《细胞凋亡》课件.ppt

坏死细胞死亡凋亡：活体组织细胞死亡，第9章细胞凋亡与疾病，第1节概述，定义：体内外因素诱发细胞内存储死亡程序而引起的细胞死亡过程称为细胞凋亡(也称程序性细胞死亡)细胞凋亡(apoptosis )，1972 “细胞凋亡”一词来源于希腊语，apo意味着“分离”，ptosis意味着花瓣和叶子的脱落，“细胞凋亡”是这两个词的组合，细胞凋亡的形态就像秋天的花瓣和叶子的凋亡一样，研究简单历史的半个世纪前：人是生理上自发的1965年：发育生物学家Lockshin和Williams首先提出了PCD (程序死亡)一词，为了描述蛾的发育过程，1972年：Kerr等人首次提出了细胞凋亡概念1977年：人在生理或病理刺激条件下淋巴细胞发育过程中的1980年：Wyllie研究胸腺细胞在糖皮质激素作用下引起的细胞凋亡变化，核固缩和DNA分解成寡核苷酸片段等，1989年：0wen及其研究小组在胸腺细胞阴性选择过程中证明信号转导物对PCD的调控作用1991年：赤藓首先发现线虫(C.elegans )体内的Ced-3、4基因与PCD的发生密切相关，然后发现与PCD相关的正相调节基因和负相调节基因、凋亡的生理意义确保正常发育、生长：多馀、 去除失去功能价值的细胞(指间组织细胞)维持环境稳定：去除损伤的突变细胞，发挥自己的反应细胞，老化细胞积极的防御功能：感染病毒细胞凋亡，阻止病毒复制，第二节细胞凋亡的过程和调控，第一、 细胞凋亡的大致过程凋亡可分为四个阶段：凋亡信号转导凋亡基因激活细胞凋亡的去除、凋亡四个阶段：凋亡诱导因子、受体、cAMPCa2神经酰胺、死亡信号、 凋亡基因激活、DNase激活Caspase激活、巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞、apoptosis、凋亡过程和调控、凋亡过程I、受体cAMPCa2神经酰胺、凋亡相关基因激活、信号转导、细胞膜、核、 Dnase激活Caspases激活、apoptosis、凋亡过程和调控、凋亡过程ii、 Dnase激活、Caspases激活、去除凋亡细胞、执行凋亡、二、凋亡时细胞主要变化(1)凋亡的形态学变化细胞凋亡特征是，细胞首先变圆，随即脱离相邻细胞，失去微绒毛，细胞浆浓缩，内质网呈泡状扩展核染色质密度呈半月状增高，在核膜周围凝集，核仁分裂，细胞膜内陷是指将细胞自身分割成多个外膜包裹、内含物不漏出的细胞凋亡小体，被吞噬细胞或相邻细胞识别、吞噬或自然脱落而远离生物。 不引起炎症反应或二次损伤。 apoptosis、凋亡时细胞的形态学变化、凋亡过程和调控、气泡化、固缩、出芽、边集、凋亡小体、形态学特征：染色质边集、嗜酸小体(凋亡)、嗜酸变及嗜酸小体肝细胞体积缩小、细胞浓缩红染、嗜酸变或细胞浆进一步浓缩，细胞变圆， 核裂变不溶，呈嗜酸小体状，呈细胞凋亡生化变化，形成DNA片段： 180-200bp或整数倍片段，琼脂糖凝胶电泳呈特征性“梯状”带，是判断凋亡发生的客观指标之一。 内源性内切酶的激活及其作用：内源性内切酶在核小体连接处切断DNA双链。凋亡诱导因子细胞内信号转导惰性内源性内核酸酶活性内核酸酶在核小体连接部切断DNA双链电泳为特征的“梯状”条纹图案、Ca Mg活化、Zn抑制、Caspase活化及其作用： Caspase (含半胱氨酸的天冬氨酸特异性水解酶):一组对基质天冬氨酸部位具有特异性水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶的主要作用是灭活细胞凋亡抑制物(Bcl-2)水解蛋白质结构将细胞解体， 形成凋亡小体水解与级联反应相关的活性蛋白质，获得或丧失某种生物学功能，Caspase的作用，细胞凋亡与坏死的比较：坏死，坏死炎细胞浸润，凋亡，3 .细胞凋亡的调控(1) 凋亡相关因素1 .