高级病理生理学：细胞凋亡与疾病

1、细胞凋亡与疾病第一节 概 述 由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞死亡过程称为细胞凋亡（apoptosis），也称为程序性细胞死亡(programmed cell death, PCD )。严格来说，凋亡与PCD是有区别的，前者是形态学概念（如染色质着边及DNA梯状条带等），后者是功能性概念（不一定存在上述形态学变化）。但是在一般情况下，这两个名词常被通用。细胞死亡有两种不同形式，一种是坏死（necrosis），通常由严重损伤因素（如：毒物中毒、严重缺血、缺氧、强酸、强碱、强大电流等）所致，正常组织细胞不发生细胞坏死。另一种是细胞凋亡，这是由病理学家Kerr等人在 1972年提出的

2、一个不同于坏死的细胞死亡的新概念。凋亡一词源于希腊文，其意义为“花瓣或树叶的枯落”。细胞凋亡作为一种生理性、主动的细胞死亡方式，在许多方面与坏死有显著的差别（见表2-1）。表2-1 细胞凋亡与坏死比较凋 亡坏 死1.性质生理或病理性，特异性病理性，非特异性2.诱导因素较弱刺激，非随机发生强烈刺激，随机发生3.生化特点主动过程，有新蛋白合成、耗能被动过程，蛋白分解、不耗能4.形态变化胞膜及细胞器相对完整，细胞皱缩，核固缩细胞肿胀、细胞结构全面溶解、破坏5.DNA电泳DNA片段化呈梯形（180-200bp的倍数）有DAN碎片、无序6.炎症反应无有7.凋亡小体有有8.基因调控有无凋亡作为一种生理过程

3、，主要具有三个方面的作用： 确保正常发育、生长。机体的发育、生长过程并不仅仅与细胞的增殖与分化有关，凋亡在器官、组织的形成、成熟过程中也发挥了重要作用。它可以清除多余的、失去功能价值的细胞。例如：人胚胎肢芽发育过程中指（趾）间组织，通过细胞凋亡机制而被逐渐消除，形成指（趾）间隙； 维持内环境稳定。受损、突变或衰老的细胞如果存留体内就可能干扰机体功能，甚至演变为多种疾病（如肿瘤）。为了维持内环境的稳定，机体必须及时将这些细胞清除，清除这些细胞的主要方式就是凋亡。例如：机体通过细胞凋亡机制清除了针对自身抗原的T淋巴细胞，维持了免疫系统功能的稳定。为了维持良好的功能状态，皮肤、粘膜上皮需要不断更新，

4、这个过程不仅仅是新生细胞的增殖，也包含了衰老细胞的凋亡。子宫内膜在周期性的增生之后由于激素撤退而发生凋亡、脱落；受损不能修复的细胞或发生癌前病变的细胞通过凋亡而被清除。通过细胞凋亡被机体清除的细胞数量是相当可观的，每秒钟可达数百万个。 发挥积极的防御功能。细胞凋亡参与了机体的防御反应，例如当机体受到病毒感染时，受感染的细胞发生凋亡，使DNA发生降解，整合于其中的病毒DNA也随之被破坏，因而阻止了病毒的复制。上述事例说明，细胞凋亡是保证多细胞生物个体正常发育成熟和维持正常生理过程所必需的。细胞凋亡过程失调不仅可使生物体失去机体的稳定性，还会是许多人类严重疾病的根源。因此对细胞凋亡的进一步研究将加

5、深人们对生命现象及某些疾病的认识，而调制凋亡过程是人类防治这些疾病的新途径。第二节 细胞凋亡的过程与调控一、细胞凋亡的大致过程 从细胞受到凋亡诱导因素的作用到细胞凋亡大致可分为四个阶段（图8-1）： 1.凋亡信号转导 细胞内外的凋亡诱导因素通过各种受体作用于细胞后，细胞产生一系列复杂的生化反应，形成与细胞凋亡有关的第二信使如：Ca2+、cAMP、神经酰胺等，然后通过胞内的信号转导途径激活后续凋亡程序。 2.凋亡基因激活 调控凋亡的基因接收由信号转导途径传来的死亡信号后按预定程序启动，并合成为执行凋亡所需的各种酶类及相关物质。 3.细胞凋亡的执行 凋亡细胞在各种凋亡酶类及相关物质作用下进入死亡执

6、行（execution of death）阶段，凋亡主要的执行者是核酸内切酶(endogenous nuclease DNase)和凋亡蛋白酶（Caspases）,前者彻底破坏细胞生命活动所必须的全部指令，而后者导致细胞结构的全面解体。 4.凋亡细胞的清除 已经凋亡的细胞可被邻近的巨噬细胞或其他细胞所吞噬、分解。上述全过程需时约数分钟至数小时不等。从凋亡信号转导到凋亡执行的各个阶段都有正、负调控因子存在，以形成完整的反馈环路，使凋亡过程受到精确、严密的调控。凋亡诱导因素受体或直接作用死亡信号凋亡相关基因激活DNase激活caspases激活巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞诱 导 期执 行 期消 亡 期

