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1、apoptosisl凋亡过程与调控l凋亡与疾病l凋亡在疾病防治中的意义l 凋亡概述apoptosisn研究历史n定义n与坏死的区别n生理意义概 述概 述ApoptosisandDisease3p 1842年 Vogt在研究蝌蚪发育时，发现一种不同于细胞坏死的细胞死亡现象。p1885年 Flemming在研究卵巢滤泡时再一次发现了有不同于细胞坏死的细胞死亡现象，并指出这种细胞死亡是生物体生理机能的一部分。p1887年 Flemming将自己的发现的这种细胞死亡命名为染色质溶解死亡，并对死亡现象做了精彩的形态描述。p1887年 德国的科学家Graper在一篇关于线粒体论文中再次提到Flemming
2、的发现。1. 1. 概概 述述一、细胞凋亡的研究历史一、细胞凋亡的研究历史 ApoptosisandDiseaseApoptosisandDisease5 Sydney Brenner 1/3 of the prize United Kingdom The Molecular Sciences Institute Berkeley, CA, USA b. 1927(in Union of South Africa)H. Robert Horvit 1/3 of the prize USA Massachusetts Institute of Technology (MIT) Cambridge
3、, MA, USA b. 1947John E. SulstonUnited Kingdom The Wellcome Trust Sanger Institute Cambridge, United Kingdom b. 1942THE 2002 NOBEL PRIZE WINNERApoptosisandDisease61. 1. 概概 述述二、细胞凋亡的概念二、细胞凋亡的概念 细胞凋亡（Apoptosis ） 在一些体内外因素诱导下，细胞内的死亡程序被激活死亡程序被激活，而引发的有序的细胞死亡。 又称为程序性细胞死亡（programmed cell death）； 凋亡有其独特的形态学和
4、生物化学改变。 1972年英国Aberdeen大学病理系 Kerr教授 和Wyllie在研究中观察到一种不同于坏死的散在 细胞死亡方式， 联想到秋日落叶特征， 命名为 “apoptosis”。三、凋亡与坏死的区别特征：线粒体膨胀，细胞骨架降解，溶酶体释放酶，细胞核内染色质沉淀靠近核膜边，蛋白质合成下降，由于膜破裂，出现炎症反应一般过程：因补体反应或烈性病毒感染破坏了质膜，或者能量依赖性离子泵被破坏产生的钠钾等离子沿着各自的浓度梯度进入细胞，从而导致细胞吸水膨胀，最终破膜而死。1.1.概概 述述8细胞坏死细胞凋亡性 质病理性，非特异性生理性或病理性，特异性诱导因素强烈刺激，随机、成片发生较弱刺激
5、，非随机、散在发生形态变化 细胞肿胀、胞浆、核染色质等结构全面破坏、崩解 细胞皱缩、核固缩，染色质边集，胞膜和细胞器相对完整凋亡小体 无 由膜包绕分割细胞形成炎症反应溶酶体破裂，局部炎症反应细胞内含物不外溢，无局部炎症反应生化特点 被动过程，无新蛋白合成，不耗能 主动过程，有新蛋白合成，耗能，内源性核酸内切酶活化DNA电泳弥散性降解，片段长短不一核酸内切酶水解DNA呈片段化（180- 200bp倍数片段），呈梯形电泳带基因调控 无有凋亡相关基因参与凋亡与坏死的差异比较凋亡与坏死的差异比较四、细胞凋亡的生理意义 确保正常发育、生长 维持内环境稳定 发挥积极的防御功能 所以细胞凋亡是正常的生理过程
6、，但是凋亡过多或过少都可引起疾病发生。因此，近年来对于细胞凋亡的研究，已成为医学界的关注热点。 概 述细胞凋亡的生理意义 确保正常发育、生长 维持内环境稳定 发挥积极的防御功能 所以细胞凋亡是正常的生理过程，但是凋亡过多或过少都可引起疾病发生。因此，近年来对于细胞凋亡的研究，已成为医学界的关注热点。 apoptosis概 述apoptosisn生化改变凋亡过程与调控凋亡时细胞的主要变化n形态学改变ApoptosisandDisease14一、细胞凋亡的主要特征一、细胞凋亡的主要特征 （一）形态学改变 1. 细胞固缩（condensation, shrinkage） 细胞表面微绒毛消失，与周围细
