医学ppt课件细胞凋亡与疾病（76p）

第 12章 细胞凋亡与疾病 signal cell change cell signal transduction oror lossdisease Apoptosis 细胞凋亡（ apoptosis） n 由基因控制的自主性有序死亡， 亦称程序性死亡 (programmed cell death,PCD) n Apo-ptosis来源于希腊语， from fall;细胞的死亡犹如秋天树叶的凋落 n 1965年 Kerr,J.F.R.对大鼠肝脏门静脉结扎后肝细胞溶酶体的观察 (J Pathol. Bacteriol. 90:419,1965) n 1972年澳大利亚 Kerr和 Curry提出 * 线虫 (C.elegant)中的细胞程序性死亡 n 线虫 : 成体 959 个细胞 , 但在发育过程 中有 131个细胞会注定发生 PCD n PCD发生时间 :1h 左右 n 参与线虫 PCD的基因，目前已知的有 14 个 凋亡的回顾 (programmed cell death, PCD)经典凋亡模型 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. 1947 John E. Sulston United Kingdom The Wellcome Trust Sanger Institute Cambridge, United Kingdom b. 1942 THE 2002 NOBEL PRIZE WINNER THE NOBEL DIPlOMA 2002年诺贝尔医学与生理学颁奖仪式，瑞典斯德哥尔 摩音乐厅。 Sydney Brenner receiving his Nobel Prize from His Majesty the King at the Stockholm Concert Hall. Photo: Hans Mehlin, Nobel e-Museum 细胞凋亡与坏死的比较 坏死 凋亡 强刺激 弱 刺激 溶酶释 出，炎症反应 ATP(-) ATP 哺乳类的细胞凋亡过程 -Apoptosis Apoptotic bodies （ 凋亡小体） 大鼠被阉割后 2d 在前列腺中诱导的凋亡，示凋亡小体被 吞噬 。 在小鼠肌肉中生长 的 P815肿瘤细胞中因缺血诱导的坏死，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。 DNA电泳 + necrosis apoptosis 凋亡后 DNA Ladder的 agarose 电泳检测 凋亡意义 n 确保正常发育生长：清除多余的细胞 n 维持内环境稳定：清除受损、突变、 衰老的细胞 n 积极防御功能：对病毒感染细胞阻止 复制 Holes are forming by Apaf1- independent death Mitochondrio-nuclear AIF translocation in the interdigital cells of the mouse embryo AAA 第二节 细胞凋亡过程与调控 一、 细胞凋亡的过程 n 1 凋亡信号转导：启动信号 Ca2+、 cAMP 、 神经酰胺 n 2 凋亡基因激活：表达酶类和其他物质 n 3 细胞凋亡的执行：核酸内切酶 (DNase) 和 Caspases n 4 凋亡细胞的清除：被临近的 M 或其 他细胞吞噬分解 二、 凋亡时细胞的主要变化 n 形态学改变 胞膜空泡化 固缩 出芽 染色质边集 脱接触 凋亡小体 细胞凋亡的生化改变 n 1 DNA的片段化：梯状条带形成？ n 核小体连接区被切开：染色质 300 kb 50kb n180200bp或其整倍数片段 5min 90min 2 内源性核酸内切酶激活及 其作用 n 由一系列胞内信号转导环节激活， 执行染色质 DNA切割 Caspase 8的激活，需要 FADD( Fas associated protein with death domain) Caspase 9 激活，需要通过 CARD（ caspase- recruitment domain)、 Apaf-1、 细胞色素 c、 ATP等多个因子的参与。 