7、图2-1 细胞凋亡过程二、凋亡时细胞的主要变化细胞凋亡是受到高度调节的一种生理性细胞死亡过程，是受基因调控的一个主动连续的程序化反应，它不仅有形态上的改变，而且具备生化变化的特征。（一）细胞凋亡的形态学改变细胞凋亡的形态学改变是多阶段的。发生凋亡的细胞，形态上首先变圆，并逐步与周围细胞脱离，表面微绒毛消失。胞浆凝缩，胞膜迅速发生空泡化（blebbing），细胞体积逐渐缩小，出现固缩(condensation)。然后内质网变疏松并与胞膜融合，形成膜表面的芽状突起，称为出芽（budding）。晚期核质高度浓缩融合成团，染色质集中分布在核膜的边缘，呈新月形或马蹄形分布，称为染色质边集(margina

8、tion)。胞膜皱缩内陷，分割包裹胞浆，形成泡状小体称为凋亡小体(apoptosis body)，这是凋亡细胞特征性的形态学改变。凋亡小体形成后迅即被周围具有吞噬功能的细胞如巨噬细胞、上皮细胞等吞噬、降解（图8-2）。整个凋亡过程中胞膜保持完整，没有细胞内容物的外漏，因而不伴有局部的炎症反应。 图2-2 细胞凋亡与坏死的比较（二）细胞凋亡的生化改变细胞凋亡过程中可出现各种生化改变，其中DNA的片段化断裂及蛋白质的降解尤为重要。1.DNA的片段化 细胞凋亡时DNA链的断裂有三种方式。最多见的一种断裂方式是核小体间DNA链断裂，是内源性核酸内切酶（endogenous nuclease)被激活所致

9、。组成染色质的基本结构单位是核小体，核小体之间的连接区易受内切酶的攻击而发生断裂。DNA链上每隔200个核苷酸就有1个核小体，当内切酶在核小体连接区切开DNA时，即可形成180200bp或其整倍数的片段。这些片段在琼脂糖凝胶电泳中可呈特征性的“梯”状（ladder pattern）条带，这是判断凋亡发生的客观指标之一。因此，DNA片段化断裂是细胞凋亡的关键性结局。2.内源性核酸内切酶激活及其作用 在细胞凋亡过程中执行染色质DNA切割任务的是内源性核酸内切酶，这导致DNA断裂成核小体倍数大小的片段，在琼脂糖凝胶电泳上出现典型的阶梯状DNA区带。内源性核酸内切酶多数为Ca2+/Mg2+依赖的，但Z

10、n2+可抑制其活性。3.Caspases的激活及其作用 Caspases是目前研究得最清楚的细胞凋亡执行者。这是一组对底物门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，全名为含半胱氨酸的门冬氨酸特异蛋白酶。目前已发现该蛋白酶家族有10多个成员，第一个被发现的caspase是ICE (interleukin-I converting enzyme, ICE)，即caspase-1，随后又发现了一系列的caspase，曾被分别给予了不同的名称，现统称为caspases，而以序号区分。Caspase在凋亡中所起的主要作用是：灭活细胞凋亡的抑制物（如Bcl-2）；直接作用于细胞结构并使之

11、解体，促使凋亡小体形成；在凋亡级联反应（cascade）中水解相关活性蛋白，从而使该蛋白获得或丧失某种生物学功能如：caspase-9可使caspase-3酶原水解形成具有分解蛋白质活性的caspase-3。三、细胞凋亡的分子机制（一）凋亡信号凋亡信号可大致分成生理性凋亡信号和病理性凋亡信号两大类。1.生理性凋亡信号 某些激素和细胞因子 糖皮质激素是淋巴细胞凋亡的典型信号；甲状腺素被证实在蝌蚪转变为青蛙的器官凋亡性退化过程中起重要作用；肿瘤坏死因子（TNF）可诱导多种细胞发生凋亡；某些兴奋性神经递质也能诱导某些神经元凋亡，如谷氨酸可诱导皮质神经元、海马神经元发生凋亡。 生存信号的缺乏或不足 细

12、胞生存与细胞增殖一样，需要从其它细胞获得足够的生存信号，当生存信号缺乏或不足时，自杀基因（killer gene）就被激活并引发凋亡。如睾丸酮不足时，前列腺上皮细胞发生凋亡；ACTH不足则肾上腺皮质细胞凋亡；某些细胞因子缺乏或不足时可引起相应的细胞凋亡，如IL-2、IL-3、IL-6的缺乏可以触发依赖它们的细胞发生凋亡。2.病理性凋亡信号 现已发现，在一定的剂量范围内，能对细胞造成伤害的许多因素都可以诱发凋亡，包括多种生物毒素、化学毒素、病毒感染、射线（如射线、紫外线）、热应激、肿瘤化疗药物等。甚至营养因素的缺乏、过度的功能负荷都能诱导凋亡，如心肌细胞负荷过重导致心肌细胞凋亡可能是心力衰竭逐步

