細(xì)胞凋亡與疾病-中學(xué)生物ppt

1、1 Apoptosis and Disease2 第一節(jié) 概 述 第二節(jié) 細(xì)胞凋亡過程與調(diào)控 第三節(jié) 細(xì)胞凋亡的發(fā)生機制 第四節(jié) 細(xì)胞凋亡與疾病 第五節(jié) 細(xì)胞凋亡在疾病防治中的意義 第六節(jié) 細(xì)胞凋亡的檢測3 第一節(jié) 概 述 一、發(fā)展研究史 1972年病理學(xué)家Kerr等首先提出細(xì)胞凋亡(apoptosis)的概念，引起人們對這一生物學(xué)現(xiàn)象的興趣。尤其是wyllie等1980年揭示了細(xì)胞凋亡獨特的生物學(xué)特征，即180-200bP單體或寡聚核小體DNA片段，電泳譜為典型的“梯形帶”(ladder pattern)，使其倍受世人關(guān)注。 4 近二十年來，特別是90年代初細(xì)胞凋亡已成為生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的研

2、究熱點，其研究論文在世界各種學(xué)術(shù)雜志上發(fā)表數(shù)量呈指數(shù)級增長。 1994年美國著名科學(xué)雜志主編Cubtta和Koshland將細(xì)胞凋亡評為當(dāng)年世界生命科學(xué)中僅次于DNA修復(fù)酶的第二個研究熱點。 經(jīng)過無數(shù)研究證明細(xì)胞凋亡是一種具有特征形態(tài)和生化改變的過程，是一系列基因活動引起的級聯(lián)反應(yīng)的結(jié)果。有利它性，使周圍的細(xì)胞生長得更好，或是發(fā)育過程或是免疫功能的需要。 5 細(xì)胞凋亡學(xué)說的建立是20世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)發(fā)展史上的里程碑。目前已經(jīng)能夠從分子水平了解調(diào)控細(xì)胞凋亡的分子和其形態(tài)變化的一些分子基礎(chǔ)。 當(dāng)細(xì)胞的聚二磷酸腺苷核糖聚合酶(PARP)、Lamin1、核DNA和拓?fù)洚悩?gòu)酶、-fodrin和-肌動蛋白

3、等分子被降解，使不同類型細(xì)胞的凋亡產(chǎn)生相似的形態(tài)特征。如Lamin、拓?fù)洚悩?gòu)酶的降解使染色質(zhì)失去核內(nèi)的附著，變?yōu)闈饪s；核酸內(nèi)切酶的被激活而切斷DNA，使核小體之間發(fā)生斷裂，在電泳下呈現(xiàn)階梯狀特點， - fodrin、 - actin被降解，使細(xì)胞膜和細(xì)胞骨架受到影響；凋亡的細(xì)胞形成多個凋亡小體。 說明細(xì)胞死亡也像細(xì)胞的生存一樣是受分子調(diào)控的，在進(jìn)化中也是保守的。6 現(xiàn)在認(rèn)為，細(xì)胞凋亡在有機體的正常發(fā)生、組織重建、老化和應(yīng)答不可恢復(fù)的損害中具有重要意義；細(xì)胞凋亡的失控，可能成為腫瘤、神經(jīng)退化性疾病及免疫缺陷等多種疾病的病因。細(xì)胞凋亡研究中的重要事件1. l972年 Kerr、Wyllie、Cur

4、rie首次提出細(xì)胞凋亡這一劃時代的生物學(xué)概念。2. 1980年Wyllie發(fā)現(xiàn)核酸內(nèi)切酶激活引起凋亡細(xì)胞 DNA特異性梯形帶的形成，提醒世人細(xì)胞凋亡的重要性，并重新點燃和激起世界范圍內(nèi)對細(xì)胞凋亡研究的熱潮。73.1993年底發(fā)現(xiàn)ICE家族在細(xì)胞凋亡發(fā)生中的作用。 4.caspases蛋白酶在細(xì)胞凋亡中的作用（1996）5.Bcl-2家族及其作用。6.Fas (Apo-l，CD95)死亡受體家族的發(fā)現(xiàn)。7.細(xì)胞凋亡信號傳導(dǎo)系統(tǒng)的基本框架及組成。8.許多疾病與細(xì)胞凋亡的基本關(guān)系。（1995） 近年來，逐漸認(rèn)識到細(xì)胞凋亡有其特殊的生物學(xué)意義，引起了發(fā)育生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、免疫學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、分子生物

5、學(xué)、腫瘤學(xué)和研究工作者的廣泛興趣，形成了一個新的研究熱點。8 二、與細(xì)胞凋亡有關(guān)的基本概念 細(xì)胞凋亡在臨床疾病的發(fā)生與發(fā)展中的作用，愈來愈受到人們所關(guān)注。 近代概念認(rèn)為： 由體內(nèi)外因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)預(yù)存的死亡程序而導(dǎo)致的細(xì)胞死亡過程稱為細(xì)胞凋亡(apoptosis) 。 生理條件下，細(xì)胞死亡是機體對衰老或畸變或其他任何一種不需要的細(xì)胞(如炎性細(xì)胞、過度增殖的細(xì)胞等)的清除方式；但在某些病理生理條件下發(fā)生的細(xì)胞凋亡，則可能引起器官或組織的損傷，即引起臨床疾病。9 （一）細(xì)胞凋亡與程序性細(xì)胞死亡 細(xì)胞凋亡是細(xì)胞在一定的生理或病理條件下,遵循自身的程序，自己結(jié)束生命的過程，最后細(xì)胞脫落離體或裂解為若干凋

