大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析培训ppt课件

大学细胞凋亡与疾病大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析医疗管理知识分析大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析1 细胞是组成机体的基本单位，其生命过程包括细胞是组成机体的基本单位，其生命过程包括增殖增殖、分分化化和和凋亡凋亡。细胞通过分裂增加细胞的数量；通过分化形成在。细胞通过分裂增加细胞的数量；通过分化形成在形态和功能上各异的细胞形态和功能上各异的细胞,组成不同的组织和器官；通过凋亡组成不同的组织和器官；通过凋亡确保胚胎正常发育和内环境稳定。因此，细胞增殖、分化和确保胚胎正常发育和内环境稳定。因此，细胞增殖、分化和凋亡都是主动而有序的生命过程，任何一个环节发生变化均凋亡都是主动而有序的生命过程，任何一个环节发生变化均可引起疾病。可引起疾病。长期以来，生命科学的研究重点是细胞的增殖与分化，长期以来，生命科学的研究重点是细胞的增殖与分化，即细胞如何即细胞如何“活活”的问题的问题。20 20世纪世纪9090年代以来，对细胞凋亡的研究成为生命科学的年代以来，对细胞凋亡的研究成为生命科学的重要课题，即研究细胞如何重要课题，即研究细胞如何“死死”的问题的问题。细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病引 言2大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析 细胞是组成机体的基本单位，其生命过程包括增殖、分化和2一、细胞凋亡的概念及其生物学意义一、细胞凋亡的概念及其生物学意义一、细胞凋亡的概念及其生物学意义一、细胞凋亡的概念及其生物学意义二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征三、细胞凋亡的调控机制三、细胞凋亡的调控机制三、细胞凋亡的调控机制三、细胞凋亡的调控机制四、细胞凋亡检测技术四、细胞凋亡检测技术四、细胞凋亡检测技术四、细胞凋亡检测技术五、细胞凋亡与疾病五、细胞凋亡与疾病五、细胞凋亡与疾病五、细胞凋亡与疾病内 容细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病3大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析一、细胞凋亡的概念及其生物学意义内 容细胞凋亡与疾病3大学细3一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病细细胞胞丢丢失失生理性死亡生理性死亡 凋亡凋亡（apoptosis）病理性死亡病理性死亡 坏死坏死(necrosis)死死亡亡细胞凋亡是细胞的一种基本生物学现象，在多细胞生物去除不需要的或异常细胞凋亡是细胞的一种基本生物学现象，在多细胞生物去除不需要的或异常细胞凋亡是细胞的一种基本生物学现象，在多细胞生物去除不需要的或异常细胞凋亡是细胞的一种基本生物学现象，在多细胞生物去除不需要的或异常的细胞中起着必要的作用。它在生物体的进化、内环境的稳定以及多个系统的细胞中起着必要的作用。它在生物体的进化、内环境的稳定以及多个系统的细胞中起着必要的作用。它在生物体的进化、内环境的稳定以及多个系统的细胞中起着必要的作用。它在生物体的进化、内环境的稳定以及多个系统的发育中起着重要的作用。的发育中起着重要的作用。的发育中起着重要的作用。的发育中起着重要的作用。排出排出4大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病细胞丢失生理性4一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡的研究历史（一）细胞凋亡的研究历史 1951年Gluckmann A和他的伙伴们首次介绍了程序性细胞死亡(programmed cell death)在胚胎发育中的重要性，他们证实了死亡是所有组织和器官发育的不可或缺的整合部分(Gluckmann A.Cell deaths in normal vertebrate ontogeny.Biol Rev.1951;26:59-86)。1965 年澳大利亚科学家发现，结扎鼠门静脉后，电镜观察到肝实质组织中有一些散在的死亡细胞的溶酶体并未被破坏，显然不同于细胞坏死。这些细胞体积收缩、染色质凝集从其周围的组织中脱落并被吞噬机体无炎症反应。1 1凋亡的发现及概念形成凋亡的发现及概念形成Kerr JFR,Wyllie AH,Currie AR.Apoptosis:a basic phenomenon with wide-ranging implications in tissue kinetics.Br J Cancer.1972;26:239-257.5大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡5一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡的研究历史（一）细胞凋亡的研究历史 2 2凋亡的形态学及生物化学研究（凋亡的形态学及生物化学研究（1972-19971972-1997）利用光镜和电镜对形态学特征进行了详细的研究。DNA的降解和内源性核酸内切酶的参与。蛋白质水解酶活化的研究。钙离子变化，细胞内钙离子浓度的升高是细胞发生凋亡的一个重要条件。细胞膜的变化。