细胞生物学课件：11细胞死亡

李杰jlee@细胞的衰老与死亡第十五章第二节细胞的死亡细胞坏死(Necrosis)是由于某些外部因素，如：局部缺血、高热以及物理、化学损伤和生物的侵袭等，造成细胞急速死亡而结束其生命。又称为意外死亡或病理性死亡。细胞凋亡(Apoptosis)在一定的生理条件下，细胞在基因调控下，遵循自身的程序，自己结束其生命的过程。最后细胞脱落、离体或裂解为若干凋亡小体，被临近细胞或吞噬细胞吞噬。

细胞凋亡时，细胞膜内陷将细胞自行分割成多个外有膜包裹、内容物不外泄的小体。凋亡小体(apoptoticbody)细胞凋亡(Apoptosis)在一定的生理条件下，细胞在基因调控下，遵循自身的程序，自己结束其生命的过程。最后细胞脱落、离体或裂解为若干凋亡小体，被临近细胞或吞噬细胞吞噬。程序性死亡（Programmedcelldeath,PCD）细胞在特定时间范围内，按照基因程序控制下的细胞死亡过程，具有严格的基因时控性和细胞选择性。一、细胞凋亡具有重要的生物学意义1.发育过程中清除多余的细胞蝌蚪向蛙发育的变态反应中程序性细胞死亡的作用程序性细胞死亡在小鼠脚趾形成中的作用在发育过程中凋亡异常引起并指（趾）程序性细胞死亡对发育中神经细胞数量的调节T-cellselectionforappropriateTCR胚胎发生2．清除正常生理活动过程中无用的细胞3.清除病理活动过程中有潜在危险的细胞二、细胞凋亡与细胞坏死具有重要区别NecrosisApoptosisVS凋亡小体的形成凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬并消化凋亡起始：细胞表面的特化结构如微绒毛消失，细胞间接触的消失，但细胞膜依然完整；线粒体大体完整，但核糖体逐渐从内质网上脱离，内质网囊腔膨胀，并逐渐与质膜融合；染色质固缩，形成新月形帽状结构等形态，沿着核膜分布。1.细胞凋亡的形态学特征凋亡细胞的形态结构正常细胞凋亡细胞荧光染色显示，细胞核皱缩，染色质凝聚碎裂，形成凋亡小体；对照细胞核呈现均匀，明亮的荧光。人BGC823(胃癌细胞)在某一生物碱诱导凋亡后AO/EB染色结果细胞凋亡细胞坏死诱导因素生理因素及弱刺激强烈刺激2.细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞内容物细胞凋亡细胞坏死无释放释放细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡细胞坏死细胞数量单个细胞丢失成群细胞死亡细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡细胞坏死完整不完整膜完整性细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡细胞坏死无明显变化肿胀破坏细胞器细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡细胞坏死染色质凝聚成半月状稀疏呈网状细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡细胞坏死细胞形状形成凋亡小体破裂成碎片细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡细胞坏死核DNA有控降解随机降解细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡细胞坏死基因调控有无细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡细胞坏死后果不引起炎症反应引起强烈的炎症反应细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡细胞坏死意义生理死亡方式病理死亡方式细胞凋亡与细胞坏死的区别类别细胞凋亡细胞坏死死亡原因诱导因素生理因素及弱刺激急性强力伤害死亡延续时间数小时潜伏期多没有潜伏期死亡过程基因调控有无能量需要不需要细胞形状皱缩成凋亡小体肿胀破裂成碎片细胞器无明显变化肿胀破坏染色质凝集成半月状稀疏成网状核DNA有序降解随机降解膜完整性完整破裂细胞内容物无释放释放死亡结局炎症反应无有斑痕无有死亡意义主动的、生理性死亡被动的、病理性死亡细胞凋亡与细胞坏死比较3.1磷脂酰丝氨酸(PS)外翻

