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1、细胞凋亡 Apoptosis,主要内容,概述 细胞凋亡的形态学变化和生化改变 细胞凋亡的过程与调控 细胞凋亡的发生机制 细胞凋亡在疾病防治中的意义,细胞凋亡（科普诗）,似秋叶的凋零， 告别生命之辉煌； 那难以计数的攻击、诱导， 轻启着道道程序， 逼细胞步步走向生命的末端； 啊，活性氧处处肆虐， 钙波涛惊石裂岸， 线粒体把生命之光一点一点拧淡;,危难中的细胞啊， 你沉稳不乱， DNA片片切割， 化云梯直通天堂； 细胞体分团相聚， 把生命的凝重浓集在小体上； 分别了朝夕相处的伙伴， 再见了快乐美好的时光； 这一切的一切又融入临近的胞体， 腾出的空间再写生命的篇章。 2001，10，1 试作,一、概
2、述,细胞凋亡(apoptosis)，是1972年由Kerr等建议用来描述伴随细胞死亡的一系列形态学上固定的变化形式的。 “凋亡”一词来自希腊语，apo意为“分离”，ptosis指花瓣或树叶的脱落， “凋亡”是由这两个词组合而成，意指细胞凋亡的形态类似秋天花瓣或树叶的凋落一样,（一）细胞凋亡研究简史,1 凋亡概念的形成,2细胞凋亡的形态学及生物化学研究阶段：（1972-1987） 1977年:人们注意到在生理或病理性刺激条件下，淋巴细胞发育过程中的凋亡现象。 1980年:Wyllie研究胸腺细胞在糖皮质激素作用下引致的细胞凋亡变化，总结并建立了细胞凋亡的共同形态学特征，包括核固缩和DNA降解成寡
3、核苷酸片段等 3细胞凋亡的分子生物学研究阶段，最近几年 1989年: 0wen及其研究小组在研究胸腺细胞阴性选择过程中证明了信号传递物质对PCD的调控作用。 1991年:Ellis首先发现了线虫(C.elegans)体内Ced-3、4两个基因与PCD的发生密切相关，随后逐渐发现了多种参与PCD的正相调节基因和负相调节基因 4细胞凋亡的临床应用基础研究阶段 细胞凋亡的研究，其生命力在于最终能够有利于疾病机制的阐明，以及新疗法的探索及问世。,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诺贝尔生理与医学奖。 他们不但发现在生物的
4、器官发育过程中存在细胞程序性死亡，而且阐明了细胞程序性死亡过程中的基因规律。,Sydney Brenner,H. Robert Horvitz,John E. Sulston,THE NOBEL DIPlOMA,2002年诺贝尔医学与生理学颁奖仪式，瑞典斯德哥尔摩音乐厅。,Sydney Brenner receiving his Nobel Prize from His Majesty the King at the Stockholm Concert Hall. Photo: Hans Mehlin, Nobel e-Museum,（二）细胞死亡的方式,细胞坏死 细胞凋亡 细胞程序性死亡,1
5、.细胞坏死(necrosis),是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反应 早期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀 溶酶体破裂,细胞内容物流出, 引起炎症,坏死,坏死炎细胞浸润,细胞凋亡的概念： 由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致 的细胞死亡过程 细胞凋亡的特点： 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； 溶酶体活性不增加 内切酶活化，DNA片断化，凝胶电泳图谱呈梯状,2.细胞凋亡(apoptosis),凋亡,3.细胞程序性死亡,细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）是一种基因指导的细胞自我消亡方式。 PCD和细胞凋亡的区别在以下方面：
