1、apoptosisapoptosisCell apoptosis and related diseasesapoptosisapoptosis细胞凋亡的概念细胞凋亡的概念细胞凋亡与坏死的区别细胞凋亡与坏死的区别研究历史及现状研究历史及现状细胞凋亡的生理意义细胞凋亡的生理意义第一节概第一节概 述述apoptosisapoptosis细胞凋亡（细胞凋亡（cell apoptosis）是病理学家Kerr等人在1972年提出的不同于坏死的细胞死亡的新概念。概概 述述也称为程序性细胞死亡也称为程序性细胞死亡(programmed cell death，PCD)由体内外因素触发细胞内由体内外因素触发细胞内
2、预存的死亡预存的死亡程序程序而导致的而导致的细胞死亡细胞死亡过程。过程。细胞凋亡的概念细胞凋亡的概念apoptosisapoptosis 近年来细胞凋亡和近年来细胞凋亡和 PCD常被做为常被做为同义词同义词使用，但有学者认为两者是不同的概念：使用，但有学者认为两者是不同的概念：细胞凋亡是一个细胞凋亡是一个形态学概念形态学概念，如染色质着，如染色质着边及边及DNA梯状条带等；梯状条带等；PCD是一个是一个功能性概念功能性概念，不一定有上述形，不一定有上述形态学变化。态学变化。概概 述述apoptosisapoptosis细胞坏死通常由严重损伤因素所致细胞坏死通常由严重损伤因素所致，如毒物，如毒物
3、中毒、严重缺血、缺氧、强酸、强碱、强大中毒、严重缺血、缺氧、强酸、强碱、强大电流等，正常组织细胞不发生坏死。电流等，正常组织细胞不发生坏死。细胞凋亡是一种生理性、主动的细胞死亡方细胞凋亡是一种生理性、主动的细胞死亡方式式，在许多方面与坏死有显著的差别。，在许多方面与坏死有显著的差别。概概 述述细胞凋亡与坏死的区别细胞凋亡与坏死的区别apoptosisapoptosis细胞凋亡与坏死的比较细胞凋亡与坏死的比较1.性质性质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4.形态变化形态变化5.DNA电泳电泳7.凋亡小体凋亡小体8.
4、基因调控基因调控被动过程，无新蛋白合成被动过程，无新蛋白合成不耗能不耗能 主动过程，有新蛋白合成主动过程，有新蛋白合成耗能耗能细胞肿胀、细胞结构全细胞肿胀、细胞结构全面溶解、破坏面溶解、破坏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，核固缩弥散性降解，电泳呈均一弥散性降解，电泳呈均一DNA片状片状 DNA片段化（片段化（180-200bp）电泳呈电泳呈“梯梯”状条带状条带6.炎症反应炎症反应溶酶体破裂，局部溶酶体破裂，局部炎症反应炎症反应溶酶体相对完整，局部溶酶体相对完整，局部无炎症反应无炎症反应有有病理性，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
5、异性无无有有无无Necrosis Apoptosis概概 述述apoptosisapoptosisTwo Different Types of Cell Death在小鼠肌肉中生长的在小鼠肌肉中生长的P815P815肿瘤细胞中因肿瘤细胞中因缺血诱导的坏死缺血诱导的坏死,示浓缩的染色质块的病示浓缩的染色质块的病态的边缘、膨胀的线粒体和分解的膜。态的边缘、膨胀的线粒体和分解的膜。概概 述述大鼠被阉割后大鼠被阉割后2d 2d 在前列腺中诱导的凋亡在前列腺中诱导的凋亡示凋亡小体被吞噬示凋亡小体被吞噬。概概 述述apoptosisapoptosis概概 述述apoptosisapoptosis 凋亡概念
6、的形成：凋亡概念的形成：1965 年澳大利亚科学家发现年澳大利亚科学家发现,结扎鼠门静脉结扎鼠门静脉后后,电镜观察到肝实质组织中有一些散在的死亡电镜观察到肝实质组织中有一些散在的死亡细胞细胞,这些细胞的溶酶体并未被破坏这些细胞的溶酶体并未被破坏,显然不同于显然不同于细胞坏死。这些细胞体积收缩、染色质凝集细胞坏死。这些细胞体积收缩、染色质凝集,从从其周围的组织中脱落并被吞噬其周围的组织中脱落并被吞噬,机体无炎症反应机体无炎症反应 1972 年年Kerr 等三位科学家首次提出了细胞等三位科学家首次提出了细胞凋亡的概念凋亡的概念,宣告了对细胞凋亡的真正探索的开宣告了对细胞凋亡的真正探索的开始。在此之