7、胞脱离；胞质浓缩，胞膜空泡化，细胞体积缩小、出现固缩；ApoptosisandDisease15 2. 核边集（margination）： 核染色质高度浓缩，融合成团并向核膜下聚集， 呈新月形或环形分布，也可呈马蹄、镰刀等形状 排列；或向中心集中（即中聚形成黑洞样）。新月状八字形花瓣状环 状球 状黑洞样ApoptosisandDisease16Transmissional Electron Microscopy对照凋亡凋亡 坏死ApoptosisandDisease17 3. 出芽（budding）及形成凋亡小体（apoptotic body）：骨架与胞浆膜脱耦联，包膜向外不规则膨出，包裹线粒
8、体等细胞器、空泡化的胞浆及裂解的高浓度核物质，最终脱落形成多个外有膜包裹、内有不能外溢内涵物的凋亡小体，其大小不一，圆形或椭圆型或不规则型。ApoptosisandDisease18 4. 识别并被吞噬清除： 专职吞噬细胞（如单核巨噬细胞）或邻近固有的组织细胞（如上皮细胞、内皮细胞、肿瘤细胞）或自然脱落离开生物体，不伴有局部炎症反应。ApoptosisandDisease19细胞凋亡的形态学改变细胞凋亡的形态学改变ApoptosisandDisease20ApoptosisandDisease21 （二）生化改变 1.DNA片段化：凋亡诱因 激活凋亡蛋白酶（Caspase） 激活内源性核酸内切
9、酶 裂解DNA，形成180-200bp整数倍的寡核苷酸片段 电泳呈梯形条带（ladder pattern)。ApoptosisandDisease22 （二）生化改变 DNA Ladder fromApoptosisandDisease23 （二）生化改变 2.内源性核酸内切酶 Ca2+/Mg2+依赖性核酸内切酶，Zn2+抑制其活性。 正常细胞中，CAD （Caspase激活的DNA酶）与ICAD （Caspase激活的DNA酶抑制物）结合而无活性。 Caspase裂解ICAD使CAD游离而活化分解 DNA使其片段化。 ApoptosisandDisease24 （二）生化改变 3. 凋亡蛋白
10、酶（Caspase蛋白家族） （Cysteine-containing aspartate-specific proteinase） 结构含半胱氨酸，可在天冬氨酸（Asp）残基后切断肽链的蛋白酶家族，其相应基因用 CASP 表示。 1、酶原结构（Procaspase) ： 含N末端结构域、20Kd大亚基和10Kd小亚基。ApoptosisandDisease252、酶原活化： Caspase酶原 水解 N-端前肽 亚基之间切断 大、小亚基分离 组成活性四聚体ApoptosisandDisease26 3、Caspase的分类： （1）凋亡启动酶：Caspase 2、8、9、10 前体部分含与其
11、它接头蛋白结合的特异区，分别与凋亡启动酶、死亡受体的死亡区结合。 ApoptosisandDisease27死亡诱导信号复合物ApoptosisandDisease28 3、Caspase的分类： （2）凋亡效应酶：Caspase 3，6，7 前体部分小不含蛋白结合区，分解细胞蛋白（凋亡执行器）。 （3）ICE（IL-1 converting enzyme）亚类 Caspase 蛋白酶： Caspase1、4、5、11、12、13、14。 参与凋亡但不起主要作用ApoptosisandDisease29 4. 功 能 凋亡信号激活Caspase酶原级联反应，是细胞凋亡的共同通路。 FasL与靶
