第九章細(xì)胞凋亡microsoftpowerpoint演示文稿

1、第九章細(xì)胞凋亡microsoftpowerpoint演示文稿第一節(jié) 概 述定義：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（又稱為程序性細(xì)胞死亡）細(xì)胞凋亡(apoptosis)，是1972年由Kerr等建議用來描述伴隨細(xì)胞死亡的一系列形態(tài)學(xué)上固定的變化形式?！暗蛲觥币辉~來自希臘語，apo意為“分離”，ptosis指花瓣或樹葉的脫落，“凋亡”是由這兩個詞組合而成，意指細(xì)胞凋亡的形態(tài)類似秋天花瓣或樹葉的凋落一樣研究簡史半個世紀(jì)前:人們就觀察到生理自發(fā)退化死亡現(xiàn)象.1965年:發(fā)育生物學(xué)家Lockshin和Williams首先提出了PCD（程序化死亡）一詞，用于描述蛾的發(fā)育

2、過程1972年:Kerr等首次提出了細(xì)胞凋亡的概念1977年:人們注意到在生理或病理性刺激條件下，淋巴細(xì)胞發(fā)育過程中的凋亡現(xiàn)象。1980年:Wyllie研究胸腺細(xì)胞在糖皮質(zhì)激素作用下引致的細(xì)胞凋亡變化，總結(jié)并建立了細(xì)胞凋亡的共同形態(tài)學(xué)特征，包括核固縮和DNA降解成寡核苷酸片段等1989年: 0wen及其研究小組在研究胸腺細(xì)胞陰性選擇過程中證明了信號傳遞物質(zhì)對PCD的調(diào)控作用。1991年:Ellis首先發(fā)現(xiàn)了線蟲(C.elegans)體內(nèi)Ced-3、4兩個基因與PCD的發(fā)生密切相關(guān)，隨后逐漸發(fā)現(xiàn)了多種參與PCD的正相調(diào)節(jié)基因和負(fù)相調(diào)節(jié)基因細(xì)胞凋亡的生理病理意義： 確保正常發(fā)育、生長：清除多余的、

3、失去功能價值的細(xì)胞（指趾間組織細(xì)胞）維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定：清除受損突變細(xì)胞，自身反應(yīng)細(xì)胞，衰老細(xì)胞發(fā)揮積極的防御功能：感染病毒細(xì)胞凋亡，阻止病毒復(fù)制第二節(jié) 細(xì)胞凋亡的過程與調(diào)控 一、細(xì)胞凋亡的大致過程 凋亡大致可分為四個階段：凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡基因激活細(xì)胞凋亡的執(zhí)行凋亡細(xì)胞的清除凋亡的四個階段： 凋亡誘導(dǎo)因素+ 受體cAMPCa2+神經(jīng)酰胺死亡信號凋亡基因激活DNase激活Caspase激活巨噬細(xì)胞吞噬分解凋亡細(xì)胞apoptosis凋亡過程與調(diào)控凋亡過程受體cAMPCa2+神經(jīng)酰胺凋亡相關(guān)基因激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞膜細(xì)胞核凋亡誘導(dǎo)因素+Dnase激活Caspases激活死亡信號apoptosis凋亡過程與調(diào)

4、控凋亡過程DNase激活Caspases激活凋亡細(xì)胞的清除凋亡執(zhí)行二、凋亡時細(xì)胞的主要變化（一）細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)改變細(xì)胞凋亡的特征是細(xì)胞首先變圓,隨即與鄰周細(xì)胞脫離,失去微絨毛,胞漿濃縮,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張呈泡狀并與細(xì)胞膜融合,核染色質(zhì)密度增高呈半月形,并凝聚在核膜周邊,核仁裂解,進(jìn)而細(xì)胞膜內(nèi)陷將細(xì)胞自行分割為多個外有膜包裹、內(nèi)涵物不外泄的細(xì)胞凋亡小體，被吞噬細(xì)胞或鄰周細(xì)胞所識別、吞噬,或自然脫落而離開生物。不引起炎癥反應(yīng)和次級損傷。apoptosis凋亡時細(xì)胞的形態(tài)學(xué)改變凋亡過程與調(diào)控空泡化固縮出芽邊集凋亡小體 形態(tài)學(xué)特征：染色質(zhì)邊集 嗜酸性小體(凋亡)嗜酸性變及嗜酸性小體肝細(xì)胞體積縮小，胞漿濃縮紅

