《病理生理学-细胞凋亡》由会员分享，可在线阅读，更多相关《病理生理学-细胞凋亡（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三节 细胞死亡与疾病 谭玉林湘南学院病理生理教研室一、细胞死亡的形式（一）非程序性细胞死亡 （二）程序性细胞死亡 凋亡 自吞噬性程序性细胞死亡(Paraptosis) 细胞有丝分裂灾难 胀亡 细胞凋亡（apoptosis）是在体内外因素诱 导下，由基因严格调控而发生的一种生理 性细胞自杀过程，又称程序性细胞死亡（ programmd cell deathPCD）。它是一个 主动的，高度有序的，基因控制的，一系 列酶参与的过程。它是一个不同于细胞坏 死的一种细胞死亡形式。 在希腊文中，apoptosis这个字是用来描述树叶从 枝头掉落的状态。细胞凋亡(apoptosis)首先被 Kerr等于1
2、972年用来描述一种与细胞坏死 (necrosis)不同的、其过程被严密控制的细胞死亡 机制。事实上，早在1885年Flemming就曾发表了 卵巢滤泡细胞的细胞凋亡形态特征，当时他命名 其为染色质溶解(chromatolysis)。虽然细胞凋亡 现在被全世界的学者研究得如火如荼，他当时的 描绘并未使学者们注意到这是一个与细胞坏死不 同的细胞死亡机制。从chromatolysis到apoptosis 的被提出，这个现象被忽视了将近一个世纪。 细胞凋亡概念提出至今还不到30年的时间 ，但由于它在保证多细胞生物的健康生存 过程中扮演着关键角色，对个体的正常发 育及细胞凋亡紊乱在病理学研究中的重要
3、作用，引起了人们对其机制和组分的广泛 而深入地研究，成为目前生命科学界最为 热门话题之一，也是生命科学界乃至社会 各界争相投入的研究领域。（如图8-1）图8-1 近三十年来研究细胞凋亡的论文 二、主要变化（）形态学变化1、细胞膜的变化 微绒毛、细胞突起和 细胞表面皱褶消失。胞膜迅速发生空泡 化（blebbing），内质网不断扩张并与胞膜 融合，形成膜表面的芽状突起，称为出芽 （budding）。 图8-2 膜出芽现象 2、细胞质的变化 胞质浓缩：由于胞质 脱水而导致细胞皱缩、致密及固缩（ condensation），是细胞凋亡形态学变化的 一大特征。细胞器变化：线粒体变大， 嵴增多，线粒体增殖
4、并空泡化。内质网腔 扩大、增殖并在凋亡细胞形成自噬体过程 中提供包裹膜。其他多数细胞器完整存在 ，变得致密。 3、细胞核的变化 核内染色质浓缩，形成染 色质块，并聚集在核膜的边缘，呈新月形 、马蹄形或舟状分布，称为染色质边聚（ margination）；或聚集在核中央，称为染 色质中聚。随着染色质进一步聚集，核纤 维层断裂消失，核膜在核膜孔处断裂，两 断端向内包裹将聚集的染色质块分割，形 成若干个核碎片（核残块）。 图8-3 染色质边聚 4、凋亡小体形成 胞膜皱缩内陷，分割包 裹胞质，内含DNA物质及细胞器，形成泡 状小体称为凋亡小体（apoptotic body）， 这是凋亡细胞特征性的形态
5、学改变。凋亡 小体呈圆形、椭圆形或不规则状，小体内 的成份主要是胞质、细胞器和核碎片。如 图： 图8-4凋亡小体形成 5、吞噬 凋亡小体形成后，邻近细胞(巨噬 细胞)识别其膜外的新的生物大分子磷脂酰 丝氨酸（phosphatidylserine）并吞噬和消 化。图图2-10 凋亡细细胞的形态态学变变化（三）凋亡的生物学意义 终止异常细胞的生命活动 维持稳态（homeostasis） 确保正常生长发育 正常时磷脂酰丝氨酸位于细胞膜内侧，在 细胞受到凋亡诱导后不久，磷脂酰丝氨酸 转移到细胞膜外侧（如下图），象一面面“ 小红旗”插在细胞表面，以示“我快死了”， 巨噬细胞看到以后就将它及时吞噬。图8-
