分子腫瘤學(xué)-細(xì)胞凋亡與腫瘤課件

分子腫瘤學(xué)

第五節(jié)細(xì)胞凋亡與腫瘤

一、概述

1、細(xì)胞凋亡名稱的由來(lái)：

英國(guó)Aberdeen大學(xué)病理系Kerr教授：1972年我和Wyllie在研究中觀察到一種不同于壞死的細(xì)胞死亡方式，聯(lián)想到秋日落葉，把它稱作Apoptosis2、細(xì)胞凋亡的概念

細(xì)胞凋亡由內(nèi)外源因素觸發(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(guò)程。4、細(xì)胞凋亡的生理意義

（1）確保正常發(fā)育、生長(zhǎng)（2）修復(fù)功能如：清除受損、突變或衰老的細(xì)胞（3）防御功能如：使受到病毒感染的細(xì)胞凋亡二、細(xì)胞凋亡的誘發(fā)機(jī)制㈠氧化損傷

1.氧化應(yīng)激（oxidativestress）的概念

指機(jī)體活性氧產(chǎn)生過(guò)多或抗氧化能力下降，活性氧的清除不足，導(dǎo)致活性氧在體內(nèi)積聚并引起氧化損傷的病理過(guò)程。

氧化損傷的后果之一就是誘導(dǎo)凋亡。2.氧化應(yīng)激引起細(xì)胞凋亡的可能機(jī)制

①DNA受損激活P53基因

膜通透性↑Ca內(nèi)流↑DNase

②生物膜損傷ΔΨm↓

脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物↑

③多聚ADP核糖合成酶活化，NAD＋耗竭，ATP大量消耗

④可活化NF-kB、AP-1，加速細(xì)胞凋亡相關(guān)的一些基因表達(dá)㈢線粒體損傷

目前證據(jù)顯示，線粒體的功能改變?cè)诩?xì)胞凋亡的發(fā)生中起重要作用線粒體內(nèi)膜通透性↑線粒體內(nèi)膜的跨膜電位Δψm↓

能量合成水平↓線粒體功能和結(jié)構(gòu)破壞引起細(xì)胞凋亡的可能機(jī)制：凋亡誘導(dǎo)因素作用于細(xì)胞后引起

線粒體內(nèi)膜跨膜電位（Δψm）下降，線粒體內(nèi)外膜之間的通透性轉(zhuǎn)換孔PTP開(kāi)放；使細(xì)胞凋亡啟動(dòng)因子（Cyt.C）,凋亡蛋白酶激活因子（Apaf）和凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）釋放凋亡誘導(dǎo)因素線粒體跨膜電位↓線粒體PTP開(kāi)放Cyt.C,Apaf,等釋放AIF激活Caspases潛在Dnase活化Dnase細(xì)胞凋亡線粒體損傷三、細(xì)胞凋亡的形態(tài)及生化改變

（一）凋亡細(xì)胞的形態(tài)學(xué)改變?cè)缙冢喊麧{脫水，胞膜空泡化，細(xì)胞固縮

晚期：染色質(zhì)邊集，凋亡小體凋亡的起始：細(xì)胞器、染色質(zhì)等開(kāi)始變化凋亡小體的形成：質(zhì)膜包裹染色質(zhì)和細(xì)胞器凋亡小體的消化：被吞噬細(xì)胞消化NormalCellApoptoticcell（二）凋亡細(xì)胞的生化改變1.內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶(Dnase)激活

切割染色質(zhì)DNA，Ca2+/Mg2+(+)，Zn2+(-)

2.DNA片段化

內(nèi)切酶在核小體切開(kāi)DNA，形成180-200bp為倍數(shù)的片段3.凋亡蛋白酶激活

Caspases的活性中心富含半胱氨酸，對(duì)底物天冬氨酸部位有特異的水解作用

生物化學(xué)特征胞漿內(nèi)Ca2+濃度升高。細(xì)胞內(nèi)活性氧增多。質(zhì)膜通透性變大。DNA內(nèi)切酶活性被激活升高，雙鏈DNA在核小體之間切斷形成180~200bp為基數(shù)的有序片段。Ⅱ型谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶和需鈣蛋白酶（Calpain）活性升高。典型凋亡細(xì)胞DNA瓊脂糖凝膠電泳呈現(xiàn)梯狀條帶典型凋亡細(xì)胞DNA瓊脂糖凝膠電泳（呈現(xiàn)梯狀條帶）Caspase家族凋亡的執(zhí)行者Caspase活性位點(diǎn)是半胱氨酸，裂解靶蛋白位點(diǎn)是天冬氨酸殘基后的肽鍵，因此稱為Cysteineasparticacicspecificprotease，即Caspase特點(diǎn)：前體形式存在,級(jí)聯(lián)反應(yīng)作用：滅活凋亡抑制物水解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，形成凋亡小體水解凋亡相關(guān)活性蛋白

DNA'ladder'

DetectionofDNAfragmentation四、凋亡發(fā)生途徑與調(diào)控

（一）凋亡發(fā)生途徑1.死亡受體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑

Fas-FasL,TNF-TNFR1,TRAIL-DRs

(TNF-relatedapoptosisinducingligand)2.以線粒體釋放細(xì)胞色素C為中心環(huán)節(jié)的細(xì)胞凋亡途徑3.不依賴caspase的細(xì)胞凋亡不依賴caspase的細(xì)胞凋亡：

