1、第二节第二节 细胞死亡细胞死亡细胞死亡是指细胞生命活动的结束，细胞死亡主要有两种不同的形式：1.坏死性死亡 2.细胞凋亡（apoptosis）3.细胞自噬 4.细胞胀亡1.细胞坏死（necrosis）:由于损伤、缺血或感染引起的细胞死亡现象，伴生炎症。2.细胞凋亡（apoptosis):由死亡信号诱发的受调节的细胞死亡过程，是细胞生理性死亡的普遍形式。凋亡过程中DNA发生片段化，细胞皱缩分解成凋亡小体，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬，不发生炎症。一、细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡与细胞坏死的形态学比较细胞凋亡与细胞坏死的形态学比较NormalApoptosisNecrosis不同凋亡阶段的区分不同
2、凋亡阶段的区分荧光显微镜定性观察细胞凋亡流式细胞仪分析（FACS）电镜下的凋亡细胞(A-B)与坏死细胞(C)特征特征 细胞凋亡细胞凋亡 细胞坏死细胞坏死诱导因素 生理及弱刺激 强烈刺激受累范围 单个细胞丢失 成群细胞死亡膜完整性 保持到晚期 早期即丧失细胞体积 减少、固缩 增大、肿胀染色质 凝聚成半月形 稀疏成网状细胞器 无明显变化 肿张破坏溶酶体 保持完整 破坏外溢细胞形状 形成凋亡小体 破裂成碎片基因组DNA 有控降解 随机降解大分子合成 一般需要 不需要基因调控 有 无后果 不引起炎症反应 引起炎症反应意义 生理死亡方式 病理死亡方式二、细胞凋亡具有重要的生物学意义（一）发育过程中清除多
3、余的细胞 细胞凋亡在指（趾）形成中的作用 蝌蚪发育过程尾部细胞的凋亡 程序性细胞死亡对发育中神经细胞数量的调节（二）清除正常生理活动过程中无用的细胞 衰老的红血细胞、前T、前B淋巴细胞（三）清除病理活动过程中有潜在危险的细胞 DNA损伤的细胞、有癌变危险的细胞、病毒感染的细胞 三、细胞凋亡的分子机制（一）线虫凋亡相关基因线虫的细胞凋亡途径及相关基因1.Caspase家族 (ced-3的同源物)是一类半胱氨酸蛋白水解酶，简称胱天蛋白酶（caspase）共同特点:是富含半胱氨酸，被激活后能特异地切割靶蛋白的天冬氨酸残基后的肽键。（二）（二）人和哺乳动物细胞凋亡相关基因及其产物 根据在凋亡级联反应中
4、的功能不同可分为两类：凋亡上游的起始者:Caspase 2、8、9、10凋亡下游的执行者:Caspase 3、6、7 已发现的Caspase家族成员共有15种其中Caspase 1、4、11 参与白细胞介素前体活化，不直接参加凋亡信号的传递 细胞凋亡过程中Caspase级联效应 细胞凋亡过程中Caspase级联效应 2.Bcl-2蛋白家族 (是线虫ced-9的同源物)根据其功能可以分为两大类:抑制凋亡的Bcl-2:Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w、Mcl-1能阻止线粒体外膜的通透化，保护细胞免于凋亡。促进细胞凋亡的Bcl-2:Bax、Bak，Noxa能够促进线粒体外膜的通透化，促进细胞凋亡
5、。3.p53基因(抑癌基因)DNA损伤 p53活化 p21基因转录 细胞 阻止在G1期,如果DNA损伤不能被修复，p53持续增 高引起细胞凋亡。在依赖P53蛋白的细胞凋亡中，P53基因是通过调节Bc1-2和Bax基因的表达来影响细胞凋亡的。P53蛋白能特异地抑制Bc1-2的表达，相反对Bax的表达则有明显的促进作用。研究表明，P53蛋白是Bax基因的直接的转录活化因子。在这些细胞中，P53蛋白的积累和活动引起了细胞凋亡。P53是肿瘤抑制基因，其产物主要存在于细胞核内。P53基因是人类肿瘤有关基因中突变频率最高的基因。4.Fas和Fasl Fas是广泛存在于正常细胞和肿瘤细胞膜表面受体，Fas配
