第8章-细胞凋亡课件

细胞凋亡与疾病

cellapoptosisanddiseases第8章细胞增殖细胞死亡如果不存在细胞死亡，一个到了80岁的老人的骨髓和淋巴结可达2000公斤，肠道可达3200米。细胞凋亡名称的由来英国Aberdeen大学病理系

Kerr教授1972年我和Wyllie在研究中观察到一种不同于坏死的细胞死亡方式，联想到秋日落叶，我们就把它称作Apoptosis“apo（off离开，分离）+ptosis（falling下降，掉下来）”Apoptosis来自希腊，秋天树叶的凋落和花瓣的散落。fallingoff被引用了11408次！细胞凋亡的概念★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。又称程序性死亡

PCD（programmedcelldeath）SydneyBrenner:aluckyscientistinhisresearchcareer.Hedevelopedasimplemodel-thetinytransparentwormC.elegans,whichwasusefulforstudyingorgandevelopment,innateimmunesystem,neurobiology,andapoptosis

Brenner建立了秀丽隐杆线虫（Celegans)模型约翰.苏尔斯顿发现雌雄同体的秀丽线虫在发育中，1090个体细胞必定有131个细胞死亡，说明线虫的每个细胞的位置、分裂与命运都是由遗传程序精确的预先存在。霍维次发现了第一个调控细胞凋亡的基因Ced-3.细胞凋亡的生理意义1、确保正常发育、生长如：指（趾）间隙的形成2、维持内环境稳定如：清除受损、突变或衰老的细胞3、防御功能如：使受到病毒感染的细胞凋亡凋亡apoptosis

自噬autophage

坏死necrosis细胞死亡的方式细胞坏死与凋亡的差异

坏死

凋亡

性质病理性、非特异性生理性或病理性，特异性

诱导因素强烈刺激，随机发生较弱刺激，非随机发生

生化特点被动过程，无新蛋白质合成，不耗能主动过程，有新蛋白质合成，耗能

DNA电泳

形态变化弥散性降解，电泳呈均一DNA片状细胞结构全面溶解、破坏、细胞肿胀DNA片段化（180—200bp），电泳呈“梯”状条带胞膜及细胞器相对完整细胞皱缩，核固缩

炎症反应溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体相对完整，局部无炎症反应

凋亡小体无有

基因调控无有ApoptosisNecrosisapoptosis凋亡时细胞的形态学改变空泡化核固缩出芽凋亡小体早期：胞浆脱水，胞膜空泡化，细胞核固缩晚期：染色质边集，凋亡小体最后：被附近的巨噬细胞吞噬消化胞膜皱缩内陷，分割包裹胞质，内含DNA物质及细胞器，形成泡状小体称为凋亡小体apoptosisbody.凋亡细胞的生化改变

DNA片段化内切酶在核小体切开DNA，形成180-200bp为倍数的片段，电泳呈“梯状”条带内源性核酸内切酶（Dnase）激活切割染色质DNA，Ca2+/Mg2+(+)，Zn2+(-)凋亡蛋白酶（Caspase）

(caspases：cysteine-containingasparate-specificprotease)Caspases的活性中心富含半胱氨酸，对底物天冬氨酸部位有特异的水解作用作用：切割染色质DNADnase特点：Ca2+

、Mg2+依赖Caspase灭活凋亡抑制物水解蛋白质结构，形成凋亡小体水解凋亡相关活性蛋白作用：1、Caspase:

（含半胱氨酸的天冬氨酸特异水解酶）

结构特点①以无活性的形式:Pro-Caspases存在。②在Pro-Caspases的N端均含有一段的前区域（Prodomain）。③活性形式均是由2个大亚基和2个小亚基组成的杂四聚体。一分子Pro-Caspase只能分裂产生1个大亚基和1个小亚基。④在大亚基的C端均含有QACXG（X=R.Q或G）的活性中心，其中半胱氨酸（C）是必需氨基酸，故Caspase是属于半胱氨酸蛋白酶类。

