1、 Apoptosis and DiseaseProf.Liuleap 刘志跃刘志跃 Department of PathophysiologyInner Mongolia Medical College一一 细胞凋亡概述细胞凋亡概述二二 细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡的过程与调控*三三 细胞凋亡调控异常与疾病细胞凋亡调控异常与疾病*四四 调控细胞凋亡防治疾病的思路调控细胞凋亡防治疾病的思路Kerr,J.F.R.,Wyllie,A.H.&Currie,A.R.,Apoptosis:A Basic Biological Phenomenon With Wide Ranging Implication
2、s In Tissue Kinetics.British Journal of Cancer(1972),26,239第一节 概 述一、研究背景一、研究背景 细胞凋亡学说的建立是细胞凋亡学说的建立是20世纪生物医学世纪生物医学科学发展史上的里程碑。科学发展史上的里程碑。现在认为：细胞凋亡在有机体的正常发现在认为：细胞凋亡在有机体的正常发生、组织重建、老化和应答不可恢复的损生、组织重建、老化和应答不可恢复的损害中具有重要意义；细胞凋亡的失控，可害中具有重要意义；细胞凋亡的失控，可能成为肿瘤、神经退化性疾病及免疫缺陷能成为肿瘤、神经退化性疾病及免疫缺陷等多种疾病的病因。等多种疾病的病因。1972T
3、he term“apoptosis”coined1987Discovery of Bcl-21993ICECaspases identifiedp53 discovered as an apoptosis regulator19911989Death receptors(TNFR,Fas/Apol-1)Role Cyt C and apoptosome confirmed 2019-7IAPs discovered2000Smac discovered1977-1982Death genes in C.elegans identified“ladder pattern”线虫发育中细胞的凋亡：荧
4、光显微镜图片线虫发育中细胞的凋亡：荧光显微镜图片 荧光显微镜下的秀丽线虫荧光显微镜下的秀丽线虫（图片来自（图片来自nematode）秀丽线虫：秀丽线虫：2019诺贝尔生诺贝尔生物医学奖的新宠。物医学奖的新宠。二、与细胞凋亡有关的基本概念二、与细胞凋亡有关的基本概念 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称为细胞凋亡(apoptosis)。生理条件下，清除异常细胞方式；生理条件下，清除异常细胞方式；病理条件下，细胞凋亡可致疾病。病理条件下，细胞凋亡可致疾病。细胞凋亡是细胞在一定的生理或病理条细胞凋亡是细胞在一定的生理或病理条件下，遵循自身的程序，自己结束其生命件下，遵循自身的程
5、序，自己结束其生命的过程，最后细胞裂解为若干凋亡小体，的过程，最后细胞裂解为若干凋亡小体，被其他细胞吞噬。被其他细胞吞噬。现在很多情况下，细胞凋亡亦称为现在很多情况下，细胞凋亡亦称为程序程序性细胞死亡性细胞死亡(programmed cell death,PCD)。PCD这一概念已为科学家广泛接受。目前这一概念已为科学家广泛接受。目前对对PCD概念又有新的延伸。概念又有新的延伸。（一）细胞凋亡与程序性细胞死亡（一）细胞凋亡与程序性细胞死亡 (二二)细胞凋亡与有丝分裂细胞凋亡与有丝分裂(mitosis)有丝分裂有丝分裂代表细胞的分裂与分化，其与机体的生长发育密切相关。而细胞凋亡细胞凋亡是由细胞内
6、某些特定基因所决定，具有特殊的生物学意义，是一种细胞的主动死亡过程。正常时，二者动态平衡，以维持机体细胞数量的平衡和自稳(如蝌蚪青蛙尾巴消失现象)。细胞凋亡与细胞凋亡与细胞坏死细胞坏死(necrosis)是多细是多细胞生物细胞死亡的两种不同形式，在形胞生物细胞死亡的两种不同形式，在形态学、生化代谢、分子机制、结局和意态学、生化代谢、分子机制、结局和意义等方面都有本质的区别：义等方面都有本质的区别：（三）细胞凋亡与细胞坏死（三）细胞凋亡与细胞坏死(necrosis)细胞凋亡与坏死的比较细胞凋亡与坏死的比较 区别点区别点 坏死（他杀）坏死（他杀）凋亡（自杀）凋亡（自杀）1.性质性质 病理性，非特异