6大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡6一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡的研究历史（一）细胞凋亡的研究历史 l1)相关基因及调控l2）信号转导l3）各种分子及其相互作用及相互关系3 3线粒体的变化及分子生物学研究（线粒体的变化及分子生物学研究（1998-1998-）7大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡7一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡的研究历史（一）细胞凋亡的研究历史 疾病机制的研究以及新疗法的探索及问世4 4临床应用研究阶段（临床应用研究阶段（2000-2000-）8大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡8一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡的研究历史（一）细胞凋亡的研究历史 9大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡9一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡的研究历史（一）细胞凋亡的研究历史 1995年至年至2007年年4月月CNKI收录以凋亡为主题词的论文篇数收录以凋亡为主题词的论文篇数10大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡10一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（二）细胞凋亡的定义（二）细胞凋亡的定义 细胞凋亡(apoptosis),apoptosis 来源于希腊词,意指花瓣或树叶的脱落、凋零，强调这一过程是一种自然的生理过程。因此细胞凋亡可以定义为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，是一个由基因调控的细胞主动结束生命的过程。程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD)一词最初是1956年发育生物学中提出的概念，是个功能性概念，强调的是其分子生物学和生理功能，一般指生理性细胞死亡。描述在一个多细胞生物体中某些细胞死亡是个体发育中的一个预定的，并受到严格程序控制的正常组成部分。现在现在,细胞凋亡和程序性细胞死亡作为同义词在学术界并用。细胞凋亡和程序性细胞死亡作为同义词在学术界并用。11大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病（二）细胞凋亡11（三）细胞凋亡与细胞坏死的区别（三）细胞凋亡与细胞坏死的区别 细细细细 胞胞胞胞 凋凋凋凋 亡亡亡亡细细细细 胞胞胞胞 坏坏坏坏 死死死死诱导因素诱导因素生理及弱刺激，非随机发生生理及弱刺激，非随机发生强烈刺激，随机发生强烈刺激，随机发生受累范围受累范围单个细胞丢失单个细胞丢失成群细胞死亡成群细胞死亡膜完整性膜完整性保持到晚期保持到晚期早期即丧失早期即丧失细胞体积细胞体积减少、固缩减少、固缩增大肿胀增大肿胀染色质染色质凝聚成半月形凝聚成半月形稀疏成网状稀疏成网状细胞器细胞器无明显变化无明显变化肿张破坏肿张破坏溶酶体溶酶体保持完整保持完整破坏外溢破坏外溢细胞形状细胞形状形成凋亡小体形成凋亡小体破裂成碎片破裂成碎片DNADNA有控降解有控降解随机降解随机降解生化特点生化特点主动过程主动过程,有新蛋白合成有新蛋白合成,耗能耗能被动过程被动过程,无新蛋白合成无新蛋白合成,不耗能不耗能基因调控基因调控有有无无后果后果不引起炎症反应不引起炎症反应引起炎症反应引起炎症反应意义意义生理生理/病理死亡方式病理死亡方式病理死亡方式病理死亡方式12大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析（三）细胞凋亡与细胞坏死的区别 细 胞 凋 亡细 胞 坏 死12NECROSISNECROSISAPOPTOSISAPOPTOSISChromatin clumpingSwollen organellesFlocculent mitochondria Mild convolutionChromatin compaction and segregationCondensation of cytoplasm DisintegrationRelease of intracellular contentsInflammationNuclear fragmentationBlebbingApoptotic bodiesPhagocytosisApoptotic bodyPhagocytic cell13大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析NECROSISAPOPTOSISChromatin clu13一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（四）细胞凋亡的生物学意义（四）细胞凋亡的生物学意义 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 细胞凋亡是正常的生理过程，但是凋亡可能会引起细胞凋亡是正常的生理过程，但是凋亡可能会引起疾病发生。因此，对于细胞凋亡的研究，已成为医学科疾病发生。因此，对于细胞凋亡的研究，已成为医学科学界的关注热点。学界的关注热点。14大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病（四）细胞凋亡14一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病例如蝌蚪尾的消失脊椎动物的神经系统的发育发育过程中手和足的成形过程15大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析一、细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡与疾病例如15大学细15二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（一）形态学特征（一）形态学特征（1）凋亡的起始：微绒毛的消失，细胞间接触的消失，与周）凋亡的起始：微绒毛的消失，细胞间接触的消失，与周围的细胞脱离，细胞质中，线粒体大体完整，染色质固缩；围的细胞脱离，细胞质中，线粒体大体完整，染色质固缩；（2）细胞质密度增加，线粒体膜电位消失，通透性改变，释细胞质密度增加，线粒体膜电位消失，通透性改变，释放细胞色素放细胞色素C到胞浆，膜内侧磷脂酰丝氨酸外翻到膜表面；到胞浆，膜内侧磷脂酰丝氨酸外翻到膜表面；（3）凋亡小体的形成。