第八章细胞凋亡

第八章第八章 第二节第二节细胞凋亡异常细胞凋亡异常与疾与疾病病u细胞凋亡的概述细胞凋亡的概述u细胞凋亡的调控细胞凋亡的调控u细胞凋亡细胞凋亡调控异常调控异常与疾病与疾病u调控细胞凋亡与疾病的防治调控细胞凋亡与疾病的防治 定义定义 与坏死的区别与坏死的区别 细胞凋亡过程细胞凋亡过程一、细胞凋亡的概述一、细胞凋亡的概述apoptosisapoptosis概概 述述Apoptosis 由体内外因素触发细胞内预存的由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞主动死亡过程，死亡程序而导致的细胞主动死亡过程，是程序性细胞死亡的形式之一。是程序性细胞死亡的形式之一。apoptosisapoptosis细胞坏死细胞坏死概概 述述特征特征：线粒体膨胀，细胞骨架降解，溶酶体释放酶，：线粒体膨胀，细胞骨架降解，溶酶体释放酶，细胞核内染色质沉淀靠近核膜边，蛋白质合成下降，细胞核内染色质沉淀靠近核膜边，蛋白质合成下降，由于膜破裂，出现炎症反应。由于膜破裂，出现炎症反应。一般过程一般过程：因补体反应或烈性病毒感染破坏了质：因补体反应或烈性病毒感染破坏了质膜，或者能量依赖性离子泵被破坏产生的钠钾等膜，或者能量依赖性离子泵被破坏产生的钠钾等离子沿着各自的浓度梯度进入细胞，从而导致细离子沿着各自的浓度梯度进入细胞，从而导致细胞吸水膨胀，最终破膜而死。胞吸水膨胀，最终破膜而死。细胞凋亡与坏死的区别细胞凋亡与坏死的区别 坏死坏死 凋亡凋亡1.性质性质 病理性，非特异性病理性，非特异性 生理性或病理性，特异性生理性或病理性，特异性2.诱导因素诱导因素 强烈刺激，随机发生强烈刺激，随机发生 较弱刺激，非随机发生较弱刺激，非随机发生3.生化特点生化特点 被动过程，无新蛋白合成，被动过程，无新蛋白合成，主动过程，有新蛋白合成，主动过程，有新蛋白合成，不耗能不耗能 耗能耗能4.形态变化形态变化 细胞结构全面溶解、破坏、细胞结构全面溶解、破坏、胞膜及细胞器相对完整胞膜及细胞器相对完整 细胞肿胀细胞肿胀 细胞皱缩，核固缩细胞皱缩，核固缩5.DNA电泳电泳 弥散性降解，电泳呈均一弥散性降解，电泳呈均一 DNA片段化（片段化（180-200bp），），DNA片状片状 电泳呈电泳呈“梯梯”状条带状条带6.炎症反应炎症反应 溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体破裂，局部炎症反应 溶酶体相对完整，局部无溶酶体相对完整，局部无 炎症反应炎症反应7.凋亡小体凋亡小体 无无 有有8.基因调控基因调控 无无 有有apoptosisapoptosis功功 能能概概 述述确保正常发育、生长确保正常发育、生长维持内环境稳定维持内环境稳定发挥积极的防御功能发挥积极的防御功能凋亡的病理意义凋亡的病理意义器官功能障碍器官功能障碍恶性肿瘤发生恶性肿瘤发生apoptosisapoptosis细胞凋亡过程的三个阶段细胞凋亡过程的三个阶段 诱导期诱导期 效应期效应期 