7、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 2.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 3.生化特点生化特点 被动过程，无新蛋白被动过程，无新蛋白 主动过程，有新蛋白合成，主动过程，有新蛋白合成，合成，不耗能合成，不耗能 耗能耗能 4.形态变化形态变化 细胞结构全面溶解、细胞结构全面溶解、胞膜及细胞器相对完整胞膜及细胞器相对完整 破坏破坏 细胞肿胀细胞肿胀 细胞皱缩，核固缩细胞皱缩，核固缩 5.DNA电泳电泳 弥散性降解，电泳呈弥散性降解，电泳呈 DNA片段化片段化(180200bp)，均一均一DNA片状片状 电泳
8、呈电泳呈“梯梯”状条带状条带 6.炎症反应炎症反应 溶酶体破裂，溶酶体破裂，溶酶体相对完整，溶酶体相对完整，局部炎症反应局部炎症反应 局部无炎症反应局部无炎症反应 7.凋亡小体凋亡小体 无无 有有 8.基因调控基因调控 无无 有有NPCD：细胞细胞死亡死亡细胞坏死PCD凋亡：1型细胞死亡自噬：2型细胞死亡 自噬小体形成副凋亡：无caspase活化胀亡：oncosis有丝分裂灾变：不依赖p53或依赖凋亡坏死有丝分裂灾变缓慢细胞死亡副凋亡自噬细胞死亡概貌图细胞死亡概貌图死亡死亡信号信号死亡受体触发癌基因激活细胞毒物药放射线紫外线其它cell 1.确保正常发育生长确保正常发育生长 机体的发育、生长过
9、程并不仅仅与细机体的发育、生长过程并不仅仅与细胞的增殖与分化有关，凋亡在器官组织胞的增殖与分化有关，凋亡在器官组织的形成、成熟过程中也发挥了重要作用。的形成、成熟过程中也发挥了重要作用。它可以清除多余和失去功能价值的细胞。它可以清除多余和失去功能价值的细胞。人胚胎肢芽形成指(趾)间隙的过程 哺乳类雄性个体穆勒氏管的消失 昆虫羽化时的改组 三、细胞凋亡的生理和病理意义三、细胞凋亡的生理和病理意义 2.维持内环境稳定维持内环境稳定 受损、突变或衰老的细胞如果存留体受损、突变或衰老的细胞如果存留体内就可能干扰机体功能，甚至演变为多内就可能干扰机体功能，甚至演变为多种疾病种疾病(如肿瘤如肿瘤)。为了维
10、持内环境的稳。为了维持内环境的稳定，机体必须及时将这些细胞清除，清定，机体必须及时将这些细胞清除，清除这些细胞的主要方式就是凋亡。除这些细胞的主要方式就是凋亡。清除针对自身抗原的清除针对自身抗原的T细胞，维持免疫稳定细胞，维持免疫稳定 更新皮肤、粘膜上皮：新更新皮肤、粘膜上皮：新C增殖增殖/衰老衰老C凋亡凋亡 子宫内膜随子宫内膜随H水平的周期变化水平的周期变化 清除不能修复的受损清除不能修复的受损C/癌前病变癌前病变C 通过细胞凋亡被机体清除的细胞数量是相当通过细胞凋亡被机体清除的细胞数量是相当可观的，可观的，每秒钟可达数百万个！每秒钟可达数百万个！3.发挥积极的防御功能发挥积极的防御功能 细
11、胞凋亡参与了机体的防御反应，细胞凋亡参与了机体的防御反应，例如当机体受到病毒感染时，受感染例如当机体受到病毒感染时，受感染的细胞发生凋亡，使的细胞发生凋亡，使DNA发生降解，发生降解，整合于其中的病毒整合于其中的病毒DNA也随之被破坏，也随之被破坏，因而阻止了病毒的复制。因而阻止了病毒的复制。1 1、诱导期、诱导期2 2、效应期、效应期3 3、降解期、降解期第二节 细胞凋亡过程与调控一、细胞凋亡的过程一、细胞凋亡的过程(三个阶段三个阶段)DNase激活激活Caspases激活激活基因降解基因降解结构破坏结构破坏凋亡细胞凋亡细胞吞噬清除吞噬清除凋亡诱导因素凋亡诱导因素+受体受体死亡信号死亡信号凋
12、亡相关凋亡相关基因激活基因激活Ca2+神经酰胺神经酰胺cAMP 二、凋亡时细胞的主要变化二、凋亡时细胞的主要变化 1.细胞凋亡的形态学改变细胞凋亡的形态学改变 凋亡细胞表面的微绒毛消失，并逐步脱离与周围细胞的接触。可见到：空泡化空泡化(blebbing)：胞浆脱水，胞膜迅速 发生空泡化。固缩固缩(condensation)：细胞体积逐渐缩小引起。出芽出芽(buding)：内质网不断扩张并与胞膜融合，形成膜表面的芽状突起。染色质边集染色质边集(margination)：晚期核质高度浓缩融合成团，染色质集中分布在核膜的边缘，呈新月形或马蹄形分布。胞膜皱缩内陷，分割包裹胞浆，形成泡状小体，这是凋亡细