13、恶化的机制之一。 氧化应激 氧自由基化学性质活泼，破坏机体正常的氧化/还原的动态平衡，造成生物大分子（核酸、蛋白质、脂质）的氧化损伤，干扰正常的生命活动，形成严重的氧化应激状态，机体氧化损伤的后果之一就是诱导细胞凋亡。例如：各种氧化剂（如：H2O2）可直接诱导细胞凋亡，抑制超氧化物歧化酶（SOD）的活性也可诱导细胞凋亡，而使用抗氧化剂（如：Vit E、胡萝卜素等）可以阻断有氧化应激背景的各种凋亡诱导因素如TNF-、电离辐射等所引起的细胞凋亡。氧化应激引起细胞凋亡的可能机制是：激活P53基因、消耗大量ATP、生物膜脂质过氧化、激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶、活化核转录因子NF-B，AP-

14、1等诱发细胞凋亡。 钙稳态失衡 Ca2+是多种参与蛋白质、磷脂和核酸分解的酶的激活因子，如核酸内切酶的激活，磷脂酶A2、磷脂酶C的激活，蛋白酶的激活等，特别是核酸内切酶。化学毒物、细菌及病毒的毒素、过量的兴奋性氨基酸、氧化应激等通过干扰细胞的Ca2+转运系统和Ca2+通道引起钙稳态失衡，从而诱导凋亡。钙稳态失衡引起细胞凋亡的可能机制：激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶，降解DNA链；激活谷氨酰胺转移酶，有利于凋亡小体形成；激活核转录因子，加速细胞凋亡相关因子的合成；使DNA链舒展，有利于DNA内切酶切割DNA。 激活死亡受体 死亡受体是一组TNF受体基因超家族的成员，包括Fas、TNFR1

15、，死亡受体3、4、5（death receptors,DR3、DR4、DR5），NGF受体（nerve growth factor receptor）等。它们是一组膜蛋白，当相应配体（凋亡信号）与其结合后即触发凋亡过程。 线粒体损伤 细胞凋亡的早期就会出现线粒体内膜通透性增大，线粒体跨膜电位（m）明显下降。在毒物（如鱼藤酮、原卟啉、百草枯等）诱导的肝细胞凋亡、兴奋性递质（谷氨酸）诱导的神经元凋亡，必须生长因子的缺乏引起的相应细胞凋亡，糖皮质激素诱导的淋巴细胞凋亡等，皆证实了早期的线粒体m的明显下降。m的下降可能主要是由于线粒体通透性转换孔（permeability transition por

16、e，PTP）的改变，PTP的改变使线粒体的能量代谢障碍，释放氧自由基及蛋白酶和核酸内切酶的激活剂等，进而诱发凋亡。体内、外实验证明，阻止线粒体通透性的改变可以防止细胞凋亡，例如：用Bcl-2可以阻止细胞凋亡，在于它能升高线粒体的跨膜电位和阻止线粒体通透性改变。目前认为，线粒体膜功能和结构上的完整性被破坏引起细胞凋亡的可能机制是（图8-3）：线粒体内、外膜之间的PTP具有调节线粒体膜通透性的作用。正常情况下，绝大多数PTP处于关闭状态。当线粒体m在各种凋亡诱导因素作用下降低时PTP开放，导致线粒体膜通透性增大，使细胞凋亡的启动因子如：细胞色素C（Cyt.C）、凋亡蛋白酶激活因子(Apaf)和凋亡

17、诱导因子（AIF）等从线粒体内释放出来。Cyt.C与Apaf相互作用可激活caspase-9，而AIF是一种核基因组编码的，分子量为50kD的膜间蛋白，可快速激活核酸内切酶，并增强caspase-3的水解活性。Bcl-2具有恢复m和调制PTP功能的作用，因而可阻止上述凋亡启动因子从线粒体向外释放，切断了细胞凋亡级联式反应中的关键性环节，所以具有很强的抗细胞凋亡的作用。 图2-3 线粒体m下降与细胞凋亡氧化应激、钙稳态失衡、线粒体损伤三者在细胞凋亡的发生上既可单独启动，又可联合作用，是许多凋亡诱导因素的共同通路，事实上这三种机制常常是互相联系，互为因果，故有学者把上述三个学说合而为一，提出了细胞