核膜核仁破碎，核染色质断裂为大小）凋亡小体的形成。核膜核仁破碎，核染色质断裂为大小不等的片段，与某些细胞器如线粒体一起聚集，为反折的细胞不等的片段，与某些细胞器如线粒体一起聚集，为反折的细胞膜所包围；膜所包围；（4）凋亡小体逐渐被周围专职或非专职吞噬细胞吞噬。）凋亡小体逐渐被周围专职或非专职吞噬细胞吞噬。16大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡与疾病（一）形态学16二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（一）形态学特征（一）形态学特征17大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡与疾病（一）形态学1718大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析18大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析18二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（二）生化特征（二）生化特征v胞浆内胞浆内Ca2+浓度升高。浓度升高。v细胞内活性氧增多。细胞内活性氧增多。v质膜通透性变大。质膜通透性变大。vDNA内内切切酶酶活活性性被被激激活活升升高高，双双链链DNA在在核核小小体体 之之 间间 切切 断断 形形 成成180200bp为为基基数数的的有有序片段。序片段。v型型谷谷氨氨酰酰胺胺转转移移酶酶和和需需钙钙蛋蛋白白酶酶（Calpain）活性升高。）活性升高。典型凋亡细胞典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电琼脂糖凝胶电泳呈现梯状条带泳呈现梯状条带19大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡与疾病（二）生化特19细胞凋亡的一个显著特点是细胞染色体的DNA降解，这是一个较普遍的现象。这种降解非常特异并有规律，所产生的不同长度的DNA片段约为180-200bp的整倍数，而这正好是缠绕组蛋白寡聚体的长度，提示染色体DNA恰好是在核小体与核小体的连接部位被切断，产生不同长度的寡聚核小体片段，实验证明，这种DNA的有控降解是一种内源性核酸内切酶作用的结果，该酶在核小体连接部位切断染色体DNA，这种降解表现在琼脂糖凝胶电泳中就呈现特异的梯状Ladder图谱，而坏死呈弥漫的连续图谱。典型凋亡细胞典型凋亡细胞典型凋亡细胞典型凋亡细胞DNADNADNADNA琼脂糖琼脂糖琼脂糖琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）凝胶电泳（呈现梯状条带）凝胶电泳（呈现梯状条带）凝胶电泳（呈现梯状条带）20大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析细胞凋亡的一个显著特点是细胞染色体的DNA降解，这是一个较普20三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡的步骤：（一）细胞凋亡的步骤：（一）细胞凋亡的步骤：（一）细胞凋亡的步骤：接受凋亡信号凋亡调控分子间的相互作用蛋白水解酶的活化（Caspase）进入连续反应过程21大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡的步骤：接21三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（二）凋亡的启动阶段（二）凋亡的启动阶段（二）凋亡的启动阶段（二）凋亡的启动阶段 细胞凋亡的启动是细胞在感受到相应的信号刺激后胞内一系列细胞凋亡的启动是细胞在感受到相应的信号刺激后胞内一系列控制开关的开启或关闭，不同的外界因素启动凋亡的方式不同，控制开关的开启或关闭，不同的外界因素启动凋亡的方式不同，所引起的信号转导也不相同，客观上说对细胞凋亡过程中信号所引起的信号转导也不相同，客观上说对细胞凋亡过程中信号传递系统的认识还是不全面的，目前比较清楚的通路主要有：传递系统的认识还是不全面的，目前比较清楚的通路主要有：细胞凋亡的膜受体通路细胞凋亡的膜受体通路 细胞色素细胞色素C释放和释放和Caspases激活的生物化学途经激活的生物化学途经（线粒体通路）（线粒体通路）细胞核途径细胞核途径 22大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病（二）凋亡的启动阶段 细22三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病参与死亡受体信号转导的接头蛋白参与死亡受体信号转导的接头蛋白参与死亡受体信号转导的接头蛋白参与死亡受体信号转导的接头蛋白(死亡结构域蛋白死亡结构域蛋白死亡结构域蛋白死亡结构域蛋白death domain proteindeath domain protein）lTRADD：TNF受体相关死亡结构域蛋白lTNF+TNFRI（死亡结构域）+TRADD细胞凋亡lFADD：Fas相关死亡结构域蛋白(Fas-associated death domain）lFasL+Fas（死亡结构域）+FADD 细胞凋亡lRIP：受体相互作用蛋白lCRADD：含有死亡结构域的caspase和RIP接头蛋白lMADD：活化MAP激酶的死亡结构域蛋白23大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病参与死亡受体信号转导的接2324大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析24大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析24细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病 