13、胞特征性的形态学改变。（电镜下见透亮空泡 和浓密核碎片）凋亡小体凋亡小体(apoptosis body)：Normal CellApoptotic Cell 2.细胞凋亡的生化改变细胞凋亡的生化改变 细胞凋亡过程中细胞凋亡过程中DNA的片段化断裂的片段化断裂及及蛋白质的降解（蛋白质的降解（Caspase）尤为重要尤为重要。典型的细胞凋亡以细胞核固缩、染色质典型的细胞凋亡以细胞核固缩、染色质DNA的特征性片段化为主要特征。细胞凋的特征性片段化为主要特征。细胞凋亡发生时亡发生时DNA双链的断裂发生在双链的断裂发生在核小体核小体连连接部，是内源性核酸内切酶被激活所致。接部，是内源性核酸内切酶被激活所
14、致。DNA链上每隔链上每隔200个核苷酸就有个核苷酸就有1个核小个核小体，当内切酶在核小体连接区切开体，当内切酶在核小体连接区切开DNA时时,即可形成即可形成或其整倍数片段。或其整倍数片段。这些片段在琼脂糖凝胶电泳中可呈特征这些片段在琼脂糖凝胶电泳中可呈特征性的性的“梯梯状状”(ladder pattern)条带，这是条带，这是判断凋亡发生的客观指标之一。判断凋亡发生的客观指标之一。因此因此,DNA片段化断裂是细胞凋亡的关片段化断裂是细胞凋亡的关键性结局。键性结局。DNA ladder assayed with the Apoptotic DNA Ladder KitLane Identifi
15、cation:M=Size marker；=Control cells without camptothecin+=Cells treated with camptothecin；C=Positive control from the kitDNA ladder assayed with the Apoptotic DNA Ladder KitTNF（50、100、150 IU/ml）induced L929 for 14h 强烈应激致强烈应激致LC,GC分泌分泌诱导其凋亡。诱导其凋亡。甲状腺素促蝌蚪甲状腺素促蝌蚪青蛙的器官退化。青蛙的器官退化。TNF可诱导多种细胞发生凋亡。可诱导多种细胞发生
16、凋亡。兴奋性神经递质兴奋性神经递质(Glu)诱导神经元凋亡。诱导神经元凋亡。三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控（一）一）细胞凋亡信号细胞凋亡信号 1、生理性凋亡信号、生理性凋亡信号(1)某些激素和细胞因子直接作用某些激素和细胞因子直接作用1、生理性凋亡信号、生理性凋亡信号(1)某些激素和细胞因子直接作用某些激素和细胞因子直接作用(2)某些激素和细胞因子间接作用某些激素和细胞因子间接作用 ACTH/睾丸酮睾丸酮/雌激素等，防靶细胞凋亡，雌激素等，防靶细胞凋亡，维持其正常存活之必需。维持其正常存活之必需。当其缺乏时，激活当其缺乏时，激活killer gene引发凋亡。引发凋亡。2、病理性凋亡信号
17、、病理性凋亡信号 诱导凋亡的因素：诱导凋亡的因素：生物及化学毒素生物及化学毒素/病毒感染病毒感染/射线射线/应激应激/抗癌药抗癌药物物/营养缺乏营养缺乏/功能负荷过重等。功能负荷过重等。(两重性)抑制凋亡的因素：抑制凋亡的因素：各种化学促癌物各种化学促癌物/病毒病毒(EBV/HPV)/Zn2+/苯巴苯巴比妥比妥/半胱氨酸蛋白酶抑制剂半胱氨酸蛋白酶抑制剂/中性氨基酸中性氨基酸 诱导细胞凋亡与否与有害因素的种类、强度诱导细胞凋亡与否与有害因素的种类、强度和作用持续时间等有关。和作用持续时间等有关。氧化应激的作用氧化应激的作用 辐射辐射/感染感染/毒素毒素ROSROS DNA损伤激活损伤激活P53P
18、53基因基因/活化聚活化聚ADP核糖转移酶核糖转移酶 脂质过氧化使脂质过氧化使Ca2+内流增加内流增加 活化核转录因子活化核转录因子NF-B和和AP-1 诱导细胞凋亡的环节诱导细胞凋亡的环节 死亡受体的激活死亡受体的激活 一组一组TNFR基因超基因超家族成员家族成员 Fas、TNFR1、DR3/4/5等（膜蛋白）等（膜蛋白）相应配体（生理或病理）与之结合即触发凋亡相应配体（生理或病理）与之结合即触发凋亡 线粒体功能和结构的改变线粒体功能和结构的改变 跨膜电位跨膜电位(m)明显下降（明显下降（PTP异常）异常）钙稳态失衡（胞浆钙稳态失衡（胞浆Ca2+激活多种酶）激活多种酶）FaslTNFTNFR
19、2TWEAKTRAILFas/CD95TNFR1DR3APR-3DR4/5TWEAK TNF相似相似的凋亡诱导分子的凋亡诱导分子TRAIL TNF相关相关的凋亡诱导配体的凋亡诱导配体（二）细胞凋亡信号的转导（二）细胞凋亡信号的转导1、死亡受体介导的凋亡通路、死亡受体介导的凋亡通路FasL、TNF 、DR3-5配体介导的细胞凋亡信号途径配体介导的细胞凋亡信号途径促凋亡因子促凋亡因子衔接衔接蛋白蛋白死亡诱导信号复合物死亡诱导信号复合物 DISC Fas蛋白蛋白/Fas配体信号系统（配体信号系统（TNFR）Fas是一种细胞表面受体细胞表面受体，为跨膜蛋白。也称为APO-1（CD95），是1989年两
