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1、 坏死坏死细胞死亡细胞死亡 凋亡凋亡坏死坏死: 活体组织细胞的死亡活体组织细胞的死亡第九章第九章 细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病第一节第一节 概概 述述定义：由体内外因素触发细胞内预存的死亡程定义：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称为细胞凋亡（又称序而导致的细胞死亡过程称为细胞凋亡（又称为程序性细胞死亡）为程序性细胞死亡）细胞凋亡细胞凋亡(apoptosis)，是，是1972年由年由Kerr等建议用来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。描述伴随细胞死亡的一系列形态学上固定的变化形式。“凋亡凋亡”一词来自希腊语，一词来自希腊语，apo意为意为“分离分离
2、”，ptosis指花瓣或树叶的脱落，指花瓣或树叶的脱落，“凋亡凋亡”是由这两个词组合而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样研究简史研究简史n半个世纪前半个世纪前:人们就观察到生理自发退化死亡现象人们就观察到生理自发退化死亡现象.n1965年年:发育生物学家发育生物学家Lockshin和和Williams首先提出首先提出了了PCD（程序化死亡）一词，用于描述蛾的发育过程（程序化死亡）一词，用于描述蛾的发育过程n1972年年:Kerr等首次提出了细胞凋亡的概念等首次提出了细胞凋亡的概念n1977年年:人们注意到在生理
3、或病理性刺激条件下，淋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。巴细胞发育过程中的凋亡现象。n1980年年:Wyllie研究胸腺细胞在糖皮质激素作用下引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，包括核固缩和态学特征，包括核固缩和DNA降解成寡核苷酸片段等降解成寡核苷酸片段等n1989年年: 0wen及其研究小组在研究胸腺细胞阴性选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择过程中证明了信号传递物质对PCD的调控作用。的调控作用。n1991年年:Ellis首先发现
4、了线虫首先发现了线虫(C.elegans)体内体内Ced-3、4两个基因与两个基因与PCD的发生密切相关，随后逐渐发现的发生密切相关，随后逐渐发现了多种参与了多种参与PCD的正相调节基因和负相调节基因的正相调节基因和负相调节基因第二节第二节 细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡的过程与调控 一、细胞凋亡的大致过程一、细胞凋亡的大致过程 凋亡大致可分为四个阶段：凋亡大致可分为四个阶段：凋亡信号转导凋亡信号转导凋亡基因激活凋亡基因激活细胞凋亡的执行细胞凋亡的执行凋亡细胞的清除凋亡细胞的清除凋亡的四个阶段：凋亡的四个阶段： 凋亡诱导因素+ 受体cAMPCa2+神经酰胺死亡信号凋亡基因激活DNase激活Cas
5、pase激活巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞apoptosisapoptosis凋亡过程与调控凋亡过程与调控凋亡过程凋亡过程受体受体cAMPCa2+神经酰胺神经酰胺凋亡相关凋亡相关基因激活基因激活信信号号转转导导细胞膜细胞核细胞核凋亡诱导因素凋亡诱导因素+Dnase激活激活Caspases激活激活死亡信号死亡信号apoptosisapoptosis凋亡过程与调控凋亡过程与调控凋亡过程凋亡过程DNase激活激活Caspases激活激活凋亡细胞的凋亡细胞的清除清除凋亡执行凋亡执行二、凋亡时细胞的主要变化（一）细胞凋亡的形态学改变（一）细胞凋亡的形态学改变细胞凋亡的特征是细胞首先变圆细胞凋亡的特征是细胞首先
