细胞凋亡与疾病精选文档

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1、n19651965年年Kerr,Kerr,对大鼠肝门静脉结扎后肝细对大鼠肝门静脉结扎后肝细胞溶酶体观察；胞溶酶体观察； 初命名为渐进性坏死初命名为渐进性坏死n19721972年年KerrKerr和和CurryCurry提出提出nApo-ptosisApo-ptosis来源于希腊语，来源于希腊语，from fallfrom fall; ;细胞死亡犹如秋天树叶的凋落细胞死亡犹如秋天树叶的凋落细胞凋亡认识回顾细胞凋亡认识回顾 细胞凋亡的概念细胞凋亡的概念(apoptosis)：由内外源因素触发细胞内由内外源因素触发细胞内预存的死亡程序预存的死亡程序而导致的而导致的细胞死亡过程。细胞死亡过程。 程序性

2、细胞死亡程序性细胞死亡 programmed cell death，PCD 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, MA, USA b. 1947John E. SulstonUnited K

3、ingdom The Wellcome Trust Sanger Institute Cambridge, United Kingdom b. 1942THE 2002 NOBEL PRIZE WINNER布雷内慧眼识线虫布雷内慧眼识线虫 凋亡基因凋亡基因线虫细胞谱系线虫细胞谱系细胞的死亡方式细胞的死亡方式坏死坏死凋亡凋亡正常细胞正常细胞细胞坏死与凋亡的差异细胞坏死与凋亡的差异 坏死坏死 凋亡凋亡 性质性质病理性、非特异性病理性、非特异性生理性或病理性，特异性生理性或病理性，特异性 诱导因素诱导因素强烈刺激，随机发生强烈刺激，随机发生较弱刺激，非随机发生较弱刺激，非随机发生 生化特点生化特点被

4、动过程，无新蛋白质合成，被动过程，无新蛋白质合成，不耗能不耗能主动过程，有新蛋白质合成，主动过程，有新蛋白质合成，耗能耗能 DNADNA电泳电泳 形态变化形态变化弥散性降解，电泳呈均一弥散性降解，电泳呈均一DNADNA片状片状细胞结构全面溶解、破坏、细胞结构全面溶解、破坏、细胞肿胀细胞肿胀DNADNA片段化（片段化（180-200 bp180-200 bp），），电泳呈电泳呈“梯梯”状条带状条带胞膜及细胞器相对完整胞膜及细胞器相对完整, ,细胞皱缩，核固缩细胞皱缩，核固缩 炎症反应炎症反应溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体相对完整，局部无炎症溶酶体相对完整，局部无炎症反应反

5、应 凋亡小体凋亡小体无无有有 基因调控基因调控无无有有 Necrosis Necrosis and and and and apoptosisapoptosis细胞凋亡细胞凋亡细胞凋亡细胞凋亡4 4 4 4细胞和细胞细胞和细胞细胞和细胞细胞和细胞器器器器皱缩皱缩皱缩皱缩，胞质致，胞质致，胞质致，胞质致密，密，密，密，核染色质边核染色质边核染色质边核染色质边集集集集5 5 5 5胞质胞质胞质胞质分叶状分叶状分叶状分叶状突起突起突起突起，形成多个，形成多个，形成多个，形成多个凋亡小体凋亡小体凋亡小体凋亡小体，与胞，与胞，与胞，与胞体分离体分离体分离体分离6 6 6 6邻近巨噬细邻近巨噬细邻近巨噬细

6、邻近巨噬细胞等包裹、吞噬胞等包裹、吞噬胞等包裹、吞噬胞等包裹、吞噬凋亡小体凋亡小体凋亡小体凋亡小体 细胞坏死细胞坏死细胞坏死细胞坏死2 2 2 2细胞和细细胞和细细胞和细细胞和细胞器胞器胞器胞器肿胀肿胀肿胀肿胀、核染色质边核染色质边核染色质边核染色质边集集集集3 3 3 3细胞膜、细胞膜、细胞膜、细胞膜、细胞器膜和细胞器膜和细胞器膜和细胞器膜和核膜核膜核膜核膜破裂破裂破裂破裂、崩解、崩解、崩解、崩解、自溶自溶自溶自溶概概 述述Scanning electron micrographsof apoptotic bodies凋亡凋亡意义意义n 确保正常发育生长确保正常发育生长：清除多余的细胞：清除