6、4 磷脂酰丝氨酸外翻 6、继发性坏死（secondary necrosis） 在 体外实验诱导细胞凋亡时，由于没有巨噬 细胞吞噬凋亡小体，凋亡小体会发生肿胀 、破裂、溶酶体释放等细胞坏死的表现， 称为继发性坏死。 图图2-9 细细胞凋亡与细细胞坏死的比较较 （二）生化改变1.凋亡启动因子在细胞凋亡期间尽管线粒体超微结构基本正常 ，但其功能已发生显著改变。凋亡刺激因素使线 粒体内膜的跨膜电位降低，进而使线粒体通透性 转换孔(permeability transition pore，PTP)开放和 线粒体膜通透性增高（如下图），导致线粒体内 的细胞色素C(cytochrome c，Cyto-C)、
7、凋亡诱导 因子(apoptosis inducing factor,AIF)、凋亡蛋白酶 激活因子(apoptotic protease activating factor， Apaf)等凋亡启动因子释放入胞浆。图8-5 线粒体通透性转换孔 2.凋亡蛋白酶的活化凋亡蛋白酶是细胞凋亡的“执行者”，在细胞凋 亡的发生发展中起着非常重要的作用。“什么是凋 亡蛋白酶，它有一些什么特性，以及它们是如何 起作用的”等等，在凋亡发生机制中再做详细讲解 。3.内源性核酸内切酶与DNA片断化细胞凋亡过程中执行染色质DNA切割任务的是 内源性核酸内切酶，内源性核酸内切酶作用于 DNA双链，形成高分子量的DNA片段
8、或180- 200bp整倍数的片段，在琼脂糖凝胶电泳中呈“梯” 状(ladder pattern)条带，这是判断凋亡发生的客 观指标之一。（凋亡发生机制中讲解） 三、细胞凋亡的生物学过程及其调节机制 （一）诱导性因素细胞凋亡是一个程序化的过程，这个程序虽已 预设于活细胞之中，正常情况下它并不“随意”启 动，只有当细胞受到来自细胞内外的凋亡诱导因 素作用时才会启动。因此，凋亡诱导因素是凋亡 程序的启动者。在少数情况下细胞凋亡可自发产 生，但多数是在诱导因素的作用下发生，常见诱 导因素有： 1.激素和生长因子失衡 生理水平的激素和 生长因子是细胞正常生长不可缺少的因素 ，一旦缺乏，细胞会发生凋亡；
9、相反，某 些激素或生长因子过多也可导致细胞凋亡 ，例如：强烈应激引起大量糖皮质激素分 泌，后者诱导淋巴细胞凋亡，致使淋巴细 胞数量减少。 2.理化因素 射线、高温、强酸、强碱、乙醇、抗 癌药物等，均可导致细胞凋亡。例如：电离辐射 可产生大量氧自由基，使细胞处于氧化应激状态 ，DNA受损，引起细胞凋亡。3.免疫性因素 在生长、分化及执行防御、自稳 、监视功能中，免疫细胞可释放某些分子导致免 疫细胞本身或靶细胞的凋亡。例如：细胞毒T淋巴 细胞（CTL）可分泌颗粒酶（granzyme），引起 靶细胞发生凋亡。 4.微生物学因素 细菌、病毒等致病微生物 及其毒素可诱导细胞凋亡。例如：HIV感染 时，可
10、致大量CD4+ T淋巴细胞凋亡。5.其他 如缺血与缺氧，神经递质（如谷 氨酸、多巴胺），失去基质附着等因素都 可引起细胞凋亡。在肿瘤治疗中，单克隆 抗体、反义寡核苷酸、抗癌药物等均可诱 导肿瘤细胞凋亡。 （二）抑制性因素1.细胞因子 IL2、神经生长因子等具有 抑制凋亡的作用，当其从细胞培养基中去 除后，依赖它们的细胞会发生凋亡；反之 ，如在培养体系中加入所需要的细胞因子 ，则可促进细胞内存活基因的表达，抑制 细胞凋亡的发生。 2.某些激素 ACTH、睾丸酮、雌激素等对 于防止靶细胞凋亡，维持其正常存活是必 需的。例如：当腺垂体被摘除或功能低下 时，肾上腺皮质细胞失去ACTH刺激，可发 生细胞
11、凋亡，引起肾上腺皮质萎缩。此时 ，只要给予生理维持量的ACTH即可抑制肾 上腺皮质细胞的凋亡，防止肾上腺皮质的 萎缩。睾丸酮对前列腺细胞，雌激素对子 宫平滑肌细胞都有类似的作用。3.其他 某些二价金属阳离子如Zn2+，药 物如苯巴比妥，病毒如EB病毒，以及中性 氨基酸等也具有抑制细胞凋亡的作用。 四、分期细胞凋亡的过程可分为三期(图8-1)： 诱导期：凋亡诱导因素作用于细胞后，细 胞通过复杂信号转导途径将信号传入胞内 ，由细胞决定生存或死亡。执行期：决 定死亡的细胞将按预定程序启动凋亡，激 活凋亡所需的各种酶类及降解相关物质， 形成凋亡小体。消亡期：凋亡的细胞被 邻近的细胞所吞噬并在吞噬细胞内