细胞凋亡的两条通路：膜受体通路、线粒体通路细胞凋亡的两条通路：膜受体通路、线粒体通路细胞凋亡的两条通路：膜受体通路、线粒体通路细胞凋亡的两条通路：膜受体通路、线粒体通路FasL（CD95）/Fas、TNF/TNFRTRAIL/TRAILR肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TNF-related apoptosis inducing TNF-related apoptosis inducing ligandligand，TRAILTRAIL），或称凋亡素），或称凋亡素），或称凋亡素），或称凋亡素2 2配配配配体（体（体（体（Apo2ligandApo2ligand，Apo2LApo2L）是肿瘤）是肿瘤）是肿瘤）是肿瘤坏死因子（坏死因子（坏死因子（坏死因子（Tumour necrosis factorTumour necrosis factor，TNFTNF）家族的成员。）家族的成员。）家族的成员。）家族的成员。25大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析细胞凋亡与疾病 细胞凋亡的两条通路：膜受体通路、线粒25三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病Caspase-3活化活化凋亡诱导因素凋亡诱导因素死亡受体死亡受体/配体的表达、结合配体的表达、结合Caspase-8活化活化apoptosisBid活化活化线粒体通路活化线粒体通路活化1.1.膜受体通路膜受体通路膜受体通路膜受体通路26大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病Caspase-3活化凋26三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病目前发现的受体目前发现的受体目前发现的受体目前发现的受体/配体系统配体系统配体系统配体系统 凋亡是一种细胞自杀机制，它可以使复细胞动物在组织中控制细胞数量并清除威胁到动物生存的个别细胞。这种细胞表面拥有特殊传感器，称死亡受体（death receptor，DR）。死亡受体与其相应的配体结合，能够检测到死亡信号，从而快速启动细胞内的凋亡装置。目前已知的配体/受体系统主要有三个:FasL/Fas、TNF/TNFR及TRAIL/TRAILR。其中TRAIL/TRAILR是近年颇受瞩目的一种凋亡诱导系统。27大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病目前发现的受体/配体系统2728大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析28大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析2829大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析29大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析29三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病2.2.线粒体通路线粒体通路线粒体通路线粒体通路1994年年首次提出线粒体在细胞凋亡中是不可缺少的首次提出线粒体在细胞凋亡中是不可缺少的Newmeyer,et al.1996年年线粒体中细胞色素线粒体中细胞色素C的释放引起细胞凋亡的释放引起细胞凋亡Liu,et al1997年年证明证明Caspase-9在细胞色素在细胞色素C和和dATP存在时与存在时与Apaf-1结合结合并被激活，再激活并被激活，再激活Caspase-3Li,et al1998年年膜死亡受体通路通过膜死亡受体通路通过Bid作用于线粒体信号通路作用于线粒体信号通路Luo,et al1999年年线粒体释放线粒体释放Caspase-2,9参与凋亡的发生参与凋亡的发生线粒体释放线粒体释放AIF参与凋亡的发生参与凋亡的发生Susin S A,et al2000年年线粒体释放线粒体释放Smac/DIABLO参与凋亡发生参与凋亡发生Du,et al.Verhagen,et al2001年年线粒体释放核酸内切酶线粒体释放核酸内切酶G引起引起“DNAladder”的产生的产生线粒体释放线粒体释放 Smac样的丝氨酸蛋白水解酶样的丝氨酸蛋白水解酶HtrA2/Omi，后，后者通过抑制者通过抑制IAP 促进细胞凋亡促进细胞凋亡Li,et alSuzuki,et al细胞凋亡线粒体信号通路研究中的重要发现细胞凋亡线粒体信号通路研究中的重要发现细胞凋亡线粒体信号通路研究中的重要发现细胞凋亡线粒体信号通路研究中的重要发现30大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病2.线粒体通路19930凋亡诱导因素凋亡诱导因素PTP开放开放线粒体中细胞色素线粒体中细胞色素C C等释放等释放Caspase-9活化活化Caspase-3活化活化apoptosis31大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析凋亡诱导因素PTP开放线粒体中细胞色素C等释放Caspase31三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（三）凋亡的执行阶段（三）凋亡的执行阶段（三）凋亡的执行阶段（三）凋亡的执行阶段 尽管凋亡过程的详细机制尚不完全清楚，但是已经确定尽管凋亡过程的详细机制尚不完全清楚，但是已经确定CaspaseCaspase即半胱天冬蛋白酶在凋亡过程中是起着必不可少的作用，细胞凋亡的即半胱天冬蛋白酶在凋亡过程中是起着必不可少的作用，细胞凋亡的过程实际上是过程实际上是CaspaseCaspase不可逆有限水解底物的级联放大反应过程，到目不可逆有限水解底物的级联放大反应过程，到目前为止，至少已有前为止，至少已有1414种种CaspaseCaspase被发现，被发现，CaspaseCaspase分子间的同源性很高，分子间的同源性很高，结构相似，都是半胱氨酸家族蛋白酶，根据功能可把结构相似，都是半胱氨酸家族蛋白酶，根据功能可把 Caspase Caspase基本分基本分为二类：一类参与细胞的加工，如为二类：一类参与细胞的加工，如Pro-IL-1Pro-IL-1和和Pro-IL-1Pro-IL-1，形成有，形成有活性的活性的IL-1IL-1和和IL-1IL-1；第二类参与细胞凋亡；第二类参与细胞凋亡 。