(精品)病理生理第九章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,细胞凋亡与疾病,蚌埠医学院病理生理学教研室,1,细胞凋亡调控障碍与疾病,一、概述,二、凋亡细胞的主要变化,三、细胞凋亡的调控,四、调控障碍的机理,五、调控失常与疾病,六、调控失常的防治,2,一、概述,1.概念：,是指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。,细胞凋亡（,apoptosis）,是形态学概念,程序性细胞死亡,(,programmed cell death,PCD),是功能性概念,3,2.细胞凋亡与坏死的比较,性质,病理性 生理性或病理性,诱导因素,强烈剌激 较弱剌激,生化特点,被动过程 主动过程,形态变化,细胞溶解、破坏 细胞膜、细胞器,相对完整,DNA,电泳,均一,DNA,片状 “梯”状条带,凋亡小体,无 有,细 胞 坏 死 细 胞 凋 亡,4,细细胞凋亡与细胞坏死的比较,5,3.生理意义,确保正常发育、生长,清除多余的、失去功能价值的细胞,维持内环境稳定,清除受损、突变或衰老的细胞,发挥积极的防御功能,受病毒感染的细胞凋亡，整合的,DNA,随之破坏,6,4.病理意义,7,二、凋亡细胞的主要变化,1.形态学变化,脱离：,表面的微绒毛消失，,与周围细胞脱离接触。,空泡化和固缩：,（,blebbing,and condensation）,胞浆脱水，胞膜迅速发,生空泡化，细胞体积逐渐缩,小，出现固缩。,空泡化,固 缩,8,二、凋亡细胞的主要变化,出芽（,buding,）：,内质网不断扩张并与胞膜融合，形成膜表面的芽状突起。,染色质边集(,margination,)：,核质高度浓缩融合成团，,染色质集中分布在核膜的边,缘，呈新月形或马蹄形。,出 芽,边 集,9,二、凋亡细胞的主要变化,凋亡小体(,apoptosis body)：,什么是：,胞膜皱缩内陷，分,割包裹胞浆，形成的泡,状小体，称凋亡小体。,主要成份：,胞浆、碎裂的核物,质和亚微结构。,胞膜内陷,凋亡小体形成,10,二、凋亡细胞的主要变化,2.生化改变,DNA,片段化,DNA,双链在核,小体连接处断裂，,形成 180 200,bp,或其整倍数的片段，,在琼脂糖凝胶电泳中,呈现特征性的“梯”状构图或条带（,ladder pattern）。,11,二、凋亡细胞的主要变化,内源性核酸内切酶激活,作用：,切割,DNA，,彻底破坏细胞生命活动所必,须的全部指令。,激活：,.二价阳离子依赖性核酸内切酶,Ca,2+,Mg,2+,增强活性,Zn,2+,抑制活性,.非二价金属阳离子依赖性核酸内切酶,12,凋亡蛋白酶（,caspase,）,激活,凋亡蛋白酶：,是一组对底物天门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。,caspase,是,cysteine,-containing,aspartate,-,specific protease,的缩写。,作用：,使细胞结构全面解体,二、凋亡细胞的主要变化,13,二、凋亡细胞的主要变化,凋亡蛋白酶（,caspase,）,激活,组成：至少有13个成员,CED-3ICE,启动子、效应子,作用：,.灭活细胞凋亡的抑制物；,.水解细胞的蛋白质结构；,.水解凋亡相关活性蛋白。,14,三、细胞凋亡的调控,1.细胞凋亡的过程,凋亡,诱导,因素,受,体,cAMP,Ca,2+,神经酰胺,各种,死亡,信号,凋亡相,关基因,激 活,DNase,Caspases,激 活,巨噬细胞,吞噬分解,凋亡细胞,信 号 转 导,基因激活,凋亡执行,细胞清除,15,三、细胞凋亡的调控,2.,细胞凋亡相关因素,诱导性,因 素,激素和,生长因,子失衡,理化,因素,免疫,因素,微生物,因 素,糖皮质激素 生 长 因 子,射线、高温、,乙醇、抗癌药,细胞毒,T,淋巴细胞,HIV,16,三、细胞凋亡的调控,2.,细胞凋亡相关因素,抑制性,因 素,某些细胞因子,某些,激素,某些二价,金属离子,某些药物、病毒等,IL-2、NGF,睾丸酮,雌激素,Zn,2+,17,三、细胞凋亡的调控,3.,细胞凋亡的信号转导,多样性,偶联性,同一性,多途性,特征,18,三、细胞凋亡的调控,主要细胞信号转导途径,Ca,2+,信号系统,.