降解期降解期apoptosisapoptosis凋亡过程凋亡过程+受体受体cAMPCa2+神经酰胺神经酰胺凋亡凋亡诱导诱导因素因素死死亡亡信信号号凋亡相关基因激活凋亡相关基因激活Dnase激活激活Caspases激活激活巨噬细胞吞噬巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞分解凋亡细胞诱导期诱导期效应期效应期降解期降解期（第二信使）（第二信使）apoptosisapoptosis凋亡过程凋亡过程受体受体cAMPCa2+神经酰胺神经酰胺效应期效应期诱诱导导期期细胞膜细胞膜细胞核细胞核凋亡诱导因素凋亡诱导因素+Dnase激活激活Caspases激活激活死亡信号死亡信号apoptosisapoptosis凋亡过程凋亡过程降解期降解期Dnase激活激活Caspases激活激活apoptosisapoptosis 生化改变生化改变凋亡时细胞的主要变化凋亡时细胞的主要变化 形态学改变形态学改变apoptosisapoptosis.细胞凋亡的形态学改变细胞凋亡的形态学改变空泡化空泡化固缩固缩出芽出芽边集边集凋亡小体凋亡小体 .细胞凋亡的生化改变细胞凋亡的生化改变apoptosisapoptosis 和凋亡有关的两个酶和凋亡有关的两个酶作用：切割染色质作用：切割染色质DNADNA（核小体连接区）形成（核小体连接区）形成180180 200bp200bp或成倍数的几个核小体长短的或成倍数的几个核小体长短的DNADNA片段片段Dnase 特点：特点：Ca Ca 2+2+MgMg2+2+依赖，依赖，ZnZn2+2+能抑制其活性能抑制其活性Caspases作用：灭活凋亡抑制物作用：灭活凋亡抑制物水解蛋白质结构，形成凋亡小体水解蛋白质结构，形成凋亡小体水解凋亡相关活性蛋白水解凋亡相关活性蛋白二、细胞凋亡的调控二、细胞凋亡的调控u凋亡信号凋亡信号u细胞凋亡信号的转导细胞凋亡信号的转导u细胞凋亡的执行细胞凋亡的执行u细胞凋亡基因调控细胞凋亡基因调控u吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬apoptosisapoptosis（一）凋亡信号（一）凋亡信号.生理性凋亡信号生理性凋亡信号（1 1）某些激素和细胞因子的直接作用：）某些激素和细胞因子的直接作用：糖皮质激素糖皮质激素 淋巴细胞淋巴细胞 TNF TNF 多种细胞多种细胞 谷氨酸谷氨酸 皮质神经元皮质神经元（2 2）某些激素和细胞因子的间接作用：）某些激素和细胞因子的间接作用：睾丸酮不足睾丸酮不足 前列腺上皮前列腺上皮 促肾上腺皮质激素不足促肾上腺皮质激素不足 肾上腺皮质细胞肾上腺皮质细胞apoptosisapoptosis（一）凋亡信号（一）凋亡信号2.2.病理性凋亡信号病理性凋亡信号生物学因素：细菌、病毒等生物学因素：细菌、病毒等理化因素：高温、射线、强酸、强碱、抗癌药物等理化因素：高温、射线、强酸、强碱、抗癌药物等病理性凋亡信号诱导细胞凋亡的环节病理性凋亡信号诱导细胞凋亡的环节（1 1）氧化应激的作用）氧化应激的作用（2 2）死亡受体的激活）死亡受体的激活（3 3）线粒体结构和功能的改变）线粒体结构和功能的改变（1 1）氧化应激的作用）氧化应激的作用1）引起）引起DNA损伤可激活损伤可激活P53基因导致细胞凋亡。基因导致细胞凋亡。2）引起）引起DNA损伤可活化多聚损伤可活化多聚ADP核糖合成酶，核糖合成酶，引起引起NAD快速消耗，快速消耗，ATP大量消耗，引发细大量消耗，引发细 胞凋亡。胞凋亡。