6、亡小體，被其他細(xì)胞吞噬.。 現(xiàn)在很多情況下，細(xì)胞凋亡亦稱為程序性細(xì)胞死亡(programmed cell death , PCD)。PCD這一概念已為科學(xué)家廣泛接受。但不同的人對PCD概念的解釋有所不同。一般而言，細(xì)胞凋亡是一個形態(tài)學(xué)的概念，是對細(xì)胞凋亡時所見到的固定形式的形態(tài)學(xué)描述，而PCD是功能上的概念。PCD是發(fā)生于生長發(fā)育過程中的生理性細(xì)胞死亡，而細(xì)胞凋亡則是PCD的最常見、研究最多的方式。10 (二) 細(xì)胞凋亡與有絲分裂(mitosis) 與有絲分裂的細(xì)胞增殖活動相比，細(xì)胞發(fā)生凋亡時，像秋天的樹葉或花的自然凋落(falling off)一樣，這種生物學(xué)現(xiàn)象，借用希臘詞“apoptos

7、is”來表示，意思是秋天的樹葉或花的自然凋落，譯為“細(xì)胞凋落”. 有絲分裂:細(xì)胞的分裂與分化，其與機體的生長發(fā)育密切相關(guān)。 細(xì)胞凋亡:由細(xì)胞內(nèi)某些特定基因所決定，具有特殊的生物學(xué)意義，是一種細(xì)胞的主動死亡過程。 二者雖互為對立，正常情況下，在機體內(nèi)處于動態(tài)平衡，以維持機體細(xì)胞數(shù)量的平衡和自身的穩(wěn)定 (如蝌蚪青蛙尾巴消失現(xiàn)象) 。11 （三）細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死(necrosis) 是多細(xì)胞生物細(xì)胞死亡的兩種不同形式，在形態(tài)學(xué)、生化代謝、分子機制、結(jié)局和意義等方面都有本質(zhì)的區(qū)別： 細(xì)胞凋亡與壞死的比較 壞死 凋亡 1.性質(zhì) 病理性，非特異性 生理性或病理性，特異性 2.誘導(dǎo)因素 強烈刺激，隨機發(fā)生

8、 較弱刺激，非隨機發(fā)生 3.生化特點 被動過程，無新蛋白 主動過程，有新蛋白合成， 合成，不耗能 耗能 4.形態(tài)變化 細(xì)胞結(jié)構(gòu)全面溶解、 胞膜及細(xì)胞器相對完整 破壞 細(xì)胞腫脹 細(xì)胞皺縮，核固縮 5.DNA電泳 彌散性降解，電泳呈 DNA片段化(180200bp)， 均一DNA片狀 電泳呈“梯”狀條帶 6.炎癥反應(yīng) 溶酶體破裂， 溶酶體相對完整， 局部炎癥反應(yīng) 局部無炎癥反應(yīng) 7.凋亡小體 無 有 8.基因調(diào)控 無 有1213 三、細(xì)胞凋亡的生理和病理意義 凋亡作為生理過程，有以下三項作用： 1. 確保正常發(fā)育生長 機體的發(fā)育、生長過程并不僅僅與細(xì)胞的增殖與分化有關(guān)，凋亡在器官組織的形成、成熟過

9、程中也發(fā)揮了重要作用。它可以清除多余的、失去功能價值的細(xì)胞。例如：人胚胎肢芽發(fā)育過程中指(趾)間組織，通過細(xì)胞凋亡機制而被逐漸消除，形成指(趾)間隙。 2. 維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定 受損、突變或衰老的細(xì)胞如果存留體內(nèi)就可能干擾機體功能，甚至演變?yōu)槎喾N疾病(如腫瘤)。維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，機體必須及時將這些細(xì)胞清除，清除的主要方式就是凋亡。 14 例如機體通過細(xì)胞凋亡：清除針對自身抗原的T淋巴細(xì)胞，維持免疫穩(wěn)定。皮膚、粘膜上皮不斷更新：新的C增殖和衰老C凋亡子宮內(nèi)膜的周期性變化：增生激素凋亡、脫落；受損不能修復(fù)的細(xì)胞、癌前病變細(xì)胞的清除。 通過細(xì)胞凋亡被機體清除的細(xì)胞數(shù)量是相當(dāng)可觀的，每秒鐘可達(dá)數(shù)百萬個。

10、3. 發(fā)揮積極的防御功能 參與了機體的防御反應(yīng)，例如當(dāng)機體受到病毒感染時，受感染的細(xì)胞發(fā)生凋亡，使DNA發(fā)生降解，整合于其中的病毒DNA也隨之被破壞，因而阻止了病毒的復(fù)制。 15第二節(jié) 細(xì)胞凋亡過程與調(diào)控 一、細(xì)胞凋亡的過程 從細(xì)胞受到凋亡誘導(dǎo)因素的作用到細(xì)胞凋亡大致可分成四個階段： 1. 凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 細(xì)胞內(nèi)外的凋亡誘導(dǎo)因素通過各種受體作用于細(xì)胞后，細(xì)胞產(chǎn)生一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)，形成與細(xì)胞凋亡有關(guān)的第二信使物質(zhì),如Ca2+ , cAMP，神經(jīng)酰胺等，然后通過胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑激活后續(xù)凋亡程序。16 2. 凋亡基因激活 調(diào)控凋亡的基因接收由信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑傳來的死亡信號后按預(yù)定程序啟動，并合成為執(zhí)