作用底物

①灭活ICAD：使CAD发挥切割DNA片段的功能。②核纤层蛋白③细胞骨架蛋白：导致细胞解体，形成凋亡小体

CAD:凋亡蛋白酶激活的DNA酶ICAD:凋亡蛋白酶激活的DNA酶抑制物使抑制凋亡因子失活，使CAD/ICAD解离

破坏细胞结构，如核纤层Lamina

将调节区与催化区分离，使蛋白失活，如Gelsolin

2.内源性核酸内切酶的作用H1核心颗粒连接区180-200bp内源性核酸内切酶Zn2+Ca2+Mg2+Dnase：降解核小体连接区典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）一、凋亡细胞概述

二、细胞凋亡的调控

三、细胞凋亡与疾病

一、细胞凋亡信号细胞凋亡的诱发因素

生理性因素损伤刺激

肿瘤坏死因子家族

病毒感染

FasL、TNFP53、PTEN

转化生长因子

细胞毒素细胞癌基因自由基

神经递质治疗因素

谷氨酸、多巴胺

化疗药物

去除细胞生长因子

紫外线

基质失去粘附特性

中草药

生理性因素

杆状病毒P35

细胞生长因素

牛痘病毒CrmA

细胞外基质药物因素

雌激素

促癌物

雄激素

苯巴比妥

中性氨基酸PMA病毒因素

六氯化苯

腺病毒E1B

半胱氨酸蛋白酶抑制剂细胞凋亡的抑制因素细胞凋亡的信号通路外源途径：

由死亡受体（Fas、TNFR)介导。该途径启始caspase-8首先被激活内源途径：

由线粒体介导：启始caspase-9首先被激活细胞凋亡后期的共同途径：

效应caspase被激活Caspase

特点：以无活性酶原（Pro-caspase)形式存在：酶原包含20kD和10kD的结构域。分类：启始caspase：包括-2，-8，-9，-10等，传递凋亡信号。酶原转变成启始caspase，启动凋亡过程。效应caspase:-3,-6,-7，降解底物。作用底物灭活ICAD：凋亡蛋白酶激活的DNA酶抑制物(ICAD)，使CAD发挥切割DNA片段的功能。

降解核纤层降解细胞骨架，导致细胞解体，形成凋亡小体1.死亡受体通路凋亡诱导因素死亡受体/配体的表达、结合Caspase-8活化Caspase-3活化apoptosisBid活化线粒体通路活化二、细胞凋亡的信号通路Fas/FasLTNFR/TNFTRAILR/TRAIL二、细胞凋亡的信号通路1.死亡受体通路CAD:凋亡蛋白酶激活的DNA酶ICAD:凋亡蛋白酶激活的DNA酶抑制物Fas/FasLTNFR/TNF正常细胞中，由于呼吸链的质子和电子转移在线粒体膜两侧产生了电位，该电位促使ATP形成。线粒体膜上的PTP，调节离子和蛋白转运。当PTP孔开放时，分子量小于1.5kD的物质通过线粒体内膜，会使线粒体跨膜电位下降。线粒体跨膜电位的消失线粒体渗透转运孔开放二、细胞凋亡的信号通路2.线粒体通路ICAD:凋亡蛋白酶激活的DNA酶抑制物CARDPTP开放Ca2+NO缺血缺氧活性氧CARD当Cyt-c从线粒体释放后，与Apaf-1、Procaspase-9结合，形成凋亡复合体，并且导致caspase-9被激活。相关的文章如下：三、细胞凋亡的执行者1、Caspase，在细胞凋亡中处于中心地位2、内源性核酸内切酶Caspase降解核纤层后使染色质固缩三、细胞凋亡的执行者内源性核酸内切酶四、细胞凋亡的基因调控