3.细胞凋亡的生化特征3.2Caspase(半胱氨酰天冬氨酸蛋白酶)活性被激活本质:蛋白酶切割位点:Asparaticacid活性位点:CysteineCysteineAsparaticacidspecificproteaseAsp-Glu-Val-AspCaspase-1和Caspase-3晶体结构3.3DNAladder细胞核内的DNA被核酸内切酶特异地在核小体连接段间降解，产生若干由180-200bp及其不同倍数组成的寡核苷酸片断。这些DNA片断在琼脂糖凝胶电泳时呈现梯状DNA区带图谱（DNAladder）,这是最典型的凋亡指标。细胞色素c诱导的凋亡细胞DNA电泳图1．细胞色素c诱导0h2．细胞色素c诱导1h3．细胞色素c诱导2h4．细胞色素c诱导3h5．细胞色素c诱导4h6．阴性对照7．Marker

DNA电泳CADCADCaspaseactivatedDnaseICADinhibitorofCAD

Ca2+/Mg2+dependent，inhibitedbyZn2+caspasesCaspase-3作用于CADTUNEL原位末端核苷酸标记亚二倍体峰有些发生凋亡的细胞其染色质DNA并不降解，DNA降解并不是细胞凋亡的必需标志。3.4

tTG（组织转谷氨酰胺酶）积累Ca2+依赖性；只在不再分裂的，已完成分化的细胞中处于活性状态；催化某些蛋白质的翻译后修饰。建立谷氨酰胺和赖氨酸之间的交联以及多胺掺入蛋白质，结果导致蛋白质沉淀，有助于保持凋亡小体暂时的完整性。3.5多聚ADP核糖聚合酶水解(polyADP-ribosepolymerase,PARP)2002年10月7日英国人悉尼·布雷诺尔、美国人罗伯特·霍维茨和英国人约翰·苏尔斯顿，获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。H.RobertHorvitzJohnE.Sulston

SydneyBrenner三、细胞凋亡的分子机制涉及细胞外和细胞内的多种因素雌雄同体的秀丽新小杆线虫易于养殖；性成熟周期短；细胞数量少；易于诱变；基因组序列全部测出体细胞：1090个，成虫：959个细胞凋亡途径及相关基因NematodeMamalianCed-3Ced-9Ced-4CaspasesApaf-1（apoptosisproteaseactivatingfactor）Bcl-2family(anti-apoptotic)3.1Caspases和细胞凋亡Caspase活化Caspase活化级联蛋白激酶如粘着斑激酶，如果粘着斑激酶被破坏了,即破坏了细胞的粘着,使得细胞与相邻细胞失去粘着而导致程序性死亡。其他能够被caspase切割的靶蛋白

细胞结构蛋白维持细胞结构必需的蛋白质,如中间纤维肌动蛋白等被caspase切割后导致细胞形态的改变3.2Bcl-2(B-celllymphoma2)家族Bcl-2蛋白的羧基末端有一穿膜结构域，可与线粒体及内质网膜相结合，维持线粒体膜通透性Bcl-2家族蛋白的二聚体对凋亡的调控BaxBaxBaxBcl-XLBcl-XLBadBaxBaxBcl-2Bcl-2Bcl-XSBax细胞凋亡细胞存活3.3p53基因（抑癌基因）衰老细胞端粒长度的缩短会诱导细胞中p53

含量明显增加，继而诱导p21的表达，抑制Cdk的活化，使得Rb不能被磷酸化，E2F处于持续失活状态，最终引发细胞衰老。肿瘤型突变频率（%）突变热点肿瘤型突变频率（%）突变热点肺癌56157，248，273前列腺癌30不确定结肠癌50175，245，248，273肝细胞癌45249食道癌45不确定胶质癌25175、248卵巢癌44273乳腺癌22175、248、273胰腺癌44273子宫内膜癌22248皮肤癌44248、278甲状腺癌13248、273胃癌41不确定白血病12175、248头颈鳞癌37248宫颈癌17273膀胱癌34280软组织肉瘤31不确定人类肿瘤p53基因突变热点和频率3.4Fas诱导的细胞凋亡Factorassociatedsuicide对免疫系统细胞的死亡起重要作用，参与清除淋巴细胞和病毒感染细胞两条细胞凋亡信号通路

受体介导的细胞凋亡途径线粒体介导的细胞凋亡途径五、细胞凋亡与医学(一).细胞凋亡不足1.