20、家实验室同时发现在细胞株表面介导凋亡的蛋白分子，属于肿瘤坏死因子受体家族。Fas蛋白伸向胞浆的部分有一段与TNF 受体相似，与TNF 受体和NGF(神经生长因子)受体高度同源，存在于多种组织细胞。FasL/抗抗FasAbFas蛋白蛋白 神经酰胺神经酰胺 PKs 抗抗FasAb/TNF Fas蛋白蛋白 降解降解H1组蛋白组蛋白 ICE样Caspase DNA舒展位点暴露舒展位点暴露核酸内切酶切割核酸内切酶切割DNA Fas蛋白激活蛋白激活胞内胞内Ca2+信号系统信号系统死亡信息死亡信息 Fas相关的信号转导通路相关的信号转导通路细胞细胞凋亡凋亡 线粒体功能改变在细胞凋亡的发生中线粒体功能改变在细
21、胞凋亡的发生中起关键性作用起关键性作用。线粒体途径最为重要！线粒体途径最为重要！线粒体并非只是能量细胞器，在凋亡线粒体并非只是能量细胞器，在凋亡中是枢纽，它通过释放凋亡启动因子中是枢纽，它通过释放凋亡启动因子(如如CytC、AIF、Smac/Diablo)进入胞质而调进入胞质而调控着细胞的生死。控着细胞的生死。2、线粒体介导的凋亡通路、线粒体介导的凋亡通路PTP开放开放bcl-2射线射线Ca2+/NO生物生物/化疗化疗缺血缺氧缺血缺氧活性氧活性氧线粒体线粒体m 线粒体线粒体介导的介导的凋亡通路凋亡通路Apaf+Cyt.CAIF无活性无活性核酸内切酶核酸内切酶核酸内切酶核酸内切酶激活激活DNAD
22、NA断裂断裂细胞凋亡细胞凋亡凋亡凋亡蛋白酶蛋白酶 线粒体线粒体SmacSmac与细胞凋亡与细胞凋亡（Second mitochondria-derived activator of caspase）核酸内切酶核酸内切酶G G或或caspasecaspase的二级线粒体衍生激活因子的二级线粒体衍生激活因子凋亡复合体凋亡复合体 cAMP/PKA cAMP/PKA信号系统信号系统 胞内胞内Ca2+Ca2+信号系统信号系统 神经酰胺信号系统神经酰胺信号系统 DG/PKC DG/PKC信号系统信号系统 PTK PTK信号系统信号系统此外内质网可以介导凋亡通路 在细胞凋亡过程中执行染色质在细胞凋亡过程中执
23、行染色质DNA切割任务的是内源性核酸内切酶。切割任务的是内源性核酸内切酶。核酸内切酶在细胞核内，不能直接核酸内切酶在细胞核内，不能直接激活，需一系列胞内信号转导方能激活激活，需一系列胞内信号转导方能激活（Ca2+/mg2+依赖，依赖，Zn2+抑制）。抑制）。活化的内切酶使活化的内切酶使DNA断裂为核小体断裂为核小体倍数的片段。倍数的片段。1、内源性核酸内切酶激活及其作用、内源性核酸内切酶激活及其作用（三）细胞凋亡的执行（三）细胞凋亡的执行 凋亡蛋白酶是一组对底物天冬氨酸部位凋亡蛋白酶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有特异水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶酸的蛋
24、白酶(caspase是是cysteine-containing aspartate-specific protease的缩写的缩写)。目前已。目前已发 现 该 蛋 白 酶 家 族 至 少 有发 现 该 蛋 白 酶 家 族 至 少 有 1 4 个 成 员个 成 员(caspase1-14)。胱冬肽酶蛋白酶家族胱冬肽酶蛋白酶家族 2、Caspases的激活及其作用的激活及其作用Caspase的激活的激活Caspase分为两类：分为两类：启动型：启动型：caspase 8-108-10效应型：效应型：caspase 3/6/73/6/7 灭活灭活凋亡抑制蛋白凋亡抑制蛋白/凋亡抑制物凋亡抑制物(如如B
25、cl-2)。水解水解蛋白质结构使细胞解体，裂解核纤蛋白质结构使细胞解体，裂解核纤层蛋白层蛋白lamins的板层结构，形成凋亡小体。的板层结构，形成凋亡小体。Caspase在凋亡中所起的主要作用是：在凋亡中所起的主要作用是：3、其他、其他 组织型转谷氨酰胺酶催化组织型转谷氨酰胺酶催化 谷氨酰与谷氨酰与 赖氨赖氨基交联形成稳定构架，基交联形成稳定构架，形成凋亡小体形成凋亡小体。胞浆胞浆Ca2+活化需钙蛋白酶（活化需钙蛋白酶（calpains）引）引发相关发相关凋亡过程。凋亡过程。目前，细胞凋亡相关基因多达数十种，目前，细胞凋亡相关基因多达数十种，根据功能的不同可将其分为三类：根据功能的不同可将其分