7、多余的细胞n 维持内环境稳定维持内环境稳定： 清除受损、突变、衰老的细胞清除受损、突变、衰老的细胞n 积极防御功能积极防御功能：对病毒感染细胞阻止复制：对病毒感染细胞阻止复制q调亡失调与疾病：调亡失调与疾病： a、该、该“死死”的细胞未死；的细胞未死； b、不该、不该“死死”的细胞死了。的细胞死了。凋亡细胞的生化改变凋亡细胞的生化改变 1.1.内源性核酸内切酶激活内源性核酸内切酶激活1.1. 切割染色质切割染色质DNADNA，CaCa2+2+/Mg/Mg2+2+(+) (+) ，ZnZn2+ 2+ (-) (-) 2.2.DNADNA片段化片段化1.1.内内切切酶酶在在核核小小体体切切开开DN

8、ADNA，形形成成180-200bp180-200bp为为倍倍数数的的2.2.片段，电泳呈片段，电泳呈“梯状梯状”条带条带3.3.凋亡蛋白酶激活凋亡蛋白酶激活4.4. CaspasesCaspases：天天冬冬氨氨酸酸特特异异的的半半胱胱氨氨酸酸蛋蛋白白酶酶5.5. CaspasesCaspases的的活活性性中中心心富富含含半半胱胱氨氨酸酸，对对底底物天冬氨酸部位有特异的水解作用物天冬氨酸部位有特异的水解作用 内源性核酸内切酶的作用内源性核酸内切酶的作用H1核心颗粒核心颗粒连接区连接区180-200 bp内源性核酸内切酶内源性核酸内切酶ZnZn2+CaCa2+ MgMg2+核小体核小体每个核

9、小体中包含每个核小体中包含180-200bp左右左右DNA片段片段染色质中的染色质中的DNA双螺旋链双螺旋链,等距离缠等距离缠绕组蛋白形成核心颗粒，各颗粒之间绕组蛋白形成核心颗粒，各颗粒之间为为带有为为带有H1组蛋白组蛋白连接区连接区DNA，这种，这种组成染色质的重复结构单位就是组成染色质的重复结构单位就是核小核小体体。 电泳法检测凋亡电泳法检测凋亡DNA Ladder +necrosisapoptosisDNA电泳Caspases功能功能n灭活细胞凋亡的抑制物灭活细胞凋亡的抑制物: :如如Bcl-2n水解蛋白质结构，细胞解体，凋亡小体水解蛋白质结构，细胞解体，凋亡小体n在凋亡级联反应中水解相

10、关活性蛋白：使其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获得或丧失功能( (启动型）启动型）Caspases分类分类Caspases 8，9，10能能激活效应子激活效应子- 启动型启动型Caspases 3，6，7能分解细胞蛋白能分解细胞蛋白- - 效应型效应型效应型效应型启动型启动型 Caspase 家族家族 A凋凋亡亡诱诱导导因因素素受受体体或或直直接接作作用用死死亡亡信信号号凋凋亡亡相相关关基基因因激激活活DNaseDNase激活激活CaspasesCaspases激活激活巨噬巨噬细胞细胞吞噬吞噬分解分解凋亡凋亡细胞细胞 或或继继发发性性坏坏死死诱导期诱导期执行期执行期消亡期

11、消亡期细胞凋亡的分期细胞凋亡的分期信号转导信号转导凋亡诱凋亡诱导因素导因素受体受体cAMPCa2+神经酰胺神经酰胺（第二信使）（第二信使）胞内信胞内信号转导号转导途径途径启动预定启动预定凋亡程序凋亡程序凋亡相关凋亡相关基因激活酶基因激活酶合成合成核酸内切酶激活核酸内切酶激活CaspasesCaspases激活激活DNADNA切割切割细胞解体细胞解体凋凋亡亡基因激活基因激活执行凋亡执行凋亡清除清除细胞凋亡过程细胞凋亡过程细胞凋亡的调控细胞凋亡的调控n(一一) 细胞凋亡信号细胞凋亡信号n(二二) 细胞凋亡信号的转导细胞凋亡信号的转导n(三三) 细胞凋亡的执行细胞凋亡的执行n(四四) 细胞凋亡的基因

