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1、 第十六章细胞死亡与细胞衰老第一节 细胞死亡n死亡是生命的普遍现象，但细胞死亡并非与机体死亡同步。正常的组织中也发生细胞死亡，它是维持个体的正常生长发育及其生命活动所必需的。n要求特定基因表达。 2002年10月7日英国人Sydney 、美国人Horvitz和英国人Sulston ，因在PCD方面的研究获诺贝尔生理与医学奖。H. Robert HorvitzJohn E. Sulston Sydney Brennern（一）细胞坏死（二）细胞凋亡（研究较深入）n（三）自噬第一节 细胞死亡（一）细胞坏死1.特点n 被动 是细胞受到意外损伤时立即出现的反应 。n【ATP 】 无法维持细胞存活。n细
2、胞质出现空泡，细胞质膜破损，线粒体肿 胀，继而溶酶体破裂，细胞内容物流出，引起 炎症。nDNA随机降解，弥散带。坏死细胞的形态变化2. 2.意义：意义： “ “替补替补” ”凋亡凋亡凋亡不能正常发生而细胞必须死亡时。凋亡不能正常发生而细胞必须死亡时。（一）细胞凋亡cell apoptosis1.概念、特征Kerr（ 1972）最先提出，受基因调控的主动的生理性细胞自杀行为，具有一系列生 物学特征。（P342 1、2、3自学） 与细胞坏死的区别是： 细胞凋亡生理性，而细胞坏死是病理性变化。 细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体； 凋亡小体内有结构完整的细胞器,线粒体无变化，溶酶体活 性不增加； 细
3、胞质膜始终保持完整，细胞内含物不发生外泄，不引起 炎症； 内切酶活化，DNA有控降解，凝胶电泳图谱呈梯状。www.roche-applied- 内切酶活化，DNA有控降解正常凋亡胸腺细胞正常凋亡小结 坏死与凋亡的区别凋亡 坏死 胞体 变小 变大 胞膜 皱缩 肿胀 胞核 浓缩, 溶解,染色质固缩形成 染色质裂解块状小体, 为颗粒状,位于膜下 散在分布 胞质 浓缩 肿胀 结果 形成凋亡小体 细胞崩解无炎症反应 引起炎症反应只影响散在单个细胞 涉及周边大量细胞组织结构不被破坏 组织结构被破坏形 态 上凋亡 坏死生 DNA 由内切酶切为 不规则断裂180-200bp或其倍数的 片段大小片段 不一 化
4、电泳结果 “梯状”条带（DNA ladders） “弥散”条带酶 核酸内切酶等的激活 无酶的激活 上 大分子 新基因表达 RNA 无合成 和调控因子合成 2、细胞凋亡的生理和病理学意义生理学意义：n 生长发育：组织与器官的塑造（趾的分化）；动物变态；皮肤角质形成；n 免疫细胞分化：克隆选择，异常淋巴细胞凋亡；n生理保护：清除体内多余、受损或危险的细胞而不对周围的细胞或组织产生损害。nSculpting the digits in the developing mouse paw by apoptosis（Wood 2000）趾趾 的的 分分 化化趾的分化趾的分化动物变态动物变态2、细胞凋亡的生
5、理和病理学意义生理学意义：n 生长发育：组织与器官的塑造（趾的分化）；动物变态；皮肤角质形成；n 免疫细胞分化：克隆选择，异常淋巴细胞凋亡；n生理保护：清除体内多余、受损或危险的细胞而不对周围的细胞或组织产生损害。细胞凋亡使得神经元与靶细胞的数量相匹配50%神经元凋亡，存活神经元与靶细胞建立连接病理学意义n 病原体侵染；n诱导凋亡HIV AIDSn抑制凋亡Poxvirus痘病毒 n 细胞凋亡不足n肿瘤，自身免疫疾病；n 细胞凋亡过度n神经退行性疾病（AD，帕金森症）、心肌梗塞、 再生 障碍性贫血、骨组织坏死。n形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察3、细胞凋亡的检测方法梯状条带DNA电泳：DN
6、A片段就呈现出梯状条带（DNA ladders）凝胶中裂解，短时电泳。正常细胞圆球形。n彗星电泳法（comet assay）流式细胞分析 亚二倍体峰出现TUNEL测定法，即DNA断裂的原位末端 标记法 提取DNA荧光标记3末端4、 细胞凋亡的分子机制n n（1 1）CaspaseCaspase依赖性细胞凋亡依赖性细胞凋亡（c cysteineysteine a aspartatespartate- -s specific pecific p proteroteasease）半胱氨酸半胱氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 特异性特异性 蛋白酶蛋白酶n n（2 2）非）非CaspaseCaspase依赖性细胞
7、凋亡依赖性细胞凋亡n模式生物：秀丽隐杆线虫（C. elegans ）是研究PCD的理想材料（生命周期短3d，细胞数量少，透明）。n凋亡基因突变，一系列突变体。n有1090个体细胞，131个细胞发生了PCD。n线虫(C.elegans)凋亡研究发现ced3，ced4基因促进细胞凋亡，ced9基因阻止ced3/ced4的激活，抑制细胞凋亡，胚胎期死亡。Ced3哺乳类同源物是Caspase1（cysteine aspartate-specific protease）。（1）Caspase依赖性细胞凋亡Caspase家族相当于线虫的ced-3，是引起凋亡的关键酶。特点：n胞质中n一组结构类似的蛋白酶，