26、为三类：抑制凋亡基因：抑制凋亡基因：Bcl-2、EIB、IAP等等 促进凋亡基因：促进凋亡基因：wtp53、Bax、Bak等等 双向调控基因：双向调控基因：c-myc、Bclx（四）（四）细胞凋亡的基因调控细胞凋亡的基因调控 拮抗凋亡：拮抗凋亡：促进凋亡：促进凋亡：Bcl-2家族成员的一个显著特征是形成同源或家族成员的一个显著特征是形成同源或异源二聚体，促进凋亡蛋白和拮抗凋亡蛋白的异源二聚体，促进凋亡蛋白和拮抗凋亡蛋白的比率决定着细胞是否生存。比率决定着细胞是否生存。1、Bcl-2 家族家族(B cell lymphoma/leukemia-2)Bcl-2是是B细胞淋巴瘤细胞淋巴瘤/白血病白血
27、病-2基因的缩写形式，基因的缩写形式，它是首个被确认抑制凋亡作用的基因。它是首个被确认抑制凋亡作用的基因。Bcl-2家族家族是高等动物生存和死亡信号是高等动物生存和死亡信号至关重要至关重要的整合因子。的整合因子。已发现至少已发现至少15个个Bcl-2蛋白家族成员：蛋白家族成员：直接的抗氧化；直接的抗氧化；抑制线粒体释放促凋亡蛋白抑制线粒体释放促凋亡蛋白(Cyt.C、AIF)；抑制抑制促凋亡调节蛋白促凋亡调节蛋白Bax、Bak细胞毒作用；细胞毒作用；抑制抑制 Caspases的激活；的激活；维持细胞钙稳态。维持细胞钙稳态。Bcl-2Bcl-2抗凋亡的主要机制是：抗凋亡的主要机制是：野生型野生型p
28、53基因编码的基因编码的P53蛋白是一种蛋白是一种DNA结合蛋白，该蛋白在细胞周期的结合蛋白，该蛋白在细胞周期的G1期发挥期发挥检查点检查点(check point)的功能，负责的功能，负责检查染色体检查染色体 DNA是否有损伤，一旦发现是否有损伤，一旦发现有缺陷的有缺陷的DNA，它就刺激，它就刺激CIP(CDKinteracting protein-1)的表达，阻止细胞的表达，阻止细胞进入细胞周期，并启动进入细胞周期，并启动DNA修复机制。修复机制。突变型突变型p53则抑制细胞凋亡。则抑制细胞凋亡。2、p53与与DNA相结合的相结合的p53蛋白蛋白 在人类基因组所包含的数万条基因中，它是研究
29、的最为透彻的一个。在已经进入临床试验的抗肿瘤基因治疗药物中，超过4040个都选择了以它为靶点。“molecular”-p53 C-myc是一种癌基因，其蛋白具有是一种癌基因，其蛋白具有双向调节双向调节作用。作用。C-myc蛋白作为重要蛋白作为重要的转录调节因子，既可激活介导细胞的转录调节因子，既可激活介导细胞增殖的基因，也可激活介导细胞凋亡增殖的基因，也可激活介导细胞凋亡的基因，在此情况下细胞何去何从，的基因，在此情况下细胞何去何从，取决于细胞接受何种信号以及细胞所取决于细胞接受何种信号以及细胞所处的生长环境处的生长环境（GF的支持）的支持）。3、C-myc 凋亡细胞的彻底清除对维持内环境重要
30、！凋亡细胞的彻底清除对维持内环境重要！已经凋亡的细胞可被邻近的吞噬细胞或其他细胞所识别、吞噬、分解。这一过程需时约数分钟至数小时。若清除不彻底，可引起炎性反应、次级若清除不彻底，可引起炎性反应、次级损伤、抗核抗体及炎性自身抗体。损伤、抗核抗体及炎性自身抗体。巨噬细胞是“专职淸道夫”细胞，其它细胞亦可。识别死亡标记的“可食性”。（五）吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬（五）吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬 一个细胞表面的糖类与另一个细胞表面的凝一个细胞表面的糖类与另一个细胞表面的凝集素结合激活是吞噬细胞识别的基础。集素结合激活是吞噬细胞识别的基础。1、吞噬细胞凝集素（、吞噬细胞凝集素（Lectin）的
31、作用）的作用2、血小板反应蛋白介导吞噬、血小板反应蛋白介导吞噬3、磷脂酰丝氨酸受体的作用、磷脂酰丝氨酸受体的作用 吞噬细胞分泌的糖类血小板反应蛋白吞噬细胞分泌的糖类血小板反应蛋白(TSP)可可介导巨噬细胞上的介导巨噬细胞上的victronectin受体对凋亡细胞受体对凋亡细胞的吞噬。的吞噬。正常血细胞膜上的磷脂不对称分布，细胞凋正常血细胞膜上的磷脂不对称分布，细胞凋亡时被破坏，露出相关成分，被亡时被破坏，露出相关成分，被PS受体识别。受体识别。细胞凋亡是机体维持细胞群体数量稳态的重细胞凋亡是机体维持细胞群体数量稳态的重要手段，细胞凋亡失调要手段，细胞凋亡失调(凋亡不足或和凋亡过凋亡不足或和凋亡
