分子肿瘤学细胞凋亡与肿瘤课件.ppt

分子肿瘤学第五节细胞凋亡与肿瘤,一、概述,1、细胞凋亡名称的由来：英国Aberdeen大学病理系Kerr教授：1972年我和Wyllie在研究中观察到一种不同于坏死的细胞死亡方式，联想到秋日落叶，把它称作Apoptosis,2、细胞凋亡的概念,细胞凋亡由内外源因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞死亡过程。,3、细胞坏死与凋亡的差异,4、细胞凋亡的生理意义,（1）确保正常发育、生长（2）修复功能如：清除受损、突变或衰老的细胞（3）防御功能如：使受到病毒感染的细胞凋亡,二、细胞凋亡的诱发机制,氧化损伤1.氧化应激（oxidativestress）的概念指机体活性氧产生过多或抗氧化能力下降，活性氧的清除不足，导致活性氧在体内积聚并引起氧化损伤的病理过程。氧化损伤的后果之一就是诱导凋亡。2.氧化应激引起细胞凋亡的可能机制DNA受损激活P53基因膜通透性Ca内流DNase生物膜损伤m脂质过氧化产物多聚ADP核糖合成酶活化，NAD耗竭，ATP大量消耗可活化NF-kB、AP-1，加速细胞凋亡相关的一些基因表达,钙稳态失衡,Ca2作为许多细胞生命活动的第二信使，在细胞凋亡中的作用也倍受关注，凋亡发生时胞浆中Ca2，并激活凋亡过程中的关键酶类，其诱导细胞凋亡的机制为：激活Ca2/Mg2依赖的DNase激活谷氨酰胺转移酶（GTase），促进凋亡细胞中蛋白广泛交联，有利于凋亡小体的形成激活Ca2敏感的蛋白酶核骨架蛋白酶核基质蛋白丝氨酸蛋白酶膜蛋白激活核转录因子，加速促凋亡基因的转录,线粒体损伤,目前证据显示，线粒体的功能改变在细胞凋亡的发生中起重要作用线粒体内膜通透性线粒体内膜的跨膜电位m能量合成水平线粒体功能和结构破坏引起细胞凋亡的可能机制：凋亡诱导因素作用于细胞后引起线粒体内膜跨膜电位（m）下降，线粒体内外膜之间的通透性转换孔PTP开放；使细胞凋亡启动因子（Cyt.C）,凋亡蛋白酶激活因子（Apaf）和凋亡诱导因子（AIF）释放,凋亡诱导因素,线粒体跨膜电位,线粒体PTP开放,Cyt.C,Apaf,等释放,AIF,激活Caspases,潜在Dnase,活化Dnase,细胞凋亡,线粒体损伤,三、细胞凋亡的形态及生化改变,（一）凋亡细胞的形态学改变早期：胞浆脱水，胞膜空泡化，细胞固缩晚期：染色质边集，凋亡小体,凋亡的起始：细胞器、染色质等开始变化凋亡小体的形成：质膜包裹染色质和细胞器凋亡小体的消化：被吞噬细胞消化,NormalCell,Apoptoticcell,Scanningelectron,micrographs,ofapoptoticbodies,（二）凋亡细胞的生化改变,1.内源性核酸内切酶(Dnase)激活切割染色质DNA，Ca2+/Mg2+(+)，Zn2+(-)2.DNA片段化内切酶在核小体切开DNA，形成180-200bp为倍数的片段3.凋亡蛋白酶激活Caspases的活性中心富含半胱氨酸，对底物天冬氨酸部位有特异的水解作用,生物化学特征,胞浆内Ca2+浓度升高。细胞内活性氧增多。质膜通透性变大。DNA内切酶活性被激活升高，双链DNA在核小体之间切断形成180200bp为基数的有序片段。型谷氨酰胺转移酶和需钙蛋白酶（Calpain）活性升高。,典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳呈现梯状条带,典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）,Caspase家族凋亡的执行者Caspase活性位点是半胱氨酸，裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，因此称为Cysteineasparticacicspecificprotease，即Caspase特点：前体形式存在,级联反应作用：灭活凋亡抑制物水解蛋白质结构，形成凋亡小体水解凋亡相关活性蛋白,DNAladder,DetectionofDNAfragmentation,四、凋亡发生途径与调控,（一）凋亡发生途径1.死亡受体介导的细胞凋亡途径Fas-FasL,TNF-TNFR1,TRAIL-DRs(TNF-relatedapoptosisinducingligand)2.