11、行凋亡所需的各種酶類及相關(guān)物質(zhì)。 3. 細(xì)胞凋亡的執(zhí)行 主要的執(zhí)行者： 核酸內(nèi)切酶(endogenous nuclease，DNase)： 徹底破壞細(xì)胞生命活動所必須的全部指令 凋亡蛋白酶（Caspases）： 導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)的全面解體 17 4. 凋亡細(xì)胞的清除 已經(jīng)凋亡的細(xì)胞可被鄰近的吞噬細(xì)胞或其他細(xì)胞所吞噬，分解。 上述全過程需時約數(shù)分鐘至數(shù)小時不等。從凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)到凋亡執(zhí)行的各個階段都有負(fù)調(diào)控因子存在，以形成完整的反饋環(huán)路，使凋亡過程受到精確、嚴(yán)密的調(diào)控。凋亡誘導(dǎo)因素+ 受體 cAMPCa2+神經(jīng)酰胺死亡信號凋亡相關(guān)基因激活DNase激活Caspases激活巨噬細(xì)胞吞噬分解凋亡細(xì)胞細(xì)胞凋

12、亡過程18 二、凋亡時細(xì)胞的主要變化 1. 細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)改變 凋亡細(xì)胞表面的微絨毛消失，并逐步脫離與周圍細(xì)胞的接觸?？梢姷? 空泡化(blebbing)：胞漿脫水，胞膜迅速發(fā)生空泡化。 固縮(condensation)：細(xì)胞體積逐漸縮小引起。 19 出芽(buding)：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)不斷擴張并與胞膜融合，形成膜表面的芽狀突起。 染色質(zhì)邊集(margination)：晚期核質(zhì)高度濃縮融合成團(tuán)，染色質(zhì)集中分布在核膜的邊緣，呈新月形或馬蹄形分布。線粒體和溶酶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化不大。 凋亡小體(apoptosis body)：胞膜皺縮內(nèi)陷，分割包裹胞漿，形成泡狀小體，這是凋亡細(xì)胞特征性的形態(tài)學(xué)改變。（電鏡

13、下見透亮空泡和濃密核碎片）20 2. 細(xì)胞凋亡的生化改變 細(xì)胞凋亡過程中DNA的片段化斷裂及蛋白質(zhì)的降解尤為重要。 1)DNA的片段化 典型的細(xì)胞凋亡以細(xì)胞核固縮、染色質(zhì)DNA的特征性片段化為主要特征。細(xì)胞凋亡發(fā)生時DNA雙鏈的斷裂發(fā)生在核小體連接部，是內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶被激活所致。 21 DNA鏈上每隔200個核苷酸有1個核小體，當(dāng)內(nèi)切酶在核小體連接區(qū)切開DNA時，即可形成180200bp或其整倍數(shù)的片段。這些片段在瓊脂糖凝膠電泳中呈特征性的“梯”狀(ladder pattern)條帶，是判斷凋亡發(fā)生的客觀指標(biāo)之一。 DNA片段化斷裂是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵性結(jié)局。22 2)內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶激活及其作

14、用 執(zhí)行染色質(zhì)DNA切割任務(wù)的是內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶。盡管已有多種核酸內(nèi)切酶存在于細(xì)胞核內(nèi)，但細(xì)胞內(nèi)外的凋亡誘導(dǎo)因素并不能直接激活該酶，它需要經(jīng)過一系列胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)環(huán)節(jié)方能被激活。 3). 凋亡蛋白酶(caspases)的激活及其作用 caspases是一組對底物天冬氨酸部位有特異水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶(caspase是cysteinecontaining aspartatespecific protease的縮寫)。目前已發(fā)現(xiàn)該蛋白酶家族至少有13個成員(caspase1-13)。23 caspase在凋亡中所起的主要作用是：在凋亡中所起的主要作用是： 滅活細(xì)胞凋亡的抑制物(如

15、Bcl-2)； 水解細(xì)胞的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞解體， 形成凋亡小體； 在凋亡級聯(lián)反應(yīng)(cascade)中水解相關(guān)活性蛋白，使該蛋白獲得或喪失某種生物學(xué)功能（如caspase-9可使caspase-3酶原水解形成具有分解蛋白質(zhì)活性的caspase-3）。 2425 三、細(xì)胞凋亡的調(diào)控 (一) 細(xì)胞凋亡相關(guān)因素 誘導(dǎo)性因素和抑制性因素兩大類： 1誘導(dǎo)性因素 細(xì)胞凋亡是一個程序化的過程，這個程序雖已預(yù)設(shè)于活細(xì)胞之中，正常情況下它并不“隨意”啟動，只有當(dāng)細(xì)胞受到來自細(xì)胞內(nèi)外的凋亡誘導(dǎo)因素作用的時候，才啟動，使細(xì)胞一步步走向死亡，因此凋亡誘導(dǎo)因素是凋亡程序的啟動者。 常見誘導(dǎo)因素有：26 (1) 激素和

16、生長因子失衡 例如強烈應(yīng)激引起的淋巴細(xì)胞數(shù)量減少，主要由于大量GC分泌，誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞凋亡所致。 (2) 理化因素 射線、高溫、強酸、強堿、乙醇、抗癌藥物等，均可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。例如：電離輻射可產(chǎn)生大量氧自由基，使細(xì)胞處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，DNA受損，引起細(xì)胞凋亡。 (3) 免疫性因素 免疫細(xì)胞在生長、分化及執(zhí)行防御、自穩(wěn)、監(jiān)視功能中其免疫分子參與了免疫細(xì)胞或靶細(xì)胞的凋亡過程，例如：細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞(CTL)可分泌粒酶 ，引起靶細(xì)胞發(fā)生凋亡。27 (4) 微生物學(xué)因素 細(xì)菌、病毒等致病微生物及其毒素可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。如HIV感染時，可致大量CD+4 、淋巴細(xì)胞凋亡，這時AIDS病人相關(guān)免疫功能低下，腫瘤

