細(xì)胞凋亡(apoptosis)

1、細(xì)胞凋亡與疾病,病理生理教研室王生蘭,悉尼-布雷內(nèi),羅伯特-霍維茨,約翰-蘇爾斯頓,2002年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)分別授予了英國(guó)科學(xué)家悉尼·布雷內(nèi)(Sydney Brenner)、美國(guó)科學(xué)家羅伯特·霍維茨(H.Robert Horvitz)和英國(guó)科學(xué)家約翰·蘇爾斯頓(John E.Sulston)，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了在器官發(fā)育和“程序性細(xì)胞死亡”過(guò)程中的基因規(guī)則。,內(nèi) 容,細(xì)胞凋亡概述細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)

2、和生物化學(xué)特征細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控機(jī)理細(xì)胞凋亡的發(fā)生機(jī)制細(xì)胞凋亡與疾病,細(xì)胞凋亡(Apoptosis),早在1972年Kerr等已發(fā)現(xiàn)從細(xì)胞形態(tài)、超微結(jié)構(gòu)和生化變化等方面來(lái)分析，細(xì)胞有二種死亡形式,一種是早被熟知的細(xì)胞壞死（Necrosis），另一種是新提出的程序性細(xì)胞死亡（Programmed cell death, PCD）學(xué)說(shuō)?，F(xiàn)在普遍稱之為細(xì)胞凋亡（Apoptosis）細(xì)胞凋亡由體內(nèi)外因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)預(yù)存的死亡程序而導(dǎo)

3、致的細(xì)胞死亡過(guò)程。是一個(gè)由基因調(diào)控的細(xì)胞主動(dòng)結(jié)束生命的過(guò)程。,100% Apoptosis: induced by BL-106 (5mM) that binds to bcl-2. Nuclear stained with Hoechest33258,細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的區(qū)別,———————————————————,———————————————————,———————————————————,壞死

4、 凋亡,1.性質(zhì),2.誘導(dǎo)因素,強(qiáng)烈刺激，隨機(jī)發(fā)生,較弱刺激，非隨機(jī)發(fā)生,3.生化特點(diǎn),4.形態(tài)變化,6.DNA電泳,5.炎癥反應(yīng),7.凋亡小體,8.基因調(diào)控,被動(dòng)過(guò)程，無(wú)新蛋白合成，不耗能,主動(dòng)過(guò)程，有新蛋白合成，耗能,細(xì)胞結(jié)構(gòu)全面溶解、破壞、細(xì)胞腫脹,胞膜及細(xì)胞器相對(duì)完整細(xì)胞皺縮，核固縮,彌散性降解，電泳呈均一DNA片狀,DNA片段化（180-200bp），電泳呈“梯”狀條帶,溶酶體破裂，局部炎癥

5、反應(yīng),溶酶體相對(duì)完整，局部無(wú)炎癥反應(yīng),有,病理性，非特異性,生理性或病理性，特異性,無(wú),有,無(wú),細(xì)胞凋亡的生理意義,確保正常發(fā)育、生長(zhǎng)維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定發(fā)揮積極的防御功能,蝌蚪尾的消失脊椎動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)發(fā)育過(guò)程中手和足的成形過(guò)程,,,,,凋亡過(guò)程,凋亡誘導(dǎo)因素,受體,cAMPCa2+神經(jīng)酰胺,死亡信號(hào),凋亡相關(guān)基因激活,Dnase激活Caspases激活,巨噬細(xì)

6、胞吞噬分解凋亡細(xì)胞,,,,,,,,,,凋亡過(guò)程可分為三個(gè)階段:,誘導(dǎo)期:細(xì)胞凋亡相關(guān)因素的作用和細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo);效應(yīng)期:相關(guān)基因接受死亡信號(hào)后按預(yù)定程序啟動(dòng)合成執(zhí)行凋亡所需的各種酶類及相關(guān)物質(zhì),并引起核酸內(nèi)切酶和caspase家族的級(jí)聯(lián)反應(yīng);降解期:底物降解,包括核酸內(nèi)切酶徹底破壞細(xì)胞生命活動(dòng)所必須的全部基因, caspase導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)的全面解體,完成細(xì)胞凋亡。,內(nèi) 容,細(xì)胞凋亡概述細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)特征細(xì)胞凋