细胞色素 C、 Apaf-1和 pro- caspase 9 组成了 “Apoptosome” （ 凋亡体） 3 凋亡蛋白酶（ caspases） 的 激活及其作用 n 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酸的蛋白 酶（ cysteine-containing aspartate- spicific protease） 至少有 13个成员 n Cysteine 半 胱氨酸 n Aspartate 天冬 氨酸 n spicific protease 第一个被发现的 caspase 是 caspase-1,即哺乳类 的 ICE (1992,1993), 后来证明 ICE与炎症有关 而在细胞的死亡中没有明显作用。线虫的 CDE-3和 ICE有一定的同源性。 caspases功能 n 灭活细胞凋亡的抑制物 :如 Bcl-2 n 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关活性蛋白： 使其获得或丧失功能 三、 细胞凋亡的调控 n 细胞凋亡相关因素 n 诱导性因素：激素，生长因子、理化因 素、免疫、微生物 n 抑制性因素： 细胞因子 IL-2 ， 神经生长因子 激素 ACTH 、 睾酮、雌激素 其它 Zn2+ 、 苯巴比妥、半胱氨酸蛋白酶 抑制剂 、 EB病毒、中性氨基酸 细胞凋亡信号的转导 诱导信号 cell R 神经酰胺 多 途径 R SAPK/JNK P53 基因 NF-kB,JNK/AP-1途径 激活 bax or 下调 bcl-2 ROS mtDNA 凋亡信号转导系统特点 n 多样性：不同种类的细胞系统不同 n 偶联性：与增殖分化的信号系统交叉偶联 n 同一性：多因素，共用同一系统触发 n 多途性：同一诱导因素启动多条信号转导 途径 凋亡相关基因 n 抑制凋亡基因： bcl-2 n 促进凋亡基因： fas， P53 n 双向调控基因： c-myc， bclx n 1 Bcl-2 229aa 构成（鼠 236）分 在线粒体内膜 ,细胞内膜表面，内质网， 核膜等处 * Bcl-2-B cell lymphoma/leukemia-2 * Bcl-2 和 C. elegans 中的 ced-9 有很高的 同源性，具有促进细胞存活的功能 *Bcl-2的功能是延长细胞的寿命， 而不是刺激细胞的增殖 Bcl-2抗凋亡机制 n 直接的抗氧化 n 抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质 n 抑制促凋亡的 Bax， Bak细胞毒作用 n 抑制 Caspases激活 n 维持细胞钙稳态 线虫 C.elegans 和哺乳类细胞的死亡途径比较 n 2 Fas-细胞表面受体，跨膜蛋白，伸向 胞浆部一段与 TNF 受体相似（高度同源） ； Fas抗体诱导凋亡（模拟配基作用、启动） 死亡受体介导的信号途径 mFasL: cell-membrane-bound FasL sFasL: soluble FasL The combination of TNFR with TNF 死亡受体 （ FAS, TNFR, DR3， DR4， DR5） 等，在死亡 因子（ FasL， TNF, APO-3L, APO-2L) 等刺激下诱导凋亡 。 1. (FasL-Fas)-FADD- caspase 8-途径。 2. (TNF-TNFR1)-TRADD-FADD -caspase 8-途径 3. (DR3L-DR3)-TRADD-FADD -caspase 8-途径 4. (APO-2L-DR4/5)-caspase 8 -途径 死亡受体途径图解 n 3 P53-野生型诱导凋亡，在 G1期发挥 卡点功能 有缺陷 DNACIP 表达 启动 修复 失败 启动凋亡 n CIP-cyclin dependent kinase interacting protien-1 n P53 = molecular policeman? G1 S G2 M Cyclin A+CDK Cyckin A+CDK1 Cyclin B Cyclin D p53 Bax+ Bcl-2 molecular policeman? Blocking IGF+R n 4 c -myc Bcl-x n c-myc 转录调节因子 依赖 GF n Bcl-x Bcl-xl抑凋亡 Bcl-xs促凋亡 增殖 凋亡 第三节 细胞凋亡的发生机制 n 1 氧化损伤 活性氧氧化损伤生物大 分子形成氧化应激 机制： n 氧自由基 n DNA损伤 P53基因 n 活化聚 ADP核糖转移酶，引起 NAD 耗竭， ATP n 膜损伤：过氧羟基 24碳四烯酸诱导 n 氧化应激 n 激活 Ca 2+/Mg 2+ 依赖的核酸内切酶，膜发 泡 n 膜透性 ， Ca 2+ 内流 n 活化 NF-kB和 Ap-1（ Fas)， 加速凋亡相关基 因表达 n 2。 