17、及機會性感染增加(主要原因)。 2抑制性因素 (1) 一些細(xì)胞因子(IL-2，神經(jīng)生長因子等)有抑制凋亡的作用。當(dāng)從細(xì)胞培養(yǎng)基中去除后，依賴它們的細(xì)胞發(fā)生凋亡；反之，在培養(yǎng)體系中加入所需要的細(xì)胞因子后，由于促進(jìn)了細(xì)胞內(nèi)存活基因的表達(dá)，凋亡受抑制。28 (2) 某些激素(ACTH、睪丸酮、雌激素等)對于防止靶細(xì)胞凋亡，維持其正常存活是必需的。例如：當(dāng)腺垂體被摘除或功能低下時，腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞失去ACTH刺激，發(fā)生細(xì)胞凋亡，引起腎上腺皮質(zhì)萎縮。此時，只要給予生理維持量的ACTH即可抑制腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞的凋亡，防止腎上腺皮質(zhì)的萎縮。 (3) 其它:某些二價金屬陽離子如Zn2+，藥物如：苯巴比妥、半胱氨酸

18、蛋白酶抑制劑，病毒如：EB病毒，牛痘病毒CrmA等及中性氨基酸也具有抑制細(xì)胞凋亡的作用。 29 (二) 細(xì)胞凋亡信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction) 多數(shù)情況下來自于細(xì)胞外的細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因素作用于細(xì)胞后可轉(zhuǎn)化為細(xì)胞凋亡信號，并通過胞內(nèi)不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，激活細(xì)胞死亡程序，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。因此，凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)是連接凋亡誘導(dǎo)因素與核DNA片段化斷裂及細(xì)胞結(jié)構(gòu)蛋白降解的中間環(huán)節(jié)。這個系統(tǒng)的特點是： 多樣性：不同種類細(xì)胞有不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。 偶聯(lián)性：即死亡信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)與細(xì)胞增殖、分化過程中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)在某些環(huán)節(jié)上有交叉、偶聯(lián)；因此同一個信號，在不同條件下既可引起凋亡，也可刺激增殖。 30 同一

19、性：不同的凋亡誘因可以通過同一信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)觸發(fā)細(xì)胞凋亡。例如：TNF-、電離輻射及Fas抗原等多種凋亡誘導(dǎo)因素均可通過神經(jīng)酰胺信號途徑觸發(fā)細(xì)胞凋亡。切斷某一信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)、可能影響多種凋亡誘導(dǎo)因素引起的細(xì)胞凋亡。 多途性：同一凋亡誘導(dǎo)因素可經(jīng)過多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑觸發(fā)凋亡。例如：糖皮質(zhì)激素引起淋巴細(xì)胞凋亡可通過神經(jīng)酰胺系統(tǒng)、胞內(nèi)Ca2+信號系統(tǒng)及cAMP蛋白激酶A(PKA)信號系統(tǒng)轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡信號。這就意味著要完全阻抑某一凋亡誘導(dǎo)因素的作用，就必須同時切斷多條相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。 31 (三) 凋亡相關(guān)基因 目前，細(xì)胞凋亡相關(guān)基因多達(dá)數(shù)十種，根據(jù)功能的不同可將其分為三類： 抑制凋亡基因：EIB、IAP、

20、Bcl2等，其中 對Bcl2的研究最為詳細(xì)而系統(tǒng) 促凋亡基因：如：Fas、Bax、ICE、P53等。 雙向調(diào)控基因：例如 c-myc、Bcl-x。 32 1Bcl-2（抑制凋亡基因） Bcl-2是B細(xì)胞淋巴瘤白血病-2(B cell lymphomaleukemia-2，Bcl-2)基因的縮寫形式，是第一個被確認(rèn)有抑制凋亡作用的基因。人的Bcl-2蛋白由229個氨基酸組成，小鼠為236。 目前認(rèn)為：Bcl-2抗凋亡的主要機制是： 直接抗氧化； 抑制線粒體釋放促凋亡的蛋白質(zhì)，如：細(xì) 胞色素C，凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)； 抑制促凋亡調(diào)節(jié)蛋白Bax、Bak細(xì)胞毒作用 抑制caspases的激活； 維持

21、細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)。33 2Fas（促進(jìn)凋亡基因） Fas是一種細(xì)胞表面受體，是一種跨膜蛋白。 伸向胞漿的部分有一段與TNF受體相似，與TNF受體和NGF(神經(jīng)生長因子)受體高度同源，在多種組織細(xì)胞中存在。 目前的研究表明，天然表達(dá)或轉(zhuǎn)染表達(dá)的Fas基因?qū)?xì)胞凋亡有促進(jìn)作用。啟動細(xì)胞凋亡的死亡信號途徑是通過兩種死亡因子，即FasL和TNF與細(xì)胞膜表面的相應(yīng)受體Fas和TNFR結(jié)合后所發(fā)生的凋亡反應(yīng)。 34TNF天然配基GF（生長因子）FasFasL（配體）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)ACPKACa2+PKC細(xì)胞膜FasL、TNF 介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡信號途徑腺苷酸環(huán)化酶35 3P53 （促進(jìn)凋亡基因） 野生型野生型P53基因具

22、有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的功能，發(fā)生基因具有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的功能，發(fā)生突變后反而可突變后反而可抑制細(xì)胞凋亡。抑制細(xì)胞凋亡。 野生型P53基因編碼的P53蛋白是一種DNA結(jié)合蛋白，該蛋白在細(xì)胞周期的G1期發(fā)揮檢查點(check point)的功能，檢查染色體 DNA是否有損傷，一旦發(fā)現(xiàn)有缺陷的DNA，它就刺激CIP(CdKinteracting protein-1，cdk是cyclin dependent kinase的縮寫)的表達(dá)，阻止細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期，啟動DNA修復(fù)機制。 36 如修復(fù)失敗，P53啟動細(xì)胞凋亡機制。哪些遺傳信息出錯，有可能演變?yōu)閻盒阅[瘤的細(xì)胞，常常通過這種機制被消滅在萌芽之中。因此，P5

