病理生理學(xué)課件-細(xì)胞凋亡與疾病

1、第十一章 細(xì)胞凋亡與疾病Apoptosis and disease 病理生理學(xué)教研室2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)胞凋亡與疾病第四節(jié) 細(xì)胞凋亡在疾病防治中的意義3Kerr, J.F.R., Wyllie, A.H. &Currie, A.R., Apoptosis: A Basic Biological Phenomenon With Wide Ranging Implications In Tissue Kinetics. British Journal of Cancer(1972),26,239 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)致細(xì)胞死亡的一種形式?！暗?/p>

2、亡” 意為“花瓣或樹葉的枯落”凋亡(apoptosis) 概 述4 進入 20世紀(jì) 60年代后 ,細(xì)胞凋亡的研究進入到基因水平 ,先后有三位科學(xué)家 ,即美國加州伯克萊科學(xué)研究所的悉尼布雷內(nèi)(1927年出生 )、英國劍橋桑格 ( Sanger)研究中心的約翰蘇爾斯頓(1942年出生 )和美國麻省理工學(xué)院的羅伯特霍維茨(1947年出生 )(圖 2) ,他們用秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans, C. elegans)作為動物模型做了開創(chuàng)性的工作 ,為此共同獲得了2002年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎。公報稱 ,由于他們發(fā)現(xiàn)了器官發(fā)育的基因調(diào)控和細(xì)胞的程序性死亡(genetic reg

3、ulation of organ development and programmed cell death)而獲獎5 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。6細(xì)胞凋亡與壞死的區(qū)別壞死 凋亡概 述1.性質(zhì)2.誘導(dǎo)因素強烈刺激，隨機發(fā)生較弱刺激，非隨機發(fā)生3.生化特點4.形態(tài)變化5.DNA電泳6.炎癥反應(yīng)7.凋亡小體8.基因調(diào)控被動過程，無新蛋白合成，不耗能 主動過程，有新蛋白合成，耗能細(xì)胞結(jié)構(gòu)全面溶解、破壞、細(xì)胞腫脹 胞膜結(jié)構(gòu)完整，細(xì)胞皺縮，核固縮彌散性降解

4、，電泳呈涂抹狀 DNA片段化（180-200bp），電泳呈“梯”狀條帶溶酶體破裂，局部炎癥反應(yīng)溶酶體相對完整，局部無炎癥反應(yīng)有病理性，非特異性生理性或病理性，特異性無有一般沒有7生理性凋亡確保正常生長發(fā)育維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定發(fā)揮積極的免疫防御功能生物學(xué)意義 8維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定CTL腫瘤細(xì)胞發(fā)育過程中手和足的成形過程發(fā)揮積極的免疫防御功能9病理性凋亡凋亡不足凋亡過度凋亡不足+凋亡過度生物學(xué)意義 （腫瘤，自身免疫病，病毒感染）心血管疾病：心肌缺血缺血-再灌注損傷血液系統(tǒng)疾?。贺氀?，再障，慢性嗜中性粒細(xì)胞減少（動脈粥樣硬化AS） 10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)胞凋亡與疾病第四節(jié)

5、細(xì)胞凋亡在疾病防治中的意義11細(xì)胞凋亡過程1.死亡信號觸發(fā)階段 2.信號整合與調(diào)控階段 4.凋亡細(xì)胞吞噬清除階段 3.凋亡的執(zhí)行階段 12凋亡時細(xì)胞的主要變化生化改變形態(tài)學(xué)改變13細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)改變細(xì)胞膜胞膜突出，表面皺褶和微絨毛消失胞膜空泡化出芽現(xiàn)象14脫水、濃縮、空泡化細(xì)胞質(zhì)線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張，溶酶體膜完整細(xì)胞核染色質(zhì)濃縮、邊集，核碎片,凋亡小體細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)改變凋亡的特征性形態(tài)學(xué)改變15細(xì)胞凋亡的生化改變 內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶激活caspases的激活染色質(zhì)DNA 的特征性片段化斷裂，是細(xì)胞凋亡的主要生化特征 典型凋亡細(xì)胞DNA瓊脂糖凝膠電泳（呈現(xiàn)梯狀條帶）180200bp或其整倍數(shù)的片