影响,Ca,2+,依赖的蛋白激酶和磷酸酶的活性，,进而影响基因转录；,.,激活,Ca,2+,Mg,2+,依赖性核酸内切酶,；,.调节谷氨酰胺酶的活性，促进凋亡小体形成。,19,三、细胞凋亡的调控,主要细胞信号转导途径,cAMPPKA,信号系统,-,受体,Gsa,腺苷酸环化酶（）,钙调素,cAMP,PKA,靶蛋白磷酸化,细胞凋亡,糖皮质激素,Ca,2+,钙调素,信 号 系 统,20,三、细胞凋亡的调控,主要细胞信号转导途径,Fas,蛋白,Fas,配体信号系统,细胞凋亡,Fas,配体,Fas,蛋白,鞘磷脂酶（）,神经酰胺,激活,ICE,降解组蛋白,通过,Ca,2+,信号转导,21,三、细胞凋亡的调控,主要细胞信号转导途径,神经酰胺信号系统,神经鞘磷脂酶（）,神经鞘磷脂,神经酰胺,细胞凋亡,鞘氨醇,1-磷酸鞘氨醇（,SPP）,抗细胞凋亡,22,三、细胞凋亡的调控,主要细胞信号转导途径,二酰甘油蛋白激酶,C（PKC）,信号系统,配体-受体,Gq,PLC,磷脂酰肌醇三磷酸（,PIP,2,）,二酰甘油（,DG）,PKC,细胞凋亡,23,三、细胞凋亡的调控,主要细胞信号转导途径,酪氨酸蛋白激酶（,PTK）,信号系统,Ras,活化,MAPKKK（,Raf,）,MAPKK（MEK）,MAPK（ERK）,细胞分化,生长因子,细胞因子,受 体,PTK,24,三、细胞凋亡的调控,4.凋亡相关基因,细 胞,凋 亡,抑制凋,亡基因,促进凋,亡基因,双向调,控基因,25,三、细胞凋亡的调控,4.凋亡相关基因,抑制细胞凋亡的基因,Bcl-2,(B-,细胞淋巴瘤,白血病-2),“,长寿基因,“,B-cell,lymphoma/leukemia-2,Bcl-2,.,直接抗氧化；,.抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质；,.抑制促凋亡调节蛋白,Bax、Bak,的细胞毒作用；,.抑制凋亡蛋白酶（,caspases,）,的激活；,.维持细胞钙稳态。,26,三、细胞凋亡的调控,抑制细胞凋亡的基因,IAP,在蛾细胞内首先发现,EIB,在小鼠,B,细胞发现的,Mcl-1,是,Bcl-2,的相关基因，功能与,Bcl-2,基因相同,27,三、细胞凋亡的调控,促进细胞凋亡的基因,wt P53（,野生型,P53）,周期蛋白（,Cyclin,）,依赖周期蛋白的蛋白激酶,(,cyclin,dependent,kinase，CDK,),CDK,交互作用蛋白-1,(,CDK-interacting protein-1，CIP),检查点(,checkpoint),28,野生型,p53,p53,蛋白,检查点功能,DNA,缺陷,DNA,无缺陷,CIP,表达,阻止细胞进入细胞周期,启动,DNA,修复机制,修复失败,启动凋亡,修复成功,p53,分子警察（,molecular policeman),的作用机制,细胞进入正常周期,29,三、细胞凋亡的调控,促进细胞凋亡的基因,Fas,FasL,Fas,Fas,抗体,神经生长因子,神经生长因子受体,30,三、细胞凋亡的调控,ced-3、ced-4,“,死亡基因”,是从雌雄同体的低等蠕虫透明线虫中发现的,ced-3 ced-4,细胞凋亡,不发生,不发生,发 生,表示激活,ced-9,与,ced-3,和,ced-4,的功能相对抗的基因,起“制动作用”,31,三、细胞凋亡的调控,Bax,Bax,对抗,Bcl-2,白介素-1-,转换酶基因家族,(,IL-1-converting enzyme，ICE),32,三、细胞凋亡的调控,双相调控基因,c-myc,c-myc,蛋白 是双向转录调节因子,何去何从？