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1、细胞凋亡,细胞凋亡 Cellular Apoptosis 一、概论,随着生物学研究的深入，生物学家越来越意识到细胞死亡，特别是细胞凋亡具有特殊的生物学意义，对于一个多细胞生物来说，要维持完整性和保持平衡性，凋亡是一个非常重要的生物学过程。多细胞生物的诞生、生长、发育、存活以及死亡，无一不伴随着细胞凋亡过程。,细胞死亡是组织病理学的中心议题，细胞死亡现象也是生命新陈代谢的固有本质。例如胚胎发育(embryonic development)正常组织更新（Normal tissue turnover），以及在增殖淋巴细胞群体中选择适当的克隆（selection of appropriate clon
2、es ），这种细胞生理性死亡是种系发育史中早就存在的，有利于动物发育中的许多生命功能。,1972年Keer根据细胞发生了与坏死完全不一样的死亡过程而提出了细胞凋亡（Apoptosis）的概念。 80年代末，细胞凋亡成为新的医学研究热点。 正是由于发现了细胞凋亡的规律，三位科学家获得了2002年的诺贝尔医学或生理学奖。他们是英国的西德尼布伦纳、美国的 H罗伯特霍维茨和英国的约翰 E苏尔斯顿。,三、 凋亡的形态特征 凋亡发生的过程表现为细胞死亡（dying process）和被清除(elimination process) （细胞缩小致密染色质边集核碎片凋亡小体） 1、丧失了特殊的表面结构（微绒毛
3、等）和接触区，形成光滑的轮廓，从周围活细胞中分离出来； 2、细胞缩小：胞浆细胞器集中（squeeze） 胞膜出芽或起泡（bleb） 细胞皱缩（shrinkage）；,3、保持胞浆细胞器完整性 扫描电镜下，细胞表面呈奇特火山口样外观，线粒体不肿胀，内膜不破裂；短暂滑面内质网（SEN）扩张，扩张间隙与细胞表面融合；有时有聚积排例的半结晶状核糖体；可有与细胞表面平行的微丝束。 4、形成调亡小体（Apoptotic bodies） 由凋亡细胞裂解为若干个由质膜包绕的小体，每个凋亡小体有自己的一簇细胞器。周围不引起炎症反应。,5、核内染色质结构改变（这是最引人注意的改变） 染色质（chromatin）凝
4、集于核膜下表现为： 核质固缩（condenation）； 边集（margination）； 核浆紧实（compaction）； 核膜皱折（fold）。,HE1000，小鼠凋亡肝细胞,HE1000，小鼠凋亡肝细胞,在透射电镜下，染色质浓缩在一起呈颗粒状，半月形磨茹，或完整的捻珠形；核孔集中于少数区域，浓缩的染色质并不贴附在核膜上；转录复合物从核仁中脱落到核浆中呈一簇嗜锇酸小体。残留的核仁蛋白核心移到周围染色质特征性部位。核扭曲，断裂呈若干片断，所有片断开始时均有质膜包绕。,6、凋亡细胞、凋亡小体被识别与吞噬： 凋亡细胞或凋亡小体迅速被吞噬 同质或异质细胞 吞噬体（phagosome） 进一步变性
5、 溶酶体残留小体（lysosomal residual bodies） 偶尔凋亡小体逃避被吞噬，如凋亡的导管上皮掉入管腔。,几点说明： 1、形态学改变告诉我们凋亡细胞发生早期细胞体积缩小（凋亡,增加凋亡能干预肿瘤的发生与发展，许多肿瘤凋亡指数（Apoptotic index AI）与肿瘤进展、预后有关。如： 基底细胞癌（basel cell carcinoma）就癌细胞来说其异型性和分化程度应为高度恶性的肿瘤，但其生物学行为为低度恶性表现，仅为局部浸润很少转移。研究发现该肿瘤中细胞凋亡明显，这对降低肿瘤浸润与转移有一定关系。 乳腺癌：作为激素控制的靶器官，乳腺细胞凋亡受激素控制，细胞凋亡调控异