6、变圆,随即与邻周细胞随即与邻周细胞脱离脱离,失去微绒毛失去微绒毛,胞浆浓缩胞浆浓缩,内质网扩张呈泡状并内质网扩张呈泡状并与细胞膜融合与细胞膜融合,核染色质密度增高呈半月形核染色质密度增高呈半月形,并凝并凝聚在核膜周边聚在核膜周边,核仁裂解核仁裂解,进而细胞膜内陷将细胞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、吞胞凋亡小体，被吞噬细胞或邻周细胞所识别、吞噬噬,或自然脱落而离开生物。不引起炎症反应和次或自然脱落而离开生物。不引起炎症反应和次级损伤。级损伤。apoptosisapoptosis凋亡时
7、细胞的形态学改变凋亡时细胞的形态学改变凋亡过程与调控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：染色质边集染色质边集 嗜酸性小体嗜酸性小体(凋亡凋亡)嗜酸性变及嗜酸性小体嗜酸性变及嗜酸性小体肝细胞体积缩小，胞浆浓缩红染，呈嗜肝细胞体积缩小，胞浆浓缩红染，呈嗜酸性变；或胞浆进一步浓缩，细胞变圆，酸性变；或胞浆进一步浓缩，细胞变圆，核碎裂、溶解消失，呈嗜酸性小体状核碎裂、溶解消失，呈嗜酸性小体状（二）细胞凋亡的生化改变（二）细胞凋亡的生化改变DNA片段化：形成片段化：形成180-200bp或整数倍的片或整数倍的片段段,在琼脂糖凝胶电泳中可呈特征性的在琼脂糖凝胶电泳中可呈特征性的“梯梯状状
8、”条带，是判断凋亡发生的客观指标之一。条带，是判断凋亡发生的客观指标之一。内源性核酸内切酶激活及其作用：内源性核酸内内源性核酸内切酶激活及其作用：内源性核酸内切酶在核小体连接部切断切酶在核小体连接部切断DNA双链。双链。n凋亡诱导因素凋亡诱导因素细胞内信号转导细胞内信号转导n无活性内源性核酸内切酶无活性内源性核酸内切酶 活性内源性核酸内切酶活性内源性核酸内切酶n核小体连接部切断核小体连接部切断DNA双链双链电泳呈特征性的电泳呈特征性的“梯状梯状”条条带带Ca+Mg+激活Zn+抑制Caspase的激活及其作用：的激活及其作用：nCaspase（含半胱氨酸的门冬氨酸特异水解酶）：（含半胱氨酸的门冬
9、氨酸特异水解酶）：一组对底物门冬氨酸部位有特异水解作用，其活性一组对底物门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中心富含半胱氨酸的蛋白酶n主要作用：主要作用：n灭活细胞凋亡抑制物（灭活细胞凋亡抑制物（Bcl-2）n水解蛋白质结构，导致细胞解体，形成凋亡小体水解蛋白质结构，导致细胞解体，形成凋亡小体n水解级联反应相关活性蛋白，使之获得或丧失某水解级联反应相关活性蛋白，使之获得或丧失某种生物学功能种生物学功能 Caspase的作用的作用细胞凋亡与坏死的比较：细胞凋亡与坏死的比较：坏死 凋亡 性质诱导因素生化特点形态变化DNA电泳炎症反应凋亡小体基因调控病理性、非特异性 强烈刺激，
10、随机发生被动过程，无新蛋白合成细胞肿胀、细胞结构全面溶解、破坏弥散性降解，电泳呈均一DNA片状 溶酶体破裂，局部炎症反应无无 生理性或病理性，特异性较弱刺激，非随机发生主动过程，有新蛋白合成胞膜及细胞器相对完整细胞皱缩，核固缩DNA片段化（180-200bp）电泳呈梯状条带溶酶体相对完整，局部无炎反应 有有坏死坏死坏死炎细胞浸润坏死炎细胞浸润凋亡凋亡三细胞凋亡的调控三细胞凋亡的调控（一）细胞凋亡的相关因素（一）细胞凋亡的相关因素1. 诱导性因素诱导性因素激素和生长因子失衡：缺乏（激素和生长因子失衡：缺乏（IL-2，淋巴细胞凋亡），淋巴细胞凋亡）或过多（糖皮质激素或过多（糖皮质激素，淋巴细胞凋亡
11、），淋巴细胞凋亡） 理化因素：射线、高温、强酸、强碱、乙醇、抗癌理化因素：射线、高温、强酸、强碱、乙醇、抗癌药物等药物等 免疫性因素：如，免疫性因素：如，CTL分泌粒酶分泌粒酶靶细胞凋亡靶细胞凋亡微生物因素：细菌、病毒及毒素。（微生物因素：细菌、病毒及毒素。（HIV） 抑制性因素：抑制性因素： （1）细胞因子：）细胞因子：IL-2、神经营养因子、神经营养因子（2）激素：）激素：ACTH、睾丸酮、雌激素等、睾丸酮、雌激素等（3）二价金属阳离子：）二价金属阳离子：Zn2+ (4) 药物：苯巴比妥、半胱氨酸蛋白酶抑制剂、药物：苯巴比妥、半胱氨酸蛋白酶抑制剂、中性氨基酸中性氨基酸（5）病毒：）病毒：E