7、亡的分子調(diào)控機(jī)理細(xì)胞凋亡的發(fā)生機(jī)制細(xì)胞凋亡與疾病,形態(tài)學(xué)特征,■凋亡細(xì)胞（實(shí)體細(xì)胞）與周圍細(xì)胞脫接觸■胞膜空泡化（Blebbing）■細(xì)胞固縮（Condensation）、核固縮和出芽(Budding)、染色體邊集（Margination）■凋亡小體（Apoptotic body）,生物化學(xué)特征,胞漿內(nèi)Ca2+濃度升高。細(xì)胞內(nèi)活性氧增多。質(zhì)膜通透性變大。DNA內(nèi)切酶活性被激活升高，雙鏈DNA在核小體之間切斷形成180

8、~200bp為基數(shù)的有序片段。Ⅱ型谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶和需鈣蛋白酶（Calpain）活性升高。細(xì)胞膜磷脂酰絲氨酸外翻,典型凋亡細(xì)胞DNA瓊脂糖凝膠電泳呈現(xiàn)梯狀條帶,,內(nèi) 容,細(xì)胞凋亡概述細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)特征細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控機(jī)理細(xì)胞凋亡的發(fā)生機(jī)制細(xì)胞凋亡與疾病,促進(jìn)細(xì)胞凋亡：生物及化學(xué)毒物、病毒感染、射線、應(yīng)激和化療藥等。抑制細(xì)胞凋亡：化學(xué)促癌物、某些病毒（EB病毒，人類乳頭狀瘤病毒）,（一）凋亡信號(hào),生理性

9、凋亡信號(hào),（1）某些激素和細(xì)胞因子的直接作用：強(qiáng)烈應(yīng)激→GC→淋巴細(xì)胞凋亡（2）某些激素和細(xì)胞因子的間接作用：睪丸酮對(duì)前列腺上皮細(xì)胞；ACTH對(duì)腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞。,病理性凋亡信號(hào),病理性信號(hào)可經(jīng)以下環(huán)節(jié)誘導(dǎo)凋亡,氧化應(yīng)激作用死亡受體的激活線粒體結(jié)構(gòu)和功能的改變其他：鈣離子的作用,（二）細(xì)胞凋亡過(guò)程中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)Fas/CD95信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 2. TNFR-1 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,,3. 酪氨酸蛋白激酶信號(hào)系統(tǒng)（負(fù)調(diào)控作用）,,

10、生長(zhǎng)因子,Tyrosine protein kinase-mediated signal transduction pathway,,,Adenylyl cyclase signal transduction pathway,4. cAMP/PKA信號(hào)系統(tǒng),靶蛋白 磷酸化,,,Phospholipase C signal transduction pathway,5. 胞內(nèi)Ca2+信號(hào)系統(tǒng),GH,Growth hormone rec

11、eptor signaling through the JAK/STAT pathway,（STAT1可激活細(xì)胞周期依賴性激酶的抑制分子p21的轉(zhuǎn)錄,而且STAT1是某些細(xì)胞發(fā)生凋亡所必須；STAT3則可能對(duì)促進(jìn)凋亡的Bax分子表達(dá)有誘導(dǎo)作用）,6. JAK-STAT通路,7. 神經(jīng)酰胺信號(hào)系統(tǒng)神經(jīng)鞘磷脂　 神經(jīng)酰胺 細(xì)胞凋亡電離輻射、TNF-α、Fas抗原、糖皮

12、質(zhì)激素均可通過(guò)神經(jīng)酰胺信號(hào)系統(tǒng)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。8.TRAIL介導(dǎo)的凋亡信號(hào)通路腫瘤壞死因子相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體（TNF related　apoptosis inducing ligand, TRAIL）, TRAIL誘導(dǎo)的凋亡與TNF相似,它與相應(yīng)的受體結(jié)合后可激活NF-κＢ、JNK通路和Caspases級(jí)聯(lián)。但目前對(duì)TRAIL受體誘導(dǎo)的凋亡機(jī)制仍有許多爭(zhēng)議。,,SM酶,,（三）細(xì)胞凋亡的途徑,（四）細(xì)胞凋亡的執(zhí)行,Caspase家族

13、凋亡的執(zhí)行者特點(diǎn)：前體形式存在, 級(jí)聯(lián)反應(yīng)作用：滅活凋亡抑制物水解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，形成凋亡小體水解凋亡相關(guān)活性蛋白瓦解核結(jié)構(gòu)成碎片,使抑制凋亡因子失活，如CAD/ICAD Bcl-2破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，如Lamina將調(diào)節(jié)區(qū)與催化區(qū)分離，使蛋白失活，如Gelsolin分解核結(jié)構(gòu)成碎片,Caspase 如何殺死細(xì)胞？,（四）細(xì)胞凋亡的執(zhí)行,內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶作用：切割染色質(zhì)DNA特點(diǎn)：Ca2+Mg2+依賴Zn2

