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1、细胞凋亡 apoptosis apoptosis n概述 l凋亡过程与调控 l发生机制 l凋亡与疾病 l凋亡在疾病防治中的意义 apoptosis n研究历史 n定义 n与死亡的区别 n功能 概 述 概 述 早在1972年Kerr等已发现从细胞形 态、超微结构和生化变化等方面来分析 ，细胞有二种死亡形式,一种是早被熟知 的细胞坏死（Necrosis），另一种是创新 提出的程序性细胞死亡（Programmed cell death, PCD）学说。但该学说到九 十年代初才进入研究高潮，进展极快， 现在普遍称之为细胞凋亡（Apoptosis） 。 apoptosis 概 述 apoptosis n
2、定义 概 述 Apoptosis(apo- ptosis) PCD（programmed cell death） 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 apoptosis n细胞坏死 概 述 特征：线粒体膨胀，细胞骨架降解，溶酶体释放 酶，细胞核内染色质沉淀靠近核膜边，蛋白质合成 下降，由于膜破裂，出现炎症反应 一般过程：因补体反应或烈性病毒感染破坏了 质膜，或者能量依赖性离子泵被破坏产生的钠钾 等离子沿着各自的浓度梯度进入细胞，从而导致 细胞吸水膨胀，最终破膜而死。 n细胞凋亡与坏死的区别 坏死 凋亡 apoptosis 概 述 1.性质 2.诱导因素较弱刺激，非随机发
3、生 3.生化特点 4.形态变化 5.DNA电泳 6.炎症反应 7.凋亡小体 8.基因调控 被动过程，无新蛋白合成， 不耗能 主动过程，有新蛋白合成 ，耗能 细胞结构全面溶解、破坏、 细胞肿胀 胞膜及细胞器相对完整 细胞皱缩，核固缩 弥散性降解，电泳呈均一 DNA片状 DNA片段化（180-200bp），电 泳呈“梯”状条带 溶酶体破裂，局部炎症 反应 溶酶体相对完整，局部无炎症 反应 有 病理性，非特异性生理性或病理性，特异性 无有 无 n细胞凋亡的生理意义 确保正常发育、生长 维持内环境稳定 发挥积极的防御功能 所以细胞凋亡是正常的生理过程，但 是凋亡过多或过少都可引起疾病发生。因 此，近年
4、来对于细胞凋亡的研究，已成为 医学界的关注热点。 apoptosis 概 述 apoptosis n概述 n凋亡过程与调控 n发生机制 n凋亡与疾病 apoptosis 凋亡过程与调控 凋亡过程 凋亡时细胞的主要变化 凋亡的调控 apoptosis 凋亡过程与调控 凋亡过程可大致分成4个阶段： 凋亡信号转导 凋亡基因激活 凋亡的执行 凋亡细胞的清除 apoptosis 凋亡过程与调控 凋亡过程 +受体 cAMP Ca2+ 神经酰胺 凋亡 诱导 因素 死 亡 信 号 凋亡相关基因激活 DNase激活 Caspases激活 巨噬细胞吞噬 分解凋亡细胞 信号转导 基因激活 执行凋亡 凋亡细胞的清除
5、apoptosis 凋亡过程与调控 凋亡过程 受体 cAMP Ca2+ 神经酰胺 凋亡相关 基因激活 信 号 转 导 细胞膜 细胞核 凋亡诱导因素 + Dnase激活 Caspases激活 死亡信号 apoptosis 凋亡过程与调控 凋亡过程 DNase激活 Caspases激活 凋亡细胞的 清除 凋亡执行 apoptosis n生化改变 凋亡过程与调控 凋亡时细胞的主要变化 n形态学改变 apoptosis 凋亡时细胞的形态学改变 凋亡过程与调控 空泡化 固缩 出芽边集 凋亡小体 形态学特征： 生化特征： 胞浆内Ca2+浓度升高。 细胞内活性氧增多。 质膜通透性变大。 DNA内切酶活性被激
