分子肿瘤学第五节细胞凋亡与肿瘤

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,*,分子肿瘤学,第五节 细胞凋亡与肿瘤,一、概述,1,、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，把它称作,Apoptosis,2,、细胞凋亡的概念,细胞凋亡,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,。,3,、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（,180,200 bp,），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,4,、细胞凋亡的生理意义,（,1,）确保正常发育、生长,（,2,）修复功能 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,二、细胞凋亡的诱发机制,氧化损伤,1.,氧化应激（,oxidative stress,）的概念,指机体活性氧产生过多或抗氧化能力下降，活性氧的清除不足，导致活性氧在体内积聚并引起氧化损伤的病理过程。,氧化损伤的后果之一就是诱导凋亡。,2.,氧化应激引起细胞凋亡的可能机制,DNA,受损激活,P53,基因,膜通透性,Ca,内流,DNase,生物膜损伤,m,脂质过氧化产物,多聚,ADP,核糖合成酶活化，,NAD,耗竭，,ATP,大量消耗,可活化,NF-kB,、,AP-1,，加速细胞凋亡相关的一些基因表达,钙稳态失衡,Ca,2,作为许多细胞生命活动的第二信使，在细胞凋亡中的作用也倍受关注，凋亡发生时胞浆中,Ca,2,，并激活凋亡过程中的关键酶类，其诱导细胞凋亡的机制为：,激活,Ca,2,/Mg,2,依赖的,DNase,激活谷氨酰胺转移酶（,GTase,），促进凋亡细 胞中蛋白广泛交联，有利于凋亡小体的形成,激活,Ca,2,敏感的蛋白酶,核骨架蛋白酶 核基质蛋白,丝氨酸蛋白酶 膜蛋白,激活核转录因子，加速促凋亡基因的转录,线粒体损伤,目前证据显示，线粒体的,功能改变,在细胞凋亡 的发生中起重要作用,线粒体内膜通透性,线粒体内膜的跨膜电位,m,能量合成水平,线粒体功能和结构破坏引起细胞凋亡的可能机制：,凋亡诱导因素作用于细胞后引起,线粒体内膜跨膜电位（,m,）下降，线粒体内外膜之间的通透性转换孔,PTP,开放；,使细胞凋亡启动因子（,Cyt.C,）,凋亡蛋白酶激活因子（,Apaf,）和凋亡诱导因子（,AIF,）释放,凋亡诱导因素,线粒体跨膜电位,线粒体,PTP,开放,Cyt.C,Apaf,等释放,AIF,激活,Caspases,潜在,Dnase,活化,Dnase,细胞凋亡,线粒体损伤,三、细胞凋亡的形态及生化改变,（一）凋亡细胞的形态学改变,早期：,胞浆脱水，胞膜空泡化，细胞固缩,晚期：,染色质边集，凋亡小体,凋亡的起始：细胞器、染色质等开始变化,凋亡小体的形成：质膜包裹染色质和细胞器,凋亡小体的消化：被吞噬细胞消化,Normal Cell,Apoptotic cell,Scanning electron,micrographs,of apoptotic bodies,（二）凋亡细胞的生化改变,1.,内源性核酸内切酶,(,Dnase),激活,切割染色质,DNA,，,Ca,2+,/Mg,2+,(+),，,Zn,2+,(-),2.DNA,片段化,内切酶在核小体切开,DNA,，形成,180-200bp,为倍数的片段,3.,凋亡蛋白酶激活,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,生物化学特征,胞浆内,Ca,2+,浓度升高。,细胞内活性氧增多。,质膜通透性变大。,DNA,内切酶活性被激活,升高，双链,DNA,在核小体,之间切断形成,180200bp,为基数的有序片段。,型谷氨酰胺转移酶和需钙,蛋白酶（,Calpain,）活性升高。,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）,Caspase,家族,凋亡的执行者,Caspase,活性位点是半胱氨酸，裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，因此称为,Cysteine aspartic acic specific protease,，即,Caspase,特点：前体形式存在,级联反应,作用：,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,DNA ladder,Detection of DNA fragmentation,四、凋亡发生途径与调控,（一）凋亡发生途径,1.,死亡受体介导的细胞凋亡途径,Fas-FasL,TNF-TNFR1,TRAIL-DRs (TNF-related apoptosis inducing ligand),2.,以线粒体释放细胞色素,C,为中心环节的细胞凋亡途径,3.,不依赖,caspase,的细胞凋亡,Apoptosis protein activiting factor 1,p53,DNA damage,Bax,Fas associated protein with death domain,caspase3,Growth factor,Growth inhibitor cytokines,不依赖,caspase,的细胞凋亡：,线粒体释放的核酸内切酶,G(EndoG),可不依赖,caspase,而降解凋亡细胞的染色体,DNA,位于线粒体的凋亡诱导因子（,AIF),以某种未知的途径从线粒体转移到核中，诱导染色体凝聚，导致,DNA,大片段断裂，此过程不依赖,caspase,（二）细胞凋亡的调控,1,、,BcL-2,族分子,BcL-2,:,bcL-2,基因是细胞凋亡研究中最受重视的癌基因之一,其表达的蛋白质,BcL-2,蛋白最初发现于,B-,淋巴细胞瘤,/,白血病,-2,（,B cell lymphoma/Leukemia-2,BcL-2),而得名，与线虫,ced9,基因表达的,Ced-9,分子在结构上有同源性，具有抗凋亡作用。