7、前始。在此之前,关于胚胎发育生物学、免疫系统关于胚胎发育生物学、免疫系统的研究的研究,肝细胞死亡的研究都为这一概念的提出肝细胞死亡的研究都为这一概念的提出奠定了基础。奠定了基础。概概 述述研究历史及现状研究历史及现状apoptosisapoptosis 细胞凋亡的形态学及生物化学研究阶段：细胞凋亡的形态学及生物化学研究阶段：(1972-1987)l用光镜和电镜对细胞形态学特征进行了详细用光镜和电镜对细胞形态学特征进行了详细的研究；的研究；l染色体染色体DNA的降解，细胞凋亡的一个显著特的降解，细胞凋亡的一个显著特征就是细胞染色质的征就是细胞染色质的DNA片段化降解；片段化降解；lRNA蛋白质大
8、分子的合成；蛋白质大分子的合成；l钙离子变化，细胞内钙离子浓度的升高是细钙离子变化，细胞内钙离子浓度的升高是细胞发生凋亡的一个重要条件；胞发生凋亡的一个重要条件；l内源性核酸内切酶激活，细胞发生凋亡是需内源性核酸内切酶激活，细胞发生凋亡是需要这种核酸内切酶参与的。要这种核酸内切酶参与的。概概 述述研究历史及现状研究历史及现状apoptosisapoptosis 细胞凋亡的分子生物学研究阶段：细胞凋亡的分子生物学研究阶段：(最近几年最近几年)l与细胞凋亡的相关基因及调控；与细胞凋亡的相关基因及调控；l细胞凋亡的信号转导；细胞凋亡的信号转导；l与细胞凋亡的各种分子及其相互作用及相互关系与细胞凋亡的
9、各种分子及其相互作用及相互关系 细胞凋亡的临床应用基础研究阶段：细胞凋亡的临床应用基础研究阶段：l细胞凋亡的研究，其生命力在于最终能够有利于细胞凋亡的研究，其生命力在于最终能够有利于疾病机制的阐明，以及新疗法的探索及问世。疾病机制的阐明，以及新疗法的探索及问世。概概 述述研究历史及现状研究历史及现状apoptosisapoptosis 2002年年10月月7日英国人悉尼日英国人悉尼布雷诺尔、美国人布雷诺尔、美国人罗伯特罗伯特霍维茨和英国人约翰霍维茨和英国人约翰苏尔斯顿苏尔斯顿,因在器官发因在器官发育的遗传调控和育的遗传调控和细胞程序性死亡细胞程序性死亡方面的研究获诺贝方面的研究获诺贝尔生理与医
10、学奖。尔生理与医学奖。Sydney Brenner H.Robert Horvitz John E.Sulstonapoptosisapoptosis 确保正常发育、生长确保正常发育、生长 清除多余的、失去功能价值的细胞清除多余的、失去功能价值的细胞 维持内环境稳定维持内环境稳定 清除受损、突变或衰老的细胞清除受损、突变或衰老的细胞 发挥积极的防御功能发挥积极的防御功能 受病毒感染的细胞凋亡，阻止病毒的复制受病毒感染的细胞凋亡，阻止病毒的复制概概 述述细胞凋亡的生理意义细胞凋亡的生理意义apoptosisapoptosis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 细胞凋亡的大致过
11、程细胞凋亡的大致过程 凋亡时细胞的主要变化凋亡时细胞的主要变化 细胞凋亡的调控细胞凋亡的调控凋亡过程与调控凋亡过程与调控apoptosisapoptosis凋亡过程与调控凋亡过程与调控一、细胞凋亡的大致过程一、细胞凋亡的大致过程大致分成大致分成4个阶段个阶段 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apoptosisapoptosis细胞凋亡过程细胞凋亡过程cAMPCa2+神经酰胺神经酰胺凋亡凋亡诱导诱导因素因素死死亡亡信信号号凋亡相关基因激活凋亡相关基因激活DNase激活激活Caspases激活激活巨噬细胞吞噬巨噬细胞吞噬
12、分解凋亡细胞分解凋亡细胞信号转导信号转导基因激活基因激活凋亡执行凋亡执行凋亡细胞的清除凋亡细胞的清除+受体受体凋亡过程与调控凋亡过程与调控apoptosisapoptosis 细胞凋亡的形态学改变细胞凋亡的形态学改变 凋亡过程与调控凋亡过程与调控二、凋亡时细胞的主要变化二、凋亡时细胞的主要变化胞膜空泡化胞膜空泡化(blebbing)固缩固缩(condensation)出芽出芽(budding)染色质边集染色质边集(margination)微绒毛消失微绒毛消失与周围细胞与周围细胞脱接触脱接触凋亡小体凋亡小体(apoptosis body)apoptosisapoptosis凋亡过程与调控凋亡过程
13、与调控fragmentationnormalblebbingcondensationBuddingmarginationapoptosis bodyMorphological Changes during Apoptosisapoptosisapoptosis左，正常胸腺细胞；右，凋亡胸腺细胞（注意凋亡小体）左，正常胸腺细胞；右，凋亡胸腺细胞（注意凋亡小体）凋亡过程与调控凋亡过程与调控apoptosisapoptosis DNA的片段化断裂的片段化断裂 激活的激活的DNase的作用的作用 蛋白质降解蛋白质降解 激活的激活的Caspases的作用的作用凋亡过程与调控凋亡过程与调控二、凋亡时细胞的