23、3有“分子警察”(molecular policeman)的美譽。 4c-myc，Bcl-x（雙向調(diào)控基因） c-myc是一種癌基因，能誘導(dǎo)細(xì)胞增殖，也能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，有雙向調(diào)節(jié)作用。 c-myc蛋白作為重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子: 激活介導(dǎo)細(xì)胞增殖的基因. 激活介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的基因. 細(xì)胞何去何從，取決于細(xì)胞接受何種信號以及細(xì)胞所處的生長環(huán)境。37 例如：在c-myc基因表達(dá)后，如果沒有足夠的生長因子持續(xù)作用細(xì)胞就發(fā)生凋亡；反之，細(xì)胞處于增殖狀態(tài)。 Bcl-x基因可翻譯出兩種蛋白: Bcl-XL: 抑制細(xì)胞凋亡 BclXs: 促進(jìn)細(xì)胞凋亡 Bcl-x激活后是否產(chǎn)生細(xì)胞凋亡則與這兩種蛋白合成以誰為主有關(guān)

24、。38第三節(jié) 細(xì)胞凋亡的發(fā)生機制 機制尚未充分闡明，有以下可能:： 一、 氧化損傷在細(xì)胞凋亡中的作用 氧自由基造成生物大分子(核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì))的氧化損傷(氧化應(yīng)激,oxidative stress)狀態(tài)，后果之一是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。 39 缺血缺血-再灌注再灌注 細(xì)胞內(nèi)活性氧細(xì)胞內(nèi)活性氧 O2、H2O2 、OH、NO 內(nèi)、外源抗氧化劑內(nèi)、外源抗氧化劑(-) bcl2基因等基因等 脂質(zhì)過氧化脂質(zhì)過氧化 轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子 Ca2+ DNA內(nèi)切酶內(nèi)切酶 死亡基因死亡基因凋凋 亡亡40 氧化應(yīng)激引起細(xì)胞凋亡的可能機制是: 1. 氧自由基引起的DNA損傷可激活P53基因 2. 氧自由基引起的DNA損傷可

25、活化聚ADP核 糖轉(zhuǎn)移酶，引起NAD快速耗竭，ATP大量 消耗。 3. 氧自由基攻擊細(xì)胞膜上不飽和脂肪酸，引 起脂質(zhì)過氧化直接造成細(xì)胞膜的損傷可誘 導(dǎo)細(xì)胞凋亡；此外細(xì)胞膜上不飽和脂肪酸 (如花生四烯酸)的氧化產(chǎn)物過氧羥基24碳 四烯酸有很強的誘發(fā)細(xì)胞凋亡的作用。 41 4. 激活Ca2+/Mg2+依賴的核酸內(nèi)切酶，產(chǎn)生膜 的發(fā)泡現(xiàn)象。 5. 引起細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞，可改變細(xì)胞膜的通 透性,使Ca2+內(nèi)流增加，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。 自由基對線粒體膜的損害導(dǎo)致其通透性 和膜電位的變化也可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。 6. 氧化應(yīng)激可活化核轉(zhuǎn)錄因子NF-B和AP-1(活化蛋 白-1)，加速細(xì)胞凋亡相關(guān)的一些基因的表達(dá)，誘

26、 發(fā)細(xì)胞凋亡。 但也有實驗證明，在活性氧顯著減少的低氧環(huán)境下某些類型的細(xì)胞凋亡仍可發(fā)生，這表明氧化應(yīng)激不是細(xì)胞凋亡的唯一機制。42 二、 鈣穩(wěn)態(tài)失衡在細(xì)胞凋亡中的作用 例如：各種凋亡刺激，如TNF抗CD+3抗體TCDD引起細(xì)胞凋亡是鈣依賴過程。 凋亡發(fā)生時胞漿Ca2+濃度顯著上升，并在隨后發(fā)生的一系列改變中起關(guān)鍵性作用。 諸多的凋亡變化如：Ca2+Mg2+依賴的核酸內(nèi)切酶的激活、需鈣蛋白酶、磷脂酶、等激活，凋亡細(xì)胞膜的空泡化等均與鈣穩(wěn)態(tài)失衡有關(guān)。43 鈣穩(wěn)態(tài)失衡引起細(xì)胞凋亡的可能機制： 1. 激活Ca2+Mg2+ 依賴的核酸內(nèi)切酶，降解 DNA鏈； 2. 激活谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶，催化細(xì)胞內(nèi)肽鏈間的

27、 酰基轉(zhuǎn)移，在肽鏈間形成共價鍵，使細(xì)胞骨 架蛋白分子間發(fā)生廣泛交聯(lián)，有利于凋亡小 體形成； 3. 激活核轉(zhuǎn)錄因子，加速細(xì)胞凋亡相關(guān)基因的 轉(zhuǎn)錄； 4. Ca2+在ATP的配合下使DNA鏈?zhǔn)嬲梗┞冻?核小體之間的連接區(qū)內(nèi)的酶切位點，有利 DNA內(nèi)切酶切割DNA。44 三、 線粒體損傷在細(xì)胞凋亡中的作用 細(xì)胞凋亡期間線粒體超微結(jié)構(gòu)基本正常，但功能發(fā)生顯著改變: 膜通透性增大，跨膜電位(m )下降，能量合成顯著等。 目前證據(jù)顯示：線粒體功能改變在細(xì)胞凋亡的發(fā)生中起關(guān)鍵性作用。因為： 抑制線粒體的TAC或呼吸鏈功能可引起細(xì)胞凋亡 在細(xì)胞核出現(xiàn)凋亡改變前，常先有線粒體膜電位 阻止線粒體的通透性改變可防