12、调控细胞凋亡的基因调控n(五五) 吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬(一一) 细胞凋亡信号细胞凋亡信号 1 1、生理性凋亡信号：生理性凋亡信号：n激素、生长因子直接作用激素、生长因子直接作用: 糖皮质激素、甲状腺素、糖皮质激素、甲状腺素、TNFn激素、生长因子的间接作用激素、生长因子的间接作用: 促肾上腺皮质激素促肾上腺皮质激素2 2、病理性凋亡信号：、病理性凋亡信号：有害因素种类、强度、持续时间有关有害因素种类、强度、持续时间有关n氧化应激的作用：氧化应激的作用：羟自由基、活性氧羟自由基、活性氧n死亡受体的激活：死亡受体的激活：TNFTNF受体基因超家族，膜蛋白受体

13、基因超家族，膜蛋白+ +配体配体 凋亡凋亡n线粒体结构和功能的变化：线粒体结构和功能的变化：通透性转换孔通透性转换孔 线粒体膜电位线粒体膜电位n钙稳态失衡：钙稳态失衡：蛋白、磷脂、核酸内切酶蛋白、磷脂、核酸内切酶 激活子激活子n 死亡受体介导死亡受体介导n 线粒体介导线粒体介导n 内质网介导内质网介导(二二) 细胞凋亡信号的转导细胞凋亡信号的转导1 1死亡受体通路死亡受体通路死亡受体死亡受体 TNFR、Fas、DR3、DR4、DR5等是一类通过等是一类通过与相应配体与相应配体结合，传递细胞结合，传递细胞凋亡凋亡信号信号的的细胞膜蛋白细胞膜蛋白。通路（通路（pathway） 由胞外由胞外TNF超

14、家族的超家族的死亡配体死亡配体引发引发（TNF-a、FasL、TWEAK、TRAIL）TRAIL: TNF-related apoptosis inducing ligand 肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体 TWEAK : tumor necrosis factor-like weak inducer of apoptosis 肿瘤坏死因子样弱凋亡因子肿瘤坏死因子样弱凋亡因子死亡受体介导的凋亡通路死亡受体介导的凋亡通路衔接蛋白衔接蛋白死亡效应域死亡效应域 DED死亡受体介导的通路死亡受体介导的通路CD95LCD95(Fas/APO-1)-ligand衔接蛋白衔接蛋白

15、死亡效应域死亡效应域 DED death effector domainc-FLIP: cellular Fas-associated death domain-like IL-1 beta-converting enzyme inhibitory proteinDeath receptor pathwayCAD: caspase激活的脱氧核糖核酸酶激活的脱氧核糖核酸酶Fas signal pathwayn神经鞘磷脂酶神经鞘磷脂酶(+) 神经酰胺神经酰胺 蛋白激酶蛋白激酶 凋亡凋亡nICE-like caspase ：降解：降解H1组蛋白组蛋白 (IL-1converting enzyme)n

16、Ca2+信号系统：传递死亡信息信号系统：传递死亡信息+ 神经酰胺神经酰胺 24hPC12 cell大鼠肾上腺大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤嗜铬细胞瘤细胞细胞 死亡细胞的死亡细胞的核碎片核碎片神经细胞神经细胞 +NGF 去除去除 NGF诱导因素诱导因素凋亡启动因子释出凋亡启动因子释出（细胞色素（细胞色素C，Apaf，AIF）跨膜电位跨膜电位（ m m）PTP开放开放通透性通透性线粒体损伤线粒体损伤PTP-permeability transition pore 通透性转换孔通透性转换孔Apaf-apoptosis protease activating factor 凋亡蛋白酶激活因子凋亡蛋白酶激活因子C

17、yt.C-cytochrome C 细胞色素细胞色素CAIF- apoptosis inducing factor 凋亡诱导因子凋亡诱导因子n线粒体内、外膜之间的线粒体内、外膜之间的通透性转换孔通透性转换孔(permeability transition pore, PTP)开放，开放，正常，绝大多数关闭。正常，绝大多数关闭。DNA 断裂断裂核酸内切酶核酸内切酶(激活激活)核酸内切酶核酸内切酶(无活性无活性)(+)Caspase inhibitor (-)AIF(+)蛋白质水解蛋白质水解APOPTOSISBcl-2(-)(-)(-)CaCa2+IschemiaHypoxiaROSMtmPTPA

18、paf + Cyt.CCaspase-9 酶原酶原Caspase-9Caspase-3 酶原酶原Caspase-3(+)(+) 线粒体损伤介导的凋亡通路线粒体损伤介导的凋亡通路3.内质网通路内质网通路(endoplasmic reticulumial pathway)内质网内质网应激感受蛋白应激感受蛋白（三）细胞凋亡的执行（三）细胞凋亡的执行 1 1、内源性核酸内切酶激活、内源性核酸内切酶激活, , DNA片段化片段化 切割染色质切割染色质DNA，Ca2+/Mg2+(+) ，Zn2+ (-) 2 2、凋亡蛋白酶激活、凋亡蛋白酶激活 Caspases3 3、其他酶类的激活、其他酶类的激活(四四)