14、主要变化二、凋亡时细胞的主要变化 细胞凋亡的生化改变细胞凋亡的生化改变 apoptosisapoptosis凋亡过程与调控凋亡过程与调控概概 述述apoptosisapoptosis 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 Endogenous nuclease,DNase正常时以无活性的形式存在于细胞核。特点：特点：依赖二价金属离子依赖二价金属离子DNase:Ca2+/Mg2+可可 增强其活性，增强其活性，Zn2+抑制其活性抑制其活性;非依赖二价金属离子的非依赖二价金属离子的DNase激活：激活：凋亡诱导因素不能直接激活，需经一系凋亡诱导因素不能直接激活，需经一系 列细胞内
15、信号转导环节方能激活。列细胞内信号转导环节方能激活。作用：作用：切割染色质切割染色质DNA凋亡过程与调控凋亡过程与调控执行凋亡的两个酶执行凋亡的两个酶 apoptosisapoptosisCaspase激活及其作用激活及其作用 Caspase 是一组对底物是一组对底物门冬氨酸部位门冬氨酸部位有特异有特异水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白水解水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白水解酶，全称为：酶，全称为：含半胱氨酸的门冬氨酸特异水解酶含半胱氨酸的门冬氨酸特异水解酶(cysteine-containing aspartate-specific protease)。家族成员家族成员:10余个
16、第一被发现的是第一被发现的是 ICE(interleukin-1 converting enzyme)即即caspase-1，此前发现线虫类此前发现线虫类CED-3是是细胞凋亡所必需的蛋白酶，在哺乳类与细胞凋亡所必需的蛋白酶，在哺乳类与CED-3结结构、功能相似的是构、功能相似的是ICE，因此，常把两者并列为因此，常把两者并列为CED-3/ICE。激活激活凋亡过程与调控凋亡过程与调控执行凋亡的两个酶执行凋亡的两个酶 apoptosisapoptosisHuman initiator and executioner caspasesHumanPro-domainActivatorsEstabli
17、shed or proposed functionInitiator CaspasesCasp 8DEDFADDDeath receptor signaling,cell proliferationCasp 10DEDFADDDeath receptor signalingCasp 9CARDApaf-1/cyt cCasp3/7 activation after mitochondrial stressCasp 12CARDTRAF-2 calpainER stressCasp 2CARDDEFCAP,RAIDDPremitochondrial stressEffector Caspases
18、Casp 3shortcaps 9,8,othersCleavage of most apoototic substratesCasp 7shortcasp 9,8,othersCleavage of most apoototic substratesCasp 6shortCasp3,7Lamin cleavageInflammatory CaspasesCasp 1CARDIpaf,ASC,inflammasomeIL-1/IL-18 maturation,apoptosisCasp 5CARDInflammasomeIL-1/IL-18 maturation,LPS stressCasp
19、4apoptosisapoptosis信号信号TNF相关蛋白相关蛋白存活因素缺失存活因素缺失化疗药物、发育信号化疗药物、发育信号Caspases活化因子活化因子死亡受体死亡受体细胞色素细胞色素C释放释放Apaf-1FADD起始起始Caspase效应效应CaspaseCaspase-3(-6，-7)Caspase-8(-10)Caspase-9执行凋亡执行凋亡(裂解凋亡调控因子，水解细胞蛋白裂解凋亡调控因子，水解细胞蛋白)Caspases的活化与级联反应的活化与级联反应凋亡过程与调控凋亡过程与调控apoptosisapoptosisCaspases激活及其作用激活及其作用作用：作用：u灭活凋亡抑