6、段16核小體每個核小體中包含180-200bp左右DNA片段染色質(zhì)中的DNA雙螺旋鏈,等距離纏繞組蛋白形成核心顆粒，各顆粒之間為帶有H1組蛋白連接區(qū)DNA，這種組成染色質(zhì)的重復(fù)結(jié)構(gòu)單位就是核小體。 17細(xì)胞凋亡調(diào)控（一）影響細(xì)胞凋亡的因素（二）細(xì)胞凋亡相關(guān)基因（三）細(xì)胞凋亡的執(zhí)行（四）吞噬細(xì)胞對凋亡細(xì)胞的識別與吞噬18影響細(xì)胞凋亡的主要因素 誘導(dǎo)性因素（Inducers） 抑制性因素（Inhibitors） 理化因素 射線、高溫、強酸、 細(xì)胞因子 IL-2、VEGF等 強堿、應(yīng)激、抗癌藥 激素 ACTH、睪丸酮、雌激素 激素和因子 糖皮質(zhì)激素、TNF 其它 Zn2+、苯巴比妥、半胱氨 免疫性因

7、素 CTL分泌的粒酶 酸蛋白酶抑制劑、EBV、 病原體因素 HIV、HCV 牛痘、病毒、中性氨基酸 19細(xì)胞凋亡相關(guān)基因抑制凋亡基因： Bcl-2促進凋亡基因： Bax，Bad，Bak， Bid，Bim，fas，p53雙向調(diào)控基因： c-myc，bcl-x20第一個被確認(rèn)的抑制凋亡基因229aa構(gòu)成（鼠236）分布在線粒體內(nèi)膜，細(xì)胞內(nèi)膜表面等處 Bcl-2 B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2基因(B cell lymphoma/leukemia-2, Bcl-2)21Bcl-2抗凋亡機制 直接的抗氧化 抑制線粒體釋放促凋亡的蛋白質(zhì) 抑制促凋亡的Bax，Bak細(xì)胞毒作用 抑制Caspases激活 維持細(xì)胞

8、鈣穩(wěn)態(tài)222 p53-野生型誘導(dǎo)凋亡： 在G1期發(fā)揮檢查點功能有缺陷DNA啟動修復(fù)修復(fù)失敗啟動凋亡p53 = molecular policeman23p53 野生型誘導(dǎo)凋亡DNA損傷P53CIP(-)G1SDNA修復(fù)apoptosisFasFasLBax Bcl-2CIP-cyclin dependent kinase interacting protien-1243.c -myc ，Bcl-xc-myc 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子 依賴GFBcl-x Bcl-xl抑凋亡 Bcl-xs促凋亡增殖凋亡25細(xì)胞凋亡的執(zhí)行1、凋亡蛋白酶激活 Caspases2、內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶激活, DNA片段化 切割染色質(zhì)D

9、NA，Ca2+/Mg2+(+) ，Zn2+ (-) 3、其他酶類的激活26功能滅活細(xì)胞凋亡的抑制物:如ICAD,Bcl-2水解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，細(xì)胞解體，凋亡小體在凋亡級聯(lián)反應(yīng)中水解相關(guān)活性蛋白：使其獲得或喪失功能(啟動型）分類Caspases 8，9，10能激活效應(yīng)子- 啟動型Caspases 3，6，7能分解細(xì)胞蛋白- 效應(yīng)型Caspases概念屬于半胱氨酸蛋白酶家族，14個成員(Caspase 1-14)27吞噬細(xì)胞對凋亡細(xì)胞的識別與吞噬 巨噬細(xì)胞是“專職”的吞噬凋亡細(xì)胞和凋亡小體的細(xì)胞群。有些腫瘤細(xì)胞和正常細(xì)胞也有此功能。1吞噬細(xì)胞凝集素（lectin）作用 2血小板反應(yīng)蛋白介導(dǎo)吞噬吞噬 3

10、磷脂酰絲氨酸受體的作用 與植物凝集素結(jié)合并發(fā)生相互作用糖蛋白失去唾液酸側(cè)鏈N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰半乳糖和半乳糖等單鏈暴露TSP 形成黏連復(fù)合物 磷脂酰絲氨酸（PS）暴露被巨噬細(xì)胞上的絲氨酸受體識別和吞噬 28細(xì)胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑線粒體途徑穿孔素-顆粒溶解酶B途徑 死亡受體途徑 損傷因素線粒體細(xì)胞色素cCaspace-9細(xì)胞毒性T細(xì)胞穿孔素-顆粒溶解酶BCaspace-8Caspace-10FasL/Fas、TNF-/TNFR1 等FADDCaspace-3凋亡執(zhí)行凋亡誘導(dǎo)29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)胞凋亡與疾病第四節(jié) 細(xì)胞凋亡在疾病防治中的意義30已知的凋亡