参与诱导凋亡的。参与诱导凋亡的CaspaseCaspase分成两大类：分成两大类：启动酶启动酶启动酶启动酶（inititaorinititaor）和）和效应酶效应酶效应酶效应酶（effectoreffector）它）它们分别在死亡信号转导的上游和下游发挥作用。们分别在死亡信号转导的上游和下游发挥作用。32大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病（三）凋亡的执行阶段 32凋亡蛋白酶：Caspases:cysteine-containing aspartate-specific protease（含半胱氨酸的天冬氨酸特（含半胱氨酸的天冬氨酸特异水解酶）异水解酶）是一组对底物的天冬氨酸部位有特异水解是一组对底物的天冬氨酸部位有特异水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶。作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶。三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病33大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析凋亡蛋白酶：Caspases:cysteine-conta33apoptosisapoptosis概概 述述34大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析apoptosis概 述34大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识34三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病以无活性的形式存在。以无活性的形式存在。在在Pro-Caspases的的N端均含有一段的前区域（端均含有一段的前区域（Prodomain）。）。活性形式均是由活性形式均是由2个大亚基和个大亚基和2个小亚基组成的杂四聚体。一分个小亚基组成的杂四聚体。一分子子Pro-Caspase只能分裂产生只能分裂产生1个大亚基和个大亚基和1个小亚基个小亚基。在在大大亚亚基基的的C端端均均含含有有QACXG（X=R.Q或或G）的的活活性性中中心心，其其中中半半胱胱氨氨酸酸（C）是是必必需需氨氨基基酸酸，故故 Caspase是是属属于于半半胱胱氨氨酸酸蛋白酶类。蛋白酶类。Caspase的结构特征35大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病以无活性的形式存在。C3536大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析36大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析36 凋亡蛋白酶激活的凋亡蛋白酶激活的DNA酶抑制物酶抑制物(ICAD)核纤层（核纤层（lamina）蛋白）蛋白 细胞骨架蛋白：导致细胞解体，形成凋亡小体细胞骨架蛋白：导致细胞解体，形成凋亡小体 其他的其他的caspases 灭活细胞凋亡的抑制物灭活细胞凋亡的抑制物Caspase的作用底物37大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析 凋亡蛋白酶激活的DNA酶抑制物(ICAD)Caspase37使抑制凋亡因子失活，使抑制凋亡因子失活，如如CAD/ICAD破坏细胞结构，如破坏细胞结构，如Lamina将调节区与催化区分将调节区与催化区分离，使蛋白失活，如离，使蛋白失活，如Gelsolin细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病三、细胞凋亡的调控机制三、细胞凋亡的调控机制38大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析使抑制凋亡因子失活，如CAD/ICAD细胞凋亡与疾病三、细胞38(四四)细胞凋亡相关基因细胞凋亡相关基因抑制凋亡基因：抑制凋亡基因：Bcl-2，IAP促进凋亡基因：促进凋亡基因：wtP53，Bax双向调控基因：双向调控基因：c-myc，Bcl-x三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病39大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析(四)细胞凋亡相关基因抑制凋亡基因：Bcl-2，IAP促进39 Bcl-2-B cell lymphoma/leukemia-2 *Bcl-2 229aa 229aa构成（鼠构成（鼠236236）分布在线粒体内膜）分布在线粒体内膜,细胞内细胞内膜表面，内质网，核膜等处膜表面，内质网，核膜等处 *Bcl-2 和和C.elegans 中的中的ced-9 有很高的同源性，具有促进有很高的同源性，具有促进细胞存活的功能细胞存活的功能*Bcl-2的功能是延长细胞的寿命，而不是刺激细胞的增殖的功能是延长细胞的寿命，而不是刺激细胞的增殖1.BcL-2家族分子家族分子40大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析 Bcl-2-B cell lympho40(1)(1)Bcl-2家族分子结构家族分子结构41大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析(1)Bcl-2家族分子结构41大学细胞凋亡与疾病医疗管理41 一类呈抗凋亡作用一类呈抗凋亡作用一类呈抗凋亡作用一类呈抗凋亡作用，有，有，有，有BcL-2,BcL-wBcL-2,BcL-wBcL-2,BcL-wBcL-2,BcL-w，BcL-BcL-BcL-BcL-XLXLXLXL、BFL-1BFL-1BFL-1BFL-1、Brag-1Brag-1Brag-1Brag-1、MCL-1MCL-1MCL-1MCL-1，AIAIAIAI。