20、制物（如灭活凋亡抑制物（如Bcl-2）u水解蛋白质结构，导致细胞解体，形成凋水解蛋白质结构，导致细胞解体，形成凋亡小体亡小体u在凋亡级联反应中水解相关活性蛋白，使在凋亡级联反应中水解相关活性蛋白，使其获得或丧失某种生物学功能功能其获得或丧失某种生物学功能功能 凋亡过程与调控凋亡过程与调控执行凋亡的两个酶执行凋亡的两个酶 Caspases-9 Caspases-3 酶原 活性Caspases-3 apoptosisapoptosis凋亡相关因素凋亡相关因素凋亡信号的转导凋亡信号的转导凋亡相关基因凋亡相关基因凋亡过程与调控凋亡过程与调控三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控apoptosisapop
21、tosis诱导性因素诱导性因素v激素和生长因子失衡激素和生长因子失衡生理水平是细胞正常生长所必需，缺乏时细胞凋亡生理水平是细胞正常生长所必需，缺乏时细胞凋亡相反，某些激素和生长因子过多也可导致细胞凋亡相反，某些激素和生长因子过多也可导致细胞凋亡v理化因素理化因素射线、高温、强酸、强碱、乙醇抗癌药等均可导致细射线、高温、强酸、强碱、乙醇抗癌药等均可导致细胞凋亡。如电离辐射胞凋亡。如电离辐射OFRDNA受损受损凋亡。凋亡。v免疫性因素免疫性因素免疫分子参与免疫细胞和靶细胞的凋亡过程。免疫分子参与免疫细胞和靶细胞的凋亡过程。如如:细胞毒细胞毒T淋巴细胞淋巴细胞分泌粒酶分泌粒酶靶细胞凋亡。靶细胞凋亡。
22、v微生物学因素微生物学因素细菌、病毒等致病微生物及其毒素可诱导细胞凋亡。细菌、病毒等致病微生物及其毒素可诱导细胞凋亡。如如:HIV感染感染CD4+淋巴细胞凋亡。淋巴细胞凋亡。(一一)细胞凋亡相关因素细胞凋亡相关因素凋亡过程与调控凋亡过程与调控apoptosisapoptosis 抑制性因素抑制性因素v某些细胞因子某些细胞因子 如如IL-2，神经生长因子等具有抑制细胞凋亡的作用，当，神经生长因子等具有抑制细胞凋亡的作用，当其减少时，依赖它们的细胞会发生凋亡。其减少时，依赖它们的细胞会发生凋亡。v某些激素某些激素 如如ACTH、睾丸酮、雌激素对防止靶细胞凋亡，维持其、睾丸酮、雌激素对防止靶细胞凋亡
23、，维持其正常存活是必需的，当减少时可导致靶细胞凋亡正常存活是必需的，当减少时可导致靶细胞凋亡v其它因素其它因素:也有抑制细胞凋亡作用也有抑制细胞凋亡作用l某些二价金属阳离子，如某些二价金属阳离子，如Zn2+等等l药物，如苯巴比妥、半胱氨酸蛋白酶抑制剂等药物，如苯巴比妥、半胱氨酸蛋白酶抑制剂等l病毒，如病毒，如EB病毒、牛豆病毒等病毒、牛豆病毒等l中性氨基酸中性氨基酸 (一一)细胞凋亡相关因素细胞凋亡相关因素凋亡过程与调控凋亡过程与调控apoptosisapoptosis凋亡过程与调控凋亡过程与调控(二二)细胞凋亡信号的转导细胞凋亡信号的转导 细胞外的凋亡诱导因素作用于细胞后可转化为细细胞外的凋
24、亡诱导因素作用于细胞后可转化为细胞凋亡信号，并通过胞内不同的信号转导途径，最终胞凋亡信号，并通过胞内不同的信号转导途径，最终激活细胞死亡程序，导致细胞凋亡。其特点是：激活细胞死亡程序，导致细胞凋亡。其特点是：多样性多样性:即不同种类的细胞有不同的信号转导系统。即不同种类的细胞有不同的信号转导系统。耦联性耦联性:与细胞增殖、分化的信号转导系统在某些环节与细胞增殖、分化的信号转导系统在某些环节 上有交叉、耦联。上有交叉、耦联。同一因素条件不同同一因素条件不同,去向不一去向不一 同一性同一性:即不同的凋亡诱导因素可通过同一信号转导系即不同的凋亡诱导因素可通过同一信号转导系 统触发细胞凋亡。如统触发细
25、胞凋亡。如TNF、电离辐射、电离辐射、Fas 抗抗 原均可通过原均可通过神经酰胺途径神经酰胺途径触发凋亡。触发凋亡。多途性多途性:同一凋亡因素可以通过多条信号转导途径触发同一凋亡因素可以通过多条信号转导途径触发 凋亡。如：糖皮质激素可通过凋亡。如：糖皮质激素可通过神经酰胺神经酰胺、胞内胞内 Ca2+及及cAMP/PKA信号系统引起淋巴细胞凋亡信号系统引起淋巴细胞凋亡apoptosisapoptosis凋亡过程与调控凋亡过程与调控细胞凋亡信号的转导途径细胞凋亡信号的转导途径 胞内胞内Ca2+信号系统信号系统l细胞凋亡时，细胞凋亡时，Ca2+i上升。用上升。用Ca2+载体载体A23187升升高高B