6、体Fasl主要表达于活化的T淋巴细胞，两者结合将导致携带Fas的细胞凋亡。Cell deathFasFasLTNF-R1TNFTRADDFADDCas8CaseffMitCyt cProtein degradationDNaseNature,2009,457,1019-1022（三）细胞内外因素主要通过两种信号传导途径诱导细胞凋亡1.死亡受体介导的细胞凋亡信号通路2.线粒体介导的细胞凋亡信号通路Caspase-independent signaling pathways四、细胞凋亡失常与疾病（一）细胞凋亡过低导致的疾病1细胞凋亡与肿瘤 肿瘤细胞凋亡抑制基因和凋亡活化基因表达异常如肿瘤细胞常有p
7、53基因的突变或缺失、一般肿瘤细胞高表达Fasl，借以凋亡淋巴细胞，而又低表达Fas，而降低凋亡，形成肿瘤细胞有逃逸免疫及凋亡耐受的特性。2细胞凋亡与系统性红斑狼疮 由于Fas表达缺陷，引起自身反应性T细胞的凋亡功能丧失，导致T淋巴细胞凋亡障碍（二）细胞凋亡过度导致的疾病1细胞凋亡与神经退行性疾病 中枢神经系统神经细胞的丧失是各种神经退行性疾病的病理特点 HIV感染的细胞膜表面可表达gp120，其受体存在于免疫的CD4+T淋巴细胞膜上，当gp120与CD4+T淋巴细胞结合后，可诱导CD4+T淋巴细胞凋亡，导致免疫系统崩溃。2细胞凋亡与AIDS病 3细胞凋亡与心血管疾病 动脉粥样硬化、心肌病、急
8、性心肌梗死，以及心力衰竭中均伴随着细胞凋亡。在发育过程中凋亡异常引起并指（趾）凋亡异常凋亡异常思考题思考题1.简述细胞衰老的主要特征。2.什么是Hayflick界限?3.简述细胞凋亡的形态学特征及其与坏死的主要区别。4.简述细胞凋亡的生物学意义。5.简述动物细胞凋亡主要的两条信号通路。6.何谓Caspase家族?在细胞凋亡过程中起何作用?第十二章 干细胞(一一)干细胞的干细胞的“干性干性”，及其非对称分裂方及其非对称分裂方式式1.干细胞的生物学特征（干性）2.除了与体细胞相同的对称分裂以外，干细胞还具有独特的增殖方式，即非对称分裂 干细胞的独特增殖方式（二）干细胞微环境是干细胞维持自我更新和（
9、二）干细胞微环境是干细胞维持自我更新和 分化潜能的重要场所分化潜能的重要场所1.干细胞微环境及其功能概念：个体出生以后，组织干细胞（包括生殖干细胞）生活的特殊微环境称为干细胞微环境，又称为干细胞巢（stem cell niche）。不同组织类型的“干细胞微环境”的组成及定位不同。2.干细胞微环境包括多种组成成分 信号分子:以自分泌或旁分泌的形式影响干细胞的增殖与分化。细胞黏附分子:确保干细胞定居于微环境中，并接受信号分子的调节。细胞外基质:对干细胞正常功能的维持提供了重要信号，并且可以直接调节干细胞的分化方向。空间效应:空间结构对保持适宜的干细胞数目和干细胞的定向分化发挥了重要作用。果蝇卵巢干
10、细胞微环境骨髓造血干细胞微环境（三）细胞外信号分子通过调控细胞内一些（三）细胞外信号分子通过调控细胞内一些重要转录因子来维持干细胞重要转录因子来维持干细胞“干性干性”胚胎干细胞主要通过细胞外信号分子调控细胞内一些重要转录因子，促进干细胞增殖，抑制细胞分化关键基因的表达水平，维持胚胎干细胞未分化状态。1.LIF是目前唯一明确的保持小鼠干细胞干性的重要细胞因子 LIF-STAT信号通路图 STAT3Oct3/4Sox-2Nanog2.一些重要的转录因子参与调控干细胞的未分化状态小鼠ES细胞“干性”的维持 案例三：Shinya Yamanaka在40多年后的2006年发现，老鼠体内完整成熟的细胞重新