6、PCD是功能性概念，凋亡是形态学概念。 大多数PCD的最终结果是细胞凋亡，但细胞凋亡并非都是程序化的。 PCD存在于胚胎发育过程中。,细胞凋亡与细胞坏死的比较(一),细胞凋亡与细胞坏死的比较(二),细胞凋亡的特征是细胞由于降解酶，主要是水解酶（蛋白酶与核酸酶）的作用，在近乎正常的细胞质膜内趋向死亡。这与坏死时细胞质膜早期破损不同。 在细胞凋亡过程中，质膜脂双层丧失二侧不对称性，磷脂酰丝氨酸暴露于细胞表面，从而导致被吞噬。,（三）线虫(C.elegant)中的细胞程序性死亡,隐杆秀丽线虫（Caenorhabditis elegans, C elegans） 低等蠕虫，虫体透明，易于观察体内细胞形
7、态的变化。,线虫: 成体959个细胞, 但在发育过程中有131个细胞会注定发生PCD PCD发生时间:1h 左右 参与线虫PCD的基因，目前已知的有14个,Apoptosis is all around us,（四）生理性细胞凋亡的作用,确保正常发育、生长 在器官、组织的形成、成熟中发挥作用 (细胞团 具备复杂结构的组织器官),多余细胞的清除,生理性细胞凋亡的作用,维持内环境的稳定 清除受损、衰老和突变的细胞 (针对自身抗原T细胞的清除、子宫内膜周期性剥脱) 发挥积极的防御作用,二、细胞凋亡的形态学变化和生化改变,微绒毛消失 脱水 空泡化(blebbing) 固缩(condensation)
8、出芽(budding) 染色质边集(margination) 凋亡小体(apoptosis body),（一）细胞凋亡的形态学变化,细胞首先变圆,随即与邻周细胞脱离, 失去微绒毛,胞浆浓缩,内质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,并凝聚在核膜周边,核仁裂解, 进而细胞膜内陷将细胞自行分割为多个外有膜包裹、内涵物不外泄的细胞凋亡小体， 被吞噬细胞或邻周细胞所识别、吞噬,或自然脱落而离开生物。 不引起炎症反应和次级损伤。,apoptosis,凋亡时细胞的形态学改变,凋亡过程与调控,空泡化,固缩,出芽,边集,凋亡小体,形态学特征：,染色质边集,胸腺细胞,正常,凋亡,A compa
9、rison of normal and apoptotic T-cells.,胸腺细胞,正常,凋亡,（二）细胞凋亡的生化改变,DNA片断化,caspase激活,灭活凋亡抑制物,水解活性蛋白,水解结构蛋白,1 DNA的片段化：梯状条带形成 核小体连接区被切开：染色质,2 内源性核酸内切酶激活及其作用,由一系列胞内信号转导环节激活，执行染色质DNA切割,3 凋亡蛋白酶（caspases）的激活及其作用,是一组对底物天冬氨酸部位有特异水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶（cysteine-containing aspartate-spicific protease） 至少有13个成员,第一个被发
10、现的caspase 是 caspase-1,即哺乳类的ICE (1992,1993), 后来证明ICE与炎症有关而在细胞的死亡中没有明显作用。 线虫的 CDE-3和ICE有一定的同源性。,Caspase 8的激活，需要FADD( Fas associated protein with death domain) Caspase 9 激活，需要通过CARD（caspase-recruitment domain)、Apaf-1、细胞色素c、ATP等多个因子的参与。,细胞色素C、Apaf-1和pro-caspase 9 组成了“Apoptosome” （凋亡体）,caspases功能,灭活细胞凋亡的
