细胞凋亡的机理

细胞凋亡的机理第1页，共32页，2023年，2月20日，星期二apoptosis凋亡过程与调控凋亡过程+受体cAMPCa2+神经酰胺凋亡诱导因素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信号转导基因激活执行凋亡凋亡细胞的清除第2页，共32页，2023年，2月20日，星期二apoptosis凋亡过程与调控凋亡过程Ⅰ受体cAMPCa2+神经酰胺凋亡相关基因激活信号转导细胞膜细胞核凋亡诱导因素+Dnase激活Caspases激活死亡信号第3页，共32页，2023年，2月20日，星期二apoptosis凋亡过程与调控凋亡过程ⅡDNase激活Caspases激活凋亡细胞的清除凋亡执行第4页，共32页，2023年，2月20日，星期二线虫Caenorhabditiselegans是研究个体发育和细胞程序性死亡的理想材料（生命周期短，细胞数量少）。线虫神经系统由302个细胞组成。这些细胞来自于407个前体细胞。也就是说105个细胞发生了程序性死亡。控制线虫细胞凋亡的基因主要有3个Ced-3、Ced-4和Ced-9Ced-3和

Ced-4的作用是诱发凋亡；Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用。第5页，共32页，2023年，2月20日，星期二2002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，因在细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔生理与医学奖。SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston

第6页，共32页，2023年，2月20日，星期二

细胞凋亡的调控涉及许多基因，包括一些与细胞增殖有关的原癌基因和抑癌基因。其中研究较多的有ICE、Apaf-1、Bcl-2、Fas/APO-1、c-myc、p53、ATM等。（一）细胞凋亡相关基因第7页，共32页，2023年，2月20日，星期二1．Caspase家族

Caspase属于半胱氨酸蛋白酶，相当于线虫中的ced-3，这些蛋白酶是引起细胞凋亡的关键酶，一旦被信号途径激活，能将细胞内的蛋白质降解，使细胞不可逆地走向死亡。它们均有以下特点：①酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲和性；②总是在天冬氨酸之后切断底物，所以命名为caspase又称之为凋亡酶；③都是由两大、两小亚基组成的异四聚体，大、小亚基由同一基因编码，前体被切割后产生两个活性亚基。第8页，共32页，2023年，2月20日，星期二使抑制凋亡因子失活，如CAD/ICAD破坏细胞结构，如Lamina将调节区与催化区分离，使蛋白失活，如GelsolinCaspase如何杀死细胞？第9页，共32页，2023年，2月20日，星期二

Gelsoin为一种重要的肌动蛋白结合蛋白质,最早是从兔肺巨噬细胞提取液中分离得到的一种Ca2+依赖性肌动蛋白纤维切断和封顶蛋白。未分化和增殖力强的癌细胞系该蛋白水平很低，而在高分化和不增殖的细胞系该蛋白高表达。第10页，共32页，2023年，2月20日，星期二2．Bcl-2家族Bcl-2为凋亡抑制基因，是膜的整合蛋白，其功能相当于线虫中的ced-9。现已发现至少19个同源物，它们在线粒体参与的凋亡途径中起调控作用，能控制线粒体中细胞色素c等凋亡因子的释放。第11页，共32页，2023年，2月20日，星期二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第12页，共32页，2023年，2月20日，星期二3．p53是一种抑癌基因，其生物学功能是在G期监视DNA的完整性。如有损伤，则抑制细胞增殖，直到DNA修复完成。如果DNA不能被修复，则诱导其调亡。第13页，共32页，2023年，2月20日，星期二p53是一种肿瘤抑制基因（gene）。在所有恶性肿瘤中，50%以上会出现该基因的突变。由这种基因编码的蛋白质（protein）是一种转录（transcription）因子，其控制着细胞分裂周期的启动。许多有关细胞健康的信号向p53蛋白发送。关于是否开始细胞分裂就由这个细胞决定。如果这个细胞受损，又不能得到修复，则p53蛋白将参与启动过程，使这个细胞在细胞凋亡（apoptosis）中死去。有p53缺陷的细胞没有这种控制，甚至在不利条件下继续分裂。像所有其它肿瘤抑制因子一样，p53基因在正常情况下对细胞分裂起着减慢或监视的作用。细胞中抑制癌变的基因“p53”会判断DNA变异的程度，如果变异较小，这种基因就促使细胞自我修复，若DNA变异较大，“p53”就诱导细胞凋亡。