19、细胞凋亡的基因调控细胞凋亡的基因调控n抑制抑制凋亡基因：凋亡基因：bcl-2n促进促进凋亡基因：凋亡基因： fas，P53n双向双向调控基因：调控基因： c-myc，bclx第一个被确认的抑制凋亡基因第一个被确认的抑制凋亡基因v229aa构成（鼠构成（鼠236）v分布在线粒体内膜，细胞内膜表面等处分布在线粒体内膜，细胞内膜表面等处 Bcl-2B细胞淋巴瘤细胞淋巴瘤/白血病白血病-2基因基因(Bcelllymphoma/leukemia-2,Bcl-2)Bcl-2抗凋亡机制抗凋亡机制n 直接的抗氧化直接的抗氧化n 抑制抑制线粒体线粒体释放促凋亡的蛋白质释放促凋亡的蛋白质n 抑制抑制促凋亡促凋亡的

20、的Bax，Bak细胞毒作用细胞毒作用n 抑制抑制Caspases激活激活n 维持细胞钙稳态维持细胞钙稳态2 P53-n野生型诱导凋亡：野生型诱导凋亡： 在在G1期发挥期发挥检查点功能检查点功能有缺陷有缺陷DNA启动启动修复修复修复失败修复失败启动凋亡启动凋亡P53 = molecular policemanP53 野生型诱导凋亡野生型诱导凋亡DNA损伤损伤P53CIP(-)G1SDNA修复修复apoptosisFasFasLBax Bcl-2vCIP-cyclin dependent kinase interacting protien-13. c -myc ，Bcl-xnc-myc 转录调节

21、因子转录调节因子 依赖依赖GFnBcl-x Bcl-xl抑凋亡抑凋亡 Bcl-xs促凋亡促凋亡增殖增殖凋亡凋亡（五）吞噬细胞对凋亡细胞的识别吞噬（五）吞噬细胞对凋亡细胞的识别吞噬n吞噬细胞凝集素吞噬细胞凝集素（lectin）：凋亡细胞）：凋亡细胞单糖单糖暴露暴露n血小板反应蛋白血小板反应蛋白（TSP）：介导）：介导vetronectin受体，受体，CD36/ /细胞间分子桥构建，细胞间分子桥构建，n磷脂酰丝氨酸受体磷脂酰丝氨酸受体：凋亡细胞磷脂酰丝氨酸外翻：凋亡细胞磷脂酰丝氨酸外翻正常机体正常机体：细胞生长与死亡的平衡：细胞生长与死亡的平衡 疾病疾病：细胞凋亡相对不足：细胞凋亡相对不足 细胞凋

22、亡过度细胞凋亡过度 细胞凋亡不足与过度并存细胞凋亡不足与过度并存细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病已已知知的的凋凋亡亡相相关关性性疾疾病病 凋凋 亡亡 相相 对对 不不 足足肿瘤、自身免疫性疾病、肿瘤、自身免疫性疾病、病毒感染等病毒感染等 细胞凋亡不足细胞凋亡不足 1 1肿瘤肿瘤 Bcl-2Bcl-2表达表达P53P53突变或缺失突变或缺失发生发生发展发展转移转移增殖强；凋亡弱增殖强；凋亡弱增殖不强；但凋亡减弱增殖不强；但凋亡减弱凋亡反应低下减弱凋亡反应低下减弱治疗：诱导分化，促使凋亡治疗：诱导分化，促使凋亡从发病学上，细胞凋亡实际是机体天然的抗癌机制之一。从发病学上，细胞凋亡实际是机体天然的抗癌机

23、制之一。2 2、细胞凋亡不足与病毒感染性疾病、细胞凋亡不足与病毒感染性疾病病毒及产物抗凋亡的机制：病毒及产物抗凋亡的机制：n灭活灭活P53： SV40的的T抗原、腺病毒抗原、腺病毒E1B蛋白蛋白n高表达高表达Bcl-2或或Bcl-2样蛋白样蛋白： EB病毒、病毒、E1B蛋白蛋白n灭活灭活ICE：痘病毒产生痘病毒产生ICE的抑制物如的抑制物如CrmA3 3、细胞凋亡不足与自身免疫疾病、细胞凋亡不足与自身免疫疾病 胸腺对胸腺对T T细胞正负选择障碍细胞正负选择障碍n正选择：正选择：与与非已抗原非已抗原结合的单阳性结合的单阳性T T细胞保留细胞保留存活，进入外周存活，进入外周T T细胞库细胞库n负选