5、染，呈嗜酸性變；或胞漿進(jìn)一步濃縮，細(xì)胞變圓，核碎裂、溶解消失，呈嗜酸性小體狀（二）細(xì)胞凋亡的生化改變DNA片段化：形成180-200bp或整數(shù)倍的片段,在瓊脂糖凝膠電泳中可呈特征性的“梯狀”條帶，是判斷凋亡發(fā)生的客觀指標(biāo)之一。內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶激活及其作用：內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶在核小體連接部切斷DNA雙鏈。凋亡誘導(dǎo)因素細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)無活性內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶 活性內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶核小體連接部切斷DNA雙鏈電泳呈特征性的“梯狀”條帶Ca+Mg+激活Zn+抑制Caspase的激活及其作用：Caspase（含半胱氨酸的門冬氨酸特異水解酶）：一組對底物門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主

6、要作用：滅活細(xì)胞凋亡抑制物（Bcl-2）水解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞解體，形成凋亡小體水解級聯(lián)反應(yīng)相關(guān)活性蛋白，使之獲得或喪失某種生物學(xué)功能 Caspase的作用細(xì)胞凋亡與壞死的比較：壞死 凋亡 性質(zhì)誘導(dǎo)因素生化特點形態(tài)變化DNA電泳炎癥反應(yīng)凋亡小體基因調(diào)控病理性、非特異性 強(qiáng)烈刺激，隨機(jī)發(fā)生被動過程，無新蛋白合成細(xì)胞腫脹、細(xì)胞結(jié)構(gòu)全面溶解、破壞彌散性降解，電泳呈均一DNA片狀 溶酶體破裂，局部炎癥反應(yīng)無無 生理性或病理性，特異性較弱刺激，非隨機(jī)發(fā)生主動過程，有新蛋白合成胞膜及細(xì)胞器相對完整細(xì)胞皺縮，核固縮DNA片段化（180-200bp）電泳呈梯狀條帶溶酶體相對完整，局部無炎反應(yīng) 有有壞死壞死炎

7、細(xì)胞浸潤凋亡三細(xì)胞凋亡的調(diào)控（一）細(xì)胞凋亡的相關(guān)因素1. 誘導(dǎo)性因素激素和生長因子失衡：缺乏（IL-2，淋巴細(xì)胞凋亡）或過多（糖皮質(zhì)激素，淋巴細(xì)胞凋亡） 理化因素：射線、高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、乙醇、抗癌藥物等 免疫性因素：如，CTL分泌粒酶靶細(xì)胞凋亡微生物因素：細(xì)菌、病毒及毒素。（HIV） 抑制性因素： （1）細(xì)胞因子：IL-2、神經(jīng)營養(yǎng)因子（2）激素：ACTH、睪丸酮、雌激素等（3）二價金屬陽離子：Zn2+ (4) 藥物：苯巴比妥、半胱氨酸蛋白酶抑制劑、中性氨基酸（5）病毒：EB病毒、牛痘病毒CrmA(二)細(xì)胞凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)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

8、中間環(huán)節(jié)。凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的特點：多樣性：不同種類細(xì)胞有不同系統(tǒng)耦聯(lián)性：凋亡與增殖分化系統(tǒng)在某些環(huán)節(jié)耦聯(lián)，同一因素既可引起凋亡也可引起增殖同一性：不同凋亡誘導(dǎo)因素可通過同一信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)多途性：同一凋亡誘導(dǎo)因素可通過不同信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)研究較多的系統(tǒng)：依據(jù)：細(xì)胞凋亡時胞內(nèi)游離Ca2+濃度顯著上升用Ca2+載體A23187人為升高B淋巴細(xì)胞Ca2+水平，B淋巴細(xì)胞凋亡用Ca2+絡(luò)合劑降低胞內(nèi)Ca2+水平，阻止細(xì)胞凋亡 激活Ca2+依賴谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶Ca2+ 活化核轉(zhuǎn)錄因子1胞內(nèi)Ca2+信號系統(tǒng)（Ca2+為第二信使）2cAMP/PKA信號系統(tǒng)（cAMP為第二信使）依據(jù)：雙丁酰cAMP可引起培養(yǎng)的髓樣白血

