細胞鈣信號轉導與疾病細胞調(diào)亡和疾病

細胞鈣信號轉導與疾病細胞調(diào)亡和疾病第一頁，共132頁。細胞內(nèi)Ca2+庫

細胞內(nèi)主要的Ca2+儲存、緩沖、信號傳遞細胞器為內(nèi)質網(wǎng)。其他作為鈣庫的還有線粒體和細胞核。已知IP3作用于非線粒體鈣庫，內(nèi)質網(wǎng)則是關鍵的信號Ca2+庫內(nèi)質網(wǎng)腔內(nèi)，鈣結合蛋白:肌細胞肌鈣蛋白（calsequestrin），其他細胞主要為鈣網(wǎng)硬蛋白（calreticulin）第二頁，共132頁。線粒體可通過耗能過程積累Ca2+

ATP的水解驅使H+積聚，通過H-ATPase的反轉產(chǎn)生膜電位。驅動Ca2+積累的能量來自于線粒體膜電位。干擾電子轉運的藥物如protonophore解聯(lián)劑可封閉線粒體攝入Ca2+。

第三頁，共132頁。細胞內(nèi)其它鈣庫（1）分泌性顆粒在分泌性顆粒中的Ca2+通常被認為是相對無活性的，只是一種結構性Ca2+容量。但有些證據(jù)顯示Ca2+在細胞受到刺激時可以釋放出來并參與調(diào)控分泌過程。（2）細胞核：核膜可以儲存Ca2+，因為核膜是內(nèi)質網(wǎng)的延續(xù)。細胞刺激能夠導致Ca2+直接釋放到核質，在核質內(nèi)可能參與調(diào)節(jié)細胞核的功能。

第四頁，共132頁。第五頁，共132頁。正常細胞Ca2+信號胞質Ca2+濃度升高的機制(一)胞外Ca2+內(nèi)流1Na+/Ca2+交換:按濃度轉運(神經(jīng)細胞和肌細胞)2“漏系統(tǒng)”機制:病理條件下,膜不穩(wěn)定,漏進細胞的Ca2+增加

第六頁，共132頁。第七頁，共132頁。3Ca2+通道:(1)電壓依賴性:L,T,N型(突觸前)，P(蒲肯野細胞),興奮性細胞，去極化激活，膜片鉗，（step模式）（2）配基門通道，非特異性的陽離子通道，NMDA，(3)受體操控性（容量性Ca2+內(nèi)流）光敏感通道。第八頁，共132頁。L型鈣通道，慢鈣通道，其激活較慢激活電壓相對較高，維持時間較長主要存在于突觸后膜主要的亞單位決定鈣離子通透特性另一種類型的L型鈣通道啞鈴型，結構4個鈣，與鈣結合后發(fā)生構象改變，暴露疏水端第九頁，共132頁。Presynapticcomponent:

Neurotransmitterrelease:exo-andendocytosis

第十頁，共132頁。GeneralFusionMechanism:2.SNAREs(SNAPReceptor)

:

thecoremembranefusionmachinery(priming)SNAP(solubleNSFattachmentprotein);NSF(N-ethylmaleimideSensitiveFactor)Vesicle-Snares(V-snares):VAMPs(synaptobrevin)Target-Snares(t-snares):syntaxin,SNAP-25Fig.1.DCVexocytosisviewedassequentialstagesofdocking,primingandfusion.KineticcomponentsofcapacitanceforDCVexocytosishavebeeninterpretedintermsofamodel[14]inwhichvesiclestransitionthroughsequentialstages.Cytoplasmicorundockedvesiclesundergodocking(1).PrimingofdockedvesiclesmayoccurintwostagestogenerateSRP(slowlyreleasablepool)andRRP(rapidlyreleasablepool)ofvesicles(2and3).ThefirstprimingsteprequiresmoderateincreasesincytoplasmicCa2+.ActivatinglevelsofCa2+triggerfusionofvesiclesfromeithertheSRP(notshown)orfromtheRRP(4).Eachstepisthoughttobereversiblealthoughtheyaredepictedassinglearrowsinthefigure.Approximateforwardrateconstants[14]foreachstepare0.003s1(1),0.03s1(2),0.3s1(3)and30s1(4).PrimingreactionsarethoughttoinvolveassemblyoftransSNAREcomplexes,whichmayinitiatebyanchoringN-terminaldomainsofSNAREmotifs(2)andtheirsubsequent‘‘zippering’’toC-terminal,membraneproximalregions(3).InSVexocytosis,complexinsmaystabilizetransSNAREcomplexesatalatestageofassemblyrenderingthemfusion-readyuponCa2+influx.第十一頁，共132頁。TimerelationshipbetweenpresynapticCainfluxandpostsynapticpotential第十二頁，共132頁。容量性Ca2+內(nèi)流遞質（去甲腎上腺素），激活G蛋白，興奮磷脂酶C（PI-PLC），磷脂酸肌醇IP3+DG第十三頁，共132頁。鈣庫依賴鈣信號胞內(nèi)Ca2+庫的釋放導致Ca2+庫耗竭，激發(fā)細胞外Ca2+內(nèi)流，故稱為Ca2+庫依賴Ca2+內(nèi)流，是保持細胞內(nèi)Ca2+水平的基礎1）Ca2+內(nèi)流有細胞內(nèi)Ca2+庫釋放激活；

2）細胞受到持續(xù)刺激，Ca2+庫耗竭，則Ca2+內(nèi)流持續(xù)活化；

3）靜息狀態(tài)下，Ca2+庫充盈；

4）當Ca2+庫充盈完畢，則Ca2+內(nèi)流失活。

以上結果表明：細胞內(nèi)Ca2+庫的充盈狀態(tài)調(diào)節(jié)著質膜上的Ca2+內(nèi)流通路的活性狀態(tài)。鈣庫激活：IP3受體，Ryanodine受體，

第十四頁，共132頁。但近來的觀點認為，PLC相關刺激調(diào)節(jié)的Ca2+內(nèi)流并不是質膜上的IP3作用直接引起的，而是由IP3引起的細胞內(nèi)鈣庫釋放的結果。Tg和環(huán)鹽酸嗎甲吡嗪酸(cyclopiazonicacid,CPA)等的發(fā)現(xiàn)直接證實了這一結論。這兩個藥均可激活IP3敏感鈣庫Ca2+的儲存所必需的ATPase的活性，從而使得鈣庫釋放耗竭。實驗顯示，當應用這些試劑處理細胞時，跨質膜Ca2+內(nèi)流被激活。第十五頁，共132頁。細胞內(nèi)鈣庫耗竭可能存在兩種機制與質膜相聯(lián)系。（1）IP3受體與細胞骨架相連，這種相聯(lián)系使得IP3受體固定于細胞膜上。細胞內(nèi)鈣庫的耗竭使IP3受體構象發(fā)生改變，再通過細胞骨架或其他蛋白-蛋白相互作用，將IP3受體轉運到細胞膜上。（2）鈣內(nèi)流因子（calciuminfluxfactor,CIF）：細胞內(nèi)鈣庫耗竭釋放出信號分子作用在質膜上的Ca2+通道上。這一信號分子可能是cGMP、細胞色素P450代謝物，但兩種機制都有一些疑點。近來研究表明可能一些囊泡轉運參與其中，囊泡預先形成，通過囊泡融合活化的鈣通道插入質膜。第十六頁，共132頁。TRP通道是一類六次跨膜的非選擇性陽離子通道。它們在進化中高度保守，在哺乳動物體內(nèi)廣泛表達，參與了許多重要的生理學功能，如對溫度、痛覺、聽覺的感知以及受精。感光受體突變體選擇性的Ca2+通道Ca2+池耗竭而激活第十七頁，共132頁。第十八頁，共132頁。溫度、滲透壓、pH值、機械力,以及一些內(nèi)、外源性配體和細胞內(nèi)信號分子第十九頁，共132頁。第二十頁，共132頁。鈣的信號傳導在發(fā)病學中的作用細胞凋亡（Kuiser和Edelman）糖皮質激素引起胸腺細胞的調(diào)亡上游：細胞外，內(nèi)質網(wǎng)，線粒體內(nèi)鈣的釋放，激活蛋白水解酶，磷酸脂酶，蛋白激酶Ca2+/Mg2+依賴低分子核酸內(nèi)切酶NUC18，Ca2+依賴內(nèi)核酶DNaseI，第二十一頁，共132頁。TNF-α、抗CD3抗體、TCDD等