26、淋巴细胞淋巴细胞Ca2+i，可诱导凋亡；用钙络合剂，可诱导凋亡；用钙络合剂降低细胞降低细胞Ca2+i，可阻止细胞凋亡。，可阻止细胞凋亡。l胞内胞内Ca2+升高激活升高激活Ca2+依赖性谷氨酰胺转移酶、依赖性谷氨酰胺转移酶、活化核转录因子等触发细胞凋亡。活化核转录因子等触发细胞凋亡。cAMP/PKA信号系统信号系统l细胞内细胞内cAMP升高可激活升高可激活cAMP 依赖的依赖的 PKA，使，使其靶蛋白上某些氨基酸（其靶蛋白上某些氨基酸（苏、丝氨酸苏、丝氨酸）残基磷酸）残基磷酸化，从而改变蛋白质的功能。用化，从而改变蛋白质的功能。用db cAMP可诱发可诱发细胞凋亡。细胞凋亡。apoptosisa
27、poptosis凋亡过程与调控凋亡过程与调控细胞凋亡信号的转导途径细胞凋亡信号的转导途径 Fas蛋白蛋白/Fas配体信号系统配体信号系统 Fas蛋白是细胞膜上跨膜蛋白，属于蛋白是细胞膜上跨膜蛋白，属于TNF受体家受体家族。族。Fas蛋白介导细胞凋亡可能的信号转导机制是：蛋白介导细胞凋亡可能的信号转导机制是：Fas 配体配体 或抗或抗 Fas 抗体与抗体与 Fas蛋白结合，蛋白结合，使神经使神经鞘磷脂酶活性升高，分解神经鞘磷脂产生鞘磷脂酶活性升高，分解神经鞘磷脂产生神经酰神经酰胺胺，神经酰胺作为第二信使激活相应蛋白酶，从，神经酰胺作为第二信使激活相应蛋白酶，从而诱导细胞凋亡。而诱导细胞凋亡。抗抗
28、Fas抗体或抗体或 TNF与与 Fas蛋白结合蛋白结合,可激活可激活ICE样样caspase，降解，降解H1组蛋白组蛋白,是染色体松弛是染色体松弛,DNA链链舒展而暴露舒展而暴露DNase酶切位点酶切位点,DNA容易被切割。容易被切割。Fas蛋白被激活后可通过胞内蛋白被激活后可通过胞内Ca2+信号系统转递信号系统转递死亡信息而导致细胞凋亡。死亡信息而导致细胞凋亡。apoptosisapoptosis 死亡受体介导的信号途径死亡受体介导的信号途径mFasL:cell-membrane-bound FasLsFasL:soluble FasLapoptosisapoptosis凋亡过程与调控凋亡过
29、程与调控细胞凋亡信号的转导途径细胞凋亡信号的转导途径 神经酰胺信号系统神经酰胺信号系统u 是一类新型第二信使是一类新型第二信使,具有介导细胞凋亡的作用。具有介导细胞凋亡的作用。神经鞘神经鞘磷脂酶磷脂酶神经鞘磷脂神经鞘磷脂神经酰胺神经酰胺蛋白激酶蛋白激酶基因转录基因转录TNFFas抗原抗原电离辐射电离辐射糖皮质激素糖皮质激素受体受体IB-pIBNF-B-NF-B入核入核u神经酰胺的水解产物鞘氨醇在激酶作用下形神经酰胺的水解产物鞘氨醇在激酶作用下形成成1-磷酸鞘氨醇磷酸鞘氨醇(SPP),SPP传递细胞增殖信传递细胞增殖信号，故有抗凋亡作用。号，故有抗凋亡作用。apoptosisapoptosis凋
30、亡过程与调控凋亡过程与调控细胞凋亡信号的转导途径细胞凋亡信号的转导途径 二酰甘油二酰甘油/蛋白酶蛋白酶C（PKC）信号系统）信号系统二酰甘油是磷脂酰肌醇和磷脂酰胆碱在磷脂酶二酰甘油是磷脂酰肌醇和磷脂酰胆碱在磷脂酶C催化产生的一种第二信使催化产生的一种第二信使,是是PKC内源性激活物内源性激活物PKC由三种同工酶组成，由三种同工酶组成，其中其中PKC1与凋亡关与凋亡关系密切。活化系密切。活化PKC1可诱导可诱导 u937白血病细胞凋白血病细胞凋亡。抑制亡。抑制PKC活性活性,同时也可抑制糖皮质激素诱同时也可抑制糖皮质激素诱导的小鼠胸腺细胞凋亡。导的小鼠胸腺细胞凋亡。酪氨酸蛋白激酶（酪氨酸蛋白激酶
31、（PTK）信号系统）信号系统PTK所介导的信号系统对细胞凋亡起重要负调控所介导的信号系统对细胞凋亡起重要负调控作用。此途径被阻断可引起细胞凋亡。作用。此途径被阻断可引起细胞凋亡。apoptosisapoptosis凋亡过程与调控凋亡过程与调控细胞凋亡信号的转导途径细胞凋亡信号的转导途径生长因子生长因子受体受体TPKCrb2（含有（含有SH2区）区）Sos （具有鸟苷酸交换因子活性）（具有鸟苷酸交换因子活性）Ras （GTP置换置换GDP）Raf （MAPKKK）MEK（MAPKK）MAPK靶蛋白磷酸化靶蛋白磷酸化促进细胞分化促进细胞分化转录因子转录因子磷酸化磷酸化靶基因靶基因转录转录(EGF、
