第13章细胞凋亡与疾病

1、细胞凋亡与疾病（Programmed cell death,主要内容： 1、定义 2、细胞凋亡过程与调控 3、细胞凋亡发生机制 4、细胞凋亡与疾病,一、定义,体内外因素触发细胞内预存的死亡程序引起的细胞死亡过程。 细胞凋亡的生理意义： 1、确保正常生长、发育： 胚胎发育过程中，指（趾）间组织通过细胞凋亡形成指（趾）间隙。 2、维持内环境稳定： 受损、突变、衰老的细胞以及针对自身抗原的细胞、癌前病变细胞等大多通过细胞凋亡清除。 3、防御功能： 被病毒感染的细胞通过细胞凋亡、DNA降解，阻止病毒复制,二、细胞凋亡过程与调控,一）细胞凋亡过程： 1、凋亡信号转导、凋亡基因的激活、细胞凋亡的执行、凋亡

2、细胞的清除： 细胞内外因素通过受体、第二信使（cAMP、神经酰胺）进入细胞内信号转导途径，启动凋亡基因、合成或激活执行凋亡所需的酶和相关物质（核酸内切酶、凋亡蛋白酶），细胞解体，凋亡细胞被邻近的吞噬细胞清除,细胞凋亡过程,凋亡诱导因素,cAMP Ca+ 神经酰胺,死亡信号转导,凋亡相关基因激活,巨噬细胞 吞噬分解 凋亡细胞,2、凋亡细胞的主要变化,形态学： （1）表面微绒毛消失，脱离周围细胞。 （2）胞浆脱水、体积缩小、固缩。 （3）内质网扩张与胞膜融合形成膜表面芽状突起（出芽）。 （4）核固缩成团、染色质集中分布在核膜的边缘呈新月性、马蹄形。称染色质边集。 （5）胞膜内陷分割包裹胞浆形成泡状

3、小体。称凋亡小体（细胞凋亡的特征之一）。 凋亡小体形成后迅速被吞噬细胞清除，没有细胞内容物外漏、不伴有炎症反应,生化学的变化,1）DNA片断化： 核小体（200个核苷酸）之间的连接区受核酸内切酶作用断裂，形成片断。在琼脂糖凝胶电泳中呈现特征性的“梯状”条带，这是判断凋亡的客观指标之一。 （2）核酸内切酶的激活： 该酶以无活性的形式存在于细胞核内。凋亡基因启动后，通过细胞内Ca2+/Mg2+（激活）和Zn2+（抑制）激活依赖二价金属离子的核酸内切酶，激活核酸内切酶。在某些细胞内也存在非依赖二价金属离子的核酸内切酶。 （3）凋亡蛋白酶的激活： 凋亡蛋白酶是一组对低物天冬氨酸部位有特异水解作用的蛋白

4、水解酶，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶。目前发现凋亡蛋白酶有13个成员。其主要作用是：水解细胞蛋白质结构，灭活细胞凋亡抑制物；水解凋亡过程中的相关活性蛋白，使其获得或丧失生物学活性。如凋亡蛋白3酶原在凋亡蛋白9的作用下转变成具有活性的凋亡蛋白酶3,细胞凋亡与细胞坏死的比较,凋亡细胞的电镜观察,凋亡与坏死的比较,凋亡细胞DNA链断裂示意图,三、细胞凋亡的调控,一）细胞凋亡相关因素： 1、诱导性因素：启动预定程序的因素。 （1）激素和生长因子失衡： 激素和生长因子是细胞正常生长必不可少的因素，两者失衡可启动凋亡。如应激时糖皮质激素增加可启动淋巴细胞凋亡。 （2）理化因素： 放射线、高温、强酸、强碱

5、、乙醇、抗癌药、氧自由基等。 （3）免疫性因素： 免疫细胞分泌的免疫分子引起免疫细胞、靶细胞凋亡。 （4）微生物： 细菌、病毒等。如HIV（人类免疫缺陷病毒）可诱导CD4+细胞凋亡，导致免疫功能低下,2、抑制性因素,实验证明抑制细胞凋亡的因素有： 细胞因子（白细胞介素2、神经生长因子） ACTH、 睾丸酮、 雌激素、 Zn2+、 苯巴比妥、 EB病毒等,二）细胞凋亡的信号转导,细胞凋亡信号转导包括 诱导因素、 细胞内细胞凋亡信号、 转导途径、 启动凋亡基因、 核DNA片断化、 蛋白质降解、 细胞凋亡。 在整个信号转导途径中有以下特点,1、多样性： 不同种类的细胞有不同的信号转导系统,2、偶联性

6、： 死亡信号转导系统与细胞增殖分化信号转导系统有交叉、偶联，同一信号在不同条件下可引起凋亡、也可引起增殖,3、同一性： 不同的凋亡诱因可通过同一途径触发凋亡。（阻断某一环节可阻止多种诱因引起的凋亡,4、多途性： 同一诱因可通过多途径触发凋亡。（阻断多个环节才能阻断某一诱因引起的凋亡,三）凋亡相关基因,促进凋亡和抑制凋亡的两类基因的协调确保细胞生死有序。 相关基因有3类。 1、抑制凋亡基因： 以Bcl-2为代表（是B淋巴细胞瘤/白血病2）基因的缩写形式。Bcl-2蛋白由229个氨基酸组成，广泛存在于多种细胞（造血、上皮、淋巴、神经及多种瘤细胞的细胞器上，线粒体、内质网、胞膜、核膜等）。 肿瘤细胞

7、Bcl-2的高表达提示对凋亡诱因有耐受性，病人预后不良。Bcl-2通过抗氧化；抑制线粒体释放促凋亡蛋白；抑制促凋亡调节蛋白的作用；抑制凋亡蛋白酶的激活；维持钙稳态等发挥抗凋亡作用,2、促凋亡基因： 以Fas为例。 Fas是一种细胞表面受体，跨膜蛋白质。其伸向胞浆部分有一段与TNF、NGF受体高度同源，存在于多种组织细胞中。因此Fas可以同Fas抗原或某种生长因子结合，通过信号转导诱发凋亡或阻断生长因子的作用，细胞凋亡。 P53蛋白是一种DNA结合蛋白，在细胞增殖周期中发挥检查点作用。当发现DNA有缺陷时，阻止细胞进一步分化或修复DNA。当DNA修复失败后，启动凋亡，使发育有误的细胞消灭于萌芽之

8、中，所以P53有“分子警察”的美誉,3、双向调控基因： C-myc是一种癌基因，具有双向作用。 何去何从取决于细胞接收的信息及所处环境。如C-myc表达后有足够生长因子的作用，细胞增殖；反之，细胞凋亡,四、凋亡的发生机制,一）氧化损伤： 氧自由基引起细胞多种成分的损伤，加速凋亡相关基因的表达，引起细胞凋亡。 （二）钙稳态失衡： 细胞内钙离子浓度增加，激活多种与细胞凋亡有关酶的活性。如Ca2+/Mg2+可激活凋亡蛋白酶。 （三）线粒体损伤： 凋亡过程中线粒体结构基本正常。但是能量代谢障碍、细胞膜通透性增加，释放多种细胞凋亡启动因子（凋亡蛋白激活因子、凋亡诱导因子等），激活凋亡蛋白酶引起细胞凋亡,五、细胞凋亡与疾病,凋亡是维持细胞群体数量的重要手段，凋亡不足/过度均可引起疾病。 （一）凋亡不足： 肿瘤的发生、自身免疫性疾病与此有关。 （二）凋亡过度