6、活升高，双链DNA在 核小体之间切断形成185bp为基数的有序 片段。 型谷氨酰胺转移酶和需钙蛋白酶（ Calpain）活性升高。 apoptosis 凋亡过程与调控 细胞凋亡的生化改变 apoptosis 凋亡过程与调控 DNA的片段化断裂 蛋白质的降解 典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带） 细胞凋亡的生化改变 n特点：cysteine-containing aspartate-specific protease（含半胱氨酸的天门冬氨酸特异水解 酶） apoptosis 凋亡过程与调控 和凋亡有关的两个酶 作用：切割染色质DNA DNase 特点：Ca2+/Mg2+增强活性，Zn
7、2+抑制其活性 Caspases 作用：灭活凋亡抑制物 水解蛋白质结构，形成凋亡小体 水解凋亡相关活性蛋白 apoptosis 细胞凋亡的调控 凋亡的调控 凋亡相关因素 凋亡信号的转导 凋亡相关基因 apoptosis 细胞因子：IL-2，神经生长因子 某些激素 某些二价金属阳离子、药物 凋亡的调控 凋亡相关因素 诱导性因素： 激素和生长因子失衡 理化因素：高温、强酸、强碱、抗癌药物 免疫性因素 微生物学因素：细菌、病毒 抑制性因素： 凋亡程序的执行者 apoptosis n凋亡信号的转导 凋亡的调控 u 特点： 多样性：不同种类细胞有不同的信号转导系统 偶联性：死亡信号转导系统与细胞增殖、分
8、化过程 中的信号转导系统在一些环节上交叉、偶联 同一性：不同凋亡诱导因素可通过同一信号转导系 统引起细胞凋亡 多途性：同一凋亡诱导因素可经过多条信号途径触 发细胞凋亡 凋亡信号的转导 与凋亡有关的信号转导系统： 1.胞内Ca2+信号系统 Ca2+在细胞凋亡中充当了传递凋亡信号的角色； 胞内Ca2+浓度上升可激活Ca2+依赖的谷氨酰胺酶，活化 核转录因子等触发细胞凋亡。 2.cAMP/PKA信号系统 3.Fas蛋白/Fas配体信号系统 Fas配体或抗Fas抗体与Fas蛋白结合 神经鞘磷脂 酶活性 神经酰胺途径 诱导细胞凋亡 激活ICE样 的caspase 降解H1组蛋白 暴露DNase 的酶切位
9、点 通过Ca2+信号系统 传递死亡信号 3.Fas蛋白/Fas配体信号系统 4.神经酰胺信号系统 电离辐射、TNF-、Fas抗原、糖皮质激素 5.二酰甘油/PKC信号系统 6.酪氨酸蛋白激酶信号系统 负调控作用 apoptosis n凋亡的调控 n凋亡相关因素 n凋亡信号的转导 n凋亡相关基因 凋亡的调控 凋亡的调控 apoptosis 凋亡的调控 凋亡的调控 凋亡相关基因 抑制凋亡基因：Bcl-2，EIB， IAP 促进凋亡基因：wtP53，Bax，ICE 双向调控基因：c-myc，Bcl-x 一、BcL-2族分子 BcL-2:bcL-2基因是细胞凋亡研究中最受重视的癌基 因之一,其表达的蛋
10、白质BcL-2蛋白最初发现于B-淋巴 细胞瘤/白血病-2（B cell lymphoma/Leukemia- 2,BcL-2)而得名，与线虫ced9基因表达的Ced-9分子 在结构上有同源性，具有抗凋亡作用。BcL-2的高表 达能阻抑多种凋亡诱导因素所引发的细胞凋亡。如- 射线、糖皮质激素、热休克、多种化疗药物。 抑制凋亡基因 BcL-2的同源基因和蛋白 其中一类呈抗凋亡作用，有BcL-2,BcL-w，BcL- XL、BFL-1、Brag-1、MCL-1，AI。 另一类呈现促凋亡作用的，有Bax，Bak, Bok， BcL-Xs，Bad, Bid, Bik，Hrk，Bim等。 BcL-2基因家
