1、血管内皮细胞凋亡机制血管内皮细胞凋亡机制 5050年代以前年代以前，对血管内皮细胞的功能不了解，仅看作是血管内壁的屏障。19671967年年JRVane发现离体肺灌流时肺血管内皮细胞有转化血管紧张素I为活性高的血管紧张素II的功能。随后发现肺血管内皮细胞还能摄取并代谢失活多种活性物质如单胺类5-HT、去甲肾上腺素、前列腺素，以至大分子物质缓激肽等的功能，称为“肺的代谢功能”。19761976年年Vane与Moncada发现肺血管内皮细胞能产生前列环素，是活性很强的舒张血管与抗血小板聚集剂。这一里程碑式的发现，成为1982年J.R.Vane获得诺贝尔生物医学奖的主要贡献之一。对血管内皮细胞功能认
2、识的回顾对血管内皮细胞功能认识的回顾 19801980年年Furchgott 等证实ACh能使血管内皮细胞释放一种血管舒张物质，称为内皮舒张因子EDRFEDRF。这是内皮细胞产生的又一种活性很强的物质，有舒张血管与抗血小板聚集作用，兼有抗血管平滑肌增生作用。其主要化学本质是一氧化氮（NO）气体或含有NO的加合物。19811981年年De May与 Vanhoutte提出并验证了与EDRF相对应的内皮收缩因子EDCFEDCF的存在。19881988年年Yanagisawa与Masaki从内皮细胞中分离出一种有极强的收缩血管作用和促血管增生作用的物质，称为内皮素ETET，EDCF之一种。血管内皮细
3、胞产生的活性物质血管内皮细胞产生的活性物质 血管内皮细胞的功能血管内皮细胞的功能 1内皮层不仅仅是血液和组织的屏障内皮层不仅仅是血液和组织的屏障，还具有其他多种功能，如减少血管通透性，调节组织与血液的物质交换，防止血浆成分和血液细胞无序地侵入；抗血栓作用，平衡抗血液凝固纤溶系统和抗血小板机能，维持血液的流动性既有抗凝血功能，又有促凝血功能；血管内皮细胞的功能血管内皮细胞的功能 2调节血管平滑肌功能，合成和分泌调节血管平滑肌舒张和收缩的相关因子（促进平滑肌细胞增殖的物质PDGF,TGF,FGF,ET,AgII,NPY；抑制平滑肌细胞增殖的物质肝素类蛋白聚糖，EDRF,PGI2,CGRP）抑制血管
4、壁细胞的游走和增殖血管内皮细胞还能产生多种活性物质，有调节血管张力和血液流动性与粘附性等功能状态的作用。血管内皮细胞还能摄取转换或灭活血循环与局部产生的活性物质。血栓形成的三大要素为血栓形成的三大要素为血管壁损害血管壁损害、血流停滞及、血流停滞及血液抗凝系统异常。血液抗凝系统异常。内皮细胞在正常情况下发挥抗血栓形成作用，维内皮细胞在正常情况下发挥抗血栓形成作用，维持血液流动性，但在血管抗壁受损和细胞素存在持血液流动性，但在血管抗壁受损和细胞素存在等外部因素作用下，组织因子被激活，内皮细胞等外部因素作用下，组织因子被激活，内皮细胞抗血栓能力减弱，血栓就容易在血管壁内形成。抗血栓能力减弱，血栓就容
5、易在血管壁内形成。在某些病理情况下，如内毒素的释放或细胞素等在某些病理情况下，如内毒素的释放或细胞素等的刺激亦可活化组织因子，引发弥散性血管内凝的刺激亦可活化组织因子，引发弥散性血管内凝血。血。心肌梗塞，脑梗塞等疾病也是由于血管内皮的破心肌梗塞，脑梗塞等疾病也是由于血管内皮的破损、脱落而引发血栓。这些情况都与血管内皮细损、脱落而引发血栓。这些情况都与血管内皮细胞抗血栓作用下降有关。胞抗血栓作用下降有关。APOPTOSISWhat is it?Why is it important?How is it controlled?What is its role in diseases?APOPTOS
6、ISProgrammed cell deathOrderly cellular self destructionProcess:as crucial for survival of multi-cellularorganisms as cell division基本概念基本概念凋亡凋亡是一种受基因调节的自主控制过程，在生物个体发育和生存中起着非常重要的作用；而坏死坏死则是细胞处于剧烈伤害性条件下发生的细胞死亡。在体内，两者最大的区别是前者不引起机体炎症反应，而后者则可引起炎症反应。因此在生理和绝大多数病理条件下的细胞死亡都呈现凋亡或程序性细胞死亡的典型特征。Morphological Feat
7、ures of ApoptosisDNA FragmentationAgarose gelelectrophoresisCells are balanced between life and deathDAMAGEPhysiological death signalsDEATH SIGNALPROAPOPTOTICPROTEINSANTIAPOPTOTICPROTEINSAPOPTOSIS:important in embryogenesisMorphogenesis(eliminates excess cells):Selection(eliminates non-functional ce