第14页，共32页，2023年，2月20日，星期二P53基因wtP53——修复受损的DNA，如修复失败则诱导细胞凋亡突变的P53失活的P53丧失监视DNA损伤的功能射线，毒素P53蛋白+细胞凋亡分子警察促进凋亡基因第15页，共32页，2023年，2月20日，星期二4．myc在许多人类恶性肿瘤细胞中都发现有c-myc的过度表达，它能促进细胞增殖、抑制分化。在凋亡细胞中c-myc也是高表达，作为转录调控因子，一方面它能激活那些控制细胞增殖的基因，另一方面也激活促进细胞凋亡的基因，给细胞两种选择：增殖或凋亡。当生长因子存在、Bcl-2基因表达时，促进细胞增殖，反之细胞凋亡。第16页，共32页，2023年，2月20日，星期二双向调控基因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-mycBcl-x是1933年发现的一类与Bcl-2相关基因。Bcl-xl——抑制细胞凋亡。Bcl-xs——促进细胞凋亡。第17页，共32页，2023年，2月20日，星期二（二）可诱导细胞凋亡的途径氧化损伤钙稳态失衡线粒体损伤第18页，共32页，2023年，2月20日，星期二㈠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：①DNA受损激活P53基因膜通透性↑Ca内流↑DNase②生物膜损伤ΔΨm↓

脂质过氧化产物↑③多聚ADP核糖合成酶活化，NAD＋耗竭，ATP大量消耗④可活化NF-kB、AP-1，加速细胞凋亡相关的一些基因表达

第19页，共32页，2023年，2月20日，星期二㈡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：

①激活Ca2＋/Mg2＋依赖的DNase②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③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④激活核转录因子，加速促凋亡基因的转录第20页，共32页，2023年，2月20日，星期二㈢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表现为线粒体内膜通透性↑线粒体内膜的跨膜电位Δψm↓

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线粒体内膜跨膜电位（Δψm）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）释放第21页，共32页，2023年，2月20日，星期二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潜在Dnase活化Dnase激活Caspases细胞凋亡线粒体损伤第22页，共32页，2023年，2月20日，星期二第23页，共32页，2023年，2月20日，星期二MitochondriainApoptosis

第24页，共32页，2023年，2月20日，星期二正常机体细胞生长与死亡的平衡生长坏死、凋亡正常机体细胞凋亡与疾病第25页，共32页，2023年，2月20日，星期二凋亡相对不足肿瘤、自身免疫性疾病、病毒感染等第26页，共32页，2023年，2月20日，星期二

细胞凋亡与疾病的关系——

该“死”的细胞不死，不该“死”的细胞却死了，也就是说无论凋亡过度或凋亡不足都可以导致疾病的发生。细胞凋亡不足：肿瘤，自身免疫病，细胞凋亡过度：心肌缺血，心力衰竭，神经元退行性疾病，病毒感染不足与过度并存：动脉粥样硬化（三）凋亡与疾病第27页，共32页，2023年，2月20日，星期二I细胞凋亡不足⒈肿瘤：凋亡抑制基因Bcl-2基因过高表达------凋亡衰减（前列腺癌）促凋亡基因如p53基因突变或缺失，肿瘤发生率↑⒉自身免疫病

———自身抗原受到自身抗体或致敏T淋巴细胞的攻击而损伤

T、B淋巴细胞通过正选择和负选择才能发育、分化成熟负选择：凋亡清除针对自身组织抗原和TCR的双阳性细胞正选择：保留能够识别自身组织抗原的T细胞，并增殖成熟

如果负选择机制失调，针对自身组织抗原的T细胞存活、增殖，产生自身免疫病。第28页，共32页，2023年，2月20日，星期二II细胞凋亡过度⒈心血管疾病⑴心力衰竭⑵心肌缺血与再灌注损伤———坏死与凋亡共存发生机制：氧化应激；细胞内钙超载；

Fas受体上调；p53基因转录增强

凋亡特点：①早期凋亡为主，晚期坏死为主②梗死灶中央以坏死为主，周边凋亡为主③慢性、轻度缺血以凋亡为主，急性、重度缺血则常常发生坏死④IR引起的细胞凋亡有时比单纯缺血更严重

第29页，共32页，2023年，2月20日，星期二⒉神经元退行性疾病

———特定神经元进行性丧失为病理特征的疾病阿尔茨海默病（AlzheimerdiseaseAD）

AD主要是由于海马及基底神经核的胆碱能神经元大量丧失,病理切片上可见β-淀粉样蛋白沉积和神经元缠结

机制：β-淀粉样蛋白基因位于21号染色体，当钙超载、氧化应激或神经生长因子分泌不足时，Ca2＋内流增加，激活与β-淀粉样蛋白合成有关的基因，使β-淀粉样蛋白含量增加，沉积于神经元内，进一步激活周围的Mφ释放细胞因子和炎性介质促进凋亡的发生第30页，共32页，2023年，2月20日，星期二⒊病毒感染

病毒感染宿主细胞后有两种结局：一是诱导细胞凋亡从而限制病毒生长（肝炎病毒）；二是由病毒基因表达的蛋白抑制宿主细胞凋亡，造成持续性感染或增加某些病毒的致癌可能性。

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