另一类呈现促凋亡作用的另一类呈现促凋亡作用的另一类呈现促凋亡作用的另一类呈现促凋亡作用的，有，有，有，有BaxBaxBaxBax，Bak,Bak,Bak,Bak,BokBokBokBok，BcL-XsBcL-XsBcL-XsBcL-Xs，Bad,Bid,BikBad,Bid,BikBad,Bid,BikBad,Bid,Bik，HrkHrkHrkHrk，BimBimBimBim等。等。等。等。BcL-2 BcL-2 BcL-2 BcL-2基因家族成员自身或彼此之间有基因家族成员自身或彼此之间有基因家族成员自身或彼此之间有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，形成二聚体或多聚体的能力，形成二聚体或多聚体的能力，形成二聚体或多聚体的能力，BcL-2BcL-2BcL-2BcL-2家族的蛋家族的蛋家族的蛋家族的蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与凋亡。白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与凋亡。白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与凋亡。白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与凋亡。(2)BcL-2的同源基因和蛋白质的同源基因和蛋白质42大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析 一类呈抗凋亡作用，有BcL-2,BcL-w，BcL4243大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析43大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析43(3)(3)BcL-2抗凋亡机制抗凋亡机制n直接的抗氧化直接的抗氧化n抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质n抑制促凋亡的抑制促凋亡的Bax，Bak细胞毒作用细胞毒作用n抑制抑制Caspases激活激活n维持细胞钙稳态维持细胞钙稳态44大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析(3)BcL-2抗凋亡机制直接的抗氧化44大学细胞凋亡与442.Fas Fas 属肿瘤坏死因子受体属肿瘤坏死因子受体（TNFR)家族成员，家族成员，Fas配体配体（FasL)属属TNF家族成员。家族成员。Fas是跨膜蛋白，由胞外区是跨膜蛋白，由胞外区(157 aa)(157 aa)，穿膜区，穿膜区(17 aa)(17 aa)及胞浆区及胞浆区(145 aa)(145 aa)组成。组成。Fas胞浆区一段胞浆区一段60607070氨基酸序列与氨基酸序列与TNFR胞浆区高度同源，并介导细胞死亡，称之为胞浆区高度同源，并介导细胞死亡，称之为死亡域死亡域(death domain，DD)。Fas较广泛地分布于多种类型的细较广泛地分布于多种类型的细胞。胞。FasL与其受体与其受体Fas结合导致细胞凋亡结合导致细胞凋亡。45大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析2.Fas Fas 属肿瘤坏死因子受体（TNFR)453.3.P53基因基因pwtP53修复受损的修复受损的DNA，如修复失败则诱导细胞凋亡，如修复失败则诱导细胞凋亡p突变的突变的P53失活的失活的P53丧失监视丧失监视DNA损伤的功能损伤的功能射线，毒素射线，毒素P53蛋白蛋白+细胞凋亡细胞凋亡分子警察分子警察分子警察分子警察46大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析3.P53基因wtP53突变的P53失活的P53丧失监视D46 C-myc是一种原癌基因，是调控细胞周期的主是一种原癌基因，是调控细胞周期的主要基因。编码的蛋白是要基因。编码的蛋白是DNA结合蛋白，调控基因转结合蛋白，调控基因转录。在录。在GF充足时主要激活介导细胞增殖的基因；反充足时主要激活介导细胞增殖的基因；反之激活凋亡基因。之激活凋亡基因。4 4、C-myc基因基因47大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析 C-myc是一种原癌基因，是调控细胞周期的主要基因。475 5、IAP家族家族 IAP家族是一组具有家族是一组具有BIR（baculoviral IAP repeat)结构域和抑制凋亡的蛋白。结构域和抑制凋亡的蛋白。IAP家族蛋白家族蛋白的的BIR结构域是结构域是IAP 抑制凋亡的结构基础。在人抑制凋亡的结构基础。在人类已确定有类已确定有6 6种种IAP相关蛋白。在酵母和哺乳动物相关蛋白。在酵母和哺乳动物细胞中，细胞中，IAP家族蛋白能通过抑制家族蛋白能通过抑制caspase-3,7,9-3,7,9等的活性等的活性。48大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析5、IAP家族 IAP家族是一组具有BIR（bacul486 6、其他基因、其他基因 Jun、fos、myb、asy、Rb等基等基因都与细胞凋亡的发生有关因都与细胞凋亡的发生有关49大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析6、其他基因 Jun、fos、myb、asy、Rb49四、细胞凋亡的检测细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病细胞凋亡的检测方法细胞凋亡的检测方法细胞凋亡的检测方法细胞凋亡的检测方法.