32、PDGF)apoptosisapoptosis 在进化过程中控制细胞生死的程序已经以基因在进化过程中控制细胞生死的程序已经以基因的形式存储于细胞中。细胞内存在凋亡基因，同样的形式存储于细胞中。细胞内存在凋亡基因，同样也存在抑制凋亡的基因。目前，细胞凋亡的相关基也存在抑制凋亡的基因。目前，细胞凋亡的相关基因多达数十种，根据功能分为三类：因多达数十种，根据功能分为三类：v抑制凋亡基因抑制凋亡基因：Bcl-2，EIB，IAPv促进凋亡基因促进凋亡基因：wtP53，Bax，ICEv双向调控基因双向调控基因：c-myc，Bclx凋亡过程与调控凋亡过程与调控(三三)凋亡相关基因凋亡相关基因apoptosi
33、sapoptosis Bcl-2（B cell lymphoma/leukemia-2基因的缩写）基因的缩写）人的人的Bcl-2蛋白由蛋白由229aa组成，组成，分布在线粒体内膜分布在线粒体内膜,细胞膜内表面细胞膜内表面,内质网内质网,核膜等核膜等 存在造血、上皮、淋巴、神经细胞及多种瘤细胞存在造血、上皮、淋巴、神经细胞及多种瘤细胞 Bcl-2高度表达能抑制多种诱导因素诱发的凋亡高度表达能抑制多种诱导因素诱发的凋亡 抗凋亡的主要机制抗凋亡的主要机制 直接的抗氧化直接的抗氧化 抑制线粒体释放促凋亡蛋白质抑制线粒体释放促凋亡蛋白质(细胞色素细胞色素C、AIF）抑制促凋亡性调节蛋白抑制促凋亡性调节蛋
34、白Bax、Bak的细胞毒作用的细胞毒作用 抑制凋亡蛋白酶（抑制凋亡蛋白酶（caspases）的激活）的激活 维持细胞钙稳态维持细胞钙稳态凋亡过程与调控凋亡过程与调控抑制凋亡基因抑制凋亡基因apoptosisapoptosis P53 wtP53基因能诱导细胞凋亡基因能诱导细胞凋亡,该基因突变抑制凋亡该基因突变抑制凋亡 P53蛋白是一种蛋白是一种DNA结合蛋白结合蛋白,在细胞周期的在细胞周期的G1期发挥检查点功能期发挥检查点功能,检查检查DNA是否有损伤是否有损伤,一但发一但发现有缺陷的现有缺陷的DNA,它就刺激它就刺激CIP(CDK-interacting protein-1)的表达的表达,阻
35、止细胞进入细胞周期阻止细胞进入细胞周期,并启动并启动DNA修复机制修复机制;如修复失败如修复失败,P53则启动细胞凋亡则启动细胞凋亡机制机制.P53有有“分子警察分子警察”之称。之称。凋亡过程与调控凋亡过程与调控促凋亡基因促凋亡基因apoptosisapoptosisG1SG2MCyclin A+CDKCyckin A+CDK1Cyclin BCyclin Dp53Bax+Bcl-2molecular policeman?Blocking IGF+Rapoptosisapoptosis c-myc、Bcl-x凋亡过程与调控凋亡过程与调控双向调控基因双向调控基因 c-myc增殖基因增殖基因凋亡基
36、因凋亡基因转录调节因子转录调节因子依赖依赖GFBcl-XL 抑制凋亡抑制凋亡 Bcl-Xs 促进凋亡促进凋亡 Bcl-xc-myc蛋白蛋白apoptosisapoptosis第三节第三节 细胞凋亡的发生机制细胞凋亡的发生机制 氧化损伤氧化损伤 钙稳态失衡钙稳态失衡 线粒体损伤线粒体损伤凋亡过程与调控凋亡过程与调控apoptosisapoptosis发生机制发生机制一、氧化损伤一、氧化损伤氧自由基化学性质活泼氧自由基化学性质活泼,造成生物大分子造成生物大分子(核酸、蛋核酸、蛋白质、脂质白质、脂质)的氧化损伤，形成严重的氧化应激状的氧化损伤，形成严重的氧化应激状态，诱导细胞凋亡。态，诱导细胞凋亡。
37、氧化应激引起凋亡的可能机制：氧化应激引起凋亡的可能机制：1.OFR引起的引起的DNA损伤可激活损伤可激活P53基因；基因；2.OFR引起的引起的DNA损伤可活化损伤可活化多聚多聚ADP核糖合成核糖合成酶酶，引起，引起NAD快速耗竭，快速耗竭，ATP大量消耗；大量消耗；3.OFR 引起生物膜脂质过氧化，直接造成细胞膜引起生物膜脂质过氧化，直接造成细胞膜损伤可诱导凋亡；氧化的产物损伤可诱导凋亡；氧化的产物 过氧羟基过氧羟基24碳四碳四烯酸烯酸有诱发凋亡的作用。有诱发凋亡的作用。apoptosisapoptosis发生机制发生机制一、氧化损伤一、氧化损伤氧化应激引起凋亡的可能机制：氧化应激引起凋亡的
38、可能机制：4.氧化应激可激活氧化应激可激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶导依赖的核酸内切酶导致细胞凋亡致细胞凋亡,也可产生膜的发泡现象；也可产生膜的发泡现象；5.氧化应激引起细胞膜结构破坏氧化应激引起细胞膜结构破坏,膜通透性增加膜通透性增加,使使 Ca2+内流增加内流增加,诱导细胞凋亡；诱导细胞凋亡；OFR引起线粒体引起线粒体膜的损害导致通透性和膜电位变化膜的损害导致通透性和膜电位变化,也可诱导细也可诱导细胞凋亡；胞凋亡；6.氧化应激活化核转录因子氧化应激活化核转录因子NF-B和和AP-1，加速，加速细胞凋亡相关基因表达，诱发细胞凋亡。细胞凋亡相关基因表达，诱发细胞凋亡。apoptosis