11、编程成为未成熟的干细胞的过程。令人惊讶的是，通过引入少数几个基因，他就能使成熟的细胞重新编程成为多能干细胞，即未成熟的细胞在体内能够发展成所有类型的细胞。（四）诱导多能干细胞（四）诱导多能干细胞1.概念iPS是将非多能干细胞（例如成体体细胞）通过诱导表达某些特定基因转变为多能干细胞。2.iPS细胞建立的主要过程：细胞生物学特征 3.iPS细胞具有和胚胎干细胞相似的生物学特征（1）形态学特点：iPS形态与ES相似，单个细胞呈圆形，核大，胞质少。（2）生长特性：iPS细胞有丝分裂和自我更新特性与ES相同。（3）干细胞表面标志物（4）干细胞特异基因：iPS细胞表达未分化的ES细胞特异基因，包括Oct
12、3/4,Sox2,Nanog,FGF4,Rex1,hTERT等。（5）端粒酶活性：iPS同样具有活跃的端粒酶活性，以维持细胞的自我更新与增殖。多向分化潜能 iPS细胞可以向神经干细胞或心肌细胞分化。表观遗传学特征（1）启动子区甲基化：在iPS细胞中维系干细胞特性的重要基因变为去甲基化，说明上述基因的活化诱导iPS的发生。（2）组蛋白的去甲基化：iPS细胞中与Oct3/4,Sox2,Nanog相关的组蛋白H3发生去甲基化改变，也提示上述基因的活化参与iPS的形成。在未分化干细胞中，87%的功能基因与DNA甲基化相关；在未分化ES细胞，Nanog等启动子保持去甲基化状态，而在已分化细胞，Oct3/
13、4以及Nanog基因启动子区呈甲基化修饰状态。（五）细胞重编程及其常用的技术方法（五）细胞重编程及其常用的技术方法 1.概念细胞重编程（reprogramming）能引导体细胞基因表达向胚胎细胞或者其他类型细胞转变。细胞分化逆转的最早证据来自于将体细胞核导入去 核卵细胞的实验研究。2.细胞重编程常用的技术方法 3.细胞重编程的可能机制 细胞重编程的进程经历了一种中间细胞状态；调控ES细胞分化与发育相关的染色质修饰蛋白；与某些维持干细胞未分化状态的关键基因相关；原癌基因如c-Myc和Klf4 可以促进重编程；细胞融合诱导的重编程还涉及染色质蛋白的交换。（六）干细胞的治疗应用与前景展望（六）干细胞
14、的治疗应用与前景展望 1.干细胞是组织工程较为理想的种子细胞 组织工程是采用细胞、生物材料和组织重建技术，研究和开发用于修复、替代和促进人体组织或器官损伤后功能和形态的生物替代物。干细胞是组织工程较为理想的种子细胞：具有强大的自我更新、增殖能力和进一步分化的潜能。组织干细胞用于组织工程的方式（1）体外培养扩增组织干细胞，直接回输体内。（2）体外诱导组织干细胞分化成组织器官，然后进行组织器官移植。（3）将组织干细胞种植于生物活化支架或装置，并添加合适的诱导因子，体内诱导组织干细胞的活化与增殖，达到在导入局部或远端修复受损组织器官的目的。2.自体来源干细胞治疗是干细胞治疗的重要发展方向 体细胞核移植（SCNT）技术 SCNT的获取效率较低，在哺乳类动物的研究仍然处于初期阶段。iPS技术 常规iPS 技术中采用的病毒载体会带来潜在的治疗安全性问题。最近发展了非整合型的附着载体（episomal vectors）或病毒自剪切多肽技术来获 取人iPS细胞的方法。3.干细胞在组织工程中的应用和发展 干细胞治疗的发展前景 胚胎干细胞的应用需要解决好来源和培养物沾染问题 组织干细胞需要解决体外培养高效扩增等问题 深入研究干细胞的分化机制、建立体外三维 立体培养条件以及开发体内适用的新型生物材料，将是干细胞和组织工程研究的核心。