8、lls):Apoptosis in the developing mouse pawthe elimination of the tail during themetamorphosis of a tadpole into a frogSTAGES OF APOPTOSISHealthy cellDEATH SIGNALCommitment to die(reversible)EXECUTION(irreversible)Dead cell(condensed,crosslinked)ENGULFMENTDEGRADATION诱导凋亡的机理诱导凋亡的机理 诱导产生凋亡的因素很多，大体上分为以下
9、几大类-内部信号、外源性信号、凋亡内部信号、外源性信号、凋亡诱导因子诱导因子，但是它们之间并没有严格的划分，而是相互协调发挥作用。内部信号内部信号 线粒体线粒体的功能变化可导致细胞凋亡-线粒体参与了细胞死亡的实时进程(active process)，包括介导和调节细胞凋亡的发生，是一种调节细胞凋亡的细胞器。它可以通过三种方式影响细胞的生存与死亡：线粒体线粒体电子传递链的中断和能量生成障碍可以直接导致细胞的死亡，线粒体线粒体可释放或激活介导细胞凋亡的蛋白质，还可以通过改变细胞氧化还原的势能(电位)而影响细胞的命运。外源性信号外源性信号 启动凋亡的一条最具特征性的途径即通过细胞外死亡信号蛋白(TN
10、F-、FASL、TRAIL、APO-3L)与它们相应的细胞表面受体结合，通过死亡受体的信号转导包含一套独特的蛋白，在死亡受体与其相应配体结合后，死亡受体结构域介导蛋白与这些蛋白间相互作用，将细胞内的接头蛋白募集到细胞膜，诱导细胞凋亡。凋亡诱导因子凋亡诱导因子 凋亡诱导因子(apoptosis inducing factor，AIF)是一个57kd的黄素蛋白，与细菌氧化还原酶相似，它定位于线粒体双层膜间区。凋亡诱导因子基因定位于X染色体上，其编码产物是一种可直接介导细胞核凋亡的效应分子当凋亡信号刺激时，AIF分子从线粒体释放到胞浆，然后转位到细胞核内，引起染色体核周边凝集和DNA呈大片段断裂(5
11、0kb)。该作用是AIF独立作用的结果，可以不依赖caspase-3的活性。因此AIF介导的细胞凋亡可能代表了独立于caspase通路之外的另一条更原始、更保守的凋亡途径。Apoptosis can be activated in several ways 对凋亡的基因调控分为两类，一是对凋亡的基因调控分为两类，一是直接调控直接调控，如癌，如癌基因等直接控制凋亡的发生发展；另一是基因等直接控制凋亡的发生发展；另一是间接调控间接调控，如生物活性分子通过诱导基因的表达来调控。，如生物活性分子通过诱导基因的表达来调控。细胞凋亡相关的基因有：凋亡诱导基因，如细胞凋亡相关的基因有：凋亡诱导基因，如p53
12、p53、FasFas、ICEICE、rprrpr、Bcl-xsBcl-xs、BaxBax、BakBak、BadBad、bidbid、bikbik等；凋亡抑制基因，如等；凋亡抑制基因，如Bcl-2(BBcl-2(B淋巴细胞瘤基因淋巴细胞瘤基因-2)-2)、IAPIAP家族家族(生存素生存素)、BclBcl-xl-xl、AlAl、Bcl-wBcl-w、MclMcl、BAG-1BAG-1等。等。Bcl-2Bcl-2家族包括了抗凋亡成分家族包括了抗凋亡成分Bcl-2Bcl-2、BclBcl-xl-xl、BclBcl-W W和和Mcl-1Mcl-1以及促凋亡成分以及促凋亡成分BaxBax、BakBak和
13、和BokBok 基因调控基因调控 影响影响MTPMTP(微粒体甘油三酯转运蛋白微粒体甘油三酯转运蛋白?)的开放以及的开放以及cytcyt c c和和AIFAIF的释放。的释放。抗凋亡蛋白抗凋亡蛋白Bcl-2Bcl-2和和Bcl-xLBcl-xL等可以抑制等可以抑制MTPMTP的功能，减少的功能，减少cytcyt c c和和AIFAIF的释放，并通过与线粒体内膜控制离子转运的的释放，并通过与线粒体内膜控制离子转运的蛋白发生功能性或生理性的联系，导致氢离子从线粒体中蛋白发生功能性或生理性的联系，导致氢离子从线粒体中泵出，抑制由于呼吸链脱耦联所导致的基质钙离子的释放，泵出，抑制由于呼吸链脱耦联所导致
14、的基质钙离子的释放，提高线粒体的钙缓冲能力。提高线粒体的钙缓冲能力。促凋亡蛋白促凋亡蛋白BaxBax等则可以促进等则可以促进MTPMTP的功能，增加的功能，增加cytcyt c c和和AIFAIF的释放，从而介导凋亡的发生。的释放，从而介导凋亡的发生。Bcl-2家族家族caspases 细胞凋亡与细胞内半胱氨酸蛋白水解酶(caspases)家族有关，caspases的激活可触发细胞的凋亡，但抑制caspases的作用并不能完全阻断由促凋亡因子引起的细胞凋亡。一些促凋亡基因如Bax(以线粒体膜为靶子的哺乳细胞蛋白)即使在caspases失活的情况下，仍可介导线粒体的损伤和细胞凋亡。Caspase
15、s are present in every cell asinactive enzymes called pro-caspaseCaspases are activated in cascades thatlead to extensive cellular degradationMechanism of cytochrome c release:Mitochondrial permeability transition poreAdenine nucleotidetransporterPorinOuter mitochondrialmembraneInner mitochondrialme