18、凋亡的恶性网络假说（deleterious network hypothesis），以求更全面的解释细胞凋亡发生的机制。（二）细胞凋亡信号的转导大多数情况下，来自于细胞外的细胞凋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，最终激活细胞死亡程序，导致细胞凋亡。因此，凋亡信号转导系统是连接凋亡诱导因素与核DNA片段化断裂及细胞结构蛋白降解的中间环节。这个系统的特点是：多样性 即不同种类的细胞有不同的信号转导系统；耦联性 即死亡信号的转导系统与细胞增殖、分化过程中的信号转导系统在某些环节上有交叉、耦联；因此同一个信号，在不同条件下既可引起凋亡，也可刺激增殖；同一性 即不

19、同的凋亡诱导因素可以通过同一信号转导系统触发细胞凋亡。这就意味着切断某一信号转导系统,就有可能影响多种凋亡诱导因素引起的细胞凋亡；多途性 即同一凋亡诱导因素可经过多条信号转导途径触发凋亡。要完全阻抑某一凋亡诱导因素的作用，就必须同时切断多条相关的信号转导途径。迄今为止，研究较多的信号转导系统有： 胞内Ca2+信号系统； cAMP/ PKA信号系统； Fas /FasL信号系统； 神经酰胺信号系统； 二酰甘油PKC信号系统； 酪氨酸蛋白激酶信号系统。1.胞内Ca2+信号系统 Ca2+作为细胞第二信使介导了许多重要的细胞反应，如：肌细胞收缩、免疫细胞活化及细胞增殖等。20世纪80年代初研究糖皮质激

20、素诱导胸腺细胞凋亡时发现，细胞凋亡时胞内游离Ca2+浓度显著上升。用Ca2+载体A23187人为升高B淋巴细胞内Ca2+水平，可诱导B淋巴细胞凋亡；而用钙络合剂降低细胞内Ca2+水平，可阻止细胞凋亡。因此，Ca2+在细胞凋亡中充当了传递凋亡信号的角色。胞内Ca2+浓度上升可激活Ca2+依赖的谷氨酰胺转移酶，活化核转录因子等触发细胞凋亡。2.cAMP/PKA信号系统 cAMP是另一个重要的第二信使，它在胞内浓度的上升，可激活cAMP依赖的PKA，使其靶蛋白上某些氨基酸残基磷酸化，从而改变蛋白质的功能。研究发现，cAMP是细胞凋亡信号，例如：用可透过胞膜的双丁酰cAMP（db cAMP）可引起培养

21、的髓样白血病细胞或胸腺细胞发生凋亡；糖皮质激素诱导淋巴细胞凋亡也是通过激活Ca2+/钙调素信号系统，继而激活腺苷酸环化酶使胞内cAMP浓度上升，然后活化PKA引起细胞凋亡。3.Fas /FasL信号系统 Fas蛋白是细胞膜上的跨膜蛋白，属于TNF受体家族。作为一个膜受体，Fas蛋白可以和T淋巴细胞表面的Fas配体（FasL ）结合，也可以与抗Fas的抗体结合，从而启动细胞凋亡。在Fas蛋白所介导的细胞凋亡中其可能的信号转导机制如下： FasL或抗Fas抗体与Fas蛋白结合，引起神经鞘磷脂酶的活性迅速上升，使神经鞘磷脂分解产生神经酰胺，神经酰胺作为第二信使激活相应的蛋白激酶，从而诱导细胞凋亡；

22、抗Fas抗体或TNF与Fas蛋白结合后可激活ICE样的caspase，后者可降解H1组蛋白，使染色体松弛，DNA链舒展而暴露出核酸内切酶的酶切位点，使DNA链更容易被切割； Fas蛋白被激活后也可以通过Ca2+信号系统传递死亡信息而导致细胞凋亡。4.神经酰胺信号系统 神经酰胺（ceramide）是神经鞘磷脂（sphingomyelin, SM）在SM酶的作用下产生的一类新型第二信使。其生物学效应包括：诱导凋亡；抑制细胞生长；引起细胞周期阻滞，细胞周期通常被阻滞于G0/G1期。目前证实，电离辐射、TNF-a、Fas、糖皮质激素均可通过神经酰胺信号系统诱导细胞凋亡。5.二酰甘油PKC信号系统 二酰

23、甘油是磷脂酰肌醇和磷脂酰胆碱在磷脂酶C的催化下产生的一种第二信使物质。二酰甘油是PKC的内源性激活物，促癌物佛波酯是PKC的外源性激活物。研究表明：PKC由三组同工酶组成，其中PKC1与细胞凋亡关系密切，活化的PKC1可诱导u937白血病细胞发生凋亡。抑制PKC的活性，同时也可抑制糖皮质激素诱导的小鼠胸腺细胞凋亡。相反PKC激动剂佛波酯可抑制某些类型的细胞凋亡，如：糖皮质激素、T细胞受体激活及IL-2撤除所引起的细胞凋亡。这些材料提示：二酰甘油PKC信号系统参与了细胞凋亡，起重要的调控作用。6.酪氨酸蛋白激酶（PTK）信号系统 PTK所介导的信号系统对细胞凋亡起重要的负调控作用。一些生长因子或