28、止細(xì)胞凋亡，如Bcl-2可阻止細(xì)胞凋亡(升高線粒體的跨膜電位和阻止線粒體通透性改變)。45 Ca2+NO缺血缺氧活性氧線粒體m PTP開放Apaf +Cyt.CBcl-2_Caspase-9 酶原Caspase-9+Caspase-3 酶原Caspase-3+A I F+蛋白水解酶細(xì)胞凋亡DNA斷裂核酸內(nèi)切酶激活無活性核酸內(nèi)切酶激活+Caspase抑制劑線粒體線粒體m 與細(xì)胞凋亡與細(xì)胞凋亡4647 細(xì)胞凋亡是機體維持細(xì)胞群體數(shù)量穩(wěn)態(tài)的重要手段，細(xì)胞凋亡失調(diào)(凋亡不足或和凋亡過度)可成為某些疾病的重要發(fā)病機制。 一、細(xì)胞凋亡不足 這類疾病無論細(xì)胞增殖的狀態(tài)如何，其共同點是細(xì)胞凋亡相對不足，細(xì)胞生

29、死相抵后是生大于死，導(dǎo)致細(xì)胞群體的穩(wěn)態(tài)被破壞，病變細(xì)胞異常增多或病變組織體積增大，器官功能異常。 第四節(jié) 細(xì)胞凋亡與疾病48 1腫瘤 多年來，人們一直以為細(xì)胞增殖和分化的異常是腫瘤發(fā)病的主要癥結(jié)所在，然而隨著細(xì)胞凋亡的概念的引入，使人們有機會從另一個角度細(xì)胞死亡來審視腫瘤的發(fā)生。 目前認(rèn)為細(xì)胞增殖過度是腫瘤發(fā)病的一個途徑，凋亡受抑、細(xì)胞死亡不足是腫瘤發(fā)病的另一途徑，結(jié)果導(dǎo)致病變組織內(nèi)腫瘤細(xì)胞存活延長，使細(xì)胞群體內(nèi)存活與死亡的平衡被破壞，存活大于死亡，腫瘤細(xì)胞數(shù)目的凈增長增多。 研究發(fā)現(xiàn)多種腫瘤組織(如前列腺癌、結(jié)腸癌等)Bcl-2基因的表達(dá)顯著高于周圍正常組織，提示這些腫瘤與細(xì)胞凋亡減弱有關(guān)。

30、49 野生型P53基因是目前最受關(guān)注的抑癌基因，它主要通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡而發(fā)揮抑癌作用。當(dāng)P53基因突變或缺失時，細(xì)胞凋亡減弱，機體腫瘤的發(fā)生率明顯增加。 例如：研究發(fā)現(xiàn)在非小細(xì)胞肺癌P53基因的突變率為50以上，在小細(xì)胞肺癌甚至高達(dá)80。正如前述，機體通過細(xì)胞凋亡清除那些對機體內(nèi)環(huán)境可能構(gòu)成威脅的細(xì)胞. 發(fā)病學(xué)角度來看，細(xì)胞凋亡實際上是機體天然的抗癌機制之一。50 2自身免疫病 自身免疫病主要的特征是自身抗原受到自身抗體或致敏T淋巴細(xì)胞的攻擊，造成器官組織損傷。正常情況，免疫系統(tǒng)在發(fā)育過程中已將針對自身抗原的免疫細(xì)胞有效清除(其主要方式就是細(xì)胞凋亡)。 T細(xì)胞的發(fā)育、分化在胸腺內(nèi)進(jìn)行，胸腺

31、具有選擇性保留或去除T細(xì)胞中不同克隆的功能，即正選擇（positive selection）和負(fù)選擇(negative selection)。通過正選擇具有與非己抗原-MHC抗原結(jié)合的TcR的單陽性細(xì)胞可以存活下來，并進(jìn)入外周T細(xì)胞庫。確保通過正選擇的T細(xì)胞不會針對自身抗原而僅對非己抗原產(chǎn)生免疫反應(yīng)。 51 具有與自身抗原-MHC抗原有高度親和力的TcR的雙陽性細(xì)胞將接受負(fù)選擇，即在自身抗原與胸腺上皮細(xì)胞膜的MHC分子共同作用下，通過細(xì)胞凋亡而被清除，即針對自身抗原的T細(xì)胞在胸腺的發(fā)育過程中即被清除。 如胸腺功能異常，負(fù)選擇機制失調(diào)，針對自身抗原的T細(xì)胞，就可存活，并增殖，進(jìn)而攻擊自身組織，產(chǎn)

32、生自身免疫病，如多發(fā)性硬化癥、胰島素依賴型糖尿病、慢性甲狀腺炎等。 從細(xì)胞凋亡角度看自身免疫病的發(fā)病是由于細(xì)胞凋亡不足，未能有效清除自身免疫性T細(xì)胞所致。到目前為止，糖皮質(zhì)激素仍是治療自身免疫性疾病的有效藥物之一，其主要機制就是誘導(dǎo)那些異常存活的自身免疫性T細(xì)胞凋亡。52 二、 細(xì)胞凋亡過度 1心血管疾病 近年來，對細(xì)胞凋亡在心血管疾病發(fā)病中作用的研究已更新了人們對許多心血管疾病的認(rèn)識。 (1) 心肌缺血與缺血-再灌注損傷： 認(rèn)為心肌缺血或缺血-再灌注損傷造成的心肌細(xì)胞死亡形式是壞死。 目前研究表明，該種心肌細(xì)胞損傷不但有壞死，也有凋亡。壞死，目前人們尚無辦法干預(yù)，但凋亡是受一系列程序控制的過

