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1、第十三章 免疫细胞的凋亡n有核细胞一方面存在细胞分裂、增殖的功能，另 一方面又有主动发生死亡的机制，即细胞凋亡。 这两种功能均受遗传严格控制并维持细胞死亡和 增殖的平衡，是多细胞动物借以存活的需要，因 而这一对矛盾始终贯穿着动物整个生命过程。n细胞凋亡在免疫系统的发育、分化和成熟以及保 持其功能稳定性方面均发挥着重要作用。n细胞凋亡是免疫细胞进化过程中的一种高度保守 的基本生理功能。然而，宿主在与病毒相互作用 中所发生的凋亡并不都一定有利于宿主。第一节 凋亡的生物学特征一、凋亡的概念n凋亡(apoptosis)是机体的正常细胞在受到生理性 和病理性刺激后启动的自发的死亡过程，是一种 主动的、信
2、号依赖的过程。其典型的特征是一种 内源性核酸内切酶的激活和由此导致的细胞染色 体DNA的降解。这种细胞死亡方式的另一个特点是 ，降解的胞浆及胞核成份被包裹于膜性成分中而 形成凋亡小体。胞膜成分和结构的改变可以被吞 噬细胞表面的粘附分子及磷脂酰丝氨酸受体 (phosphatidylserine receptor)快速识别，凋亡 细胞被吞噬并降解，因此不引起局部的炎症反应 。n凋亡的形态特征是，细胞首先皱缩，随即与邻近 细胞脱离，失去微绒毛，胞浆浓缩，内织网扩张 呈泡状并与细胞膜融合，核染色质密度增高呈半 月形，并凝集在核膜周边，核仁裂解，进而胞膜 内陷将细胞自行分割为多个外有膜包裹、内涵物 不外
3、溢的细胞小体凋亡小体。二、凋亡与坏死、程序化死亡n1坏死(necrosis) 是一种病理状态下的细胞死 亡。它是由于某些外界因素，比如局部缺血、高 热以及物理、化学损伤和生物的侵袭等，造成细 胞急速死亡。细胞坏死首先是膜通透性增加，细 胞外形发生不规则变化，内织网扩张，核染色质 不规则地移位，进而线粒体及核肿胀，溶酶体破 坏，细胞膜破裂，胞浆外溢。这种死亡过程常常 引起炎症反应。n2程序化死亡(programmed cell death, PCD) 与细胞凋亡在概念上是有区别的。 细胞凋亡是 形态学的概念，而PCD是功能性的概念，细胞凋亡 是PCD的一种形式。第二节 细胞凋亡的诱导剂和抑制剂n
4、多种因素可参与诱导和抑制细胞凋亡。 诱导凋亡的因素众多，可分为：（1）物理性，如 放射线、紫外线、高温；（2）化学性，如抗癌药 物、氧自由基、一氧化氮；（3）微生物，如HIV 、EBV；（4）缺乏细胞生长必需因子，如干细胞 生长因子、雌激素、雄激素；（5）免疫性，指抗 原和免疫应答过程中所产生的细胞因子和细胞膜 分子。 慢性缺血、营养耗尽等也可导致细胞凋亡。（一）Ca2+、Mg2+n内源性DNA内切酶为Ca2+/Mg2+ 依赖性，故胞内 Ca2+/Mg2+ 浓度升高可诱导细胞发生凋亡。直接用 含Ca2+/Mg2+ 的溶液与胸腺细胞孵育，90分钟即可 检出DNA水解片段。nCa2+不仅是细胞凋亡
5、的诱导剂，在其他因素诱导凋 亡的信号传导过程中，Ca2+也是重要的信号分子。 Zn2+拮抗Ca2+/Mg2+ 的作用。（二）糖皮质激素n糖皮质激素是常见的凋亡诱导剂。未成熟的胸腺 细胞对激素诱导的凋亡敏感，而成熟的T细胞则不 敏感。蛋白合成抑制剂（放线菌素D、放线菌酮） 可拮抗糖皮质激素的致凋亡作用，表明糖皮质激 素诱导的凋亡与新蛋白质的合成有关。（三）细胞因子（CK）n某些CK有促进凋亡的作用（如TNF等），n某些CK则抑制凋亡（如IL-3、GM-CSF等）。n另外一些CK，如IL-2、IFN-、I-10等，对凋亡的 发生有双重效应。IL-2一般可维持细胞生存和抑 制凋亡。T细胞培养时若去除