诱导因子激素与生长因子失衡：缺乏(IL-2，淋巴细胞凋亡)或过多(糖皮质激素，淋巴细胞凋亡)理化因子：放射线、高温、强酸、强碱、乙醇、抗癌剂等免疫因子：例如CTL分泌颗粒酶靶细胞凋亡(HIV )，抑制因子： (1)细胞因子： IL-2、神经营养因子(2)激素： ACTH、睾酮、雌激素等(3)二价金属阳离子： Zn2 (4)药物：苯巴比妥、半胱氨酸蛋白酶抑制剂、中性氨基酸(5)病毒： EB病毒、牛痘病毒CrmA、 凋亡信号转导系统是细胞凋亡诱导因子与核DNA片段断裂和细胞结构蛋白质分解的中间环节。 凋亡信号转导系统的特点：多样性：不同类型细胞有不同系统结合性：凋亡与增殖分化系统在某一环节结合，同一因素可引起凋亡和增殖同一性：不同凋亡诱导因素可通过同一信号转导系统多样性：同一凋亡诱导因素根据：凋亡时细胞内游离Ca2浓度显着上升用Ca2载体A23187人为提高b淋巴细胞Ca2水平，用b淋巴细胞凋亡Ca2络合剂降低细胞内Ca2水平， 阻止细胞凋亡激活的Ca2依赖谷氨酰胺转移酶Ca2激活核转录因子，1 .细胞内Ca2信号系统(Ca2为第二信使)2.cAMP/PKA信号系统(cAMP为第二信使) 根据：二丁基cAMP培养的引起骨髓性白血病细胞和胸腺细胞凋亡的糖皮质激素使cAMP上升的camp激活PKA磷酸化靶蛋白质的氨基酸(苏，丝AA )残基改变蛋白质功能的3.Fas蛋白质Fas配体信号系统Fas蛋白：细胞膜贯通膜蛋白Fas蛋白Fas配体(抗Fas)细胞凋亡机制：Fas蛋白Fas配体(抗Fas)神经鞘磷脂酶活性神经酰胺蛋白激酶活性细胞凋亡的发生Fas蛋白抗Fas、 通过TNF激活ice样caspase分解h 1组蛋白染色体松弛DNA暴露内切酶部位Ca2信号系统传达死亡信息而引起凋亡，4 .神经酰胺信号系统、神经酰胺：神经鞘磷脂(SM )在神经鞘磷脂酶的作用下产生介导细胞凋亡的依据：天然神经酰胺处理u937白血病细胞诱导细胞凋亡的神经酰胺途径相关诱因：电离辐射、TNF-、Fas抗原、糖皮质激素、5 .二酰基甘油/蛋白激酶C(PKC )信号系统、二酰基甘油根据活化的PKC1能诱导u937白血病细胞凋亡抑制PKC活性能抑制糖皮质激素诱导的小鼠胸腺细胞凋亡PKC激动剂佛波脂能抑制某种细胞凋亡(糖皮质激素、t细胞受体活化、IL-2 6 .酪氨酸酶系生长因子或细胞因子酪氨酸酶活化靶蛋白酪氨酸磷酸化Ras蛋白活化Raf-1、MAPKK、MAPK蛋白磷酸化细胞分化生长因子或细胞因子除去酪氨酸酶不能活化细胞凋亡、(3) 凋亡相关基因三种：抑制凋亡的基因： Bcl-2、EIB、促IAP凋亡的基因： P53、Bax、ICE双向调节基因： c-myc、Bclx (b细胞淋巴瘤/白血病-2Bcelllymphoma/leukemia-2基因的简称) Bcl-2蛋白： 229氨基酸(人)，236氨基酸(小鼠)分布：线粒体内膜、细胞膜内膜、内质网、 核膜作用： Bcl-2高表达可抑制多种凋亡诱导因子所致凋亡的依据：引入Bcl-2基因质粒可防止神经细胞去除神经生长因子所致凋亡淋巴细胞白血病患者，外周淋巴细胞为Bcl-2阳性时，预后差(放射线、 抗癌剂耐药性)，1.Bcl-2 直接的抗氧化作用抑制线粒体释放的细胞凋亡促进蛋白质(细胞色素c、AIF)抑制细胞凋亡促进调节蛋白质Bax、Bak的细胞毒作用抑制细胞凋亡的蛋白酶(caspases )的活化细胞钙稳定性Bcl-2抗凋亡作用机制：作用：野生型(mtP53 ) :诱导DNA结合蛋白细胞凋亡(“分子警察”)突变型(mtP53 ) :抑制细胞凋亡的野生型P53的作用机制：检查P53蛋白细胞周期G1期染色体DNA损伤(检查点功能) 发现DNA损伤阻止等离子体CIP表达启动DNA修复机制修复失败启动细胞凋亡机制启动细胞凋亡，2.P53、c-myc:的癌基因诱导增殖，诱导细胞凋亡，双向调节作用机制： c-myc蛋白是重要的转录调节因子，无论是细胞增殖的基因，还是凋亡的基因，其作用都取决于细胞受到怎样的信号和细胞生长环境(生长因子增殖，无生长因子凋亡)的影响。