12、B病毒、牛痘病毒病毒、牛痘病毒CrmA(二二)细胞凋亡信号转导细胞凋亡信号转导凋亡信号转导系统是连接凋亡诱导因素与核凋亡信号转导系统是连接凋亡诱导因素与核DNA片段化断片段化断裂及细胞结构蛋白降解的中间环节。裂及细胞结构蛋白降解的中间环节。凋亡信号转导系统的特点：凋亡信号转导系统的特点：多样性：不同种类细胞有不同系统多样性：不同种类细胞有不同系统耦联性：凋亡与增殖分化系统在某些环节耦联，耦联性：凋亡与增殖分化系统在某些环节耦联，同一因素既可引起凋亡也可引起增殖同一因素既可引起凋亡也可引起增殖同一性：不同凋亡诱导因素可通过同一信号转导系统同一性：不同凋亡诱导因素可通过同一信号转导系统多途性：同一
13、凋亡诱导因素可通过不同信号转导系统多途性：同一凋亡诱导因素可通过不同信号转导系统研究较多的系统：研究较多的系统：依据：依据：细胞凋亡时胞内游离细胞凋亡时胞内游离Ca2+浓度显著上升浓度显著上升用用Ca2+载体载体A23187人为升高人为升高B淋巴细胞淋巴细胞Ca2+水平，水平，B淋巴细胞凋亡淋巴细胞凋亡用用Ca2+络合剂降低胞内络合剂降低胞内Ca2+水平，阻止细胞凋亡水平，阻止细胞凋亡 激活激活Ca2+依赖谷氨酰胺转移酶依赖谷氨酰胺转移酶Ca2+ 活化核转录因子活化核转录因子1胞内胞内Ca2+信号系统（信号系统（Ca2+为第二信使）为第二信使）2cAMP/PKA信号系统（信号系统（cAMP为第
14、二信使）为第二信使）依据：依据：双丁酰双丁酰cAMP可引起培养的髓样白血病细胞及胸腺细胞可引起培养的髓样白血病细胞及胸腺细胞凋亡凋亡糖皮质激素使糖皮质激素使cAMP上升上升cAMP激活激活PKA使靶蛋白某些氨基酸（苏、丝使靶蛋白某些氨基酸（苏、丝AA）残）残基磷酸化基磷酸化改变蛋白质功能改变蛋白质功能3Fas蛋白蛋白/Fas配体信号系统配体信号系统Fas蛋白：细胞膜跨膜蛋白蛋白：细胞膜跨膜蛋白Fas蛋白蛋白+Fas配体（抗配体（抗Fas）细胞凋亡细胞凋亡机制：机制：Fas蛋白蛋白+Fas配体（抗配体（抗Fas）神经鞘磷脂酶活性神经鞘磷脂酶活性产生神经酰胺产生神经酰胺蛋白激酶激活蛋白激酶激活细胞
15、凋亡细胞凋亡Fas蛋白蛋白+抗抗Fas、TNF 激活激活ICE样样caspase 降解降解H1组蛋白组蛋白染色体松驰染色体松驰DNA暴露内切酶位点暴露内切酶位点通过通过Ca2+信号系统传递死亡信息引起细胞凋亡信号系统传递死亡信息引起细胞凋亡4神经酰胺信号系统神经酰胺信号系统神经酰胺：神经鞘磷脂（神经酰胺：神经鞘磷脂（SM）在神经鞘磷脂酶的）在神经鞘磷脂酶的作用下产生的一类新型第二信使物质。作用下产生的一类新型第二信使物质。介导细胞凋亡的依据：用天然神经酰胺处理介导细胞凋亡的依据：用天然神经酰胺处理u937白血病细胞，诱导细胞凋亡白血病细胞，诱导细胞凋亡神经酰胺途径相关诱因：电离辐射、神经酰胺途
16、径相关诱因：电离辐射、TNF-、Fas抗原、糖皮质激素抗原、糖皮质激素 5二酰甘油二酰甘油/蛋白激酶蛋白激酶C（PKC）信号系统）信号系统二酰甘油：磷脂酰肌醇和磷脂酰胆碱在磷脂酶二酰甘油：磷脂酰肌醇和磷脂酰胆碱在磷脂酶C催催化下产生的一种第二信使物质。化下产生的一种第二信使物质。依据：依据：活化的活化的PKC1可诱导可诱导u937白血病细胞凋亡白血病细胞凋亡抑制抑制PKC活性可抑制糖皮质激素诱导的小鼠胸腺活性可抑制糖皮质激素诱导的小鼠胸腺细胞凋亡细胞凋亡PKC激动剂佛波脂可抑制某些类型细胞凋亡（糖激动剂佛波脂可抑制某些类型细胞凋亡（糖皮质激素、皮质激素、T细胞受体激活、细胞受体激活、IL-2撤除）撤除）6酪氨酸蛋白激酶系统酪氨酸蛋白激酶系统生长因子或细胞因子生长因子或细胞因子激活酪氨酸蛋白激酶激活酪氨酸蛋白激酶靶蛋白酪靶蛋白酪氨酸磷酸化氨酸磷酸化Ras蛋白激活蛋白激活通过通过Raf-1、MAPKK、MAPK蛋白质磷酸化蛋白质磷酸化细胞分化细胞分化生长因子或细胞因子撤除生长因子或细胞因子撤除不能激活酪氨酸蛋白激酶系不能激活酪氨酸蛋白激酶系统统细胞凋亡细胞凋亡（三）凋亡相关基因（三）凋亡相