32、过度度)可成为某些疾病的重要发病机制。可成为某些疾病的重要发病机制。一、细胞凋亡不足一、细胞凋亡不足 这类疾病无论细胞增殖的状态如何，其共同这类疾病无论细胞增殖的状态如何，其共同特点是细胞凋亡相对不足，细胞生死相抵之后特点是细胞凋亡相对不足，细胞生死相抵之后仍然是生大于死，导致细胞群体的稳态被破坏，仍然是生大于死，导致细胞群体的稳态被破坏，于是病变细胞异常增多或病变组织体积增大，于是病变细胞异常增多或病变组织体积增大，器官功能异常。器官功能异常。第三节第三节 细胞凋亡调控异常与疾病细胞凋亡调控异常与疾病 过去一直以为细胞增殖和分化的异常是过去一直以为细胞增殖和分化的异常是肿瘤发病的主要症结所在
33、，现在从另一个肿瘤发病的主要症结所在，现在从另一个角度角度细胞凋亡细胞凋亡来审视肿瘤的发生。来审视肿瘤的发生。目前认为目前认为细胞增殖过度细胞增殖过度是肿瘤发病的一是肿瘤发病的一个途径，个途径，凋亡受抑、细胞死亡不足凋亡受抑、细胞死亡不足是肿瘤是肿瘤发病的另一途径，结果导致病变组织内肿发病的另一途径，结果导致病变组织内肿瘤细胞存活延长，使细胞群体内存活与死瘤细胞存活延长，使细胞群体内存活与死亡的平衡被破坏，存活大于死亡，肿瘤细亡的平衡被破坏，存活大于死亡，肿瘤细胞数目的净增长增多。胞数目的净增长增多。1、细胞凋亡不足与肿瘤、细胞凋亡不足与肿瘤 Bcl-2基因：基因：研究发现多种肿瘤组织研究发现
34、多种肿瘤组织(如如前列腺癌、结肠癌等前列腺癌、结肠癌等)Bcl-2基因的表达基因的表达显著高于周围正常组织，提示这些肿瘤显著高于周围正常组织，提示这些肿瘤与细胞凋亡减弱有关。与细胞凋亡减弱有关。野生型野生型p53基因：基因：是目前最受关注的抑是目前最受关注的抑癌基因，它主要通过诱导肿瘤细胞凋亡癌基因，它主要通过诱导肿瘤细胞凋亡而发挥抑癌作用。当而发挥抑癌作用。当p53基因突变或缺基因突变或缺失时，细胞凋亡减弱，机体肿瘤的发生失时，细胞凋亡减弱，机体肿瘤的发生率明显增加。率明显增加。肿瘤发生的相关基因 例如：例如：研究发现在非小细胞肺癌研究发现在非小细胞肺癌p53基因的突基因的突变率为变率为50
35、以上，在小细胞肺癌甚至高以上，在小细胞肺癌甚至高达达80。机体正是通过细胞凋亡清除那。机体正是通过细胞凋亡清除那些对机体内环境可能构成威胁的细胞。些对机体内环境可能构成威胁的细胞。因此，从发病学角度来看，细胞凋亡因此，从发病学角度来看，细胞凋亡实际上是机体天然的抗癌机制之一，与实际上是机体天然的抗癌机制之一，与肿瘤的发展和转移也密切相关。肿瘤的发展和转移也密切相关。自身免疫病最主要的特征是自身抗原受到自身抗体或致敏T淋巴细胞的攻击，造成器官组织损伤。正常情况下，免疫系统在发育过程中已将针对自身抗原的免疫细胞有效清除，其主要方式就是细胞凋亡。2、细胞凋亡不足自身免疫病、细胞凋亡不足自身免疫病 T
36、细胞的发育、分化在胸腺内进行，胸腺具有选择性保留或去除T细胞中不同克隆的功能，即正选择正选择（positive selection）和负选择负选择(negative selection)。通过正选择具有与非己抗原-MHC抗原结合的TcR的单阳性细胞可以存活下来，并进入外周T细胞库。如果胸腺功能异常，负选择机制失调，那如果胸腺功能异常，负选择机制失调，那些针对自身抗原的些针对自身抗原的T细胞，就可存活，并得细胞，就可存活，并得到不应有的增殖，进而攻击自身组织，产到不应有的增殖，进而攻击自身组织，产生自身免疫病，如生自身免疫病，如SLE、多发性硬化症、多发性硬化症、胰岛素依赖型糖尿病、慢性甲状腺炎
37、和系胰岛素依赖型糖尿病、慢性甲状腺炎和系膜增殖性肾小球肾炎等。膜增殖性肾小球肾炎等。因此，从细胞凋亡角度看自身免疫病因此，从细胞凋亡角度看自身免疫病的发病是由于细胞凋亡不足，未能有效的发病是由于细胞凋亡不足，未能有效清除自身免疫性清除自身免疫性T细胞所致。细胞所致。到目前为止，到目前为止，仍是治疗自仍是治疗自身免疫性疾病的有效药物之一，其主要身免疫性疾病的有效药物之一，其主要机制就是诱导那些异常存活的自身免疫机制就是诱导那些异常存活的自身免疫性性T细胞凋亡。细胞凋亡。(1)心肌缺血与缺血心肌缺血与缺血-再灌注损伤：再灌注损伤：既往认为心肌缺血或缺血-再灌注损伤造成的心肌细胞死亡形式是坏死。目前