24、细胞因子（NGF、表皮生长因子、IL-3等）与其受体结合后，通过直接或间接激活PTK，然后PTK将其靶蛋白上的酪氨酸磷酸化进而使Ras蛋白激活，并通过Raf-1（cytosolic kinase）,MAPKK(丝裂原激活蛋白激酶激酶)、MAPK（丝裂原激活蛋白激酶）引起蛋白质磷酸化并产生促进细胞分化的效应，此信号途径被阻断可引起细胞凋亡。生长因子或细胞因子撤除引起的细胞凋亡是由于PTK不能被有效激活所致。（三）细胞凋亡的执行1.caspases 根据caspases在凋亡中的作用可将其分为两类，启动型caspases(initiator caspase)和效应型caspases(effecto

25、r caspase)，前者如caspase-8，-9，-10，后者如caspase-3，-6，-7。以caspase-8为例，凋亡信号结合死亡受体Fas后，Fas的胞内死亡结构域DD与接头蛋白FADD结合，并进一步激活caspase-8，caspase-8具自身催化功能，进一步活化本身，在局部形成高浓度的启动型caspase，后者再活化其它效应型caspase，引起凋亡。目前已知的Caspase功能有：灭活凋亡抑制蛋白。如CAD（caspase-activated deoxyribonuclease，caspase激活的脱氧核糖核酸酶），正常细胞中CAD与ICAD结合在一起而不表现催化活性。当

26、发生凋亡时，ICAD被caspase灭活并与CAD分离，此时CAD即表现出核酸酶活性，使DNA片段化；再如Bcl-2，Bcl-2是凋亡抑制蛋白，是另一种由caspase负调控的蛋白。caspase不仅可以抑制Bcl-2，同时还可产生一些可促进凋亡的片段。直接作用于细胞结构并使之解体。在核膜下有一层由lamins物质构成的板层结构，它参与染色质构成。凋亡细胞中，lamins被caspase裂解，从而使板层结构崩解并导致染色质浓缩。分解与细胞骨架构成相关的蛋白如FAK、PAK2，从而使细胞结构重组、凋亡。caspase可使一些与DNA修复、复制和mRNA缝接有关的蛋白的调节区和催化区解离，瓦解核结

27、构，使细胞降解为凋亡小体。2.内源性核酸内切酶 内源性核酸内切酶的本质和作用尚未完全阐明，这些酶多数为Ca2+/Mg2+依赖的，但Zn2+可抑制其活性。由内源性核酸内切酶作用引起的DNA断裂产生的单链缺口优先发生于核小体连接区，这导致DNA断裂成核小体倍数大小的片段，即180200bp倍数大小的片段，在琼脂糖凝胶电泳上出现典型的阶梯状DNA区带。3.组织型转谷氨酰胺酶（tissue-type transglutaminase） 据认为该酶与凋亡小体的形成有关，它催化谷氨酰与赖氨基交联（cross-linking），造成的蛋白质交联形成稳定的构架，使内容物保留在凋亡小体内而不至于外泄。4.Cal

28、pains 这也是一类Ca2+依赖性蛋白酶，主要定位于可溶的胞浆隔室中，基本功能为参与酶的活化和膜的再塑过程。当胞浆Ca2+增加时，Calpains被活化，则参与分解细胞骨架、膜蛋白及其它一些蛋白成分，参与凋亡的执行。（四）细胞凋亡的基因调控细胞凋亡是在基因调控下的细胞自我消亡过程。许多研究表明，细胞凋亡涉及一个基因表达的级联反应。目前，细胞凋亡相关基因多达数十种，根据功能的不同可将其分为三类：抑制凋亡基因，如：EIB、IAP、Bcl-2等。促进凋亡基因，如Bax、ICE、P53等。双向调控基因，例如c-myc、Bcl-x等。1.Bcl-2 Bcl-2是B细胞淋巴瘤白血病-2（B cell l

29、ymphoma/leukemia-2, Bcl-2）基因的缩写形式，它是第一个被确认有抑制凋亡作用的基因（图2-4）。人的Bcl-2蛋白由229个氨基酸组成，小鼠为236个。应用单克隆抗体定位研究证实，Bcl-2蛋白主要分布在线粒体内膜、细胞膜内表面、内质网、核膜等处。广泛存在于造血细胞、上皮细胞、淋巴细胞、神经细胞及多种瘤细胞。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。例如：依赖NGF的神经细胞，当撤除NGF后，细胞会迅速发生凋亡。如果将表达Bcl-2的基因质粒注入细胞中，则可防止神经细胞凋亡。临床研究发现，当淋巴细胞性白血病病人外周淋巴细胞有20%以上呈Bcl-2阳性时，其