6、常是乳癌发生的原因之一。ER/PR（+）的乳腺癌抗雌激素治疗,或卵巢切除去势疗法能使瘤细胞发生凋亡。BCl-2阳性乳癌，产生耐药主要是抑制化疗药物阿霉素诱发细胞凋亡的作用。, 前列腺癌是男性常见肿瘤，随着前列腺特异性 抗原（prostatic specific antigen）的应用，新发现的前列腺癌急剧增多。雄激素依赖型前列腺癌(Androgen drpendent prostatic carcinoma ADPC )BCl-2 （）时，性腺切除、雄激素拮抗剂的治疗有效，其机制是对雄激素敏感的癌细胞在缺乏雄激素后凋亡。雄激素非依赖型前列腺癌（Androgen Independent pros
7、tatic carcinoma AIPC） BCl-2（+）时，治疗效果差。转移性前列腺癌70%病人只有短暂疗效，3年内复发转变为AIPC，新研究发现抗寄生虫药“苏拉明（suramin）可诱导AIPC中癌细胞凋亡。, 膀胱癌也是一种常见肿瘤，复发率高，10-25%浸润，预后差。研究结果显示，从正常移行上皮演变为级、级的膀胱癌时BCl-2表达明显低于级膀胱癌，提示BCl-2可能在肿瘤进展和转移中起一定作用。 小细胞肺癌BCl-2、 BCl-XL表达为主；而非小细胞肺癌以BCl-XL为主，BCl-I基因家族表达的失衡对肺癌细胞凋亡有重要作用。总之增加癌细胞的凋亡能干扰肿瘤的生物学过程。,（二）肿瘤
8、细胞凋亡与基因调控 根据调控基因功能分为两大类，这两类基因相互作决定细胞的生死命运。,细胞增殖抑制基因 p35、p53、 RB、DOC（与粘附分子类似基因）、WT-1 1、促进细胞凋亡的基因 （wimls tumor type-1）、DAD 1、等 自杀基因（suicidal gene） 凋亡蛋白，凋亡基因 细胞凋亡促进基因（APO-1/Fas、TGF-、SP2、Bax 、c-rel、Bel-XS、Bak） 2 抑制细胞凋亡的基因 促进细胞增殖的基因（c-myc 、c-eld 1、ras、 v-src） （生长基因/抗凋亡基因） 抑制细胞凋亡的基因（Bcl-2、EIB 、LMW-5-HL、C-
9、Kit 、Bel-XL）,（三）凋亡相关基因有三类： 1、细胞凋亡过程表达的基因 ，多数抑癌基因； 2、促细胞凋亡基因，多数抑癌基因； 3、抑制细胞凋亡基因，多数癌基因。,凋亡与细胞增殖有许多潜在的联系。从细胞形态学上看，细胞凋亡与有丝分裂的超微结构事件，如核膜消失、染色体凝集、细胞膜内陷等有许多共同之处；从分子水平上看，有许多原癌基因和抑癌基因与细胞增殖和凋亡有关，它们通过各自的通道参与细胞凋亡的调控，研究较多的基因有BCL2、Caspase 家族、IAP家族、 Fas 、P53、Cmyc等。,1.Bcl-2 家族 Bcl-2家族包含一组相关蛋白，它们分别与Bcl-2在4个保守区具有同源结构
10、域(BH1-4)，并以此作为结构基础，形成同源性或异源性二聚体，通过蛋白蛋白之间的相互作用，调节细胞的凋亡，在细胞凋亡途径的上游远端，构成一个重要的细胞内凋亡调控点。,（1） Bcl-2家族的组成,细胞内Bax高表达时，细胞对死亡信号敏感，加速细胞凋亡，当Bcl-2高表达，Bcl-2可与Bax形成异源性二聚体，抑制细胞凋亡。所以Bcl-2Bax的比例对决定细胞凋亡的敏感性起重要作用，抑制凋亡因子/促进凋亡因子的总比率，最终决定细胞的的生存或死亡。,（4） Bcl-2在肿瘤中的表达与肿瘤的发生： Bcl-2在多种肿瘤中的表达已得到证实。一般来说，Bcl-2阳性的肿瘤要比Bcl-2阴性的肿瘤预后差
