细胞凋亡与疾病

1965年Kerr,对大鼠肝门静脉结扎后肝细胞溶酶体观察；

初命名为渐进性坏死1972年Kerr和Curry提出~Apo-ptosis来源于希腊语，fromfall;细胞死亡犹如秋天树叶的凋落细胞凋亡认识回顾

细胞凋亡的概念(apoptosis)：由内外源因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞死亡过程。

程序性细胞死亡

programmedcelldeath，PCD

SydneyBrenner1/3oftheprizeUnitedKingdomTheMolecularSciencesInstitute

Berkeley,CA,USAb.1927

(inUnionofSouthAfrica)H.RobertHorvit1/3oftheprizeUSAMassachusettsInstituteofTechnology(MIT)

Cambridge,MA,USAb.1947JohnE.SulstonUnitedKingdomTheWellcomeTrustSangerInstitute

Cambridge,UnitedKingdomb.1942

THE2002NOBELPRIZEWINNER布雷内慧眼识线虫

凋亡基因线虫细胞谱系细胞的死亡方式坏死凋亡正常细胞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Necrosisandapoptosis细胞凋亡

4细胞和细胞器皱缩，胞质致密，核染色质边集

5胞质分叶状突起，形成多个凋亡小体，与胞体分离

6邻近巨噬细胞等包裹、吞噬凋亡小体细胞坏死

2细胞和细胞器肿胀、核染色质边集

3细胞膜、细胞器膜和核膜破裂、崩解、自溶概述Scanningelectronmicrographsofapoptoticbodies凋亡意义①确保正常发育生长：清除多余的细胞②维持内环境稳定：清除受损、突变、衰老的细胞③积极防御功能：对病毒感染细胞阻止复制调亡失调与疾病：

a、该“死”的细胞未死；

b、不该“死”的细胞死了。凋亡细胞的生化改变

内源性核酸内切酶激活切割染色质DNA，Ca2+/Mg2+(+)，Zn2+(-)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”条带凋亡蛋白酶激活

Caspases：天冬氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶

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

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+核小体每个核小体中包含180-200bp左右DNA片段染色质中的DNA双螺旋链,等距离缠绕组蛋白形成核心颗粒，各颗粒之间为为带有H1组蛋白连接区DNA，这种组成染色质的重复结构单位就是核小体。电泳法检测凋亡—DNALadder

–+necrosisapoptosisDNA电泳Caspases功能灭活细胞凋亡的抑制物:如Bcl-2水解蛋白质结构，细胞解体，凋亡小体在凋亡级联反应中水解相关活性蛋白：使其获得或丧失功能(启动型）Caspases分类Caspases8，9，10能激活效应子-----启动型Caspases3，6，7能分解细胞蛋白----效应型效应型启动型

Caspase家族

A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或继发性坏死诱导期执行期消亡期细胞凋亡的分期信号转导凋亡诱导因素受体cAMPCa2+神经酰胺（第二信使）胞内信号转导途径启动预定凋亡程序凋亡相关基因激活酶合成核酸内切酶激活Caspases激活DNA切割细胞解体凋亡基因激活执行凋亡清除细胞凋亡过程细胞凋亡的调控(一)细胞凋亡信号(二)细胞凋亡信号的转导(三)细胞凋亡的执行(四)细胞凋亡的基因调控(五)吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬(一)细胞凋亡信号

1、生理性凋亡信号：激素、生长因子直接作用:糖皮质激素、甲状腺素、TNF激素、生长因子的间接作用:促肾上腺皮质激素2、病理性凋亡信号：有害因素种类、强度、持续时间有关氧化应激的作用：羟自由基、活性氧死亡受体的激活：TNF受体基因超家族，膜蛋白+配体凋亡线粒体结构和功能的变化：通透性转换孔线粒体膜电位钙稳态失衡：蛋白、磷脂、核酸内切酶激活子

死亡受体介导~

线粒体介导~

内质网介导~(二)细胞凋亡信号的转导1．死亡受体通路■死亡受体TNFR、Fas、DR3、DR4、DR5等是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的细胞膜蛋白。■通路（pathway）由胞外TNF超家族的死亡配体引发（TNF-a、FasL、TWEAK、TRAIL）TRAIL:TNF-relatedapoptosisinducingligand

肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体TWEAK:tumornecrosisfactor-likeweakinducerofapoptosis

肿瘤坏死因子样弱凋亡因子死亡受体介导的凋亡通路衔接蛋白死亡效应域

DED死亡受体介导的通路CD95LCD95(Fas/APO-1)-ligand衔接蛋白

死亡效应域DEDdeatheffectordomainc-FLIP:cellularFas-associateddeathdomain-likeIL-1beta-convertingenzymeinhibitoryproteinDeathreceptorpathwayCAD:caspase激活的脱氧核糖核酸酶Fassignalpathway神经鞘磷脂酶(+)神经酰胺蛋白激酶凋亡ICE-likecaspase：降解H1组蛋白