12、细胞Fas受体结合 激活Caspase8酶原 Caspase3,6,7 级联放大。 不同Caspase介导不同的凋亡信号通路： Caspase8 死亡受体相关的凋亡； Caspase9 细胞毒因子诱导的凋亡； Caspase12 内质网应激途径的凋亡凋亡相关基因激活凋亡相关基因激活DNaseDNase激活、激活、CaspasesCaspases激活激活巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞悉尼悉尼 布雷诺尔布雷诺尔罗伯特罗伯特 霍维茨霍维茨约翰约翰 苏尔斯顿苏尔斯顿20022002年诺贝尔生理与医学奖获得者年诺贝尔生理与医学奖获得者细胞凋亡大致过程细胞凋亡大致过程( (The pro
13、cess of apoptosis) )+ +cAMPcAMP、CaCa2+2+、神经酰胺神经酰胺死亡信号死亡信号凋亡诱导因素凋亡诱导因素受体受体凋亡信号转导凋亡基因激活凋亡的执行凋亡细胞清除细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡的过程细胞凋亡的过程apoptosis凋亡过程与调控受体cAMPCa2+神经酰胺凋亡相关基因激活信号转导细胞膜细胞核凋亡诱导因素+Dnase激活Caspases激活死亡信号apoptosis凋亡过程与调控DNase激活Caspases激活凋亡细胞的清除凋亡执行ApoptosisandDisease34 一、细胞凋亡相关因素一、细胞凋亡相关因素 （一）诱导性因
14、素诱导性因素： 1. 理化因素：射线、缺血缺氧、抗癌药； 2. 生物因素：细菌及病毒； 3. 激素和生长因子水平失衡； 4. 免疫因素：一些免疫分子诱导靶细胞凋亡。 （二）抑制性因素抑制性因素: 1. 某些细胞因子(IL-2、神经生长因子)； 2. 某些激素（ACTH、睾丸酮、雌激素）； 3. 其他：Zn2+、病毒（EB）、苯巴比妥等。ApoptosisandDisease二、细胞凋亡的信号转导二、细胞凋亡的信号转导多途性：同一凋亡诱导因素可通过多条信号转导途 径触发凋亡。多样性：不同种类的细胞有不同的信号转导系统偶联性：死亡信号的转导系统与细胞增殖、分化过程 中的信号转导系统在某些环节上有交
15、叉、偶联。 同一性：不同的凋亡诱导因素可通过同一信号转导 途径触发凋亡。凋亡诱导因素凋亡信号转导死亡程序激活apoptosis特点：ApoptosisandDisease36 二、细胞凋亡的信号转导二、细胞凋亡的信号转导 可分为： 死亡因子及其受体介导的凋亡； 线粒体损伤启动的细胞凋亡。(一) 死亡因子及其受体介导的细胞凋亡 1.死亡因子及其受体 死亡因子死亡因子（death factor）：TNF、FasL、TNF-相关凋亡诱导性配体。 死亡受体死亡受体（death receptor, DR）：Fas、TNFR 为跨膜蛋白，胞外C端是配体结合区，胞浆N端含死亡结构域（death domain
16、, DD）。ApoptosisandDisease372. 信号转导 死亡因子（TNF、FasL ） 与受体结合 受体三聚体 与接头蛋白结合激活Caspase8 引发级联反应 细胞凋亡ApoptosisandDisease胞内信号途径ApoptosisandDiseaseApoptosisandDisease40(二) 线粒体损伤启动的细胞凋亡 1. 线粒体膜通透性转换（permeability transition pore,PTP） ： 凋亡因子 线粒体跨膜电位、电子传递脱耦联 PTP开放 膜通透性，线粒体释出AIF、CytC、Apaf 凋亡。 AIF （细胞凋亡诱导因子）可快速激活核酸内切酶，并增强Caspase3活性； 细胞色素C ( CytC ) 与Apaf（凋亡蛋白酶激活因子）相互作用激活Caspases9 激活Caspases3，6。ApoptosisandDisease41 2. 活性氧及胞内Ca2+改变： 线粒体损伤 氧化应激 胞内活性氧活性氧 及 CaCa2+2+ i i 损伤DNA由野生型p53基因介导凋亡； 损伤膜结构脂质过氧化反应； ATP使钙泵失灵促进Ca2