30、预后不佳，因为Bcl-2的过高表达，可导致肿瘤细胞对射线、抗癌药物的耐受性增强，不容易发生凋亡。目前认为：Bcl-2抗凋亡的主要机制是： 直接的抗氧化； 抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质，如：Cyt.C，AIF； 抑制促凋亡性调节蛋白Bax、Bak的细胞毒作用； 抑制凋亡蛋白酶的激活； 维持细胞钙稳态。Bcl-2家族抑制凋亡Bcl-2Bcl-xlMcl-1AI等促进凋亡BaxBakBcI-xsBadBid等图2-4 Bcl-2家族2.P53 野生型P53(wtP53)基因具有诱导细胞凋亡的功能，当该基因发生突变后反而可抑制细胞凋亡。野生型P53基因编码的P53蛋白是一种DNA结合蛋白，该蛋白在细胞

31、周期的G1期发挥检查点（checkpoint）的功能，负责检查染色体DNA是否有损伤，一旦发现有缺陷的DNA,它就刺激CIP(CDK-interacting protein-1，CDK是cyclin dependent kinase的缩写)的表达，阻止细胞进入细胞周期，并启动DNA修复机制；如果修复失败，P53则启动细胞凋亡机制。因此，P53有“分子警察”（Molecular Policeman）的美誉。3.c-myc，Bcl-x c-myc是一种癌基因，它能诱导细胞增殖，也能诱导细胞凋亡，具有双向调节作用。c-myc蛋白作为重要的转录调节因子，既可激活介导细胞增殖的基因，也可激活介导细胞凋亡

32、的基因，因此，细胞何去何从，取决于细胞接受何种信号以及细胞所处的生长环境。例如：在c-myc基因表达后，如果没有足够的生长因子持续作用细胞就发生凋亡；反之，细胞就处于增殖状态。Bcl-x基因可翻译出两种蛋白Bcl-XL和Bcl-Xs，前者抑制细胞凋亡，后者促进细胞凋亡。Bcl-x激活后是否产生细胞凋亡则与这两种蛋白合成以谁为主有关。4.Bax Bax蛋白是Oltvai(1993)在研究Bcl-2蛋白时发现的Bcl-2相关蛋白，分子量约为21kD，共有三个蛋白：Bax-、Bax-和Bax-。研究发现Bax-的高表达可加速细胞凋亡。另外，Bcl-2与Bax的比率不同也可影响细胞凋亡。说明Bax可能

33、抵消Bcl-2的作用。（五）吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬正在凋亡的细胞以及凋亡小体的最终结局是被邻近的吞噬细胞或正常细胞迅速识别和吞噬，进而被吞噬细胞内的溶酶体酶彻底消灭。这是机体保持正常生理功能的需要。否则，吞噬细胞内的内涵物外泄，就会引起炎症反应和次级损伤。体外研究表明，吞噬细胞上至少有3类受体，可对凋亡细胞进行识别。而凋亡细胞上也有相应的死亡标记，表明其“可食性”。 吞噬细胞凝集素（Lectin） 细胞相互作用的机制之一是：一个细胞表面的糖类可于另一个细胞表面的凝集素结合，这种结合作用可被凝集素所识别的单糖所抑制。凋亡细胞中，细胞表面糖蛋白失去唾液酸侧链时，原来处于隐蔽状态的N-乙酰葡

34、萄糖胺、N-乙酰半乳糖和半乳糖等单糖暴露出来，从而可与吞噬细胞表面的植物凝集素结合并发生相互作用。 血小板反应蛋白（TSP）中介吞噬 吞噬细胞分泌的TSP可介导吞噬细胞上的victronectin受体（即3整合素）对凋亡细胞的吞噬。TSP是一个多功能的三聚体式的并含有RGD序列的粘附糖蛋白。许多细胞都能分泌，它与血小板凝集、肿瘤转移、胚胎发生等细胞间和细胞与基质的相互作用有关。TSP由巨噬细胞合成并分泌入外周血，TSP结合到3和CD36上在巨噬细胞表面形成粘连复合物，使在巨噬细胞表面和凋亡的中性粒细胞之间形成分子桥，介导巨噬细胞对凋亡细胞的清除。 磷脂酰丝氨酸受体 正常血细胞膜上的磷脂是不对称

35、分布。中性磷脂如鞘磷脂与磷脂酰胆碱在外层，磷脂酰丝氨酸（PS）在内层。在细胞凋亡时，这种磷脂的不对称分布被破坏，从而导致这些细胞被巨噬细胞上的磷脂酰丝氨酸受体识别和吞噬。以上介绍了吞噬细胞参与凋亡细胞的识别和吞噬的三类分子，对于不同识别机制的选择和在吞噬识别过程中的相互作用知之甚少。在吞噬识别中，一类吞噬细胞中的不同个体可能使用了不同的识别机制，或者不同的吞噬细胞使用了相同的吞噬识别机制。因此，如果明确吞噬细胞清除凋亡细胞的机制，通过给药促进特异的吞噬清除功能，具有潜在的医疗价值。第三节 细胞凋亡与疾病 细胞凋亡是维持机体正常生理功能和自身稳定性的重要机制，细胞凋亡过程失调不仅可使生物体失去机