3）引发脂质过氧化反应，直接造成细胞膜损伤）引发脂质过氧化反应，直接造成细胞膜损伤 可诱导细胞凋亡。可诱导细胞凋亡。4）激活核酸内切酶。）激活核酸内切酶。5）引起细胞膜通透性增高（）引起细胞膜通透性增高（Ca 2+内流增加）内流增加）和线粒体膜损伤和线粒体膜损伤6）活化核转录因子，可加速凋亡相关基因的表达。）活化核转录因子，可加速凋亡相关基因的表达。（2 2）死亡受体的激活）死亡受体的激活 死亡受体是一组死亡受体是一组TNFTNF受体基因超家族受体基因超家族的成员，包括的成员，包括FasFas、TNFR1TNFR1和死亡受体和死亡受体3-53-5等。是一组膜蛋白，与相应配体（凋亡等。是一组膜蛋白，与相应配体（凋亡信号）结合后即触发凋亡过程。信号）结合后即触发凋亡过程。（3 3）线粒体结构和功能的改变）线粒体结构和功能的改变凋亡诱导因素凋亡诱导因素线粒体线粒体跨膜电跨膜电位位线粒体线粒体PTP开放开放 Cyt.C,Apaf,等释放等释放凋亡诱导因子（凋亡诱导因子（AIF）潜在潜在Dnase活化活化Dnase激活激活Caspases细胞凋亡细胞凋亡 （通透性转换孔）（凋亡蛋白酶激活因子）通透性转换孔）（凋亡蛋白酶激活因子）钙稳态失衡钙稳态失衡1）激活）激活Dnase2）激活谷氨酰胺转移酶，催化细胞内肽链间的酰基转）激活谷氨酰胺转移酶，催化细胞内肽链间的酰基转 移，使骨架蛋白交联形成，有利于凋亡小体形成。移，使骨架蛋白交联形成，有利于凋亡小体形成。3）激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录。）激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录。4）Ca 2+在在ATP的配合下使的配合下使DNA舒展，暴露出核小体之舒展，暴露出核小体之 间的连接区内的酶切位点。间的连接区内的酶切位点。apoptosisapoptosis （二）细胞凋亡信号的转导（二）细胞凋亡信号的转导多途性：多途性：同一凋亡诱导因素可通过多条信号转导同一凋亡诱导因素可通过多条信号转导途径触发凋亡。途径触发凋亡。多样性：多样性：不同种类的细胞有不同的信号转导系统不同种类的细胞有不同的信号转导系统偶联性：偶联性：死亡信号的转导系统与细胞增殖、分化过死亡信号的转导系统与细胞增殖、分化过程中的信号转导系统在某些环节上有交叉、偶联。程中的信号转导系统在某些环节上有交叉、偶联。同一性：同一性：不同的凋亡诱导因素可通过同一信号转导不同的凋亡诱导因素可通过同一信号转导途径触发凋亡。途径触发凋亡。凋亡的信号转导凋亡的信号转导1.Fas/FasL1.Fas/FasL信号系统信号系统 死亡受体介导的凋亡通路死亡受体介导的凋亡通路 Fas是跨膜蛋白，为是跨膜蛋白，为TNF受体家族，受体家族，与与T细胞上的细胞上的FasL结合，启动凋亡结合，启动凋亡FasFas配体或抗配体或抗FasFas抗体与抗体与FasFas蛋白结合蛋白结合神经鞘磷脂神经鞘磷脂酶活性酶活性神经酰胺途径神经酰胺途径诱导细胞凋亡诱导细胞凋亡激活激活ICEICE样样的的caspase降解降解H H1 1组蛋白暴露组蛋白暴露DNase的酶切位点的酶切位点通过通过CaCa2+2+信号系统信号系统传递死亡信号传递死亡信号1.Fas1.Fas蛋白蛋白/Fas/Fas配体信号系统配体信号系统 