,BcL-2,的高表达能阻抑多种凋亡诱导因素所引发的细胞凋亡。如,-,射线、糖皮质激素、热休克、多种化疗药物。,1,）,BcL-2,的同源基因和蛋白,BcL-2,家族有近,30,种不同的蛋白分子，这些成员中共有,4,种,BcL-2,同源结构域（,BH1-4),，每种蛋白含有至少一个,BH,抗凋亡,BcL-2,蛋白,BcL-2,，,BcL-w,，,BcL-X,L,、,BFL-1,、,Brag-1,、,MCL-1,，,AI,。,促凋亡,BcL-2,蛋白,Bax,，,Bak,Bok,，,BcL-X,等。,BH3-only,亚家族,(,促凋亡）,Bid,，,Bad,，,Bim,，,Bik,，,Blk,，,Hrk,Bnip3,等,BH3,BH1,BH2,TM,BH3,TM,BH3,TM,BH4,BH3,BH1,BH2,抗凋亡成员,促凋亡成员,Bcl2 homodimer,Bcl2.BAX heterodimer,BAX homodimer,Blocks apoptosis Promotes survival,Inactive,Simulates apoptosis Preventts survival,Response is determined by the dimerisation state of Bcl2 and BAX,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,2,）,BcL-2,抗凋亡机制：,直接抗氧化,抑制线粒体释放促凋亡蛋白质,抑制凋亡调节蛋白的细胞毒作用,抑制凋亡蛋白酶的激活,维持细胞钙稳态,2,、,P53,基因的调节,修复受损的,DNA,，如修复失败则诱导细胞凋亡,P53,蛋白,+,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,3,、原癌基因与细胞凋亡调控,多种原癌基因参与细胞凋亡的调节,c-myc,是一种癌基因，是调控细胞周期的主要基因。编码的蛋白是,DNA,结合蛋白，调控基因转录，在,GF,充足时主要激活介导细胞增殖的基因；反之激活凋亡基因,c-abl,激活后，其激酶活性能促进,stat,转录因子上调,BcL-X,L,，,抑制细胞凋亡。,STI571,是该激酶的抑制剂，能杀死,CML,白血病细胞,4,、,Caspase,天然抑制物的调节,细胞内存在天然的,Caspase,抑制物,-IAP(Inhibitor of Apoptosis Proteins),发现几种不同的,IAP:XIAP(X-Linked IAP);C-IAP1;C-IAP2;Survivin,等。,XIAP,，,C-IAP1,，,C-IAP2,能直接结合活化的,caspase3,7,和,9,，并抑制其酶活性，但不能抑制,caspase1,6,8,和,10,五、细胞凋亡失衡与癌症,凋亡不足：,癌症,自身免疫性疾病,病毒感染等,凋亡过度：,神经元退行性疾病,造血衰竭性疾病,心肌缺血,/,再灌注损伤,已知的凋亡相关性疾病,1,、细胞凋亡与癌症发生,细胞凋亡的信号感受、整合和执行的相关分子的异常都可能导致肿瘤的发生,细胞凋亡的缺乏在癌症发生中发挥了重要的作用。,TNF,受,体家族的突变与癌症发生有关；,实验发现过度表达,Bcl2,的转基因鼠造血细胞过度增生，并,由于凋亡抑制而最终发生淋巴瘤。,Bcl2,家族蛋白促凋亡和抑制凋亡分子的平衡失常，可致细,胞获得生存优势，有助于癌症的发生。,P53,的遗传缺陷因不能通过凋亡去除异常细胞而引发癌症。,Caspase,功能失活与癌症的发生有一定关系。,Caspase,抑制因子（,IAP),表达水平的升高能阻止肿瘤细胞的,凋亡，使肿瘤细胞具有生存优势，癌症得以发生和发展,衰老细胞由于过度丢失染色体端粒而导致细胞的基因组不稳定和,细胞凋亡。但如果细胞凋亡和衰老机制的破坏，细胞有可能演,变为癌症,细胞凋亡与肿瘤,Damaged,DNAbase,Stop,proliferation,DNA,repair,Normal,DNA,Apoptosis,proliferation,continues,Error passed,to one,daughter cell,The link between DNA damage,repare,proliferation and apoptosis,2,、细胞凋亡在癌症形成后的影响,凋亡抑制或减弱是多种癌症的共同表现,许多化疗药物发挥作用与诱导癌细胞凋亡有关,在肿瘤的治疗中，凋亡承担了清除损伤细胞的功能。,诱导凋亡是目前靶向治疗的主要策略之一，其手段包括激活,凋亡或阻断抑制凋亡的信号通路。例如抑制,Bcl2,，激活,TRAIL,、,Bax,、,caspase,等基因的策略,细胞凋亡的缺乏与肿瘤的预后、治疗等密切相关。在实体瘤（如前列腺癌）和弥散性肿瘤（如白血病）中，,Bcl2,过表达者预,后差，且对化疗耐药。,P53,缺陷的细胞对放疗、化疗具有抗性。,病毒感染、细胞凋亡与肿瘤,病毒感染宿主细胞后有两种结局：,一是诱导细胞 凋亡从而限制病毒生长（肝炎病毒）；,二是由病毒基因表达的蛋白抑制宿主细胞凋亡，造成持续性感染或增加某些病毒的致癌可能性。,