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1、细胞凋亡异常与疾病细胞凋亡异常与疾病 内内 容容 第一节：概述第一节：概述 第二节：细胞凋亡的形态及生化改变第二节：细胞凋亡的形态及生化改变 第三节：细胞凋亡发生途径与调控第三节：细胞凋亡发生途径与调控 第四节：细胞凋亡异常与疾病第四节：细胞凋亡异常与疾病 第一节第一节 概概 述述 阿伯丁大学的希腊语系教授提出阿伯丁大学的希腊语系教授提出apoptosis这个希腊字眼。这个希腊字眼。 于是，凋亡这个词从此登上了生物学语言的历史舞台于是，凋亡这个词从此登上了生物学语言的历史舞台。 1965年洛克辛（年洛克辛（Lockshin）和威廉姆斯（）和威廉姆斯（Williams）提出发）提出发 育调节性死
2、亡育调节性死亡（development regulated death）。 1972年英国阿伯丁（年英国阿伯丁（Aberdeen）大学的病理学家克瑞）大学的病理学家克瑞 （Kerr）发表了他在小鼠肝脏中发现的与坏死有本质区别）发表了他在小鼠肝脏中发现的与坏死有本质区别 的细胞死亡方式，他将之命名为渐进性坏死的细胞死亡方式，他将之命名为渐进性坏死 （necrobiosis）。 一、凋亡（一、凋亡（apoptosis）的由来及研究简史）的由来及研究简史 apoptosis凋亡凋亡 (from) apoptosis (fall) 2002 诺贝尔生理学和医学奖授予了在器官发育和程诺贝尔生理学和医学奖
3、授予了在器官发育和程 序性细胞死亡研究领域中做出奠基性贡献的序性细胞死亡研究领域中做出奠基性贡献的3位科学位科学 家家:John sulston, Robert Horvitz , Sydney brenner 创造性地用线虫作为实验模型创造性地用线虫作为实验模型,实现了对器官发育过程实现了对器官发育过程 中细胞分裂、分化的原位观察中细胞分裂、分化的原位观察,完成了细胞图谱的绘制完成了细胞图谱的绘制 调控器官发育程序性细胞死亡的关键基因及其功能并调控器官发育程序性细胞死亡的关键基因及其功能并 进一步在高等哺乳动物中发现了相关功能基因进一步在高等哺乳动物中发现了相关功能基因 Sydney bre
4、nnerJohn sulstonRobert Horvitz 雌雄同体的秀丽新小杆线虫雌雄同体的秀丽新小杆线虫 (C. elegans) 模式生物模式生物（animal model） C. elegans: 1090 cells caenorhabditis elegans death gene (CED) 线虫细胞凋亡相关基因线虫细胞凋亡相关基因15个，分为四组：个，分为四组： 1、凋亡控制基因：ced-3、ced-4和ced-9。 2、吞噬作用有关：ced-1、ced-2、ced-5-8 和 ced-10。 3、核酸酶基因（nuc-1）, 控制DNA降解。 4、影响特异细胞类型凋亡的基因：
5、ces-1、ces-2、cgl-1、和her-1 保守性高，在哺乳动物中有相应同源物： Mammalian: Ced-3=ICE：interleukin- 1converting enzyme (ICE or caspase-1) Ced-4=Apaf-1 Ced-9=Bcl-2 细胞死亡的形式细胞死亡的形式 坏死坏死 (necrosis) 凋亡凋亡 (apoptosis) 自噬自噬 (autophagy) 副凋亡副凋亡(paraptosis) 胀亡胀亡 (oncosis) 坏死坏死 (necrosis) ： 由于某些外界因素导致细胞急速的病理性死亡。由于某些外界因素导致细胞急速的病理性死亡。
6、 细胞凋亡细胞凋亡（apoptosis)： 由体内外因素触发细胞内由体内外因素触发细胞内预存预存的死亡的死亡程序程序 而导致的细胞死亡过程。而导致的细胞死亡过程。 区区 别别坏坏 死死凋凋 亡亡 性性 质质 病理性，非特异性病理性，非特异性 生理性或病理性，特异性生理性或病理性，特异性 诱导因素诱导因素 强烈刺激，随机发生强烈刺激，随机发生较弱刺激，非随机发生较弱刺激，非随机发生 基因调控基因调控 无无有有 DNADNA电泳电泳 弥散性降解，电泳成均弥散性降解，电泳成均 一一DNADNA片状片状 DNADNA片段化，电泳呈梯状条片段化，电泳呈梯状条 带带 形态变化形态变化细胞结构全面溶解，破细
7、胞结构全面溶解，破 坏、细胞肿胀坏、细胞肿胀 细胞膜及细胞器相对完整细胞膜及细胞器相对完整 细胞皱缩，核固缩细胞皱缩，核固缩 炎症反应炎症反应 溶酶体破裂，局部炎症溶酶体破裂，局部炎症 反应反应 溶酶体相对完整，局部无溶酶体相对完整，局部无 炎症反应炎症反应 凋亡小体凋亡小体 无无有有 生化特点生化特点 被动过程，无新蛋白合被动过程，无新蛋白合 成，不耗能成，不耗能 主动过程，新蛋白合成，主动过程，新蛋白合成， 耗能耗能 1 1、确保组织器官正常发育、生长、确保组织器官正常发育、生长 2 2、维持内环境稳定、维持内环境稳定 3 3、发挥积极的防御功能、发挥积极的防御功能 凋亡的生理学意义凋亡的
8、生理学意义 凋亡在小鼠脚趾形成中的作用凋亡在小鼠脚趾形成中的作用 蝌蚪向蛙发育的变态反应中蝌蚪向蛙发育的变态反应中 凋亡的作用凋亡的作用 Developmentally- regulated apoptosis 凋亡的形态特征凋亡的形态特征 （The morphologic characteristics of apoptosis） Cell Death A: necrosis, died in a culture dish B: apoptosis, C: apoptosis, died in a culture dish died in a developing tissue engulf