2 2、线粒体介导的凋亡通路、线粒体介导的凋亡通路凋亡诱导因素凋亡诱导因素线粒体线粒体跨膜电跨膜电位位线粒体线粒体PTP开放开放 Cyt.C,Apaf,等释放等释放凋亡诱导因子（凋亡诱导因子（AIF）潜在潜在Dnase活化活化Dnase激活激活Caspases细胞凋亡细胞凋亡 （通透性转换孔）（凋亡蛋白酶激活因子）通透性转换孔）（凋亡蛋白酶激活因子）（三）细胞凋亡的执行（三）细胞凋亡的执行Caspases:天冬氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶天冬氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶 灭活凋亡抑制灭活凋亡抑制 水解蛋白质结构，形成凋亡小体水解蛋白质结构，形成凋亡小体 水解凋亡相关活性蛋白水解凋亡相关活性蛋白Dnase 切割染色质切割染色质DNADNA（核小体连接区）形成（核小体连接区）形成180180 200bp200bp或成倍数的几个核小体长短的或成倍数的几个核小体长短的DNADNA片段片段谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶 参与凋亡小体的形成参与凋亡小体的形成apoptosisapoptosis（四）细胞凋亡的基因调控（四）细胞凋亡的基因调控1、Bcl-2家族家族分成三大类：分成三大类：抗凋亡成员抗凋亡成员Bcl-2Bcl-2和和Bcl-xlBcl-xl 促凋亡成员促凋亡成员BaxBax和和BakBak 死亡蛋白死亡蛋白2、P53P533、其他其他：c-mycc-mycapoptosisapoptosisBcl-2Bcl-2家族家族Bcl-2B B 细胞淋巴瘤细胞淋巴瘤/白血病白血病-2-2，B cell lymphoma/leukemia-2分布：分布：造血细胞，上皮细胞，淋巴细胞等多造血细胞，上皮细胞，淋巴细胞等多 种瘤细胞种瘤细胞抗凋亡机制：抗凋亡机制：直接抗氧化直接抗氧化抑制线粒体释放促凋亡蛋白质抑制线粒体释放促凋亡蛋白质抑制凋亡调节蛋白对细胞的毒作用抑制凋亡调节蛋白对细胞的毒作用抑制凋亡蛋白酶的激活抑制凋亡蛋白酶的激活P53P53基因基因wtP53wtP53 修复受损的修复受损的DNADNA，如修复失败则诱导细胞凋亡，如修复失败则诱导细胞凋亡突变的突变的P53P53失活的失活的P53P53丧失监视丧失监视DNADNA损伤的功能损伤的功能射线，毒素射线，毒素P53P53蛋白蛋白+细胞凋亡细胞凋亡3、其他、其他 C-mycC-myc是一种癌基因，是调控细胞周期的是一种癌基因，是调控细胞周期的主要基因。编码的蛋白是主要基因。编码的蛋白是DNADNA结合蛋白，调结合蛋白，调控基因转录，在控基因转录，在GFGF充足时主要激活介导细胞充足时主要激活介导细胞增殖的基因；反之激活凋亡基因。增殖的基因；反之激活凋亡基因。C-myc（五）吞噬细胞对调亡细胞的识（五）吞噬细胞对调亡细胞的识别与吞噬别与吞噬 凋亡小体形成后迅即被邻近细胞吞噬凋亡小体形成后迅即被邻近细胞吞噬细胞或正常细胞迅速识别和吞噬。整个凋细胞或正常细胞迅速识别和吞噬。