11、。在一些比较常见的恶性肿瘤中，Bcl-2表达经常阳性的有：慢性淋巴细胞白血病、慢性髓白血病伴有原始细胞危象者和急性髓白血病几乎l00阳性，滤泡淋巴瘤80阳性，T、B非霍奇金淋巴瘤65阳性，霍奇金淋巴瘤40阳性，乳腺癌80阳性，神经母细胞瘤40阳性，鼻咽癌80阳性，前列腺癌75阳性，肺鳞癌25阳性，肺腺癌10-15阳性。,在85的滤泡型恶性淋巴瘤，存在t(14；18)(q32；q21)。这一染色体易位使位于14号染色体长臂的免疫球蛋白重链基因和位于18号染色体的bcl2基因的转录活性位点拼接，造成bcl2基因的过度表达，使B淋巴细胞免予凋亡而长期存活，并可能附加其他基因的突变而发展成淋巴瘤。Bc
12、l-2的免疫染色最常用于区别反应性滤泡性淋巴瘤。 在甲状腺中，Bcl-2抗体还不能用于区别桥本甲状腺炎和低分化MALT淋巴瘤。,Bcl-2,Follicular lymphoma (Bcl-2 immunostaining),Follicular lymphoma: Bcl-2,反应性增生淋巴结,Bcl-2 免疫染色,在生发中心Bcl-2 阳性: 如何判断?,同时做CD3 免疫染色证实为生发中心T细胞浸润,2. Caspase 家族 Caspase家族是一组蛋白酶，介导即将死亡的细胞高效而特异的蛋白水解作用，是细胞凋亡的执行者。 Caspase蛋白水解酶有2个特征： 、都是半胱氨酸蛋白酶； 、
13、作用部位都在天冬氨酸残基后的位点.,Caspase家族 功 能 凋亡 其它 caspase-4(TX/ICH-2/ICEref-) 炎症 caspase-5(TY/ICEref-) 炎症 caspase-13(ERICE) mcaspase-11(ICH-3) mcaspase-12 炎症 caspase-1(ICE) 炎症 caspase-14(MICE) caspase-3(CPP32/apopain/Yama) 效应者酶 caspase-7(Mch3/ICE-LAP3/CMH-1) 效应者酶 caspase-6(Mch2) 效应者酶 caspase-8(MACH/FLICE/Mch5)
14、启动者酶 caspase-10(Mch4) 启动者酶 caspase-2(ICH-1/mNedd2) 启动者酶 caspase-9(ICE-LAP6/Mch6) 启动者酶 CED3,Caspase家族的组成 至今已发现有14种Caspase，分为3组。 1、Caspase-2，-8，-9，是细胞凋亡的起始Caspase， 2、Caspase-3，-6，-7，执行细胞凋亡，是效应Caspase。 这两组Caspase在细胞凋亡中缺一不可。 3、由Caspase-1，-4，-5组成，与细胞凋亡的关系不是很密切，可能与多种炎症因子的成熟有关。,(2)Caspase的活化途径 Caspase家族的蛋白
15、都是以非活性的酶原方式存在于胞质中，当它们通过一定的途径被活化后，依据一定的顺序，裂解一些重要的蛋白底物，导致相应底物的活化或灭活，最后可能需通过信号转导途径，产生凋亡细胞的一系列的形态和生物化学的改变。,3. IAP家族 IAP家族是抑制细胞凋亡作用的一组蛋白。在人类已确认有6种IAP相关蛋白(NAIP、c-IAP1hIAP-2、c-IAP2hIAP-1、 XIAP/hICP、Survivin和BRUCE)，有研究表明，以上蛋白的过表达，都可以不同程度地抑制多种因素如TNFR、Fas受体介导的、柔红霉素、VP16诱导的以及去除生长因子后所引起细胞凋亡。有研究表明在酵母和哺乳动物细胞中，IAP家族蛋白抑制caspase的活性，抑制细胞凋亡，作用强度为XIAPc-IAP2c-IAPlSurvivin。,5种IAP在人体内的不同组织中分布不同。 XIAP分布较广，除外周血的白细胞以外，成人或胚胎的其他组织中均有表达； clAPl、cIA