16、mbraneWater,solutesApoptotic TriggerVolume dysregulation Expansion of matrix spacecytochrome ccaspase activators DyDyDisruption ofelectron transportCaspase activation by mitochondriaCell death triggersOxidants,calcium Bax,ceramideChannels open,outer membrane intactMatrix swelling,outer membraneruptu
17、resCytochrome cCytochrome c&other caspaseactivatorsNecrosisATP,DyDy ROSInactive Apaf-1Active Apaf-1Caspase 9Caspases activatedApoptosis 细胞凋亡的检测方法细胞凋亡的检测方法 APOPTOSIS:control Receptor pathway(physiological):Death receptors:(FAS,TNF-R,etc)FAS ligandTNFDeathdomainsAdaptor proteinsPro-caspase 8(inactive)
18、Caspase 8(active)Pro-execution caspase(inactive)Execution caspase(active)DeathMITOCHONDRIAAPOPTOSIS:control Intrinsic pathway(damage):MitochondriaCytochrome c releasePro-caspase 9 cleavagePro-execution caspase(3)cleavageCaspase(3)cleavage of cellular proteins,Nuclease activation,Etc.DeathBAXBAKBOKBC
19、L-XsBADBIDB IKBIMNIP3BNIP3BCL-2BCL-XLBCL-WMCL1BFL1DIVANR-13Several viral proteinsAPOPTOSIS:control Physiological Intrinsicreceptor pathway damage pathway MITOCHONDRIAL SIGNALSCaspase cleavage cascadeOrderly cleavage of proteins and DNACROSSLINKING OF CELL CORPSES;ENGULFMENT(no inflammation)APOPTOSIS
20、:Role in Disease TOO MUCH:组织萎缩组织萎缩TOO LITTLE:增生增生NeurodegenerationThin skinetcCancerAthersclerosisetcAPOPTOSIS:Role in DiseaseNeurodegenerationNeurons are post-mitotic(cannot replace themselves)Neuronal death caused by loss of proper connections,loss of proper growth factors(e.g.NGF),damage(especial
21、ly oxidative damage)Neuronal dysfunction or damage results in loss of synapses(synaptosis;reversible)apopsosis(irreversible)PARKINSONS DISEASEALZHEIMERS DISEASEHUNTINGTONS DISEASE etc.APOPTOSIS:Role in DiseaseCancerApoptosis eliminates damaged cells(damage=mutations=cancerTumor suppressor p53 contro
22、ls senescenceand apoptosis responses to damageMost cancer cells defective in apoptotic responseHigh levels of anti-apoptotic proteinsor Low levels of pro-apoptotic proteins=CANCERAPOPTOSIS:Role in DiseaseAGINGAging-both too much and too little apoptosis(evidence for both)Too much(accumulated oxidative damage?)-tissue degenerationToo little(defective sensors,signals?-dysfunctional cells accumulatehyperplasia(precancerous lesions)