36、体的稳定性，还会是许多疾病的根源。现在已认识到许多疾病与细胞凋亡规律失常（凋亡不足和或凋亡过度）有关。表2-2总结了一些与细胞凋亡有关的疾病。表2-2 与细胞凋亡有关的疾病凋亡不足有关的疾病凋亡过度有关的疾病肿瘤神经元退行性疾病淋巴瘤老年性痴呆（阿尔茨海默氏病）伴53突变的肉瘤肌萎缩性侧索硬化症激素依赖性肿瘤帕金森氏病乳腺瘤色素性视网膜炎前列腺癌青光眼卵巢癌小脑退行性变白血病视网膜脱离原发性肝癌造血衰竭性疾病自身免疫性疾病骨髓增生异常综合征系统性红斑狼疮再生障碍性贫血系膜增殖性肾小球肾炎缺血损伤非肥胖性糖尿病脑卒中慢性炎症疾病缺血-再灌注损伤哮喘、哮喘型慢性支气管炎肝脏疾病关节炎病毒性肝炎艾滋

37、病乙醇中毒性肝炎移植物抗宿主反应和移植排异反应药物性肝损害病毒感染其它疱疹病毒神经性皮炎痘病毒骨质疏松症腺病毒牛皮癣杆状病毒一、细胞凋亡不足这类疾病无论细胞增殖的状态如何，其共同特点是细胞凋亡相对不足，细胞生死相抵之后仍然是生大于死，导致细胞群体的稳态被破坏，于是病变细胞异常增多或病变组织体积增大，器官功能异常。（一）肿瘤肿瘤的发生普遍被认为是由于细胞原癌基因的激活和抑癌基因的失活，导致细胞增殖过度和分化不足。但现在认为肿瘤的发生是多途径多步骤的，增殖过度是一种途径，细胞死亡减弱是另一途径。这两种途径可以并存。细胞凋亡受抑制存活延长，死亡率下降，导致肿瘤的发生。即应该天然凋亡的细胞，若使之不发

38、生凋亡，而让其继续存活则可能会转化为肿瘤细胞。如：在T淋巴细胞发育成熟过程中，95%的前T淋巴细胞在胸腺通过凋亡形式而去除，如果在发育过程中出现凋亡过程障碍，大量幼稚细胞会堆积而容易转化为肿瘤；又如：“老化”细胞或错误复制的细胞都应死亡，如果让本该凋亡的细胞继续存活下去，则这种老化细胞的染色体不稳定，即脆性增大，基因易突变，染色体容易易位，对致癌性物质的敏感性升高，增加了癌变的机会。因此，从发病学角度来看，细胞凋亡实际上是机体天然的抗癌机制之一。（二）自身免疫病免疫系统的主要功能是对异种抗原的识别并产生免疫应答，以消除入侵的有害微生物、衰老或畸变的细胞，发挥免疫防御、免疫监视和自身稳定的生理功

39、能。正常情况下，免疫系统对自身成分不产生免疫应答，或只产生微弱的免疫应答。但当自身耐受性因为某种原因而遭受破坏或丧失时，免疫系统就会对自身成分产生免疫应答，成为自身免疫性疾病。在生理条件下，细胞凋亡参与免疫细胞的发育，通过细胞凋亡过程可清除受病毒感染的或衰老的细胞，参与淋巴细胞的选择和免疫监控，因而在自身免疫中发挥重要作用。1994年Mountz提出自身免疫病的发病可能与细胞凋亡紊乱有关，为自身免疫病的研究提供了新的方向。系统性红斑狼疮（SLE）是典型的自身免疫病，其病因不清。近来的研究表明，SLE病人及小鼠体内细胞凋亡紊乱，提示细胞凋亡过程参与SLE的发病。当SLE病人吞噬细胞功能降低，吞噬

40、细胞不能迅速吞噬病人体内凋亡的淋巴细胞产生的大量凋亡小体时，凋亡小体膜破裂，核小体释放入血，刺激机体产生诸如抗DNA抗体，抗组蛋白抗体等众多的自身抗体，这些抗体引起SLE的发生或加重疾病的发展。到目前为止，糖皮质激素仍是治疗自身免疫性疾病的有效药物之一，其主要机制就是诱导那些异常存活的自身免疫性T细胞凋亡。二、细胞凋亡过度（一）心血管疾病大量的研究发现，许多心血管疾病的发生发展与细胞凋亡有关。已经证实出现细胞凋亡的心血管疾病有：扩张性心肌病、缺血性心肌病、致心律失常的右室发育不全、急性心肌梗死、心肌炎和预激综合症等。1心肌缺血与缺血-再灌注损伤 既往认为心肌缺血或缺血-再灌注损伤造成的心肌细胞

