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1、apoptosis,凋亡过程与调控,凋亡过程,+受体,cAMP Ca2+ 神经酰胺,凋亡诱导因素,死亡信号,凋亡相关基因激活,DNase激活 Caspases激活,巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞,基因激活,apoptosis,凋亡过程与调控,凋亡过程,受体,cAMP Ca2+ 神经酰胺,凋亡相关基因激活,信号转导,细胞膜,细胞核,Dnase激活 Caspases激活,apoptosis,凋亡过程与调控,凋亡过程,DNase激活,Caspases激活,凋亡细胞的清除,凋亡执行,线虫Caenorhabditis elegans是研究个体发育和细胞程序性死亡的理想材料（生命周期短，细胞数量少）。 线虫神经
2、系统由302个细胞组成。这些细胞来自于407个前体细胞。也就是说105个细胞发生了程序性死亡。 控制线虫细胞凋亡的基因主要有3个Ced-3、Ced-4和Ced-9 Ced-3和 Ced-4的作用是诱发凋亡； Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用。,2002年10月7日英国人悉尼布雷诺尔、美国人罗伯特霍维茨和英国人约翰苏尔斯顿，因在细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔生理与医学奖。,Sydney Brenner,H. Robert Horvitz,John E. Sulston,细胞凋亡的调控涉及许多基因，包括一些与细胞增殖有关的原癌基因和抑癌基因。其中研究较多的有ICE、Apaf-1、Bcl
3、-2、Fas/APO-1、c-myc、p53、ATM等。,（一）细胞凋亡相关基因,1Caspase家族 Caspase属于半胱氨酸蛋白酶，相当于线虫中的ced-3，这些蛋白酶是引起细胞凋亡的关键酶，一旦被信号途径激活，能将细胞内的蛋白质降解，使细胞不可逆地走向死亡。它们均有以下特点：酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲和性；总是在天冬氨酸之后切断底物，所以命名为caspase又称之为凋亡酶；都是由两大、两小亚基组成的异四聚体，大、小亚基由同一基因编码，前体被切割后产生两个活性亚基。,使抑制凋亡因子失活，如CAD/ICAD 破坏细胞结构，如Lamina 将调节区与催化区分离，使蛋白失活，如Gelsoli
4、n,Caspase 如何杀死细胞？,Gelsoin为一种重要的肌动蛋白结合蛋白质, 最早是从兔肺巨噬细胞提取液中分离得到的一种Ca2 +依赖性肌动蛋白纤维切断和封顶蛋白。未分化和增殖力强的癌细胞系该蛋白水平很低，而在高分化和不增殖的细胞系该蛋白高表达。,2Bcl-2家族,Bcl-2为凋亡抑制基因，是膜的整合蛋白，其功能相当于线虫中的ced-9。现已发现至少19个同源物，它们在线粒体参与的凋亡途径中起调控作用，能控制线粒体中细胞色素c等凋亡因子的释放。,BcL-2抗凋亡机制：,直接抗氧化,抑制线粒体释放促凋亡蛋白质,抑制凋亡调节蛋白的细胞毒作用,抑制凋亡蛋白酶的激活,维持细胞钙稳态,3p53,是
5、一种抑癌基因，其生物学功能是在G期监视DNA的完整性。如有损伤，则抑制细胞增殖，直到DNA修复完成。如果DNA不能被修复，则诱导其调亡。,p53是一种肿瘤抑制基因（gene）。在所有恶性肿瘤中，50%以上会出现该基因的突变。由这种基因编码的蛋白质（protein）是一种转录（transcription）因子，其控制着细胞分裂周期的启动。许多有关细胞健康的信号向p53蛋白发送。关于是否开始细胞分裂就由这个细胞决定。如果这个细胞受损，又不能得到修复，则p53蛋白将参与启动过程，使这个细胞在细胞凋亡（apoptosis）中死去。有p53缺陷的细胞没有这种控制，甚至在不利条件下继续分裂。像所有其它肿瘤
6、抑制因子一样，p53基因在正常情况下对细胞分裂起着减慢或监视的作用。 细胞中抑制癌变的基因“p53”会判断DNA变异的程度，如果变异较小，这种基因就促使细胞自我修复，若DNA变异较大，“p53”就诱导细胞凋亡。,P53基因,wtP53 修复受损的DNA，如修复失败则诱导细胞凋亡,突变的P53,失活的P53,丧失监视DNA损伤的功能,射线，毒素,P53蛋白,+,细胞凋亡,分子警察,促进凋亡基因,4myc,在许多人类恶性肿瘤细胞中都发现有c-myc的过度表达，它能促进细胞增殖、抑制分化。 在凋亡细胞中c-myc也是高表达，作为转录调控因子，一方面它能激活那些控制细胞增殖的基因，另一方面也激活促进细