33、程，可能通過干預(yù)死亡程序加以挽救。 研究細(xì)胞凋亡，給心肌缺血或缺血-再灌注損傷的防治開辟了一條新的途徑。53 心肌缺血與缺血-再灌注損傷 的細(xì)胞凋亡有如下特點： 缺血早期以細(xì)胞凋亡為主，晚期以壞死為主； 在梗死灶的中央通常以細(xì)胞壞死為主，周邊部分以細(xì)胞凋亡為主； 輕度缺血以細(xì)胞凋亡為主，重度通常發(fā)生壞死； 在一定時間范圍內(nèi)，缺血-再灌注損傷時發(fā)生的細(xì)胞凋亡比同時間的單純?nèi)毖鼑?yán)重； 急性、嚴(yán)重的心肌缺血(如心肌梗死)以心肌壞死為主，而慢性、輕度的心肌缺血則發(fā)生細(xì)胞凋亡。54 心肌缺血或缺血-再灌注損傷引起細(xì)胞凋亡的機制目前尚不清楚，可能與下列因素有關(guān): 體內(nèi)實驗證明，應(yīng)用SOD可顯著減少缺血-

34、再灌注引起的心肌細(xì)胞凋亡，提示與氧化應(yīng)激有關(guān)。 缺血或缺氧可引起心肌細(xì)胞死亡受體Fas顯著上調(diào)，使心肌細(xì)胞有可能通過與FasL(Fas配體)反應(yīng)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡； 實驗證明，缺氧可增加P53基因的轉(zhuǎn)錄，因此心肌缺血所引起的細(xì)胞凋亡可能與P53基因的激活有關(guān)。55 (2) 心力衰竭： 既往人們對其發(fā)病機制的研究投放到心肌細(xì)胞功能異常上，而對心肌細(xì)胞數(shù)量的變化及其對心衰的影響則關(guān)注不多。 近年來有關(guān)細(xì)胞凋亡與心力衰竭關(guān)系的研究已表明，心肌細(xì)胞凋亡造成心肌細(xì)胞數(shù)量減少可能是心力衰竭發(fā)生、發(fā)展的原因之一。在心力衰竭發(fā)生、發(fā)展過程中出現(xiàn)的許多病理因素如：氧化應(yīng)激、壓力或容量負(fù)荷過重、神經(jīng)-內(nèi)分泌失調(diào)(細(xì)胞

35、凋亡水平升高)、細(xì)胞因子(如TNF)、缺血、缺氧等都可誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡。 56 例如:壓力負(fù)荷過重引起的心衰動物觀察到左心肥大的同時，心肌細(xì)胞數(shù)量減少(細(xì)胞凋亡造成的)。 從 心 衰 病 人 心 肌 標(biāo) 本 證 實 ， 心 肌 凋 亡 指 數(shù)(apoptotic index，發(fā)生凋亡的細(xì)胞核數(shù)100個細(xì)胞核)高達(dá)35.5，而對照水平僅0.2-0.4。這一現(xiàn)象給心衰發(fā)病機制賦予了新的內(nèi)容，即心力衰竭發(fā)生時不但有心肌細(xì)胞功能的異常，而且還有心肌細(xì)胞數(shù)量的減少。 心力衰竭心臟存在心肌細(xì)胞凋亡這一事實，提示阻斷誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡的信號和(或)阻斷將這些信號與死亡程序連接起來的通道將有助于阻遏凋亡，防止心

36、肌細(xì)胞數(shù)量的減少，維持或改善心功能狀態(tài)。這將是今后一段時間內(nèi)心力衰竭防治的新途徑。57 2神經(jīng)元退行性疾病 在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中有一類以特定神經(jīng)元進(jìn)行性喪失為其病理特征的疾病，如阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)，帕金森病(Parkinson disease)，多發(fā)性硬化癥等。其中對AD的研究最為廣泛，積累了較多資料。 現(xiàn)有研究表明：AD造成神經(jīng)元喪失的主要機制是細(xì)胞凋亡。 58 近年研究提示，有多種因素可引起神經(jīng)元凋亡，包括淀粉樣蛋白、鈣超載、氧化應(yīng)激及神經(jīng)生長因子分泌不足等。 可能機制是： 有關(guān)致病因素(如氧自由基)作用于神經(jīng)元，引起Ca2+內(nèi)流增加，然后激活與-淀粉樣蛋

37、白合成有關(guān)的基因，神經(jīng)元內(nèi)-淀粉樣蛋白含量增加，從而導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡。因此，若能阻抑胞內(nèi)游離Ca+2的上升或清除氧自由基，有可能阻斷細(xì)胞凋亡。59 3病毒感染 由人免疫缺陷病毒(HIV)感染引起的AIDS具有傳播速度快，無特效療法和死亡率高(5年內(nèi)100)等特點，其關(guān)鍵的發(fā)病機制是CD4+淋巴細(xì)胞被選擇性破壞，細(xì)胞數(shù)顯著減少，相關(guān)免疫功能缺陷。 研究表明，細(xì)胞凋亡在AIDS CD4+ 淋巴細(xì)胞減少中扮演了非常重要的角色。 根據(jù)目前研究，HIV感染導(dǎo)致CD4+淋巴細(xì)胞發(fā)生凋亡與下列因素有關(guān)： 60(1) 糖蛋白120(gP120)： 感染HIV的宿主細(xì)胞膜上可表達(dá)一種名為gp120的糖蛋白，CD4