6、IL-2，则会发生凋亡 。但也有人发现，若先用IL-2处理T细胞再用抗原 刺激，可引起凋亡；应用IL-2抗体则可抑制T细胞 凋亡。n由此可见，CK受体的表达水平对于细胞凋亡的调 节具有重要意义。（四）细胞表面受体和配体的相互作用nT细胞的CD28与其它细胞上的B7的相互作用，以及 B细胞的CD40与T细胞上的CD40L相互作用，可诱导 细胞内抑制凋亡的基因的表达，从而不利于凋亡 的发生。（五）抗体n针对多种细胞表面成分的抗体，如抗IgM、抗Fas 、抗CD3TCR、抗CD4、抗CD8、抗CD23抗体等， 均可诱导细胞凋亡。n不同的抗体可使表达相应膜抗原的不同细胞发生 凋亡，但相同的抗体-膜抗原
7、系统在不同的细胞也 可能产生不同的效应。如抗CD3单抗可诱导未成熟 T细胞凋亡，但可促进成熟T细胞增殖。（六）细胞内信号分子调节剂n某些胞内信号分子调节剂对不同靶细胞可分别具 有诱导或抑制凋亡的作用。如蛋白激酶C（PKC） 激活剂PMA可抑制鼠T、B细胞凋亡，但可诱导鼠胸 腺细胞的凋亡。n上述结果提示，PKC在成熟或未成熟淋巴细胞的凋 亡信号传递过程中发挥不同效应。（七）超抗原、丝裂原n超抗原金色葡萄球菌肠毒素可诱导胸腺内CD4+CD8+ 细胞凋亡n丝裂原PWM可诱导成熟及未成熟T细胞凋亡。第三节 细胞凋亡的生化改变一、胞内Ca2+ 浓度增高n在所有类型的细胞凋亡过程中，都观察到胞内Ca2+
8、浓度增高，这可能是由于Ca2+内流所致。n已发现，应用钙离子载体可诱导细胞发生凋亡， 提示Ca2+本身可能就是凋亡的启动因素之一。n应用类固醇激素诱导培养细胞发生凋亡，其条件 是培养环境中必须有Ca2+存在，若去除培养基中的 Ca2+，则凋亡不能发生。二、内源性核酸内切酶激活 n细胞发生调亡时，DNA被从核小体连接处水解，因 此形成180200bp或其倍数的片段，这主要是由于 内源性核酸内切酶被激活的结果。该酶为Ca2+ Mg2+ 依赖性，而Zn2+则是该内切酶的有效抑制剂。n生理状况下，核内Zn2+浓度较高；发生凋亡时，可 能由于胞浆Ca2+浓度增高，置换了核内的Zn2+，从 而激活内切酶并
9、水解DNA。三、生物大分子的合成 n凋亡过程的发生一般需要合成新的RNA和蛋白质， 如在激素、射线作用下，或由于去除生长因子等 所引起的细胞凋亡中，即为如此。蛋白质或RNA合 成抑制剂如吐根碱、放线菌素等可抑制这种类型 凋亡的发生。n已发现，凋亡细胞中许多酶的含量增加，如转氨 酶、核糖核酸酶、组织蛋白酶、-谷酰转移酶、转 肽酶等。n另外，某些细胞凋亡的诱因可激活与凋亡发生有 关的基因（详后），后者编码相应的蛋白产物， 也使蛋白质合成增加。第四节 凋亡的启动n细胞存活除了受生长因子和细胞死亡受体的外在 调节外，胞内事件也能启动凋亡。nDNA的损伤能够诱导凋亡，其中的大部分信号传导 途径都由p53
10、介导。对程序性细胞死亡的耐受有助 于肿瘤的发生，由此可以解释为什么如此众多的 人类癌症中都存在p53的突变。n事实上，任何持续存在的细胞新陈代谢或细胞周 期的混乱都能诱导凋亡。n这些现象提示，凋亡的调控可能不仅仅是通过单 一信号途径来实现的，而是由各种信号通路的相 互协调来调节程序性细胞死亡的易感性。n虽然这些细胞新陈代谢或周期干扰调控程序 性细胞死亡的特定结合点尚未确定，但已发 现一些涉及细胞存活调控的胞内干扰控现象 。n在众多不同的细胞系统中，胞内钙的升高、 胞内pH值的下降以及细胞氧化还原电位的改 变都可以增加细胞对PCD的敏感性。n与其他凋亡通路不同，通过细胞表面受体启 动凋亡的信号通
11、路已逐渐被确定。例如， TNF相关受体启动的信号通路都涉及蛋白酶 的激活。在细胞死亡受体介导的凋亡信号通 路中，最典型的蛋白酶即是caspase家族的 成员。第五节 死亡受体介导的细胞凋亡一、肿瘤坏死因子受体超家族n死亡受体是一组膜表面受体，与相应的配体结合 后，可以引起受体表达细胞的凋亡。n死亡受体都属于肿瘤坏死因子受体(TNFR)超家族 ，该家族也被称为神经生长因子受体(NGFR) 超家 族。nTNFR超家族成员都是I型膜表面受体，除死亡受体 外，还包括一些能引起细胞增殖、活化等反应的 分子。nTNFR超家族成员的膜配体都是II型膜蛋白，这些 配体构成了TNF超家族。（一） TNFR超家族