一、细胞凋亡的形态学检测一、细胞凋亡的形态学检测.二、磷脂酰丝氨酸外翻分析（二、磷脂酰丝氨酸外翻分析（Annexin VAnnexin V法）法）三、线粒体膜势能（三、线粒体膜势能（mtmt）的检测）的检测四、四、DNADNA片断化检测片断化检测 五、五、TUNELTUNEL法法六、六、Caspase-3Caspase-3活性的检测活性的检测 七、七、WBWB检测检测八、凋亡相关蛋白八、凋亡相关蛋白TFAR19TFAR19的表达和细胞定位分析的表达和细胞定位分析 50大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析四、细胞凋亡的检测细胞凋亡与疾病细胞凋亡的检测方法.50 细胞凋亡的形态学检测细胞凋亡的形态学检测1 光学显微镜和倒置显微镜光学显微镜和倒置显微镜 未染色细胞：凋亡细胞的体积变小、变形，细胞膜完整但出现发泡现象，细胞凋亡晚期可见凋亡小体。染色细胞：常用姬姆萨染色、瑞氏染色、苏木精染色等。凋亡细胞的染色质浓缩、边缘化，呈新月状附在核膜周围。2 荧光显微镜和共聚焦激光扫描显微镜荧光显微镜和共聚焦激光扫描显微镜一般以细胞核染色质的形态学改变来评判细胞凋亡的进展情况。常用的DNA特异性染料有：HO,Hoechst 33342;HO,Hoechst 33258;DAPI。3 电子显微镜观察电子显微镜观察51大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析 细胞凋亡的形态学检测1 光学显微镜和倒置显51Nuclear morphological changes of HeLa cells in apoptosis process （488nm 400）52大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析Nuclear morphological changes 52电镜观察电镜观察:凋亡细胞体积变小，细胞质浓缩。凋亡凋亡细胞体积变小，细胞质浓缩。凋亡期的细胞核内染色质高度盘绕，期的细胞核内染色质高度盘绕，出现许多称为气穴现象的空泡结构。细胞凋亡的晚期，细胞核裂解为碎块，出现许多称为气穴现象的空泡结构。细胞凋亡的晚期，细胞核裂解为碎块，产生凋亡小体。产生凋亡小体。53大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析电镜观察:53大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析53磷脂酰丝氨酸（磷脂酰丝氨酸（PSPS）外翻分析）外翻分析（Annexin VAnnexin V法）法）磷脂酰丝氨酸（磷脂酰丝氨酸（Phosphatidylserine,PSPhosphatidylserine,PS）正常位于细胞膜的内侧，在凋亡早期，PS可从细胞膜的内侧翻转到细胞膜的表面，暴露在细胞外环境中。Annexin-V是一种分子量为3536KD的Ca2+依赖性磷脂结合蛋白，能与PS高亲和力特异性结合。将Annexin-V进行荧光素（FITC、R-PE）或biotin标记，以标记了的Annexin-V作为荧光探针，利用流式细胞仪、荧光显微镜以及共聚焦激光扫描显微镜检测细胞凋亡的发生。54大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析磷脂酰丝氨酸（PS）外翻分析磷脂酰丝氨酸（Phosphati5455大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析55大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析55Annexin V-FITC FluorescencePI Fluorescence Time course of apoptosis in TF-1 cells cultured in GM-CSF-free medium56大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析Annexin V-FITC FluorescencePI 5657大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析57大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析57大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析培训ppt课件58 线粒体膜势能（线粒体膜势能（mtmt）的检测）的检测 线线粒粒体体荧荧光光染染料料：Rhodamine 123、DiOC6（3）、JC-1、TMRM等对线粒体膜电位非常敏感，其荧光的增强或减弱说明线粒体内膜电负性的增高或降低。59大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析 线粒体膜势能（mt）的检测 59DNA片段化分析 细胞凋亡时主要生物化学特征是其染色质发生浓缩,染色质DNA在核小体单位之间的连接处断裂,形成180200bp整数倍的寡核苷酸片段,在凝胶电泳上表现为梯形电泳图谱(DNA ladder)。