11、抑制物: 正常活细胞因为核酸酶处于无活性状态，而不出现DNA断裂。这是由于核酸酶和抑制物结合在一起，如果抑制物被破坏，核酸酶被激活，DNA就会被降解，片段化。现知Caspase可以裂解这种抑制物。 水解蛋白质结构，细胞解体，形成凋亡小体 如裂解核纤层，核纤层是由核纤层蛋白通过聚合作用形成的头尾相接的多聚体，由此形成核膜的骨架结构，是染色质得以形成并进行正常的排列。 细胞凋亡时，核纤层蛋白被Caspase在一个近中部的固定位置裂解，从而使Caspase蛋白崩解，导致染色质的固缩。,在凋亡级联反应中水解相关活性蛋白：使其获得或丧失功能 如灭活或下调DNA修复有关的酶，mRNA剪切蛋白等。,三、细胞
12、凋亡过程与调控,（一）细胞凋亡的过程,cAMP Ca2+ 神经酰胺,凋 亡 诱 因,凋 亡 信 号 转 导,凋 亡 基 因 激 活,细 胞 凋 亡,凋 亡 细 胞 清 除,受体,死 亡 信 号,DNase活化 Caspases活化 DNA片断 凋亡小体形成,巨噬细胞 吞噬、分解,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,（二） 细胞凋亡的调控,1.细胞凋亡相关因素,
13、诱导性因素,大量糖皮质激素 淋巴细胞凋亡 射线/高温/强酸/强碱 /乙醇/抗癌药物 CTL分泌粒酶 HIVCD4+细胞凋亡,抑制性因素,细胞因子 (IL-2/NGF),激素 (ACTH/睾丸酮/雌激素),金属阳离子 (Zn2+ ),药物 (苯巴比妥/ 半胱氨酸酶抑制剂),病毒 EB病毒/牛痘病毒,凋亡信号转导系统特点, 多样性：不同种类的细胞系统不同 偶联性：与增殖分化的信号系统交叉偶联 同一性：多因素，共用同一系统触发 多途性：同一诱导因素启动多条信号转导途径,2.细胞凋亡信号的转导,腺苷酸环化酶钙调素 Ca2+ cAMP 谷氨酰胺转移酶 PKA 转录因子,神经酰胺 SPP AP-1 S期(
14、抗凋),caspase H1组蛋白,MAPK MAPKK Raf-1 Ras PTK , 分化,PKC 二酰甘油,Tc-R,糖皮质激素,研究较多的系统：,依据： 细胞凋亡时胞内游离Ca2+浓度显著上升 用Ca2+载体A23187人为升高B淋巴细胞Ca2+水平，B淋巴细胞凋亡 用Ca2+络合剂降低胞内Ca2+水平，阻止细胞凋亡,1胞内Ca2+信号系统（Ca2+为第二信使）,2cAMP/PKA信号系统（cAMP为第二信使）,依据： 双丁酰cAMP可引起培养的髓样白血病细胞及胸腺细胞凋亡 糖皮质激素使cAMP上升 cAMP激活PKA使靶蛋白某些氨基酸（苏、丝AA）残基磷酸化改变蛋白质功能,3Fas蛋
15、白/Fas配体信号系统,Fas蛋白：细胞膜跨膜蛋白 Fas蛋白+Fas配体（抗Fas）细胞凋亡 机制： Fas蛋白+Fas配体（抗Fas）神经鞘磷脂酶活性产生神经酰胺蛋白激酶激活细胞凋亡 Fas蛋白+抗Fas、TNF 激活ICE样caspase 降解H1组蛋白染色体松驰DNA暴露内切酶位点 通过Ca2+信号系统传递死亡信息引起细胞凋亡,Fas又称CD95，APO-1，是由325个氨基酸组成的受体分子 配体诱导受体三聚体化，然后在细胞膜上形成凋亡诱导复合物， Fas分子胞内段带有特殊的死亡结构域（DD, death domain）。死亡结构域相聚成簇，吸引了胞浆中另一种带有相同死亡结构域的蛋白FADD。 FADD是死亡信号转录中的一个连接蛋白，它由两部分组成：C端（DD结构域）和N端（DED）部分。,FADD N端通过DED区（death effector domain）与无活性的半胱氨酸蛋白酶8（caspase8）酶原结合，激活Caspase-8 。进而引起随后的级联反应，即Caspases，,Caspase-8自剪切活化，激活Caspase-3，Caspase-7 Caspase-3激活Caspase-6。 Caspase可降解结构蛋白、信号蛋白、转录调控蛋白、周期蛋白等等。 Caspase还可降解CA