24、择：负选择：与与自身抗原自身抗原结合的双阳性结合的双阳性T T细胞被凋细胞被凋亡清除亡清除T cell产生针对自身成分的致敏产生针对自身成分的致敏T T细胞或自身抗体细胞或自身抗体SLESLE：过多凋亡淋巴细胞：过多凋亡淋巴细胞 凋亡小体（核小体）凋亡小体（核小体） 抗核小体抗体抗核小体抗体 抗抗DNADNASystemic lupus erythematosus, SLE系统性红斑狼疮患者存在系统性红斑狼疮患者存在凋亡产物清除障碍凋亡产物清除障碍，未被及时清除的凋亡小体未被及时清除的凋亡小体释放出核小体释放出核小体，从而刺激机体产生相应的从而刺激机体产生相应的自身抗体自身抗体，诱发自身免疫。

25、诱发自身免疫。 细细 胞胞 凋凋 亡亡 过过 度度AIDS、神经退行性疾病、神经退行性疾病、心肌缺血心肌缺血/ /再灌注损伤再灌注损伤n1 细胞凋亡过度与细胞凋亡过度与AIDS HIV引起引起AIDS：艾滋病，获得性免疫缺陷综合征艾滋病，获得性免疫缺陷综合征 (acquired immunodeficiency syndrom)CD 4 +细胞被选择性破坏，引起免疫功能缺陷细胞被选择性破坏，引起免疫功能缺陷CD4 +淋巴细胞凋亡机制淋巴细胞凋亡机制合胞体合胞体AICD效靶效应效靶效应HIVApoptosis bodySignal substance细胞水平细胞水平CD4+CD4+2HIV引起引

26、起CD4+细胞凋亡细胞凋亡Rgp120-Fas-RTNFM OFRTat受体、分子水平受体、分子水平Host cellCD4+cell Fas2. 2. 细胞凋亡过度与细胞凋亡过度与心血管疾病心血管疾病 心肌缺血、缺血心肌缺血、缺血- -再灌伤所致心肌细胞死亡：再灌伤所致心肌细胞死亡： 心肌细胞凋亡可能机制：心肌细胞凋亡可能机制： 氧化应激、钙超载、氧化应激、钙超载、 p53 p53基因激活基因激活 Fas Fas受体上调受体上调 凋亡指数凋亡指数( (凋亡细胞核数凋亡细胞核数 / / 每每100100个细胞核个细胞核) )心衰时心衰时: : 达达35.535.5 ( N: 0.20.4% )

27、 ( N: 0.20.4% ) 3. 3. 神经退行性疾病神经退行性疾病 Alzheimer disease，Parkinson disease, 多发性硬化症等多发性硬化症等 (AD,阿尔茨海默病阿尔茨海默病,早老性痴呆）早老性痴呆） 细胞凋亡细胞凋亡 神经元丧失神经元丧失 引起神经元凋亡的因素：引起神经元凋亡的因素： - -淀粉样蛋白、钙超载、氧化应激及淀粉样蛋白、钙超载、氧化应激及 神经生长因子神经生长因子 分泌不足等分泌不足等 神经元凋亡的发生机制：神经元凋亡的发生机制： Fas P53 c-jun、c-fos 细胞凋亡不足与过度并存细胞凋亡不足与过度并存氧化型氧化型LDLLDL血小板激活血小板激活AngAng高血压高血压 内皮细胞凋亡过度内皮细胞凋亡过度 平滑肌凋亡不足平滑肌凋亡不足 动脉粥样硬化动脉粥样硬化细胞凋亡在疾病防治中的作用细胞凋亡在疾病防治中的作用合理利用凋亡相关因素合理利用凋亡相关因素干预凋亡信号转导干预凋亡信号转导调节凋亡相关基因调节凋亡相关基因调控凋亡相关的酶调控凋亡相关的酶本章目的要求1. 1. 掌握细胞凋亡的相关概念。掌握细胞凋亡的相关概念。2. 2. 掌握细胞凋亡的过程、生化改变、调控。掌握细胞凋亡的过程、生化改变、调控。3. 3. 熟悉细胞凋亡调控异常与疾病。熟悉细胞凋亡调控异常与疾病。