12、降解。图8-10 细胞凋亡的分期 2 2死亡受体通路死亡受体通路（Extrinsic or Extrinsic or cytoplasmiccytoplasmic pathway pathway） 死亡受体死亡受体 TNFRTNFR、FasFas、DRDR3 3、DRDR4 4、DRDR5 5等等是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的细胞膜蛋白是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的细胞膜蛋白 。 通路（通路（pathwaypathway）细胞凋亡异常细胞凋亡异常FSALFADDFADDPro-caspase-8Pro-caspase-8Caspase-8Caspase-8Caspa
13、se-3Caspase-3Pro-caspase-3Pro-caspase-3细胞凋亡细胞凋亡生长因子、信号、生长因子、信号、FasFas抗体抗体FASFADDFADD（FasFas-associated death domain-associated death domain）；）； DDDD（death domaindeath domain）；）；DED DED （death death effectoreffector domain domain）。）。DEDDEDDEDDEDDDDDcaspase-10caspase-10c-FLIP: cellular Fas-associated
14、death domain-like IL-1 beta-converting enzyme inhibitory protein膜通透性膜通透性 、线粒体肿胀、线粒体肿胀、mmApaf-1Apaf-1活化活化Cyt.cCyt.c3 3线粒体途径线粒体途径（Intrinsic or mitochondrial pathwayIntrinsic or mitochondrial pathway） CaCa2+2+NONO缺血缺血缺氧缺氧 活性氧活性氧MPTMPT开放开放Cyt.cCyt.c+Pro-caspase-9Pro-caspase-9Caspase-9Caspase-9ATPATPApaf
15、-1Apaf-1+ +Apaf-1Apaf-1活化活化Cyt.cCyt.cCARDCARDapoptosomeapoptosome细胞凋亡异常细胞凋亡异常AIFAIFcaspase-independent apoptosisPro-Caspase-3Pro-Caspase-3凋亡凋亡Caspase-3Caspase-3Pro-caspase-2Pro-caspase-2caspase-2caspase-2Pro-caspase-6Pro-caspase-6Caspase-6Caspase-6Pro-caspase-7Pro-caspase-7caspase-7caspase-7Pro-casp
16、ase-9Pro-caspase-9ICAD ICAD （抑制性抑制性 CADCAD）CADCAD（ caspasecaspase活化活化DNADNA酶）酶）CDACDA进入细胞核内降解进入细胞核内降解DNADNA细胞凋亡细胞凋亡剪切细胞内结构蛋白剪切细胞内结构蛋白caspase-9caspase-94 4Activation of caspase-3Activation of caspase-3（共同通路）共同通路）( (EffectorEffector caspasecaspase) )Caspase-3Caspase-3Pro-caspase-3Pro-caspase-3细胞凋亡异常细胞凋亡异常二、重要的酶学变化 1凋亡蛋白酶凋亡蛋白酶的激活是凋亡发生机制中最关键的环节之一 。它是一组与秀丽隐杆线虫