,细胞接受的信号,细胞所处的生长环境,如生长因子,Bcl-x,翻译出两种蛋白质：,Bcl,-XL,抑制细胞凋亡,Bcl,-XS,促进细胞凋亡,33,四、细胞凋亡的发生机制,1.氧化损伤,氧自,由基,p53,Ca,2+,Mg,2+,依赖性核酸,内 切 酶,Ca,2+,内 流,细胞膜脂质,过氧化损伤,NF-,B,AP-1,聚,ADP,核,糖合成酶,34,四、细胞凋亡的发生机制,2.钙稳态失衡,钙稳态,失 衡,Ca,2+,Mg,2+,依赖性核酸,内 切 酶,谷氨酰胺,转 移 酶,核转录,因 子,舒 展,DNA,链,35,四、细胞凋亡的发生机制,3.线粒体损伤,线粒体,m,PTP,开放,细胞色素,C（,Cyt,.C）,凋亡蛋白酶激活因子（,Apaf,）,凋亡诱导因子,（,AIF）,核酸内切酶（）,DNA,断裂,细胞凋亡,caspase,-9,酶原,caspase,-9,氧自由基,钙 超 载,caspase,-3,酶原,caspase,-3,蛋白质水解,36,氧 化,损 伤,钙稳态,失 衡,线粒体,损 伤,37,恶性网络假说,（,deleterious network hypothesis）,是指在细胞凋亡的发生上，氧化损伤、,钙稳态失衡、线粒体损伤，既可单独启动，,又可联合作用，而且三种机制常常互相联系、,互为因果，以致各种机制都得到加强。,38,五、细胞凋亡调控失常与疾病,1.细胞凋亡不足,肿瘤,发生,.与细胞凋亡受抑制有关,p53,基因缺失和突变,如肺癌,Bcl-2,基因过度表达，,如前列腺癌、结肠癌、白血病,某些肿瘤对,Fas,诱导的凋亡抵抗,39,五、细胞凋亡调控失常与疾病,.机理：,凋亡对细胞的选择假说,前,T,细胞在胸腺内不发生凋亡，幼稚细胞,堆积形成肿瘤。,细胞脆性增大学说,老化的细胞或,DNA,错误复制的细胞，染色,体不稳定（脆性增大），易发生癌变。,40,五、细胞凋亡调控失常与疾病,发展,细胞增殖和或细胞凋亡,转移,肿瘤细胞离开生存的微环境，移行到远处仍,不凋亡。,治疗,应用化疗、放疗、热疗等诱发癌细胞凋亡,41,五、细胞凋亡调控失常与疾病,自身免疫病,是指因自身抗原受到自身抗体或致敏淋巴细胞,的攻击，造成自身组织器官损伤引起的疾病。,TCR,双阳性细胞,CD,4,CD,8,与自身抗原-,MHC,抗原结合,TCR,单阳性细胞,CD,4,CD,8,CD,4,CD,8,与非己抗原-,MHC,抗原结合,42,CD,4,CD,8,TCR,双阳性细胞,CD,4,CD,8,、CD,4,CD,8,TCR,单阳性细胞,APC,抗原提呈细胞,自身抗原-,MHC,抗原,负选择,正选择,胸腺基质细胞,43,五、细胞凋亡调控失常与疾病,2.细胞凋亡过度,心血管疾病,心肌缺血与缺血-再灌注损伤,.特点,缺血早期细胞凋亡为主，晚期坏死为主；,梗死灶外周细胞凋亡为主，中央坏死为主；,轻度缺血细胞凋亡为主，重度坏死为主；,再灌凋亡比同时间的缺血凋亡更严重。,44,五、细胞凋亡调控失常与疾病,2.细胞凋亡过度,心血管疾病,心肌缺血与缺血-再灌注损伤,.机理,氧自由基损伤；,缺血、缺氧使心肌细胞,Fas,上调；,缺氧增加,p53,基因的转录,。,45,五、细胞凋亡调控失常与疾病,心血管疾病,心力衰竭,与细胞凋亡有关,.诱导因素,缺血、缺氧、压力或容量负荷过重等,.信号转导,高水平,TNF、,衰竭心脏中有,TNFR1,.,心衰病人心肌细胞凋亡指数增高,凋亡的细胞核数100个细胞核,.阻遏心肌细胞凋亡是防治心衰的新途径。,46,氧自由基,五、细胞凋亡调控失常与疾病,2.细胞凋亡过度,阿尔茨海默病（,Alsheimer,disease，AD,）,神 经 元,Ca,2+,-,淀粉样多肽基因,-,淀粉样多肽,神经细胞凋亡,清除氧自基,抑制,Ca,2+,47,五、细胞凋亡调控失常与疾病,人类免疫缺陷病毒感染,糖蛋白,120,(,gp,120,)：,感染,HIV,的宿主细胞膜表达糖蛋白,gp,120,，CD,4,+,淋巴细胞表面存在有,gp,120,蛋白受体，当二者结合后即可触发,CD,4,+,淋巴细胞发生凋亡；,gp,120,细胞