9、病細(xì)胞及胸腺細(xì)胞凋亡糖皮質(zhì)激素使cAMP上升cAMP激活PKA使靶蛋白某些氨基酸（蘇、絲AA）殘基磷酸化改變蛋白質(zhì)功能3Fas蛋白/Fas配體信號系統(tǒng)Fas蛋白：細(xì)胞膜跨膜蛋白Fas蛋白+Fas配體（抗Fas）細(xì)胞凋亡機(jī)制：Fas蛋白+Fas配體（抗Fas）神經(jīng)鞘磷脂酶活性產(chǎn)生神經(jīng)酰胺蛋白激酶激活細(xì)胞凋亡Fas蛋白+抗Fas、TNF 激活I(lǐng)CE樣caspase 降解H1組蛋白染色體松馳DNA暴露內(nèi)切酶位點通過Ca2+信號系統(tǒng)傳遞死亡信息引起細(xì)胞凋亡4神經(jīng)酰胺信號系統(tǒng)神經(jīng)酰胺：神經(jīng)鞘磷脂（SM）在神經(jīng)鞘磷脂酶的作用下產(chǎn)生的一類新型第二信使物質(zhì)。介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的依據(jù)：用天然神經(jīng)酰胺處理u937白血病

10、細(xì)胞，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡神經(jīng)酰胺途徑相關(guān)誘因：電離輻射、TNF-、Fas抗原、糖皮質(zhì)激素 5二酰甘油/蛋白激酶C（PKC）信號系統(tǒng)二酰甘油：磷脂酰肌醇和磷脂酰膽堿在磷脂酶C催化下產(chǎn)生的一種第二信使物質(zhì)。依據(jù)：活化的PKC1可誘導(dǎo)u937白血病細(xì)胞凋亡抑制PKC活性可抑制糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的小鼠胸腺細(xì)胞凋亡PKC激動劑佛波脂可抑制某些類型細(xì)胞凋亡（糖皮質(zhì)激素、T細(xì)胞受體激活、IL-2撤除）6酪氨酸蛋白激酶系統(tǒng)生長因子或細(xì)胞因子激活酪氨酸蛋白激酶靶蛋白酪氨酸磷酸化Ras蛋白激活通過Raf-1、MAPKK、MAPK蛋白質(zhì)磷酸化細(xì)胞分化生長因子或細(xì)胞因子撤除不能激活酪氨酸蛋白激酶系統(tǒng)細(xì)胞凋亡（三）凋亡相關(guān)基因三

11、類：抑制凋亡基因：Bcl-2、EIB、IAP促進(jìn)凋亡基因：P53、Bax、ICE雙向調(diào)節(jié)基因：c-myc、Bclx(B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2B cell lymphoma / leukemia-2基因的縮寫) Bcl-2蛋白：229個氨基酸（人）、236個氨基酸（小鼠）分布：線粒體內(nèi)膜、細(xì)胞膜內(nèi)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核膜作用：Bcl-2高表達(dá)能阻抑多種凋亡誘導(dǎo)因素所引起的細(xì)胞凋亡依據(jù)：導(dǎo)入Bcl-2基因質(zhì)?？煞乐股窠?jīng)細(xì)胞因撤除神經(jīng)生長因子所誘導(dǎo)的凋亡淋巴細(xì)胞性白血病病人,外周淋巴細(xì)胞有20%呈Bcl-2陽性時，預(yù)后不佳（耐受放射線、抗癌藥物） 直接的抗氧化作用 抑制線粒體釋放促凋亡蛋白質(zhì)（細(xì)胞色素C、A