線粒體釋放的核酸內(nèi)切酶G(EndoG)可不依賴caspase而降解凋亡細(xì)胞的染色體DNA位于線粒體的凋亡誘導(dǎo)因子（AIF)以某種未知的途徑從線粒體轉(zhuǎn)移到核中，誘導(dǎo)染色體凝聚，，導(dǎo)致DNA大片段斷裂，此過(guò)程不依賴caspaseBH3BH1BH2TMBH3TMBH3TMBH4BH3BH1BH2抗凋亡成員促凋亡成員Bcl2homodimerBcl2.BAXheterodimerBAXhomodimerBlocksapoptosisPromotessurvivalInactiveSimulatesapoptosisPreventtssurvivalResponseisdeterminedbythedimerisationstateofBcl2andBAXBcL-2基因家族成員自身或彼此之間有形成二聚體或多聚體的能力BcL-2家族的蛋白與蛋白相互作用調(diào)節(jié)著細(xì)胞的存活與凋亡2）BcL-2抗凋亡機(jī)制：直接抗氧化抑制線粒體釋放促凋亡蛋白質(zhì)抑制凋亡調(diào)節(jié)蛋白的細(xì)胞毒作用抑制凋亡蛋白酶的激活維持細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)2、P53基因的調(diào)節(jié)——修復(fù)受損的DNA，如修復(fù)失敗則誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡

P53蛋白+細(xì)胞凋亡突變的P53失活的P53喪失監(jiān)視DNA損傷的功能射線，毒素3、原癌基因與細(xì)胞凋亡調(diào)控

多種原癌基因參與細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)

c-myc是一種癌基因，是調(diào)控細(xì)胞周期的主要基因。編碼的蛋白是DNA結(jié)合蛋白，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，在GF充足時(shí)主要激活介導(dǎo)細(xì)胞增殖的基因；反之激活凋亡基因

c-abl激活后，其激酶活性能促進(jìn)stat轉(zhuǎn)錄因子上調(diào)BcL-XL，抑制細(xì)胞凋亡。STI571是該激酶的抑制劑，能殺死CML白血病細(xì)胞4、Caspase天然抑制物的調(diào)節(jié)

細(xì)胞內(nèi)存在天然的Caspase抑制物-IAP(InhibitorofApoptosisProteins)發(fā)現(xiàn)幾種不同的IAP:XIAP(X-LinkedIAP);C-IAP1;C-IAP2;Survivin等。XIAP，C-IAP1，C-IAP2能直接結(jié)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、細(xì)胞凋亡失衡與癌癥

凋亡不足：癌癥自身免疫性疾病病毒感染等

凋亡過(guò)度：神經(jīng)元退行性疾病造血衰竭性疾病心肌缺血/再灌注損傷已知的凋亡相關(guān)性疾病1、細(xì)胞凋亡與癌癥發(fā)生

細(xì)胞凋亡的信號(hào)感受、整合和執(zhí)行的相關(guān)分子的異常都可能導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生

細(xì)胞凋亡的缺乏在癌癥發(fā)生中發(fā)揮了重要的作用。TNF受體家族的突變與癌癥發(fā)生有關(guān)；實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)過(guò)度表達(dá)Bcl2的轉(zhuǎn)基因鼠造血細(xì)胞過(guò)度增生，并由于凋亡抑制而最終發(fā)生淋巴瘤。Bcl2家族蛋白促凋亡和抑制凋亡分子的平衡失常，可致細(xì)胞獲得生存優(yōu)勢(shì)，有助于癌癥的發(fā)生。P53的遺傳缺陷因不能通過(guò)凋亡去除異常細(xì)胞而引發(fā)癌癥。Caspase功能失活與癌癥的發(fā)生有一定關(guān)系。Caspase抑制因子（IAP)表達(dá)水平的升高能阻止腫瘤細(xì)胞的凋亡，使腫瘤細(xì)胞具有生存優(yōu)勢(shì)，癌癥得以發(fā)生和發(fā)展衰老細(xì)胞由于過(guò)度丟失染色體端粒而導(dǎo)致細(xì)胞的基因組不穩(wěn)定和細(xì)胞凋亡。但如果細(xì)胞凋亡和衰老機(jī)制的破壞，細(xì)胞有可能演變?yōu)榘┌Y

細(xì)胞凋亡與腫瘤DamagedDNAbaseStopproliferationDNArepairNormalDNAApoptosisproliferationcontinuesErrorpassedtoonedaughtercellThelinkbetweenDNAdamage,repare,proliferationandapoptosis2、細(xì)胞凋亡在癌癥形成后的影響

凋亡抑制或減弱是多種癌癥的共同表現(xiàn)許多化療藥物發(fā)揮作用與誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡有關(guān)在腫瘤的治療中，凋亡承擔(dān)了清除損傷細(xì)胞的功能。誘導(dǎo)凋亡是目前靶向治療的主要策略之一，其手段包括激活凋亡或阻斷抑制凋亡的信號(hào)通路。例如抑制Bcl2，激活TRAIL、Bax、caspase等基