整个凋亡过程没有细胞内容物的外漏，因而不伴亡过程没有细胞内容物的外漏，因而不伴有局部的炎症反应，也无纤维化现象。有局部的炎症反应，也无纤维化现象。1 1、吞噬细胞凝集素的作用、吞噬细胞凝集素的作用 吞噬细胞识别和清除凋亡细胞过程，吞噬细胞识别和清除凋亡细胞过程，由凋亡细胞表面表达的膜相关标志的改变由凋亡细胞表面表达的膜相关标志的改变介导。这些标志（介导。这些标志（N-N-乙酰葡萄糖胺、乙酰葡萄糖胺、N-N-乙酰半乳糖和半乳糖）暴露出来并选择性乙酰半乳糖和半乳糖）暴露出来并选择性的与吞噬细胞表面的与吞噬细胞表面凝集素凝集素相互作用。相互作用。2 2、血小板反应蛋白介导吞噬、血小板反应蛋白介导吞噬 吞噬细胞分泌的血小板反应蛋白可介吞噬细胞分泌的血小板反应蛋白可介导巨噬细胞上导巨噬细胞上Vitronectin(Vitronectin(玻璃粘连蛋玻璃粘连蛋白白)受体对凋亡细胞的吞噬。受体对凋亡细胞的吞噬。血小板反应蛋白是一种糖蛋白，含有血小板反应蛋白是一种糖蛋白，含有RGDRGD序列。氨基酸序列（精氨酰序列。氨基酸序列（精氨酰+甘氨酰甘氨酰+天冬氨酸，简称天冬氨酸，简称RGDRGD）。与细胞间和细胞）。与细胞间和细胞与基质的相互作用有关。与基质的相互作用有关。3 3、磷脂酰丝氨酸受体的作用、磷脂酰丝氨酸受体的作用 凋亡细胞的膜磷脂的不对称分布破凋亡细胞的膜磷脂的不对称分布破坏，暴露内层的磷脂酰丝氨酸与巨噬细坏，暴露内层的磷脂酰丝氨酸与巨噬细胞上的磷脂酰丝氨酸受体结合。胞上的磷脂酰丝氨酸受体结合。apoptosiapoptosis s 不足与过度并存：不足与过度并存：动脉粥样硬化动脉粥样硬化(内皮凋亡过度内皮凋亡过度,平滑肌细胞增殖凋亡平滑肌细胞增殖凋亡)三、细胞凋亡调控异常与疾病三、细胞凋亡调控异常与疾病凋凋亡亡失失调调过度：过度：心肌缺血、心力衰竭、神经元心肌缺血、心力衰竭、神经元 退行性疾病、病毒感染等退行性疾病、病毒感染等不足：不足：肿瘤、自身免疫病肿瘤、自身免疫病（一）细胞凋亡不足（一）细胞凋亡不足.肿瘤肿瘤Bcl-2Bcl-2基因表达增加基因表达增加P53P53异常（突变，缺失）异常（突变，缺失）.自身免疫病自身免疫病胚胚胎胎期期各各种种组组织织器器官官成成熟熟识别自身抗原识别自身抗原的淋巴细胞的淋巴细胞凋亡凋亡凋亡不足凋亡不足攻击攻击自身自身组织组织1.HIV HIV感染导致感染导致CD4CD4淋巴细胞凋亡的主要因素：淋巴细胞凋亡的主要因素：(1)感染感染HIV的宿主细胞膜上表达一种的宿主细胞膜上表达一种gp120糖蛋白，糖蛋白，与与CD4淋巴细胞表面的受体结合，触发凋亡。淋巴细胞表面的受体结合，触发凋亡。(2)感染感染HIV的的CD4细胞逐步融合成合胞体或多核巨细胞，细胞逐步融合成合胞体或多核巨细胞，易发生凋亡。易发生凋亡。(3)Fas基因表达上调，使基因表达上调，使CD4细胞对细胞对Fas介导的细胞凋亡敏介导的细胞凋亡敏感性增加，易发生凋亡。感性增加，易发生凋亡。(4)T细胞激活细胞激活，与凋亡有共同的信号传递系统，缺乏足够，与凋亡有共同的信号传递系统，缺乏足够的细胞生长因子时，引起凋亡。的细胞生长因子时，引起凋亡。