12、IF） 抑制促凋亡性調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)Bax、Bak的細(xì)胞毒作用 抑制凋亡蛋白酶（caspases）的激活 維持細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)Bcl-2抗凋亡作用機(jī)制：作用：野生型（wtP53）：DNA結(jié)合蛋白，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡（“分子警察”）突變型（mtP53） ：抑制細(xì)胞凋亡野生型P53的作用機(jī)制：P53蛋白細(xì)胞周期G1期檢查染色體DNA損傷（檢查點功能）發(fā)現(xiàn)DNA損傷剌激CIP的表達(dá)阻止細(xì)胞進(jìn)入下一周期，啟動DNA修復(fù)機(jī)制修復(fù)失敗啟動細(xì)胞凋亡機(jī)制細(xì)胞凋亡c-myc: 一種癌基因，它能誘導(dǎo)增殖，也能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，具有雙向調(diào)節(jié)作用。作用機(jī)制：c-myc蛋白為重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，既可介導(dǎo)細(xì)胞增殖的基因，也可激活介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的

13、基因，其作用取決于細(xì)胞接受何種信號及細(xì)胞的生長環(huán)境（有生長因子增殖，無生長因子凋亡）。Bcl-x：能翻譯Bcl-XL和Bcl-Xs兩種蛋白，Bcl-XL蛋白抑制細(xì)胞凋亡，Bcl-Xs蛋白促進(jìn)細(xì)胞凋亡（合成以誰為主） 3.c-myc,Bcl-x第三節(jié) 細(xì)胞凋亡的發(fā)生機(jī)制一、氧化損傷氧化損傷的后果之一：細(xì)胞凋亡依據(jù)：各種氧化劑（H2O2）可直接誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡抑制超氧化物歧化酶（SOD）活性可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡抗氧化劑（VitE、胡蘿卜素等）可阻斷有氧化應(yīng)激背景的各種凋亡誘導(dǎo)因素（TNF-、電離輻射）引起的細(xì)胞凋亡引起DNA損傷，激活P53基因引起DNA損傷，活化多聚ADP核糖合成酶，耗竭輔酶(NAD)，消

14、耗大量ATP攻擊細(xì)胞膜不飽和脂肪酸，脂質(zhì)過氧化，細(xì)胞膜損傷或產(chǎn)生過氧羥基24碳四烯酸激活Ca2+/Mg2+依賴的核酸內(nèi)切酶細(xì)胞膜損傷，Ca2+內(nèi)流增多及損傷線粒體，通透性增加膜電位改變活化核轉(zhuǎn)錄因子NF-B、AP-1，加速凋亡相關(guān)基因表達(dá)氧化損傷引起細(xì)胞凋亡的可能機(jī)制：二、鈣穩(wěn)態(tài)失衡細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)失衡是細(xì)胞凋亡的重要機(jī)機(jī)制之一依據(jù)：各種凋亡刺激所引起的凋亡是鈣依賴過程凋亡發(fā)生時胞漿Ca2+濃度顯著上升，并在隨后的一系列凋亡改變中起關(guān)鍵性作用（核酸內(nèi)切酶激活、需鈣蛋白酶、磷脂酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的激活，細(xì)胞膜的空泡化）鈣穩(wěn)態(tài)失衡參與多種凋亡相關(guān)疾病的發(fā)?。ㄉ窠?jīng)退行性疾?。┘せ頒a2+/Mg2+依賴的核

15、酸內(nèi)切酶，降解DNA鏈激活谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶，催化肽鏈間的?；D(zhuǎn)移，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激活核轉(zhuǎn)錄因子，加速凋亡相關(guān)基因表達(dá)Ca2+在ATP的配合下使DNA鏈?zhǔn)嬲梗┞逗诵◇w之間的連接區(qū)內(nèi)的酶切位點，有利于DNA內(nèi)切酶切割DNA鈣穩(wěn)態(tài)失衡引起細(xì)胞凋亡的可能機(jī)制：三、線粒體損傷線粒體的改變：線粒體內(nèi)膜通透性增大，線粒體內(nèi)膜跨膜電位（m）下降，能量代謝水平顯著降低線粒體改變在細(xì)胞凋亡發(fā)生中起關(guān)鍵作用依據(jù)：抑制線粒體的三羧酸循環(huán)或呼吸鏈功能可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡在細(xì)胞核出現(xiàn)凋亡改變之前，常先有線粒體內(nèi)膜跨膜電位（m）下降阻止線粒體通透性的改變，可防止細(xì)胞凋亡（B