钙稳态失衡 n TNF ，抗 CD3抗体 引起细胞 凋亡是钙依赖性过程 钙稳态失衡引起凋亡的机制： 激活 Ca2+/Mg 2+依赖的核酸内切酶 ，降解 DNA链 激活谷氨酰胺转移酶，酰基转移， 共价键，骨架蛋白分子间交联，凋 亡小体形成 n 激活与凋亡有关的核转录因子 Ca 2+促使核小体间酶切位点暴露 n 3 线粒体损伤 n 超微结构基本正常，功能明显下降：线 粒体内膜通透性增大，且跨膜电位（ m ） 下降，能量合成明显 线粒体途径图示 mitochondri a Cytochrome CSmac/Diablo pro Caspase 9 Apaf-1 Cyt c Caspase 9 Pro-caspase 3Caspase 3apoptosis Bcl-2 IAPs 现在，提得最多的、比较 公认的线粒体在凋亡中的 作用有两点： （ 1）细胞色素 C的释放； （ 2） Smac/Diablo 的释放 。 n 线粒体内、外膜之间的通透性转换孔 (permeability transition pore, PTP)开放 ；正常，绝大多数关闭 n 诱导因素 跨膜电位 （ m） n n PTP开放 通透性 凋亡启 动因子（细胞色素 C， Apaf， AIF） 释 出 缩写解释 n PTP-permeability transition pore n Apaf-apoptosis protease activated factor n Cyt.C-cytochrome C n AIF- apoptosis inducement factor P Mitochondria-death Signal Integrators 细胞凋亡的恶性网络假说 线粒体 m PTP开放 Apaf+Cyt.C AIF Caspase 抑制剂 + Caspase 9酶原 Caspase-9 Caspase3酶原 Caspase-3 蛋白质水解 无活性核 酸内切酶 内切酶激活 DNA断裂 + + + Bcl-2 Ca2+ apoptosis ？ 氧化损伤 钙稳态失衡 线粒体损伤 恶性网络假说 (deleterious network hypothesis) 细胞凋亡 m AIF， ApafPTP open 第四节 细胞凋亡与疾病 n 细胞凋亡不足 n 1 肿瘤 Bcl-2表达 P53突变或缺失 n 2、自身免疫疾病 胸腺对 T细胞正负选择障碍 n 正选择 ：与非已抗原 -MHC抗原结合的 TCR的单阳性细胞保留存活，进入外周 T细 胞库 n 负选择 ：与自身抗原 -MHC抗原结合的 TCR的 双阳性细胞被凋亡清除 T cell MHC 细胞凋亡过度 n 1 心血管疾病： n （ 1） 心肌缺血和 IRI： 坏死 +凋亡 心肌缺血和 IRI凋亡特点 n 缺血早期多 n 梗死灶周边多 n 轻度缺血多 n IRI比单纯缺血多 n 慢性轻度缺血多 凋亡机制 n 氧化应激： SOD可减轻 n 受体 Fas上调： Fasl反应 n P53激活 :卡点作用 n （ 2） 心力衰竭：心肌肥大的同时心肌 数量减少（凋亡） n 凋亡指数：由对照 0.2 0.4%35% n 2 神经元退行性疾病 n Alzheimer disease, AD 神经元丧失；海 马及基底核的胆碱能神经元丧失达 30%50% ，累及大脑皮层 n AD机制：致病因素（如氧自由基）作用 于神经元， Ca2+内流 ，激活有关基因 ，促使神经元内 -淀粉样蛋白含量 ，从 而导致凋亡 n 3 病毒感染 HIV引起 AIDS： CD 4 +细胞被选择性破 坏 CD4 +淋巴细胞凋亡机制 合胞体 AICD 效靶 效应 HIV Apoptosis body Signal substance 细胞水平CD 4+ CD4+ HIV引起 CD4+细胞凋亡 Rgp120- Fas-R TNF M OFR tat 受体、分子水平 Host cell