12、的结构特征nTNFR超家族和TNF超家族是以结构为基础的，各 成员间不仅在氨基酸序列上具有不同程度的同 源性，而且在空间结构上也很相似。nTNFR超家族成员均为I型跨膜糖蛋白，它们在胞 膜外区含有2-6个约由40个氨基酸残基组成的富 含半胱氨酸的结构域(cysteine-rich domain, CRD)。nTNFR超家族成员的胞浆区变化比较大，最短的只 有21aa，最长的如TNFRI，有233aa。各成员间胞 浆区没有明显的同源性，但介导细胞凋亡信号的 成员，如TNFRI和Fas的胞浆区均含有约一个60 80aa的同源序列，称为死亡结构域(death domain ，DD)，该结构域与这些受
13、体的凋亡信号及其它信 号的转导有关。（二） TNFR超家族的成员n死亡受体包括TNFRI、Fas、DR3、DR4、DR5、CAR1 等，它们的共同特征是胞浆区都有DD，死亡受体 通过这个结构域与胞浆中介导细胞凋亡信号的蛋 白质结合，通过后者启动细胞内部的凋亡程序， 引起细胞凋亡，所以这个结构域被称为死亡结构 域。n1Fas/FasLn（1） Fas与FasL的结构与分布 Fas（CD95）也称Apo-1，Fas基因定位于人染 色体10q24.1。其编码产物分子量为45kDa的 I 型 跨膜蛋白，由胞外区（157aa）、跨膜区（17aa） 及胞浆区（145aa）组成。n对Fas胞浆区氨基酸序列的
14、比较发现，它与TNFRI 有一段68aa的同源序列，这段序列对Fas和TNFRI 所介导的细胞凋亡起着决定性的作用，用基因突 变的方法将同源区进行改造后，它们就丧失了致 凋亡的能力，所以这一同源区被命名为死亡结构 域（death domain，DD）。n以后的研究发现，死亡结构域也存在于其它死亡 受体以及一些胞浆内信号转导蛋白，受体的死亡 结构域可以与胞浆信号蛋白的死亡结构域发生同 源或异源结合，所以这个结构域的作用是作为一 个接头将死亡受体与胞浆信号通路联系起来。nFas主要以膜受体形式存在，还可通过在转录水平 的不同拼接产生可溶性Fas分子（sFas），后者在 细胞凋亡中起调节作用。nFa
15、s较广泛地分布于多种类型的细胞，包括外周活 化T、B淋巴细胞、NK细胞、单核细胞、成纤维细 胞、内皮细胞、上皮细胞、肝胆管细胞、卵巢细 胞、子宫内膜细胞及皮肤组织细胞等。n某些组织细胞经活化后也可诱导Fas表达。nFasL（CD95L）为TNF相关的II型膜分子，基因位 于1号染色体，长278aa，分子量40kDa，其N端在 胞浆内，跨膜部有一疏水域，其C端位于胞膜外， 胞外区约150个氨基酸与TNF家族成员高度同源。n因FasL能与Fas结合诱发凋亡，故把FasL称死亡因 子。nFasL亦可分泌或脱落至细胞外，成为可溶性的功 能活性分子。nFasL主要表达于活化的T淋巴细胞。n（2）Fas和
16、FasL的生物学效应 TNFR/NGFR超家族 中，只有Fas和TNFR I型可介导细胞凋亡，而且 Fas介导细胞凋亡必须具备3个条件：细胞表达 足够密度的Fas；Fas与其配体或单抗作用形成 三聚体；细胞关闭抗凋亡程序而成为凋亡敏感 型细胞。虽然许多组织均可表达Fas，但免疫系统 对Fas系统介导的细胞凋亡最为敏感。n（3）Fas和FasL诱导细胞凋亡的机制 nFas一旦和配体FasL结合，可通过Fas分子启动致 死性信号转导，最终引起细胞一系列特征性变化 ，使细胞死亡。nFas作为一种普遍表达的受体分子，可以出现在多 种细胞表面，包括淋巴细胞。但FasL的表达却有 其特点，通常只出现于活化的T细胞(特别是活化 的CTL)和NK细胞，因而已被活化的杀伤性免疫细 胞，往往能够最有效地以凋亡途径置靶细胞于死 地。n表达FasL的效应杀伤细胞会与自身表达的Fas结合 ，诱导自身的凋亡过程（AICD）。nFas分子胞内段带有特殊的死亡结构域(DD,death domain)。三聚化的Fas和FasL结合后，使三个Fas 分子的死亡结构域相聚成簇，