16、cl-2）線粒體改變引起細(xì)胞凋亡的機(jī)制： Ca2+NO缺血原卟啉活性氧線粒體m下降Bcl-2 (-)PTP開放Caspase-9酶原Caspase-9(+)Caspase-3酶原Caspase-3(+)Caspase抑制劑AIF(-)蛋白質(zhì)水解細(xì)胞凋亡DNA斷裂無活性核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶激活(+)(+)第四節(jié) 細(xì)胞凋亡與疾病一、細(xì)胞凋亡不足（一）腫瘤發(fā)生機(jī)制：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，存活大于死亡，腫瘤細(xì)胞數(shù)目凈增長加大，形成新生物。凋亡受抑的依據(jù)：多種腫瘤組織中Bcl-2表達(dá)顯著高于周圍組織許多

17、腫瘤P53發(fā)生突變，突變型P53抑制細(xì)胞凋亡（肺小細(xì)胞癌等） 發(fā)生機(jī)制：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。依據(jù)：糖皮質(zhì)激素能誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞凋亡，為治療自身免疫病的有效藥物之一。（二）自身免疫病二、細(xì)胞凋亡過度（一）心血管疾病1心肌缺血與心肌缺血-再灌注損傷目前認(rèn)為：心肌缺血與心肌缺血-再灌注損傷造成的心肌細(xì)胞損傷不但有壞死，也有細(xì)胞凋亡（干預(yù)靶點）。細(xì)胞凋亡的特點：缺血早期以細(xì)胞凋亡為主，晚期以細(xì)胞壞死為主梗死灶中央通常以壞死為主，周邊部分以細(xì)胞凋亡為主輕度缺血以細(xì)胞凋亡為主，重度缺血通常以壞死為主在一定的時間范圍內(nèi)，缺血-再灌注損傷時發(fā)生的細(xì)

18、胞凋亡比同時間的單純?nèi)毖鼑?yán)重急性、嚴(yán)重的心肌缺血以壞死為主，慢性、輕度的心肌缺血以細(xì)胞凋亡為主細(xì)胞凋亡的機(jī)制：氧化應(yīng)激有關(guān)（SOD可減少細(xì)胞凋亡）Fas上調(diào)通過與FasL反應(yīng)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡與P53基因激活有關(guān)（缺氧可增加P53基因的轉(zhuǎn)錄）細(xì)胞凋亡與心力衰竭的關(guān)系：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。依據(jù)：在壓力負(fù)荷過重引起的心力衰竭動物模形上觀察到左室心肌肥大的同時，心肌細(xì)胞數(shù)量減少，經(jīng)分析是由細(xì)胞凋亡造成心衰病人心肌標(biāo)本，心肌凋亡指數(shù)高達(dá)35.5%，對照組為0.2-0.4%誘因：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)胞因子、缺血缺氧。2心力衰竭在神經(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?。喊柎暮Ｄ喜。ˋD），帕金森氏病，多發(fā)性硬化癥舉例：阿爾茨海默氏?。ˋD）與細(xì)胞凋亡的關(guān)系：AD患者的尸檢發(fā)現(xiàn)，海馬及基底神經(jīng)核的膽堿能神經(jīng)元喪失達(dá)30-50%，有時高達(dá)90%，大腦皮質(zhì)也有不同程度的神經(jīng)元喪失，大腦皮質(zhì)出現(xiàn)廣泛萎縮，腦溝變寬，腦回變窄，腦室擴(kuò)大。（二）神經(jīng)元退