38、研究表明，该种心肌细胞的损伤坏死与凋坏死与凋亡共存亡共存。(坏死没救、凋亡可控)二、细胞凋亡过度二、细胞凋亡过度1、细胞凋亡过度与心血管疾病、细胞凋亡过度与心血管疾病 早期凋亡为主，晚期坏死为主早期凋亡为主，晚期坏死为主 梗死灶中央以坏死为主，周边凋亡为主梗死灶中央以坏死为主，周边凋亡为主 慢慢/轻缺血凋亡为主，急轻缺血凋亡为主，急/重缺血常坏死重缺血常坏死IR引起细胞凋亡有时比单纯缺血更严重引起细胞凋亡有时比单纯缺血更严重 心肌缺血与缺血-再灌注损伤时细胞凋亡特点：心肌缺血或缺血-再灌注损伤引起细胞凋亡的机制不清，可能与下列因素有关:体内实验证明，应用SOD可显著减少缺血-再灌注引起的心肌细
39、胞凋亡，提示与氧化应激有关与氧化应激有关。缺血或缺氧可引起心肌细胞死亡受体Fas显著上调显著上调，使心肌细胞有可能通过与FasL(Fas配体)反应而导致细胞凋亡；实验证明，缺氧可增加p53基因的转录，因此心肌缺血所引起的细胞凋亡可能与与p53基因的激活有关。基因的激活有关。(2)心力衰竭：心力衰竭：既往人们对心力衰竭发病机制的研究注意力往往投放到心肌细胞功能异常功能异常上，而对心肌细胞数量的变化数量的变化及其对心衰的影响则关注不多。目前认为：目前认为：各种原因引起的心肌细胞凋各种原因引起的心肌细胞凋亡造成心肌细胞数量减少可能是心力衰竭亡造成心肌细胞数量减少可能是心力衰竭发生、发展的原因之一。发
40、生、发展的原因之一。压力负荷过重引起的心衰动物观察到左心肥大的同时，心肌细胞数量减少，是由细胞凋亡造成的。从心衰病人心肌标本证实，心肌凋亡指数(apoptotic index，发生凋亡的细胞核数100个细胞核)高达高达35.5，而对照水平仅0.2-0.4。这一现象给心衰发病机制赋予了新的内容，即心衰时不但有心肌细胞功能异常，而且还有心肌细胞数量减少。故阻遏凋亡可防故阻遏凋亡可防治心衰！治心衰！2、细胞凋亡过度与神经元退行性疾病、细胞凋亡过度与神经元退行性疾病 在神经系统疾病中有在神经系统疾病中有一类以特定神经元进行一类以特定神经元进行性丧失为其病理特征的性丧失为其病理特征的疾病，如疾病，如：A
41、lzheimer disease(AD)Parkinson disease Huntington病病 多发性硬化症等多发性硬化症等 AD造成神经元丧失的主要机制是细胞造成神经元丧失的主要机制是细胞凋亡。凋亡。其因素包括淀粉样蛋白、钙超载、氧化应激及NGF分泌不足等。其可能机制是：其可能机制是：有关致病因素(如氧自由基)作用于神经元，引起Ca2+内流增加内流增加，然后激活与-淀粉样蛋白合成有关的基因，神经元内-淀粉样蛋白含量增加，从而导致神经元凋亡。因此，阻抑胞内游离钙浓度上升或清除氧自由基，就可能阻断细胞凋亡。“青少年型帕金森病青少年型帕金森病”患者患者占据总人数的占据总人数的10，20患者因
42、环境污染或受化患者因环境污染或受化学毒素侵蚀学毒素侵蚀“中招中招 练太极是治疗帕金森病最好练太极是治疗帕金森病最好的一项体育运动，图为的一项体育运动，图为100多名帕金森病人在打太极。多名帕金森病人在打太极。AD神经元凋亡性丧失的发病机制：神经元凋亡性丧失的发病机制：Fas抗原的介导：抗原的介导：GFAP(胶原纤维酸性蛋白胶原纤维酸性蛋白)p53基因的活化：基因的活化：c-jun和和c-fos及其编码蛋白的作用：及其编码蛋白的作用：APP695基因突变的作用：基因突变的作用：-淀粉样物质前体淀粉样物质前体低亲和力低亲和力NGF受体（受体（P75NGFR）高表达）高表达NF-B的活化的活化 3、
43、病毒感染、病毒感染 由人免疫缺陷病毒(HIV)感染引起的AIDS具有传播速度快，无特效疗法和死亡率高(5年内100)等特点，其关键的发病机制是关键的发病机制是CD4+淋巴细胞被淋巴细胞被选择性破坏，选择性破坏，致其数量锐减，引起相关免疫功能缺陷。球形，直径100-120nm，电镜下可见一致密的圆锥状核心，内含病毒RNA分子和酶（逆转录酶、整合酶、蛋白酶），病毒外层囊膜系双层脂质蛋白膜，其中嵌有gp120和gp41，分别组成刺突和跨膜蛋白。囊膜内面为P17蛋白构成的衣壳，其内有核心蛋白（P24）包裹RNA。(1)糖蛋白糖蛋白120(gP120)：感染感染HIV的宿主细的宿主细胞膜上可表达一种名胞
44、膜上可表达一种名为为gp1 2 0的糖蛋白，的糖蛋白，CD4+淋巴细胞的表面淋巴细胞的表面存有这种蛋白的受体，存有这种蛋白的受体，当当gP120与与CD4+受体分受体分子 结 合 后 即 可 触 发子 结 合 后 即 可 触 发CD4+淋巴细胞凋亡。淋巴细胞凋亡。HIV gp120 结合结合CD4/辅助受体辅助受体CD4 抗原抗原辅助受体辅助受体CD4+细胞细胞HIV感染导致感染导致CD4+淋巴细胞淋巴细胞发生凋亡与下列因素有关：发生凋亡与下列因素有关：被感染的被感染的CD4+细胞细胞gp120 阳性阳性未感染的未感染的CD4+细胞细胞gp120 阴性阴性 受受HIV感染的大部分感染的大部分C