（二）细胞凋亡过度（二）细胞凋亡过度(6)受感染的细胞产生受感染的细胞产生tat蛋白，透过细胞膜，使蛋白，透过细胞膜，使CD4+细胞细胞 内氧自由基生成增多，增强内氧自由基生成增多，增强Fas抗原表达，细胞对凋亡抗原表达，细胞对凋亡 的易感性升高的易感性升高(7)受感染的受感染的CD4+淋巴细胞作为效应细胞，诱导未受感淋巴细胞作为效应细胞，诱导未受感染的染的CD4+淋巴细胞凋亡淋巴细胞凋亡(8)HIV和诱导和诱导B细胞，细胞，CD8+淋巴细胞，巨噬细胞凋亡淋巴细胞，巨噬细胞凋亡(5)细胞因子分泌，细胞因子分泌，TNF，与，与TNF受体（死亡受体）结合，受体（死亡受体）结合，启动凋亡，或产生氧自由基。启动凋亡，或产生氧自由基。HIVHIV感染导致感染导致CD4CD4淋巴细胞凋亡的主要因素：淋巴细胞凋亡的主要因素：（二）细胞凋亡过度（二）细胞凋亡过度2.心脏疾病心脏疾病（1 1）心肌缺血再灌注损伤）心肌缺血再灌注损伤机制：机制：氧化应激；氧化应激；缺血缺氧使心肌细胞死亡受体上调，缺血缺氧使心肌细胞死亡受体上调，Fas/FasLFas/FasL配体信号系统激活；配体信号系统激活；缺氧增加缺氧增加P53P53基因的转录，启动凋亡。基因的转录，启动凋亡。（2 2）心力衰竭）心力衰竭机制：机制：氧化应激；氧化应激；压力或容量负荷过度；压力或容量负荷过度；神经内分泌失调（交感神经，神经内分泌失调（交感神经，RAASRAAS，TNFTNF，IL-2IL-2，NONO）；）；缺血缺氧。缺血缺氧。正常心肌凋亡指数：正常心肌凋亡指数：0.2%-0.4%0.2%-0.4%心衰时心肌凋亡指数：心衰时心肌凋亡指数：35.5%35.5%3.神经元退行性疾病神经元退行性疾病 以特定神经元进行性丧失为病理特征的疾病。以特定神经元进行性丧失为病理特征的疾病。AD，alzhemers disease，PD，Parkinsons disease，多发性硬化症等。多发性硬化症等。机制：机制：氧自由基增加，神经元内钙增多，激活与氧自由基增加，神经元内钙增多，激活与淀淀粉样蛋白合成有关的基因，使神经元内粉样蛋白合成有关的基因，使神经元内淀粉淀粉样蛋白增加，从而导致神经元凋亡。样蛋白增加，从而导致神经元凋亡。临床应用：临床应用：尼莫地平（钙拮抗剂）尼莫地平（钙拮抗剂）降低细胞内降低细胞内CaCa2+2+VitEVitE（抗氧化剂）（抗氧化剂）清除氧自由基清除氧自由基(三三)细胞凋亡不足与过度细胞凋亡不足与过度动脉粥样硬化动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）血血浆浆中中LDL（氧化型）升高（氧化型）升高血小板激活血小板激活Ang高血压高血压内皮内皮细胞细胞凋亡凋亡凋亡率：凋亡率：34正常凋亡率：正常凋亡率：8血血管管血管平滑肌血管平滑肌增生增生超过凋亡超过凋亡四、调控细胞凋亡与疾病的防治四、调控细胞凋亡与疾病的防治1、合理利用凋亡相关因素、合理利用凋亡相关因素凋亡不足的凋亡不足的疾病疾病诱导凋亡诱导凋亡肿瘤促凋亡的研究肿瘤促凋亡的研究凋亡过度的凋亡过度的疾病疾病抑制凋亡抑制凋亡钙拮抗剂钙拮抗剂抗氧化剂抗氧化剂生长因子生长因子2、干预凋亡信号转导、干预凋亡信号转导Fas/FasL1，磷酸鞘氨醇（，磷酸鞘氨醇（SPP）3、调节凋亡相关基因、调节凋亡相关基因促凋亡促凋亡抗凋亡抗凋亡P53Bcl-2促凋亡促凋亡抗凋亡抗凋亡4、控制凋亡相关酶、控制凋亡相关酶CaspasesCaspases、核酸内切酶核酸内切酶