以线粒体释放细胞色素C为中心环节的细胞凋亡途径3.不依赖caspase的细胞凋亡,Apoptosisproteinactivitingfactor1,p53,DNAdamage,Bax,Fasassociatedproteinwithdeathdomain,caspase3,Growthfactor,Growthinhibitorcytokines,不依赖caspase的细胞凋亡：线粒体释放的核酸内切酶G(EndoG)可不依赖caspase而降解凋亡细胞的染色体DNA位于线粒体的凋亡诱导因子（AIF)以某种未知的途径从线粒体转移到核中，诱导染色体凝聚，导致DNA大片段断裂，此过程不依赖caspase,（二）细胞凋亡的调控,1、BcL-2族分子BcL-2:bcL-2基因是细胞凋亡研究中最受重视的癌基因之一,其表达的蛋白质BcL-2蛋白最初发现于B-淋巴细胞瘤/白血病-2（Bcelllymphoma/Leukemia-2,BcL-2)而得名，与线虫ced9基因表达的Ced-9分子在结构上有同源性，具有抗凋亡作用。BcL-2的高表达能阻抑多种凋亡诱导因素所引发的细胞凋亡。如-射线、糖皮质激素、热休克、多种化疗药物。,1）BcL-2的同源基因和蛋白,BcL-2家族有近30种不同的蛋白分子，这些成员中共有4种BcL-2同源结构域（BH1-4)，每种蛋白含有至少一个BH抗凋亡BcL-2蛋白BcL-2，BcL-w，BcL-XL、BFL-1、Brag-1、MCL-1，AI。促凋亡BcL-2蛋白Bax，Bak,Bok，BcL-X等。BH3-only亚家族(促凋亡）Bid，Bad,，Bim，Bik，Blk，Hrk,Bnip3等,抗凋亡成员,促凋亡成员,BcL-2基因家族成员自身或彼此之间有形成二聚体或多聚体的能力BcL-2家族的蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与凋亡,2）BcL-2抗凋亡机制：,直接抗氧化抑制线粒体释放促凋亡蛋白质抑制凋亡调节蛋白的细胞毒作用抑制凋亡蛋白酶的激活维持细胞钙稳态,2、P53基因的调节,修复受损的DNA，如修复失败则诱导细胞凋亡,3、原癌基因与细胞凋亡调控,多种原癌基因参与细胞凋亡的调节c-myc是一种癌基因，是调控细胞周期的主要基因。编码的蛋白是DNA结合蛋白，调控基因转录，在GF充足时主要激活介导细胞增殖的基因；反之激活凋亡基因c-abl激活后，其激酶活性能促进stat转录因子上调BcL-XL，抑制细胞凋亡。STI571是该激酶的抑制剂，能杀死CML白血病细胞,4、Caspase天然抑制物的调节,细胞内存在天然的Caspase抑制物-IAP(InhibitorofApoptosisProteins)发现几种不同的IAP:XIAP(X-LinkedIAP);C-IAP1;C-IAP2;Survivin等。XIAP，C-IAP1，C-IAP2能直接结合活化的caspase3,7和9，并抑制其酶活性，但不能抑制caspase1,6,8和10,五、细胞凋亡失衡与癌症,凋亡不足：癌症自身免疫性疾病病毒感染等凋亡过度：神经元退行性疾病造血衰竭性疾病心肌缺血/再灌注损伤,已知的凋亡相关性疾病,1、细胞凋亡与癌症发生,细胞凋亡的信号感受、整合和执行的相关分子的异常都可能导致肿瘤的发生,细胞凋亡的缺乏在癌症发生中发挥了重要的作用。TNF受体家族的突变与癌症发生有关；实验发现过度表达Bcl2的转基因鼠造血细胞过度增生，并由于凋亡抑制而最终发生淋巴瘤。Bcl2家族蛋白促凋亡和抑制凋亡分子的平衡失常，可致细胞获得生存优势，有助于癌症的发生。P53的遗传缺陷因不能通过凋亡去除异常细胞而引发癌症。Caspase功能失活与癌症的发生有一定关系。Caspase抑制因子（IAP)表达水平的升高能阻止肿瘤细胞的凋亡，使肿瘤细胞具有生存优势，癌症得以发生和发展衰老细胞由于过度丢失染色体端粒而导致细胞的基因组不稳定和细胞凋亡。但如果细胞凋亡和衰老机制的破坏，细胞有可能演变为癌症,细胞凋亡与肿瘤,2、细胞凋亡在癌症形成后的影响,凋亡抑制或减弱是多种癌症的共同表现许多化疗药物发挥作用与诱导癌细胞凋亡有关在肿瘤的治疗中，凋亡承担了清除损伤细胞的功能。诱导凋亡是目前靶向治疗的主要策略之一，其手段包括激活凋亡或阻断抑制凋亡的信号通路。例如抑制Bcl2，激活TRAIL、Bax、caspase等基因