功能基因抑制凋亡基因

Bcl-2

Bcl-XL、Bcl-w、A1/Bfl-1、Bcl-G和Mcl-1等促凋亡基因

P53、Bax、Bad、Bak、Bid、Bim、Bik、Bok、

Bcl-B、Bcl-Xs、Krk、Mtd、Nip3、Nix、Noxa等双向调控基因

c-myc

Bcl-2家族

一类呈抗凋亡作用，有BcL-2,BcL-w，BcL-XL、BFL-1、Brag-1、MCL-1，AI。

另一类呈现促凋亡作用，有Bax，Bak,Bok，BcL-Xs，Bad,Bid,Bik，Hrk，Bim等。BcL-2基因家族成员自身或彼此之间有形成二聚体或多聚体的能力，BcL-2家族的蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与凋亡。(1)BcL-2的同源基因和蛋白质抑制凋亡机制：1.直接抗氧化2.抑制线粒体释放的促凋亡的蛋白质,

如Cytc、AIF3.抑制促凋亡因子Bax、Bak的细胞毒作用4.抑制凋亡蛋白酶的激活5.维持钙稳态

Bcl-2

B细胞淋巴瘤/白血病-2基因（癌基因）

(Bcelllymphoma/leukemia-2,Bcl-2)第一个被确认的抑制凋亡基因，即不通过促进细胞增值促进癌症发生的基因。P53

P53基因（2）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

（3）C-myc基因C-myc生长因子(+)诱导增殖生长因子(-)诱导凋亡

细胞凋亡与疾病凋亡的正常功能组织器官的正常发育调节细胞数量，提高细胞信号转导的精确性清除衰老的细胞清除针对自身抗原的T淋巴细胞清除被病原体感染的的细胞NGFNGFNGFtargetcellsdevelopingneuronsNGFNGFNGFtargetcellsCTL肿瘤细胞CTL正在诱导肿瘤细胞凋亡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表：与细胞凋亡异常相关的疾病

凋亡不足凋亡过度肿瘤肝癌、恶性血液肿瘤、乳腺癌发育异常气管-食管瘘、房（室）间隙缺、膀胱癌、肺癌、胶质瘤、前损、唇（腭）裂、短肢畸形、列腺癌等尿道下裂以及多囊肾等发育异常先天性消化道、胆道、肛门狭CNSAlzheimer病、Parkinson病、窄或闭锁、动脉导管未闭、两肌萎缩性侧索硬化症、色素性性畸形、甲状舌骨囊肿等视网膜病，脊肌肉萎缩、早老免疫系统系统性红斑狼疮、糖尿病、类性痴呆风湿性关节炎、桥本甲状腺炎免疫系统免疫缺陷病、AIDS

、多发性的硬化症等该死的不死不该死的死了凋亡相对不足肿瘤自身免疫性疾病病毒感染等细胞增殖过快及凋亡过少均在肿瘤的发生中起了重要作用肿瘤P53突变，Bcl-2的高表达在许多肿瘤中都存在ChemicalsVirusesRadiationMutatep53GeneBladderBloodBrainBreastColonEsophagusLiverLungSpleenThyroid细胞凋亡过度神经退行性疾病（老年性痴呆AD、帕金森病PD）心肌缺血/再灌注损伤心肌梗塞艾滋病心脏、肝脏、肾脏衰竭主要病理特征为包含β-淀粉样蛋白（amyloid-β，Aβ）的老年斑和tau蛋白为主要成分的神经元纤维缠结以及表浅皮层较大的胆碱能神经元和突触丢失。病理检查：大脑皮质萎缩，脑回变平，脑沟增宽，脑室扩大，重量减轻。萎缩于颞、顶前额和海马区最明显，以早期起病者表现更加显著。Alzheimer老年性痴呆（阿尔茨海默病）CerebroconAlzheimer

CerebroNormal大脑皮质萎缩，脑回变平，脑沟增宽

心肌缺血与缺血-再灌注损伤

特点▲缺血早期以凋亡为主，晚期以细胞的坏死为主。▲在梗死灶的中心以坏死为主，梗死灶周边以凋亡为主；▲轻度缺血以凋亡为主，重度缺血以坏死