9、ed by a neighboring cell. 凋亡的生化特征凋亡的生化特征 DNA片段化片段化 内源性核酸内切酶激活内源性核酸内切酶激活 凋亡蛋白酶激活凋亡蛋白酶激活 （The biochemical characteristics of apoptosis） 内源性核酸内切酶内源性核酸内切酶 Ca2+ Mg2+ DNA Zn2+ 内源性核酸内切酶内源性核酸内切酶 Ladder pattern 细胞凋亡的生物化学细胞凋亡的生物化学特征特征 J Clin Pathol: Mol Pathol 2000;53:5563 TUNEL (Terminal deoxynucleotidyl tra
10、nsferase dUTP nick end labeling) 1.末端脱氧核糖核酸转移酶末端脱氧核糖核酸转移酶可以将地高辛标记的可以将地高辛标记的dUTP (DIG-dUTP) 标记至标记至 3 3-OH-OH末端末端 2.2.生物标记的抗地高辛抗体生物标记的抗地高辛抗体(Anti-DIG-Biotin) 3. 结合链酶亲和素结合链酶亲和素- -过氧化物酶过氧化物酶 4.4.加入显色底物加入显色底物DAB予以显示。凋亡的细胞核呈棕黄色予以显示。凋亡的细胞核呈棕黄色 凋亡蛋白酶凋亡蛋白酶 Caspase激活激活 含半胱氨酸的天冬氨酸特异蛋白酶含半胱氨酸的天冬氨酸特异蛋白酶 Cysteine-
11、containing aspartate-specific protease, (Caspase) Caspase-1 ICE (IL-1converting enzyme) 2004 0484 Dimerization composed of two large (20 kDa) and two small (10 kDa) subunits. zymogen activated caspase prodomain smalllarge prodomain Self-cleavage, other caspases AspAsp large small large small 1 1、相似的
12、氨基酸序列、结构、底物特异性、相似的氨基酸序列、结构、底物特异性 2 2、通常以酶原形式存在、通常以酶原形式存在 3 3、NHNH2 2末端结构域、大亚基、小亚基末端结构域、大亚基、小亚基 4 4、高度特异、高度特异 p启动型Caspase (caspase2,8,9,10) p效应型Caspase (capases3,6,7,14) p炎症介质：（caspase-1,11 ) Caspase 特点：特点： 灭活凋亡抑制蛋白：灭活凋亡抑制蛋白： 直接作用于细胞结构并使之解体：核膜下直接作用于细胞结构并使之解体：核膜下lamins 分解与细胞骨架构成相关的蛋白分解与细胞骨架构成相关的蛋白 瓦解核
13、结构成核碎片瓦解核结构成核碎片 Caspase功能功能 endonuclease associate with inhibitor (ICAD) Caspase 3 cleaved activated DNA degradation DNA “ladder” pattern Caspase-activated deoxyribonuclease (CAD) 细胞凋亡信号转导细胞凋亡信号转导 l死亡受体介导的凋亡通路死亡受体介导的凋亡通路 l线粒体途径介导的凋亡通路线粒体途径介导的凋亡通路 死亡受体死亡受体 TNF受体基因超家族成员 膜蛋白 FAS, TNFR1, DR3、4、5 死亡配体： T
14、NF ，FASL, TNF-like weak inducer (TWEAK) , TNF-related apoptosis inducing ligand (TRAIL) FasFas配体配体(FasL)(FasL) 死亡受体死亡受体(Fas)(Fas) 靶细胞靶细胞 细胞膜细胞膜 DDDD DDDD DDDD DDDD FADDFADD连接蛋白连接蛋白 DEDDED Caspase-8 酶原酶原 活化的活化的Caspase-8 DISCDISC复合物复合物 BidtBid 激活线粒体激活线粒体 凋亡通路凋亡通路 激活激活Caspase-3Caspase-9 Caspase-6,7 细胞细
15、胞 凋亡凋亡 死亡受体介导的凋亡通路死亡受体介导的凋亡通路 FAS associated death domain, FADD TNFR1 associated death domain, TRADD death inducing signaling complex, DISC 凋亡刺激因子凋亡刺激因子 m下降下降 PTP开放开放 caspase-3 AIF 核酸内切酶核酸内切酶 蛋白质水解蛋白质水解 DNA断裂断裂 细胞凋亡细胞凋亡 （+） （+） 线粒体途径线粒体途径 介导的凋亡通路介导的凋亡通路 Permeability transition pore Bcl-2 IAP 细胞凋亡的基因调控 基因调控基因调控 正常细胞正常细胞 细胞凋亡细胞凋亡 促进促进 ICE、Bax Fas、p53 抑制抑制 Bcl-2、EIB IAP Bcl-2（B细胞淋巴瘤细胞淋巴瘤/白血病白血病-2, B cell lymphoma/ leukemia-2) Bcl-2 subfamily (pro-survival): Bcl-2, Bcl-XL Bax subfamily (pro-apoptotic): Bax, Bak BH3 subfamily (pro-apoptotic): Bad, Bid Bcl-2（B细胞淋巴瘤细