(IL-1βconvertingenzyme)Ca2+信号系统：传递死亡信息++神经酰胺24hPC12cell大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤细胞死亡细胞的核碎片神经细胞

+NGF

去除

NGF诱导因素凋亡启动因子释出（细胞色素C，Apaf，AIF）跨膜电位↓（ΔΨm↓）PTP开放→通透性↑线粒体损伤PTP----permeabilitytransitionpore通透性转换孔Apaf----apoptosisproteaseactivatingfactor凋亡蛋白酶激活因子Cyt.C----cytochromeC细胞色素CAIF----apoptosisinducingfactor凋亡诱导因子线粒体内、外膜之间的通透性转换孔(permeabilitytransitionpore,PTP)开放，正常，绝大多数关闭。DNA断裂核酸内切酶(激活)核酸内切酶(无活性)(+)Caspaseinhibitor(-)AIF(+)蛋白质水解APOPTOSISBcl-2(-)(-)(-)Ca2+IschemiaHypoxiaROSMt△ψm↓PTPApaf+Cyt.CCaspase-9酶原Caspase-9Caspase-3酶原Caspase-3(+)(+)

线粒体损伤介导的凋亡通路3.内质网通路(endoplasmicreticulumialpathway)

内质网应激感受蛋白（三）细胞凋亡的执行

1、内源性核酸内切酶激活,DNA片段化切割染色质DNA，Ca2+/Mg2+(+)，Zn2+(-)2、凋亡蛋白酶激活Caspases3、其他酶类的激活(四)细胞凋亡的基因调控抑制凋亡基因：bcl-2促进凋亡基因：fas，P53双向调控基因：c-myc，bclx第一个被确认的抑制凋亡基因229aa构成（鼠236）分布在线粒体内膜，细胞内膜表面等处

Bcl-2

B细胞淋巴瘤/白血病-2基因(Bcelllymphoma/leukemia-2,Bcl-2)Bcl-2抗凋亡机制①直接的抗氧化②抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质③抑制促凋亡的Bax，Bak细胞毒作用④抑制Caspases激活⑤维持细胞钙稳态2．P53-----野生型诱导凋亡：在G1期发挥检查点功能→有缺陷DNA→启动修复→修复失败→启动凋亡P53=molecularpolicemanP53

野生型诱导凋亡DNA损伤P53CIP(-)G1SDNA修复apoptosisFasFasLBaxBcl-2CIP-----cyclindependentkinase–interactingprotien-13.c-myc，Bcl-xc-myc转录调节因子依赖GFBcl-xBcl-xl抑凋亡

Bcl-xs促凋亡增殖凋亡（五）吞噬细胞对凋亡细胞的识别吞噬吞噬细胞凝集素（lectin）：凋亡细胞单糖暴露血小板反应蛋白（TSP）：介导vetronectin受体，CD36/细胞间分子桥构建，磷脂酰丝氨酸受体：凋亡细胞磷脂酰丝氨酸外翻

磷脂酰丝氨酸外翻

正常机体：细胞生长与死亡的平衡

疾病：细胞凋亡相对不足

细胞凋亡过度

细胞凋亡不足与过度并存细胞凋亡与疾病已知的凋亡相关性疾病

凋亡相对不足肿瘤、自身免疫性疾病、病毒感染等㈠细胞凋亡不足

1．肿瘤

Bcl-2表达↑P53突变或缺失发生发展转移增殖强；凋亡弱增殖不强；但凋亡减弱凋亡反应低下减弱治疗：诱导分化，促使凋亡从发病学上，细胞凋亡实际是机体天然的抗癌机制之一。2、细胞凋亡不足与病毒感染性疾病病毒及产物抗凋亡的机制：灭活P53：SV40的T抗原、腺病毒E1B蛋白高表达Bcl-2或Bcl-2样蛋白：

EB病毒、E1B蛋白灭活ICE：痘病毒产生ICE的抑制物如CrmA3、细胞凋亡不足与自身免疫疾病

——胸腺对T细胞正负选择障碍正选择：与非已抗原结合的单阳性T细胞保留存活，进入外周T细胞库负选择：与自身抗原结合的双阳性T细胞被凋亡清除Tcell产生针对自身成分的致敏T细胞或自身抗体SLE：过多凋亡淋巴细胞→凋亡小体（核小体）→抗核小体抗体→抗DNASystemiclupuserythematosus,SLE系统性红斑狼疮患者存在凋亡产物清除障碍，未被及时清除的凋亡小体释放出核小体，从而刺激机体产生相应的自身抗体，诱发自身免疫。

细胞凋亡过度AIDS、神经退行性疾病、心肌缺血/再灌注损伤1．细胞凋亡过度与AIDS

HIV引起AIDS：艾滋病，获得性免疫缺陷综合征(acquiredimmunodeficiencysyndrom)CD4+细胞被选择性破坏，引起免疫功能缺陷CD4+淋巴细胞凋亡机制合胞体AICD效靶效应HIVApoptosisbodySignalsubstance细胞水平CD4+CD4+2HIV引起CD4+细胞凋亡Rgp120-Fas-R

TNF