11、相關(guān)性疾病31細(xì)胞凋亡與疾病凋亡不足凋亡過度（不該死的細(xì)胞死了）凋亡不足+凋亡過度腫瘤自身免疫病病毒感染心血管疾病：心肌缺血缺血-再灌注損傷血液系統(tǒng)疾病：貧血，再障，慢性嗜中性粒細(xì)胞減少動脈粥樣硬化（AS） （該死的細(xì)胞沒死）32Bcl-2表達(dá)p53突變或缺失逃避免疫監(jiān)督發(fā)生發(fā)展轉(zhuǎn)移增殖強；凋亡弱增殖不強；但凋亡減弱凋亡反應(yīng)低下減弱治療：誘導(dǎo)分化，促使凋亡從發(fā)病學(xué)上，細(xì)胞凋亡實際是機體天然的抗癌機制之一。細(xì)胞凋亡不足與腫瘤33 自身抗原受到自身抗體或致敏T淋巴細(xì)胞的攻擊而損傷，T、B淋巴細(xì)胞通過正選擇和負(fù)選擇才能發(fā)育、分化成熟 負(fù)選擇：凋亡清除針對自身組織抗原和TCR的雙陽性細(xì)胞 正選擇：保留

12、能夠識別自身組織抗原的T細(xì)胞，并增殖成熟細(xì)胞凋亡不足與自身免疫疾病產(chǎn)生針對自身成分的致敏T細(xì)胞或自身抗體如果負(fù)選擇機制失調(diào)，針對自身組織抗原的T細(xì)胞存活、增殖，產(chǎn)生自身免疫病。34病毒及產(chǎn)物抗凋亡的機制：滅活P53： SV40的T抗原、腺病毒E1B蛋白高表達(dá)Bcl-2或Bcl-2樣蛋白： EB病毒、E1B蛋白滅活I(lǐng)CE：痘病毒產(chǎn)生ICE的抑制物如CrmA細(xì)胞凋亡不足與病毒感染性疾病35 病毒感染宿主細(xì)胞后有兩種結(jié)局：1）誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡從而限制病毒生長（肝炎病毒）；2）是由病毒基因表達(dá)的蛋白抑制宿主細(xì)胞凋亡，造成持續(xù)性感染或增加某些病毒的致癌可能性。HIV引起AIDS： 艾滋病，獲得性免疫缺陷綜合

13、征(acquired immunodeficiency syndrom)CD4+細(xì)胞被選擇性破壞，引起免疫功能缺陷。細(xì)胞凋亡過度與AIDS36HIV感染導(dǎo)致CD4+淋巴細(xì)胞發(fā)生凋亡的相關(guān)因素：1）HIV的基因產(chǎn)物 gp120能直接啟動CD4+淋巴細(xì)胞的死亡程序2）合胞體形成：3）Fas基因表達(dá)上調(diào)4）T細(xì)胞激活 激活誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡5）細(xì)胞因子 受感染的M釋放TNF增多6）tat蛋白：誘導(dǎo)CD4+淋巴細(xì)胞產(chǎn)生OFR，增強Fas表達(dá) 7）慢性感染時，受感染CD4+淋巴細(xì)胞作為效應(yīng)細(xì)胞，可增強未感染的CD4+淋巴細(xì)胞對凋亡的敏感性37 細(xì)胞凋亡過度與心血管疾病 心力衰竭 心肌細(xì)胞凋亡造成心肌細(xì)胞數(shù)量

14、減少 心肌缺血與再灌注損傷 壞死與凋亡共存 發(fā)生機制：氧化應(yīng)激；細(xì)胞內(nèi)鈣超載； Fas受體上調(diào)；p53基因轉(zhuǎn)錄增強 凋亡特點：早期凋亡為主，晚期壞死為主 梗死灶中央以壞死為主，周邊凋亡為主 慢性、輕度缺血以凋亡為主，急性、重度缺血則常常發(fā)生壞死 再灌注可加速凋亡； 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。 38細(xì)胞凋亡不足與過度并存 由于細(xì)胞類型的差異，各種細(xì)胞在致病因子作用下，有些可表現(xiàn)為凋亡不足，而另一些細(xì)胞可表現(xiàn)為凋亡過度，因此同一疾病或病理過程中兩種情況也可同時存在。例如：動脈粥樣硬化（atherosclerosis, AS）39 血脂（oxLDL） 血流動力學(xué)改變 動脈內(nèi)膜功能受損 血管內(nèi)皮解剖性損傷單核細(xì)胞粘附、移行內(nèi)膜下 內(nèi)皮下膠原暴露 吞噬LDL成為泡沫細(xì)胞 血小板激活 釋放GF （PDGF、FGF、TGF-、EGF）刺激平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞增生 刺激結(jié)締組織形成、抑 AS 血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡過度而血管平滑肌細(xì)胞凋亡不足制平滑肌細(xì)胞增生40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)胞凋亡與疾病第四節(jié) 細(xì)胞凋亡在疾病防治中的意義41 細(xì)胞凋亡是一個程序化過程，可以通過不同的手段在不同的階段進行干預(yù)而治療疾病 合理利用凋亡相關(guān)因素1.誘導(dǎo)靶細(xì)胞凋