38、+淋巴細(xì)胞的表面存有這種蛋白的受體，當(dāng)gP120與CD4+受體分子結(jié)合后即可觸發(fā)CD4+淋巴細(xì)胞發(fā)生凋亡。 (2) 合胞體形成： 受HIV感染的大部分CD4+，淋巴細(xì)胞(約80-90)逐步融合形成合胞體或多核巨細(xì)胞，合胞體在形成過程中或形成后即可發(fā)生凋亡而解體。 (3) Fas基因表達(dá)上調(diào)： HIV感染使CD4+淋巴細(xì)胞的Fas基因表達(dá)上調(diào)，使CD4+淋巴細(xì)胞對Fas介導(dǎo)的凋亡敏感性提高。61(4) T細(xì)胞激活： HIV感染可引起CD4+淋巴細(xì)胞處于被激活狀態(tài)。正常情況下被激活的細(xì)胞會迅速發(fā)生增殖反應(yīng)，但在HIV感染時被激活的CD4+淋巴細(xì)胞不但不發(fā)生增殖，反而發(fā)生凋亡。這種發(fā)生在細(xì)胞激活以后

39、的T 淋 巴 細(xì) 胞 死 亡 又 稱 為 激 活 誘 導(dǎo) 的 細(xì) 胞 死 亡(activation-induced cell death，AICD)。 (5) 細(xì)胞因子： 受HIV感染的巨噬細(xì)胞分泌腫瘤壞死因子(TNF)增多，TNF可通過與TNF受體-1(死亡受體)結(jié)合而啟動死亡程序，也可刺激CD4+淋巴細(xì)胞大量產(chǎn)生氧自由基，通過氧化應(yīng)激而觸發(fā)細(xì)胞凋亡。 62(6) tat蛋白： 受HIV感染的細(xì)胞可產(chǎn)生tat蛋白，這種蛋白可自由透過細(xì)胞膜。tat蛋白進(jìn)入CD4+淋巴細(xì)胞后，可誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生氧自由基，增強Fas抗原表達(dá)而提高對細(xì)胞凋亡的易感性。(7) 在HIV慢性感染階段，受感染的CD4+淋巴細(xì)

40、胞可作為效應(yīng)細(xì)胞(effect cell)，未受HIV感染的CD4+淋巴細(xì)胞作為其靶細(xì)胞而被誘導(dǎo)產(chǎn)生凋亡。這是慢性HIV感染時CD4+淋巴細(xì)胞數(shù)量減少的主要原因。63 從上述可知，HIV感染可通過多因素、多途徑誘導(dǎo)CD4+ T淋巴細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致CD4+ T淋巴細(xì)胞大量減少。此外，HIV也可誘導(dǎo)其他免疫細(xì)胞如B細(xì)胞、 CD8+ 淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞發(fā)生凋亡。 在AIDS發(fā)病過程中，細(xì)胞凋亡具有一定的保護(hù)意義?？墒顾拗骷?xì)胞的DNA發(fā)生降解，整合于其中的病毒DNA也隨之被破壞，因此可終止病毒的復(fù)制和表達(dá)，從而阻止其進(jìn)一步向周圍擴散。但是細(xì)胞凋亡在HIV感染中的有限的保護(hù)作用不足以補償它對整個免

41、疫系統(tǒng)的致命性打擊。 因此，在積極抗病毒治療的同時，如何阻止免疫細(xì)胞的凋亡是AIDS病人免疫重建的關(guān)鍵所在。64 三、 細(xì)胞凋亡不足與過度并存 人類組織器官通常由不同種類的C構(gòu)成，例如心臟主要是心肌C和心肌間質(zhì)C，血管則以內(nèi)皮C和平滑肌C為主。由于C類型的差異，各種C在致病因素的作用下，有些C可表現(xiàn)為凋亡不足，而另一些C則可表現(xiàn)為凋亡過度，因此在同一疾病或病理過程中兩種情況也可同時并存。 動脈粥樣硬化即屬于這種情況，對內(nèi)皮細(xì)胞而言是凋亡過度，對平滑肌C來說則是凋亡不足。 65 正常情況下血管平滑肌C也有低水平(約0.06)凋亡存在，在AS過程中血管平滑肌C的凋亡大幅度升高。有人定量地測定冠狀動

42、脈粥樣硬化病灶內(nèi)凋亡的平滑肌C可達(dá)29。 一個有趣的問題是既然血管平滑肌C凋亡在AS過程中比正常有大幅度上升，但為何AS的血管壁仍然會變厚、變硬。 研究表明，當(dāng)血管平滑肌增殖活性升高時，伴隨的C凋亡活動也增強，試圖維持平滑肌C數(shù)的動態(tài)平衡。顯然，平滑肌C的凋亡是為了抗衡平滑肌增殖活動的增強，是一種防止血管壁增厚的保護(hù)性反應(yīng)。 66 然而，從總體上看AS發(fā)病過程中，平滑肌細(xì)胞的增殖始終占主導(dǎo)地位。有學(xué)者在實驗性 PTCA 后再狹窄模型中發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)皮損傷后第9天，平滑肌細(xì)胞增殖與凋亡均達(dá)到峰值，但細(xì)胞凋亡數(shù)僅為增殖數(shù)的75。 因此，增殖與凋亡相抵后平滑肌C數(shù)的凈增值仍然增加；這可以解釋上述AS血管為何逐漸增厚的現(xiàn)象。最近有學(xué)者提出促進(jìn)平滑肌細(xì)胞凋亡防止其過度防止其過度增殖是抗AS的新思路。 67 第五節(jié) 細(xì)胞凋亡在疾病防治中的意義 一、 合理利用凋亡相關(guān)因素 凋亡誘導(dǎo)因素是凋亡的始動環(huán)節(jié)，人們正嘗試將這類因素直接用于治療一些因細(xì)胞凋亡不足而引起的疾病。 例如，放射線照射、TNF具有誘導(dǎo)凋亡的作用，可使用外源性TNF來誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。68 高熱或高溫是細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)因素，在腫瘤局部加熱至4