14、+抑制其他：鈣離子,（五）細(xì)胞凋亡的基因調(diào)控,Bcl-2家族 抗凋亡成員：Bcl-2和Bcl-XL 促凋亡成員：Bax和Bak BH3-only死亡蛋白,,凋亡相關(guān)基因: 抑制凋亡的基因：EIB 、IAP、 Bcl-2 促進(jìn)凋亡的基因：Fas 、Bax 、ICE 、P53 雙向調(diào)控基因： c-myc 、

15、Bclx,（五）細(xì)胞凋亡的基因調(diào)控,Bcl-2 B淋巴細(xì)胞瘤/白血病2（B cell lymphoma/leukenia-2）分布：造血細(xì)胞，上皮細(xì)胞，淋巴細(xì)胞，多種瘤細(xì)胞（線粒體內(nèi)膜、細(xì)胞膜內(nèi)表面、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核膜等處）Bcl-2抗凋亡的機(jī)制：⑴直接抗氧化⑵抑制線粒體釋放促凋亡的蛋白質(zhì)⑶抑制促凋亡調(diào)節(jié)蛋白Bax、Bak的細(xì)胞毒作用⑷抑制凋亡蛋白酶的激活⑸維持細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài),（五）細(xì)胞凋亡的基因調(diào)控,P53 誘導(dǎo)凋亡的基因

16、P53 “ 分子警察”(molecular policeman)其他雙向調(diào)節(jié)基因 c-myc,（六）吞噬細(xì)胞對(duì)凋亡細(xì)胞的識(shí)別與吞噬,吞噬細(xì)胞凝集素的作用血小板反應(yīng)蛋白介導(dǎo)吞噬磷脂酰絲氨酸的作用,細(xì)胞凋亡發(fā)生的時(shí)間過(guò)程,,內(nèi) 容,細(xì)胞凋亡概述細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)特征細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控機(jī)理細(xì)胞凋亡的發(fā)生機(jī)制細(xì)胞凋亡與疾病,細(xì)胞凋亡發(fā)生機(jī)制,（一）氧化損傷（二）鈣穩(wěn)態(tài)失衡 ( 三

17、 ) 線粒體損傷,(一) 氧化損傷,細(xì)胞凋亡,,,氧自由基→,DNA損傷→,多聚ADP核酸合成酶活化,→,氧自由基→,DNA損傷→,p53激活→,NAD耗竭 ATP消耗,→,細(xì)胞凋亡,氧自由基→,細(xì)胞膜過(guò)氧化損傷,→,→細(xì)胞凋亡,→,→,細(xì)胞凋亡,氧化應(yīng)激→,核酸內(nèi)切酶激活（Ca2+/Mg2+）,→,細(xì)胞凋亡,Ca2+ 內(nèi)流↑,過(guò)氧羥基24碳四烯酸,氧自由基→,線粒體膜損傷→,通透性↑膜電位改變 →,細(xì)胞凋亡,氧化

18、應(yīng)激→,NF-κB,AP-1活化→,凋亡相關(guān)基因表達(dá),→細(xì)胞凋亡,（二）鈣穩(wěn)態(tài)失衡,1.激活核酸內(nèi)切酶→,2.激活谷氨酰氨轉(zhuǎn)移酶→,降解DNA鏈,酰基轉(zhuǎn)移,→蛋白交聯(lián),→形成凋亡小體,3.激活核轉(zhuǎn)錄因子→,凋亡相關(guān)蛋白表達(dá),→凋亡,4.Ca2+→,ATP,DNA舒展→,核小體間酶切點(diǎn)暴露,→DNA內(nèi)切酶切割DNA,(三) 線粒體損傷,細(xì)胞凋亡異常,內(nèi) 容,細(xì)胞凋亡概述細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)特征細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控機(jī)理細(xì)胞

19、凋亡的發(fā)生機(jī)制細(xì)胞凋亡與疾病,,,該“死”的細(xì)胞（如腫瘤細(xì)胞、自身反應(yīng)性免疫細(xì)胞）未死，是造成腫瘤、自身免疫性疾病的主要發(fā)病機(jī)制之一。,細(xì)胞凋亡與疾病發(fā)生機(jī)制的新認(rèn)識(shí),,,,不該“死”的細(xì)胞（如神經(jīng)元、心肌細(xì)胞）死了，這與老年性癡呆、心肌缺血/再灌注損傷等發(fā)病有關(guān)。,細(xì)胞凋亡與疾病發(fā)生機(jī)制的 新認(rèn)識(shí),細(xì)胞凋亡不足：腫瘤，自身免疫病細(xì)胞凋亡過(guò)度：心肌缺血，心力衰竭，神經(jīng)元退行性疾病，病毒感染,凋亡與疾病,與細(xì)胞凋亡有關(guān)