bcl-x :可翻译bcl-xl和Bcl-Xs两种蛋白，bcl-xl蛋白可抑制细胞凋亡，Bcl-Xs蛋白可促进细胞凋亡(合成以谁为主)，3.c-myc、bcl-x、第三节细胞凋亡的发生机制，一、 氧化损伤氧化损伤的结果之一：凋亡依据：各种氧化剂(H2O2)可直接诱导细胞凋亡抑制超氧化物歧化酶(SOD )活性可诱导细胞凋亡抗氧化剂(VitE、胡萝卜素等) 能够阻断氧化应激背景下各种凋亡诱导因子(TNF-，电离辐射)引起的凋亡，引起DNA损伤，激活P53基因，激活引起DNA损伤的聚ADP核糖合成酶，消耗辅酶(NAD )，消耗大量的ATP， 攻击细胞膜不饱和脂肪酸，激活产生脂质过氧化、细胞膜损伤或过羟基的24花生四烯酸细胞膜损伤、Ca2内流增加和线粒体损伤、透过性增加膜电位变化核转录因子NF-B、AP-1， 加速凋亡相关基因表达的氧化损伤可能引起细胞凋亡的机制：二、钙的稳定性失衡、细胞钙的稳定性失衡是细胞凋亡的重要机制之一： 各种凋亡刺激引起的凋亡是钙依赖过程凋亡发生时细胞浆Ca2浓度显着升高，对此后一系列凋亡的变化起着重要作用(内核酸酶活化、组织蛋白酶、磷脂酶、谷氨酰胺转移酶活化细胞膜空泡化) 钙的稳态失衡与多种凋亡相关疾病的发病(神经退行性疾病)有关，激活依赖于Ca2 /Mg2的内切酶，分解DNA链激活谷氨酰胺转移酶，催化肽链间的酰基转移，在肽链间形成共价键， 细胞骨架蛋白分子间发生广泛交联，有利于凋亡小体形成加速激活核转录因子的凋亡相关基因的表达Ca2配合ATP延长DNA链，暴露核小体间连接区内的酶切位点，DNA内切酶切断DNA， 钙的稳定不平衡可能引起细胞凋亡的机制：三，线粒体损伤，线粒体变化：线粒体内膜穿透性增大，线粒体内膜穿透电位(m ) 降低的能量代谢水平显着降低的线粒体变化对细胞凋亡的发生起着重要作用：抑制线粒体的三羧酸循环和呼吸链功能可诱导细胞凋亡细胞核凋亡变化前，线粒体内膜的跨膜电位(m ) 降低能阻止线粒体透过性的变化，防止细胞凋亡(Bcl-2 )，线粒体变化引起细胞凋亡的机制： Ca2 NO缺血原卟啉vi活性氧线粒体m降低、Bcl-2(-)、PTP开放、Apaf Cyt.C Caspase-9酶原，Caspase-9，Caspase-3酶原，Caspase抑制剂，AIF，蛋白质水解，细胞凋亡，DNA断裂，无活性的内核酸酶，内核酸酶活性，()，()， 第四节细胞凋亡与疾病，第一，细胞凋亡不足，(一)肿瘤发生机制：目前细胞增殖过度是肿瘤发病的一条途径，凋亡受到抑制，细胞死亡不足是肿瘤发病的另一条途径，结果病变组织内肿瘤细胞的生存延长，生存大于死亡，肿瘤细胞数凋亡受到抑制的依据：多种肿瘤组织中Bcl-2表达明显高于周围组织多数肿瘤P53发生突变，突变型P53抑制凋亡(肺小细胞癌等)，发生机制：从凋亡的角度来看，自身免疫症的发生是细胞凋亡不足，自身免疫性t细胞根据糖皮质激素是诱导淋巴细胞凋亡、治疗自身免疫的有效药物之一。 (二)自身免疫病，二)细胞凋亡过多，(一)心血管疾病，一.心肌缺血和心肌缺血再灌注损伤，目前认为由心肌缺血和心肌缺血再灌注损伤引起的心肌细胞损伤不仅有坏死，还有细胞凋亡。细胞凋亡特点：缺血早期以细胞凋亡为主，晚期以细胞坏死为主梗死灶中央以通常坏死为主，周围部分以细胞凋亡为主轻度缺血以细胞凋亡为主，重度缺血以通常坏死为主在一定时间范围内， 缺血再灌注损伤时发生的细胞凋亡严重于同时单纯缺血急性、严重心肌缺血以坏死为主的慢性、轻度心肌缺血以凋亡为主细胞凋亡机制：氧化应激相关(SOD可减少凋亡) Fas升高与FasL反应引起细胞凋亡P53基因激活相关(缺氧增加p53基因转录)，细胞凋亡与心力衰竭的关系：心肌细胞凋亡导致心肌细胞数量减少可能是心力衰竭发展的原因之一。 根据：应激负荷过重心力衰竭动物模型观察左室心肌肥大，同时心肌细胞数减少，细胞凋亡分析心力衰竭患者心肌标本，心肌凋亡指数高达35.5%，对照组诱因为0.2-0.4% :氧化应激、应激或容量负荷过重2、心力衰竭、神经系统疾病中，有以特定神经元进行性丧失为病理特征的疾病：阿尔茨海默病(AD )、帕金森病、多发性硬化病例：阿尔茨海默病(AD )与细胞凋亡的关系：在AD患者的尸检中，海马和基底神经核胆碱神经元丧失达到30-50%，有时达到90% 大脑皮质也有一定程度的神经元丧失，大脑皮质广泛萎缩，脑沟变宽，脑回变窄，脑室扩大。 (二)神经元退行性疾病，诱