41、死亡形式是坏死。目前研究表明，该种心肌细胞损伤不但有坏死，也有凋亡。心肌细胞一旦坏死，目前人们尚无办法干预，但细胞凋亡是受一系列程序控制的过程，因此人们有可能通过干预死亡程序加以挽救。因此，研究细胞凋亡，给心肌缺血或缺血-再灌注损伤的防治开辟了一条新的途径。缺血或缺血-再灌注损伤引起的心肌细胞凋亡有如下特点： 缺血早期以细胞凋亡为主，晚期以坏死为主； 在梗死灶的中央通常以细胞坏死为主，梗死灶周边部分以凋亡为主； 轻度缺血以细胞凋亡为主，重度缺血通常以坏死为主； 在一定时间范围内，缺血-再灌注损伤时发生的细胞凋亡比相同时间的单纯缺血更严重； 急性、严重的心肌缺血（如心肌梗死）以心肌坏死为主，而慢

42、性、轻度的心肌缺血（如心肌冬眠）则发生细胞凋亡。心肌缺血或缺血-再灌注损伤引起细胞凋亡的机制目前尚不清楚，可能与下列因素有关： 体内实验证明，应用SOD可显著减少缺血-再灌注引起的心肌细胞凋亡，提示与氧化应激有关； 缺血或缺氧可引起心肌细胞死亡受体Fas显著上调，使心肌细胞有可能通过与FasL反应而导致细胞凋亡； 实验证明，缺氧可增加P53基因的转录，因此心肌缺血所引起的细胞凋亡可能与P53基因的激活有关。2.心力衰竭 近年来研究表明，心肌细胞凋亡造成心肌细胞数量减少可能是心力衰竭发生、发展的原因之一。在心力衰竭发生、发展过程中出现的许多病理因素如：氧化应激、压力或容量负荷过重、神经-内分泌失

43、调（细胞凋亡水平升高）、细胞因子（如TNF）、缺血、缺氧等都可诱导心肌细胞凋亡。例如在压力负荷过重引起的心力衰竭动物模型上已观察到左心肥大的同时，心肌细胞数量减少，经分析是由于细胞凋亡造成的。(二)神经元退行性疾病许多神经元疾病是以特定神经元的慢性进行性丢失为重要特征。如阿尔茨海默病（Alzheimers disease, AD），帕金森病（Parkinsons disease），多发性硬化症等。现有研究表明：AD患者以皮质神经元（尤其是额顶叶）丢失为主，由于大量神经元发生凋亡，大脑皮质出现广泛萎缩，脑沟变宽，脑回变窄，脑室扩大，脑实质有大量-淀粉样蛋白沉积及神经原纤维缠结。近年研究显示，有多

44、种因素可引起神经元凋亡，包括-淀粉样蛋白、钙超载、氧化应激及NGF分泌不足等。因此，若能阻抑胞内游离钙浓度的上升或清除氧自由基，就有可能阻断细胞凋亡。目前临床上广泛采用钙拮抗剂（如：尼莫地平）治疗，确能延缓神经元的死亡，AD症状可得到改善。而抗氧化剂Vit E也有类似作用。（三）病毒感染 由人免疫缺陷病毒（HIV）感染引起的AIDS具有传播速度快，无特效疗法和死亡率高等特点，其关键的发病机制是CD4+淋巴细胞被选择性破坏，导致CD4+淋巴细胞数显著减少，相关免疫功能缺陷。研究表明，细胞凋亡在AIDS CD4+淋巴细胞减少中扮演了非常重要的角色。根据目前研究，HIV感染导致CD4+淋巴细胞发生凋

45、亡与下列因素有关： 1.gp120糖蛋白 感染HIV的宿主细胞膜上可表达一种名为gp120的糖蛋白，CD4+淋巴细胞的表面存有这种蛋白的受体，当gp120与CD4+受体分子结合后即可触发CD4+淋巴细胞发生凋亡。 2.合胞体形成 受HIV感染的大部分CD4+淋巴细胞（约80% 90%)逐步融合形成合胞体（syncytia）或多核巨细胞，合胞体在形成过程中或形成后即可发生凋亡而解体。 3.Fas基因表达上调 HIV感染可引起CD4+淋巴细胞的Fas基因表达上调，因而使CD4+淋巴细胞对Fas介导的凋亡敏感性提高。 4.T细胞激活 HIV感染可引起CD4+淋巴细胞处于被激活状态。正常情况下被激活的细胞会迅速发生增殖反应，但在HIV感染时被激活的CD4+淋巴细胞不但不发生增殖，反而发生凋亡。这种发生在细胞激活以后的T淋巴细胞死亡又称为激活诱导的细胞死亡（activation-i