7、胞凋亡的基因，给细胞两种选择：增殖或凋亡。当生长因子存在、Bcl-2基因表达时，促进细胞增殖，反之细胞凋亡。,双向调控基因,C-myc是一种癌基因，是调控细胞周期的主要基因。编码的蛋白是DNA结合蛋白，调控基因转录，在GF充足时主要激活介导细胞增殖的基因；反之激活凋亡基因。,C-myc,Bcl-x,是1933年发现的一类与Bcl-2相关基因。 Bcl-xl抑制细胞凋亡。 Bcl-xs促进细胞凋亡。,（二） 可诱导细胞凋亡的途径,氧化损伤 钙稳态失衡 线粒体损伤,氧化损伤 1.氧化应激（oxidative stress）的概念 -指机体活性氧产生过多或抗氧化能力下降，活性氧的清除不足，导致活性氧
8、在体内积聚并引起氧化损伤的病理过程。 氧化损伤的后果之一就是诱导凋亡。 2.氧化应激引起细胞凋亡的可能机制： DNA受损激活P53基因 膜通透性 Ca内流 DNase 生物膜损伤 m 脂质过氧化产物 多聚ADP核糖合成酶活化，NAD耗竭，ATP大量消耗 可活化NF-kB、AP-1，加速细胞凋亡相关的一些基因表达, 钙稳态失衡 Ca2作为许多细胞生命活动的第二信使，在细胞凋亡中的作用也倍受关注，凋亡发生时胞浆中Ca2 ，并激活凋亡过程中的关键酶类，其诱导细胞凋亡的机制为： 激活Ca2 /Mg2 依赖的DNase 激活谷氨酰胺转移酶（GTase），促进凋亡细 胞中蛋白广泛交联，有利于凋亡小体的形成
9、 激活Ca2 敏感的蛋白酶 核骨架蛋白酶 核基质蛋白 丝氨酸蛋白酶 膜蛋白 激活核转录因子，加速促凋亡基因的转录, 线粒体损伤 目前证据显示，线粒体的功能改变在细胞凋亡 的发生中起重要作用 表现为 线粒体内膜通透性 线粒体内膜的跨膜电位m 能量合成水平 线粒体功能和结构破坏引起细胞凋亡的可能机制： 凋亡诱导因素作用于细胞后 线粒体内膜跨膜电位（m）下降， 线粒体内外膜之间的通透性转换孔PTP开放； 使细胞凋亡启动因子（Cyt.C）,凋亡蛋白酶激活因子（Apaf）和凋亡诱导因子（AIF）释放,凋亡诱导因素,线粒体跨膜电位,线粒体PTP开放,Cyt.C,Apaf,等释放,AIF,潜在Dnase,活
10、化Dnase,激活Caspases,细胞凋亡,线粒体损伤,Mitochondria in Apoptosis,正常机体细胞生长与死亡的平衡,生长,坏死、凋亡,正常机体,细胞凋亡与疾病,凋 亡 相 对 不 足,肿瘤、自身免疫性疾病、病毒感染等,细胞凋亡与疾病的关系 该“死”的细胞不死，不该“死”的细胞却死了，也就是说无论凋亡过度或凋亡不足都可以导致疾病的发生。 细胞凋亡不足：肿瘤，自身免疫病， 细胞凋亡过度：心肌缺血，心力衰竭，神经元退行性疾病，病毒感染 不足与过度并存：动脉粥样硬化,（三）凋亡与疾病,I 细胞凋亡不足 肿瘤：凋亡抑制基因Bcl-2基因过高表达-凋亡衰减（前列 腺癌） 促凋亡基因
11、如p53基因突变或缺失，肿瘤发生率 自身免疫病 自身抗原受到自身抗体或致敏T淋巴细胞的攻击而损伤 T、B淋巴细胞通过正选择和负选择才能发育、分化成熟 负选择：凋亡清除针对自身组织抗原和TCR的双阳性细胞 正选择：保留能够识别自身组织抗原的T细胞，并增殖成熟,如果负选择机制失调，针对自身组织抗原的T细胞存活、增殖， 产生自身免疫病。,II 细胞凋亡过度 心血管疾病 心力衰竭 心肌缺血与再灌注损伤 坏死与凋亡共存 发生机制：氧化应激；细胞内钙超载； Fas受体上调；p53基因转录增强 凋亡特点：早期凋亡为主，晚期坏死为主 梗死灶中央以坏死为主，周边凋亡为主 慢性、轻度缺血以凋亡为主，急性、重度缺血
12、则常常发生坏死 IR引起的细胞凋亡有时比单纯缺血更严重,神经元退行性疾病 特定神经元进行性丧失为病理特征的疾病 阿尔茨海默病（Alzheimer disease AD） AD主要是由于海马及基底神经核的胆碱能神经元大量丧失,病理切片上可见-淀粉样蛋白沉积和神经元缠结 机制： -淀粉样蛋白基因位于21号染色体，当钙超载、氧化应激或神经生长因子分泌不足时， Ca2内流增加，激活与-淀粉样蛋白合成有关的基因，使-淀粉样蛋白含量增加，沉积于神经元内，进一步激活周围的M释放细胞因子和炎性介质促进凋亡的发生,病毒感染 病毒感染宿主细胞后有两种结局： 一是诱导细胞 凋亡从而限制病毒生长（肝炎病毒）； 二是由病毒基因表达的蛋白抑制宿主细胞凋亡，造成持续性感染或增加某些病毒的致癌可能性。 AIDS:由HIV感染引起，其关键是CD4+淋巴细胞被破坏，导致CD4+淋巴细胞显著减少，相关免疫功能缺陷。 CD4+淋巴细胞与HIV感染者病情发生发展有密切关系，它决定感染者是否发病和发病的速度和严重程度。,III 细胞凋亡不足与过度并存,由于细胞类型的差异，各种细胞在致病因子作用下，有些可表现为凋亡不足，而另一些细胞可表现为凋亡过度，因此同一疾病或病理过程中两种情况也可同时存在。 例如：动脉粥样硬化（atherosclerosis, AS）,