39、apoptosis发生机制发生机制 细胞钙稳态失衡是细胞凋亡的重要机制之一。细胞钙稳态失衡是细胞凋亡的重要机制之一。TNF-、抗、抗CD3 抗体等所引起的细胞凋亡是钙依抗体等所引起的细胞凋亡是钙依赖过程。赖过程。钙钙稳态失衡参与多种凋亡相关疾病的发病。钙钙稳态失衡参与多种凋亡相关疾病的发病。钙稳态失衡引起细胞凋亡的可能机制：钙稳态失衡引起细胞凋亡的可能机制：l激活激活 Ca2+/Mg2+依赖核酸内切酶，降解依赖核酸内切酶，降解 DNA链链l激活谷氨酰胺转移酶激活谷氨酰胺转移酶,催化细胞内蛋白肽链间的催化细胞内蛋白肽链间的酰基转移酰基转移,促使细胞骨架蛋白分子间交联促使细胞骨架蛋白分子间交联,有
40、利有利于凋亡小体形成；于凋亡小体形成；l激活激活NF-B，加速细胞凋亡相关基因转录；，加速细胞凋亡相关基因转录；l在在ATP配合下使配合下使DNA链舒展，暴露出核小体连链舒展，暴露出核小体连接区的酶切位点，有利于接区的酶切位点，有利于DNase切割切割DNA。二、钙稳态失衡二、钙稳态失衡apoptosisapoptosis发生机制发生机制 细胞凋亡时细胞凋亡时,线粒体超微结构基本正常线粒体超微结构基本正常,但功能降低但功能降低 功能变化是：内膜通透性增大功能变化是：内膜通透性增大,跨膜电位跨膜电位(m)下下降降,能量合成显著降低。能量合成显著降低。各种凋亡诱导因素使各种凋亡诱导因素使m降低，线
41、粒体内、外膜降低，线粒体内、外膜之间的通透性转换孔（之间的通透性转换孔（PTP）开放，使细胞凋亡）开放，使细胞凋亡的启动因子释放出来，导致细胞凋亡。的启动因子释放出来，导致细胞凋亡。三、线粒体损伤三、线粒体损伤apoptosisapoptosisapoptosisapoptosis发生机制发生机制Ca2+NO缺血缺血缺氧缺氧原卟啉原卟啉活性氧活性氧线粒体线粒体m线粒体线粒体PTP开放开放ApafCyt.CAIF无活性无活性DNase活化活化DNaseCaspases-3酶原酶原细胞凋亡细胞凋亡Bcl-2Caspases-9酶原酶原Caspases-9Caspases-3蛋白质水解蛋白质水解DN
42、A断裂断裂Caspases抑制剂抑制剂()()()()()()()()(基因编码的基因编码的 50 kD的膜间蛋白的膜间蛋白)apoptosisapoptosis氧化损伤氧化损伤钙稳态失衡钙稳态失衡线粒体损伤线粒体损伤恶性网络假说恶性网络假说(deleterious network hypothesis)细胞凋亡细胞凋亡apoptosisapoptosis第四节第四节 细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病 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方式，但细胞凋亡不足或要方式，但细胞凋亡不足或/和凋亡过度和凋亡过度,均可成均可成为某些疾病的重要发病机制。为某些疾病的
43、重要发病机制。细胞凋亡不足细胞凋亡不足肿瘤、自身免疫病肿瘤、自身免疫病 细胞凋亡过度细胞凋亡过度心血管病、神经元退行性疾病、病毒感染心血管病、神经元退行性疾病、病毒感染 细胞凋亡不足与过度并存细胞凋亡不足与过度并存 动脉粥样硬化动脉粥样硬化apoptosisapoptosis1.肿瘤肿瘤 细胞增殖过度是肿瘤发病机制之一细胞增殖过度是肿瘤发病机制之一,细胞凋亡细胞凋亡受抑、细胞死亡不足是肿瘤发生另一机制受抑、细胞死亡不足是肿瘤发生另一机制,其结果其结果将导致病变组织内肿瘤细胞存活时间延长将导致病变组织内肿瘤细胞存活时间延长,存活大存活大于死亡，肿瘤细胞数目的净增长加大。于死亡，肿瘤细胞数目的净增
44、长加大。Bcl-2基因过度表达基因过度表达 多种肿瘤如前列腺癌、结肠癌等多种肿瘤如前列腺癌、结肠癌等 Bcl-2 表达高于表达高于周围正常组织周围正常组织,提示肿瘤与细胞凋亡减弱有关。提示肿瘤与细胞凋亡减弱有关。P53基因突变或缺失基因突变或缺失 细胞凋亡减弱细胞凋亡减弱,肿瘤发生率上升。非小细胞肺癌肿瘤发生率上升。非小细胞肺癌P53基因突变率大于基因突变率大于50%,小细胞肺癌高于小细胞肺癌高于80%一、细胞凋亡不足一、细胞凋亡不足apoptosisapoptosis2.自身免疫病自身免疫病 主要特征是自身抗原受到自身抗体或致敏主要特征是自身抗原受到自身抗体或致敏T淋淋巴细胞的攻击，造成器官