8、选择性切割某些蛋白质。n活性位点均包含半胱氨酸残基；n特异切割靶蛋白天冬氨酸残基后的肽键caspase（cysteine aspartate-specific protease）。n哺乳动物caspase超家族15种P346表16-1nCaspase-1、 -4 、-11主要负责白介素前体的活化（切割），不直接 参与凋亡信号的传递。n凋亡起始者 2、8、9、10、112、9含Caspase募集结构域CARD，8、10含串联重复的死亡效应结构域DEDCARD、 DED与接头蛋白结合，或彼此结合而 聚合。n凋亡执行者 3、6、7n药物靶标分子Caspase抑制剂对细胞过度凋亡引发的疾病有效Casp
9、ase活性调节级联放大Caspase活化凋亡信号 凋亡起始者酶原分子聚集成复合物 达一定浓度，彼此切割，构象改变 活性二聚体招募 异性活化执行者前体Caspase （切割） 产生有活性的执行者 （切割） 细胞核、质中结构蛋白，已知280种 细胞凋亡同性活化级 联 放 大激活期：执行期： 灭活细胞凋亡发生的抑制剂直接破坏裂解细胞结构裂解某些功能性的酶蛋白死亡受体起始的外源途径死亡配体n主要是肿瘤坏死因子（TNF）家族成员。nTNF主要由单核-巨噬细胞分泌。n一种具有多种生物学效应的细胞因子，主要生理效应是诱导细胞凋亡和诱发炎症反应。死亡受体n代表成员：Fas和TNF-R1。n胞质部分均含有死亡结
10、构域（death domain, DD）。负责招募凋亡信号通路中的信号分子。nfas又称作APO-1，1993年人白细胞分型国际会议统一命名为CD95。Fas诱导的细胞凋亡nFas蛋白与Fas配体组成Fas系统，二者的结合后引起Fas三聚化，通过胞内的DD区与接头蛋白FADD的DD区结合。nFADD N端通过DED区（death effector domain）与Caspase-8酶原结合，形成死亡诱导信号复合物DISC。 Caspase-8酶原通过自身切割激活。n Caspase-8激活执行者Caspase-3酶原，导致细胞凋亡。王晓东：历史上最年轻美国科学院院士（41）美籍华人在学术领域地
11、位最高的科学家原籍河南新乡从事的是细胞凋亡规律的 研究。1996年，发现线粒体释放细 胞色素C, 引起细胞凋亡;2000年，发现线粒体释放 Smac，可促细胞凋亡.与邓兴旺一起聘为北京生 命科学研究所第一任所长。线粒体起始的内源途径n其他因素刺激（DNA损伤、紫外线、 射线、药物、NO、活性氧等）， Caspase-8把Bid（促凋亡）切割成两个片段；n含BH3结构域的片段被运送到线粒体；n与Bcl-2/Bax（抑凋亡）的BH3结构域形成复合物；n引起线粒体外膜通透性改变，导致多种凋亡因子（关键因子Cyt c ）释放；nCyt c与胞质中Apaf-1（凋亡蛋白酶活化因子，结合蛋白）结合募集Ca
12、spase-9酶原形成很大的凋亡复合体；nCaspase-9活化，凋亡信号进一步扩大。Bcl-2 gene family（Zimmermann 2001）n含有1-4个Bcl-2同源结构域（BH3）。n其他因素刺激（DNA损伤、紫外线、 射线、药物、NO、活性氧等）， Caspase-8把Bid（促凋亡）切割成两个片段；n含BH3结构域的片段被运送到线粒体；n与Bcl-2/Bax（抑凋亡）的BH3结构域形成复合物；n引起线粒体外膜通透性改变，导致多种凋亡因子（关键因子Cyt c ）释放；nCyt c与胞质中Apaf-1（凋亡蛋白酶活化因子，结合蛋白）结合募集Caspase-9酶原形成很大的凋亡
13、复合体；nCaspase-9活化，凋亡信号进一步扩大。BCL-2家族成员 促凋亡基因，如： Bid 、Bax、Bak； 抑凋亡基因，如：Bcl-2。Caspase级联激活反应还可能起始于细胞核、高尔 基体、溶酶体、内质网，机制不清。（2）Caspase非依赖细胞凋亡不完全清楚 凋亡诱导因子（AIF） 位于线粒体外膜 细胞质 细胞核 DNA断裂形成50kb片段 线粒体限制性内 切酶G（Endo G）以核小体为单位DNA片段存活因子：多种有丝分裂原、生长因子。激活受体胞内激活转录因子NF-B内源性Caspase抑制因子存活（3）细胞凋亡的调控n外源性Caspase抑制因子天花病毒蛋白CrmA，杆病
14、毒蛋白p35，疱疹病毒，痘病毒。n内源性凋亡激活因子Smac/DIABLO、Omi/HtrA2，与内源性Caspase抑制因子IAP结合释放被封闭Caspase，引发凋亡线粒体凋亡信号nP53 肿瘤抑制基因，促凋亡因子n基因组的守护者。辐射诱导的DNA损伤可通过ATM（ DNA损伤检验的重要蛋白激酶）激活p53，阻断细胞周期，诱导凋亡。“分子警察”P53的促凋亡机制：（1）修复受损的DNA，如修复失败则通过细胞核途径 诱导细胞凋亡。（2）激活线粒体途径（3）诱导Fas增加 （4）诱导溶酶体的不稳定性(三)自噬寿命较长的细胞结构及蛋白质通过细 胞自噬途径降解。n1.特征 n细胞中出现大的双层膜（内质网、胞质膜泡） 的自噬小体，溶酶体降解。n不需吞噬细胞协助。n2.意义n营养危机n细胞凋亡的补充途径（凋亡关键因子被抑制时）n3.机制（了解较少） PI3K/AKT信号途径二、