45、D4+淋巴细胞淋巴细胞(约约80-90)逐步融合形成合胞体逐步融合形成合胞体(syncytia)或多核巨细胞，合胞或多核巨细胞，合胞体在形成过程中或形成后即可发生凋亡而解体。体在形成过程中或形成后即可发生凋亡而解体。gp120CD4 HIV感染可使感染可使CD4+淋巴细胞的淋巴细胞的fas基因基因表达上调，因而使表达上调，因而使CD4+淋巴细胞对淋巴细胞对fas介导的凋亡敏感性介导的凋亡敏感性提高。提高。(3)Fas基因表达上调基因表达上调：(4)(4)T 细胞激活：细胞激活：HIV感染可引起感染可引起CD4+淋巴细胞处于被淋巴细胞处于被激活状态。正常情况下被激活的细胞会激活状态。正常情况下被
46、激活的细胞会迅速发生增殖反应，但在迅速发生增殖反应，但在HIV感染时被感染时被激活的激活的CD4+淋巴细胞不但不发生增殖，淋巴细胞不但不发生增殖，反而发生凋亡。反而发生凋亡。这种发生在细胞激活以后的这种发生在细胞激活以后的T淋巴细淋巴细胞死亡又称为胞死亡又称为激活诱导的细胞死 亡激活诱导的细胞死 亡(activation-induced cell death，AICD)。（5）细胞因子分泌细胞因子分泌：受HIV感染的巨噬细胞分泌肿瘤坏死因子(TNF)增多，TNF可通过与TNF受体-1(死亡受体)结合而启动死亡程序，也可刺激CD4+淋巴细胞大量产生氧自由基，通过氧化应激而触发细胞凋亡。HIV感染
47、的巨噬细胞感染的巨噬细胞 (6)Tat蛋白（蛋白（transactivator）：受受HIV感染的细胞可产生反式激活感染的细胞可产生反式激活蛋白蛋白tat，这种蛋白可自由透过细胞膜。，这种蛋白可自由透过细胞膜。tat蛋白进入蛋白进入CD4+淋巴细胞后，可诱导淋巴细胞后，可诱导细胞产生氧自由基，增强细胞产生氧自由基，增强Fas抗原表达抗原表达而提高对细胞凋亡的易感性。而提高对细胞凋亡的易感性。(7)自相残杀自相残杀 在在HIV慢性感染阶段，受感染的慢性感染阶段，受感染的CD4+淋巴细胞可作为效应细胞淋巴细胞可作为效应细胞(effect cell)，未受未受HIV感染的感染的CD4+淋巴细胞作为其
48、靶淋巴细胞作为其靶细胞而被诱导产生凋亡。这是慢性细胞而被诱导产生凋亡。这是慢性HIV感染感染CD4+淋巴细胞数量减少的主要原因。淋巴细胞数量减少的主要原因。健康人外周血中健康人外周血中CD4+T细胞数量为细胞数量为1000/ml，晚期，晚期AIDS患者则在患者则在100/ml 在AIDS发病过程中，细胞凋亡具有一定的保护意义。(不成功,便成仁,但是最终自己逐渐摧毁了整个免疫系统)因此，在积极抗病毒治疗的同时，如何阻止免疫细胞的凋亡是AIDS病人免疫重建的关键所在。生命的渴望生命的渴望卡氏肺囊虫卡氏肺囊虫鹅口疮鹅口疮念珠菌性肺炎念珠菌性肺炎 人类组织器官由于细胞类型的差异，在同一疾病或病理过程中
49、凋亡不足和凋亡过度两种情况可同时并存。三、三、细胞凋亡不足与过度并存细胞凋亡不足与过度并存 动脉粥样硬化即属于这种情况，对内皮动脉粥样硬化即属于这种情况，对内皮细胞而言是凋亡过度，对平滑肌细胞来说细胞而言是凋亡过度，对平滑肌细胞来说则是凋亡不足。则是凋亡不足。（事实上，在AS过程中血管平滑肌细胞的凋亡大幅度升高，但为何AS血管壁仍然会变厚变硬呢？）当血管平滑肌增殖活性升高的同时，其凋亡也当血管平滑肌增殖活性升高的同时，其凋亡也增强，以维持平滑肌细胞数的动态平衡。这是一增强，以维持平滑肌细胞数的动态平衡。这是一种防止血管壁过度增厚的保护性反应。种防止血管壁过度增厚的保护性反应。然而，从总体上看然
50、而，从总体上看AS发病过程中，平滑肌细胞发病过程中，平滑肌细胞的增殖始终占主导地位的增殖始终占主导地位(如：如：PTCA后再狭窄后再狭窄)。因此，增殖与凋亡相抵后平滑肌细胞数的净增因此，增殖与凋亡相抵后平滑肌细胞数的净增值仍然增加；这可以解释上述值仍然增加；这可以解释上述AS血管为何逐渐增血管为何逐渐增厚的现象。厚的现象。有学者提出抗有学者提出抗AS的思路：促平滑肌细的思路：促平滑肌细胞凋亡，防其过度增殖。胞凋亡，防其过度增殖。动脉粥样硬化平滑肌增殖过度的原因动脉粥样硬化平滑肌增殖过度的原因 第四节 调控细胞凋亡防治疾病的思路 例如，通过射线照射、外源性例如，通过射线照射、外源性TNF、高温、