60大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析DNA片段化分析 细胞凋亡时主要生物化学特征是其染6061大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析61大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析6162大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析62大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析6263大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析63大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析6364大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析64大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析6465大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析65大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析6566大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析66大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析6667大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析67大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析6768大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析68大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析68五、细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡不足：（一）细胞凋亡不足：（一）细胞凋亡不足：（一）细胞凋亡不足：1.肿瘤肿瘤 细胞增殖过度、细胞凋亡不足。细胞增殖过度、细胞凋亡不足。实验研究：实验研究：P53基因（促凋亡基因）缺失或突变基因（促凋亡基因）缺失或突变 Bcl-2基因（抑制凋亡基因）表达过度基因（抑制凋亡基因）表达过度 临床应用：临床应用：放疗、化疗放疗、化疗 诱导瘤细胞凋亡诱导瘤细胞凋亡 69大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析五、细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡不足：69大学69五、细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡不足：（一）细胞凋亡不足：（一）细胞凋亡不足：（一）细胞凋亡不足：1.肿瘤肿瘤 2.自身免疫病自身免疫病 机体对自身抗原发生免疫应答自身组织损伤。机体对自身抗原发生免疫应答自身组织损伤。针对自身抗原免疫细胞凋亡不足自身免疫病。针对自身抗原免疫细胞凋亡不足自身免疫病。例：例：SLE、1型糖尿病、类风湿性关节炎、多发型糖尿病、类风湿性关节炎、多发性硬化症、性硬化症、慢性甲状腺炎。慢性甲状腺炎。临床应用：临床应用：糖皮质激素糖皮质激素 诱导自身免疫性淋巴细胞凋亡。诱导自身免疫性淋巴细胞凋亡。（二）细胞凋亡过度（二）细胞凋亡过度（二）细胞凋亡过度（二）细胞凋亡过度 1.心血管疾病心血管疾病 （1）急性心肌梗死，坏死与凋亡同时存在）急性心肌梗死，坏死与凋亡同时存在70大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析五、细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡不足：70大学70五、细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病(2)心力衰竭心力衰竭 与心肌细胞功能异常及凋亡有关与心肌细胞功能异常及凋亡有关 实验研究：实验研究：心肌细胞肥大心肌细胞肥大 压力负荷压力负荷 心力衰竭心力衰竭 心肌细胞凋亡心肌细胞凋亡 临床新思路：临床新思路：阻断心肌细胞凋亡，预防心力衰竭。阻断心肌细胞凋亡，预防心力衰竭。2.神经元退行性疾病神经元退行性疾病 Alzheimer disease,AD;Parkinson disease;肌萎缩肌萎缩性侧索硬性侧索硬/化症等。化症等。71大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析五、细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病(2)心力衰竭 71五、细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病AD病理特点：病理特点：脑实质内脑实质内-淀粉状蛋白沉积，脑萎缩。淀粉状蛋白沉积，脑萎缩。AD发病机制：发病机制：凋亡诱导因素（氧自由基）凋亡诱导因素（氧自由基）神经元神经元Ca2+内流内流 激活激活 编码编码-淀粉状蛋白基因淀粉状蛋白基因 -淀粉状蛋白合成淀粉状蛋白合成 神经神经 元凋亡。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Ca2+VitE（抗氧化剂）（抗氧化剂）清除氧自由基清除氧自由基减缓减缓N元凋亡元凋亡72大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析五、细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病AD病理特点：减缓N元凋亡772五、细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病 3.感染性疾病感染性疾病 （1）病毒感染）病毒感染 （2）细菌与寄生虫感染）细菌与寄生虫感染（三）细胞凋亡不足与过度并存（三）细胞凋亡不足与过度并存 动脉粥样硬化症动脉粥样硬化症(内皮细胞凋亡过度，平滑肌细胞内皮细胞凋亡过度，平滑肌细胞 增殖凋亡增殖凋亡)心律失常心律失常73大学细胞凋亡与疾病医疗管理知识分析五、细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病 3.感染性疾病7373