11、族成员自身或彼此之间有形成二聚 体或多聚体的能力，BcL-2家族的蛋白与蛋白相 互作用调节着细胞的存活与凋亡。 BcL-2抗凋亡机制： 直接抗氧化 抑制线粒体释放促凋亡蛋白质 抑制凋亡调节蛋白的细胞毒作用 抑制凋亡蛋白酶的激活 维持细胞钙稳态 P53基因 pwtP53 修复受损的DNA，如修复失败则诱导细胞凋亡 p突变的P53 失活的P53 丧失监视DNA损伤的功能 射线，毒素 P53蛋白 + 细胞凋亡 分子警察分子警察 促进凋亡基因 apoptosis 双向调控基因 凋亡的调控 C-myc是一种癌基因，是调控细胞周期的主要基因。 编码的蛋白是DNA结合蛋白，调控基因转录，在GF充 足时主要激
12、活介导细胞增殖的基因；反之激活凋亡基 因。 C-myc Bcl-x 是1933年发现的一类与Bcl-2相关基因。 Bcl-xl抑制细胞凋亡。 Bcl-xs促进细胞凋亡。 apoptosis n概述 n凋亡过程与调控 n发生机制 n凋亡与疾病 氧化损伤 1.氧化应激（oxidative stress）的概念 -指机体活性氧产生过多或抗氧化能力下降，活性氧的清除不足 ，导致活性氧在体内积聚并引起氧化损伤的病理过程。 氧化损伤的后果之一就是诱导凋亡。 2.氧化应激引起细胞凋亡的可能机制： DNA受损激活P53基因 膜通透性 Ca内流 DNase 生物膜损伤 m 脂质过氧化产物 多聚ADP核糖合成酶活
13、化，NAD耗竭，ATP大量消耗 可活化NF-kB、AP-1，加速细胞凋亡相关的一些基因表达 钙稳态失衡 Ca2作为许多细胞生命活动的第二信使，在细胞凋亡中 的作用也倍受关注，凋亡发生时胞浆中Ca2 ，并激活 凋亡过程中的关键酶类，其诱导细胞凋亡的机制为： 激活Ca2 /Mg2 依赖的DNase 激活谷氨酰胺转移酶（GTase），促进凋亡细 胞中蛋白广泛交联，有利于凋亡小体的形成 激活Ca2 敏感的蛋白酶 核骨架蛋白酶 核基质蛋白 丝氨酸蛋白酶 膜蛋白 激活核转录因子，加速促凋亡基因的转录 线粒体损伤 目前证据显示，线粒体的功能改变在细胞凋亡 的发生中起重要作用 表现为 线粒体内膜通透性 线粒体
14、内膜的跨膜电位m 能量合成水平 线粒体功能和结构破坏引起细胞凋亡的可能机制： 凋亡诱导因素作用于细胞后 线粒体内膜跨膜电位（m）下降， 线粒体内外膜之 间的通透性转换孔PTP开放； 使细胞凋亡启动因子（Cyt.C）,凋亡蛋白酶激活因子（ Apaf）和凋亡诱导因子（AIF）释放 apoptosis 发生机制 凋亡诱导因素线粒体 跨膜电 位 线粒体 PTP开放 Cyt.C,Apaf, 等释放 AIF 潜在Dnase 活化Dnase 激活Caspases 细胞凋亡 线粒体损伤 1.线粒体内的凋亡因子 在线粒体内外的腔隙中含有许多涉及细胞凋亡的因子， 包括其中特有cyt.c、AIF，以及与胞浆共有的Pro- Caspase-2、3、7、9，很多内外因素损伤线粒体膜的 完整性，促使线粒体释放这些凋亡因子，即可诱导细 胞凋亡。 lcyt.c lAIF-(+)DNase lApaf Apaf-1 与Ced-4同源 Apaf-2与cyt.c同源 Apaf-3与Pro-Caspase-9同源 2.线粒体膜通透性转变的影响因素 uBcL-2基因家族 阻止线粒体膜通透性改变 uPKC- uCa2+ 促
