增加 活化核转录因子NF-B和AP-1 诱导细胞凋亡的环节 死亡受体的激活 一组组TNFR基因超家族成员员 Fas、TNFR1、DR3/4/5等（膜蛋白） 相应配体（生理或病理）与之结合即触发凋亡 线粒体功能和结构的改变 跨膜电位( m )明显下降（PTP异常） 钙稳态失衡（胞浆Ca2+激活多种酶）FaslTNFTNFR2TWEAKTRAILFas/CD95TNFR1DR3APR-3DR4/5ICEICE样样CaspaseCaspaseApoptosisApoptosisTWEAK TNF相似的凋亡诱导分子TRAIL TNF相关的凋亡诱导配体（二）细胞凋亡信号的转导1、死亡受体介导的凋亡通路FasL、TNF 、DR3-5配体介导的细胞凋亡信号途径促凋亡因子衔接蛋白死亡诱导信号复合物 DISC Fas蛋白/Fas配体信号系统（TNFR） Fas是一种细胞表面受体，为跨膜蛋白。

也称为APO-1（CD95），是1989年两家实验室同时发现在细胞株表面介导凋亡的蛋白分子， 属于肿瘤坏死因子受体家族 Fas蛋白伸向胞浆的部分有一段与TNF受体相似，与TNF受体和NGF(神经生长因子)受体高度同源，存在于多种组织细胞 FasL/抗FasAbFas蛋白 神经酰胺 PKs 抗FasAb/TNF Fas蛋白 降解H1组组蛋白 ICE样Caspase DNA舒展位点暴露核酸内切酶切割DNA Fas蛋白激活胞内Ca2+信号系统死亡信息 Fas相关的信号转导通路细胞凋亡 线粒体功能改变在细胞凋亡的发生中起关键性作用线粒体途径最为重要！ 线粒体并非只是能量细胞器，在凋亡中是枢纽，它通过释放凋亡启动因子(如CytC、AIF、Smac/Diablo)进入胞质而调控着细胞的生死 2、线粒体介导的凋亡通路PTP开放bcl-2射线Ca2+ / NO生物/化疗缺血缺氧活性氧线粒体m 线粒体介导的凋亡通路Apaf +Cyt.CAIFCaspaseCaspase抑制剂抑制剂无活性核酸内切酶核酸内切酶激活DNA断裂细胞凋亡凋亡蛋白酶Caspase-3Caspase-3Procaspase-3Procaspase-3Caspase-9Caspase-9Procaspase-9Procaspase-9 线粒体Smac与细胞凋亡（Second mitochondria-derived activator of caspase） 核酸内切酶G或caspase的二级线粒体衍生激活因子凋亡复合体 cAMP/PKA信号系统 胞内Ca2+信号系统 神经酰胺信号系统 DG/PKC信号系统 PTK信号系统此外内质网可以介导凋亡通路 在细胞凋亡过程中执行染色质DNA切割任务的是内源性核酸内切酶。

核酸内切酶在细胞核内，不能直接激活，需一系列胞内信号转导方能激活（Ca2+/mg2+依赖，Zn2+抑制） 活化的内切酶使DNA断裂为核小体倍数的片段 1、内源性核酸内切酶激活及其作用（三）细胞凋亡的执行 凋亡蛋白酶是一组对底物天冬氨酸部位有特异水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶(caspase是cysteine-containing aspartate-specific protease的缩写)目前已发现该蛋白酶家族至少有14个成员(caspase1-14) 胱冬肽酶蛋白酶家族 2、Caspases的激活及其作用Caspase的激活Caspase分为两类：启动型：caspase 8-10效应型：caspase 3/6/7 灭活凋亡抑制蛋白/凋亡抑制物(如Bcl-2) 水解蛋白质结构使。