20、的疾病,NATURE CELL BIOLOGY VOL 4 JUNE 2002,細(xì)胞凋亡與腫瘤,細(xì)胞凋亡與腫瘤發(fā)生 凋亡抑制(Bcl-2、P53)2. 細(xì)胞凋亡與腫瘤發(fā)展 細(xì)胞增殖和凋 亡比例失衡3. 細(xì)胞凋亡與腫瘤轉(zhuǎn)移 環(huán)境變化凋亡減少,HIV與T細(xì)胞凋亡,對(duì)HIV感染T細(xì)胞的影響：多個(gè)細(xì)胞胞膜融合形成合胞體病毒持續(xù)出胞和HIV 蛋白對(duì)細(xì)胞膜的損傷病毒復(fù)制形成的線狀RNA對(duì)細(xì)胞有毒性

21、作用4. HIV打破Bcl-2家族中抗凋亡、促凋亡因素的平衡 HIV蛋白可增加Fas和FasL的表達(dá)6. HIV蛋白酶可使Bcl-2失活，同時(shí)激活Caspase-8,對(duì)旁觀者細(xì)胞的影響：T細(xì)胞激活-激活誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡（ activation-induced cell death, AICD ）Gp120糖蛋白誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡Tat蛋白進(jìn)入旁觀者細(xì)胞-誘導(dǎo)氧自由基產(chǎn)生-Fas表達(dá)增強(qiáng)-細(xì)胞凋亡4. 細(xì)胞因子的作用-T

22、NF,細(xì)胞凋亡與心肌缺血及缺血-再灌注損傷,特點(diǎn): 缺血早期以凋亡為主，晚期以細(xì)胞的壞死為主。 在梗死灶的中心以壞死為主，梗死灶周邊以凋亡為主； 輕度缺血以凋亡為主，重度缺血以壞死為主；機(jī)制: 氧化應(yīng)激、FasR通路、p53基因的轉(zhuǎn)錄增加。,細(xì)胞凋亡和阿爾茨海默病,老年癡呆,它的發(fā)病機(jī)制主要是細(xì)胞凋亡所致神經(jīng)元喪失1.Fas抗原的介導(dǎo)2.p53基因的活化3.c-Jun和c-foc及其編碼蛋白的作用4.APP69

23、5基因突變的作用5.低親和力神經(jīng)生長(zhǎng)因子高表達(dá)6.NF-κB的活化,細(xì)胞凋亡在帕金森病發(fā)病中的作用,帕金森?。≒arkinson disease）是中老年人常見(jiàn)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，病變主要累及黑質(zhì)和黑質(zhì)紋狀體，腦黑質(zhì)的多巴胺能神經(jīng)元變性、退化-紋狀體內(nèi)多巴胺和乙酰膽堿失衡而發(fā)病。1.氧化應(yīng)激是黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元凋亡的重要過(guò)程2.鈣穩(wěn)態(tài)失衡與黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元凋亡3.線粒體損傷在黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元凋亡中的作用4.Bcl-2

24、和Bax蛋白是黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元凋亡的調(diào)控因子5. Caspase酶是黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元凋亡的效應(yīng)分子,細(xì)胞凋亡在動(dòng)脈粥樣硬化中的作用 動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis,AS）是指發(fā)生在大型或中型彈性動(dòng)脈、肌性動(dòng)脈壁內(nèi)膜及內(nèi)膜下，以脂質(zhì)沉著，并伴有中層血管平滑肌細(xì)胞向內(nèi)膜移行、增殖為特征，內(nèi)膜增厚發(fā)展而形成的粥樣病灶或纖維脂質(zhì)斑塊。１.P53突變→血管平滑肌細(xì)胞增殖２.bcl-2表達(dá)，促進(jìn)內(nèi)膜增生血管肥厚３.NO

25、通過(guò)P53和 bcl-2途徑促進(jìn)或抑制細(xì)胞凋亡４.泡沫細(xì)胞膜表達(dá)Fas →泡沫細(xì)胞和Ｔ細(xì)胞凋亡 5. NF-κＢ活化抗細(xì)胞凋亡基因,細(xì)胞凋亡在疾病防治中的意義 可以通過(guò)不同的手段在不同的階段進(jìn)行干預(yù)而治療疾病 合理利用凋亡相關(guān)因素 干預(yù)凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)基因 控制凋亡相關(guān)酶學(xué)機(jī)制,細(xì)胞凋亡—生命的選擇,作業(yè)：,名詞解釋：1、核受體2、激素抵抗綜合征3、跨膜細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)4、分子警察問(wèn)答題：1