45、和组织损伤。巴细胞的攻击，造成器官和组织损伤。胸腺对胸腺对T细胞正负选择障碍细胞正负选择障碍正选择正选择：与非已抗原：与非已抗原-MHC抗原结合的抗原结合的TcR的单的单阳性细胞保留存活，进入外周阳性细胞保留存活，进入外周T细胞库。细胞库。负选择负选择：与自身抗原：与自身抗原-MHC抗原结合的抗原结合的TcR的双的双阳性细胞通过凋亡而被清除。阳性细胞通过凋亡而被清除。一、细胞凋亡不足一、细胞凋亡不足apoptosisapoptosis2.自身免疫病自身免疫病 如果胸腺负选择机制失调，使针对自身抗原如果胸腺负选择机制失调，使针对自身抗原的的T细胞存活并增殖，进而攻击自身组织将导致自细胞存活并增殖
46、，进而攻击自身组织将导致自身免疫病。因此，身免疫病。因此，自身免疫病的发生是由于自身自身免疫病的发生是由于自身免疫性免疫性T细胞凋亡不足所致细胞凋亡不足所致。糖皮质激素能诱导那些异常存活的自身免疫糖皮质激素能诱导那些异常存活的自身免疫性性T细胞凋亡，是治疗自身免疫病的有效药物。细胞凋亡，是治疗自身免疫病的有效药物。一、细胞凋亡不足一、细胞凋亡不足apoptosisapoptosis1.心肌缺血与缺血心肌缺血与缺血-再灌注损伤再灌注损伤 坏死与凋亡并存坏死与凋亡并存,其特点是：其特点是：l缺血早期以凋亡为主，晚期以坏死为主；缺血早期以凋亡为主，晚期以坏死为主；l梗死灶中央以坏死为主，周边以凋亡为
47、主；梗死灶中央以坏死为主，周边以凋亡为主；l轻度缺血以凋亡为主，重度缺血常发生坏死；轻度缺血以凋亡为主，重度缺血常发生坏死；l在一定时间范围内，缺血在一定时间范围内，缺血-再灌注损伤时发生再灌注损伤时发生的细胞凋亡比同时间的单纯缺血更严重；的细胞凋亡比同时间的单纯缺血更严重；l急性、严重心肌缺血以坏死为主，而慢性、轻急性、严重心肌缺血以坏死为主，而慢性、轻度心肌缺血则发生细胞凋亡。度心肌缺血则发生细胞凋亡。二、细胞凋亡过度二、细胞凋亡过度(一一)心血管疾病心血管疾病apoptosisapoptosis1.心肌缺血与缺血心肌缺血与缺血-再灌注损伤再灌注损伤 心肌缺血或缺血心肌缺血或缺血-再灌注损
48、伤引起细胞凋亡的再灌注损伤引起细胞凋亡的机制与下列因素有关：机制与下列因素有关：氧化应激氧化应激:SOD可减少心肌细胞的凋亡可减少心肌细胞的凋亡 缺血或缺氧可引起缺血或缺氧可引起Fas显著上调，通过与显著上调，通过与Fas配配体反应导致细胞凋亡；体反应导致细胞凋亡；缺血或缺氧可激活缺血或缺氧可激活P53基因，增强转录。基因，增强转录。二、细胞凋亡过度二、细胞凋亡过度(一一)心血管疾病心血管疾病apoptosisapoptosis2.心力衰竭心力衰竭研究表明，心肌细胞凋亡造成心肌细胞数量的研究表明，心肌细胞凋亡造成心肌细胞数量的减少，可能是心力衰竭发生、发展的原因之一减少，可能是心力衰竭发生、发
49、展的原因之一心肌细胞凋亡增加的机制心肌细胞凋亡增加的机制：与心衰过程中诸多：与心衰过程中诸多因素有关，如因素有关，如氧化应激氧化应激、负荷过重负荷过重、神经神经-内内分泌失调分泌失调、细胞因子增多细胞因子增多、缺血缺血、缺氧缺氧等有关等有关阻断诱导心肌细胞凋亡的信号和阻断诱导心肌细胞凋亡的信号和/或阻断将这些或阻断将这些信号与死亡程序连接起来的通道，将有助于阻信号与死亡程序连接起来的通道，将有助于阻遏心肌细胞凋亡。遏心肌细胞凋亡。二、细胞凋亡过度二、细胞凋亡过度(一一)心血管疾病心血管疾病apoptosisapoptosis64.5%35.5%对来自心衰病人心肌标本的研究证对来自心衰病人心肌标
50、本的研究证实，心肌的实，心肌的凋亡指数凋亡指数高高35.5%，而对，而对照仅为照仅为0.20.4%。凋亡指数凋亡指数 是指发生凋亡的是指发生凋亡的细胞核数细胞核数/每每100 个细胞核个细胞核99.7%0.3%apoptosisapoptosis阿尔茨海默病阿尔茨海默病(Alzheimers disease,AD)神经元丧失神经元丧失:主要是凋亡所致主要是凋亡所致.海马及基底神经核的胆碱能神经元丧失达到海马及基底神经核的胆碱能神经元丧失达到30%50%,有时高达有时高达90%,大脑皮层也有大脑皮层也有不同程度的神经元丧失。不同程度的神经元丧失。病理变化病理变化：大脑皮质广泛萎缩：大脑皮质广泛萎