胞漿[Ca2+]↑■激活Ca2+/Mg2+依賴的核酸內(nèi)切酶，降解DNA鏈；■激活谷氨酰胺轉移酶，促使細胞骨架分子之間發(fā)生廣泛交聯(lián)，有利于凋亡小體形成；■激活核轉錄因子，加速細胞凋亡相關基因的轉錄；■在ATP參與下，暴露出核小體之間的連接區(qū)，有利于DNA內(nèi)切酶切割DNA。鈣超載引起凋亡機制細胞凋亡細胞凋亡異常第二十二頁，共132頁。缺血、缺氧損傷與Ca2+信號傳導心肌缺血性損傷，阻斷Ca2+通道，動物試驗能改善缺血癥狀，但人的試驗并不能阻止心梗的發(fā)生。ATP合成障礙，Na+泵功能下降，Na+/H+交換，細胞內(nèi)Na+增加，Na+/

Ca2+交換，胞內(nèi)Ca2+增加。內(nèi)質網(wǎng)Ca2+泵功能障礙細胞膜Ca2+泵功能障礙第二十三頁，共132頁。第二十四頁，共132頁。第二十五頁，共132頁。腦缺血第二十六頁，共132頁。缺血中心區(qū)半影區(qū)興奮毒作用/谷氨酸局部腦缺血20min～2h，缺血腦區(qū)灌流液中谷氨酸的量升高2.5～20倍NMDA受體，AMDA和KA(kainicacid)受體缺血發(fā)生，N型電壓依賴性鈣通道開放，引起Ca2+和鈉離子的內(nèi)流增加；代謝性受體與G蛋白偶連可介導細胞內(nèi)第二信使的表達，引起細胞內(nèi)鈣庫釋放鈣，引起細胞內(nèi)Ca2+超載。第二十七頁，共132頁。第二十八頁，共132頁。第二十九頁，共132頁。Ca2+超載又可加重缺血性腦損傷其主要途徑是：①引起線粒體內(nèi)Ca2+超載，影響氧化磷酸化功能，導致ATP產(chǎn)生減少；②激活一些破壞性的Ca2+依賴性酶，如溶酶體中的中性蛋白酶、胞膜的磷脂酶A、核酸內(nèi)切酶等，引起細胞結構的破壞；③誘發(fā)腦血管痙攣，通透性增加，引起進一步的缺血和腦水腫的形成；④突觸前、后膜蛋白磷酸化，導致進一步Ca2+超載第三十頁，共132頁。

一氧化氮(NO)過度生成

NO是一種廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的多功能神經(jīng)介質，是精氨酸通過三種NO合酶（NOS）代謝而成。神經(jīng)性NOS（nNOS）是一種鈣依賴性結構蛋白，主要來源于神經(jīng)細胞當缺血發(fā)生后，nNOS產(chǎn)生增加，NO同活性氧類反應產(chǎn)生大量活性基團破壞神經(jīng)細胞第三十一頁，共132頁?；钚匝躅悾≧OS）生成過多：Ca2+濃度升高激活膜Ca2+依賴性磷酸酯酶A，使膜磷脂代謝為花生四稀酸，最后生成為自由基激活Ca2+依賴的蛋白水解酶，calpainI的激活，細胞支架的崩解Ca2+依賴的內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶的激活，細胞調(diào)亡，延發(fā)性的神經(jīng)元死亡。最近的研究發(fā)現(xiàn)，只有在細胞內(nèi)的特定區(qū)域Ca2+濃度升高，才能觸發(fā)一連串的病理性反應。第三十二頁，共132頁。第三十三頁，共132頁。鈣通道與人類遺傳病迄今已發(fā)現(xiàn)7種人類遺傳病與鈣通道基因突變

CACNL1A4基因P/Q型電壓門控鈣通道α1A亞單位（神經(jīng)遞質的釋放，蒲肯野細胞）該基因不同類型的突變可導致以下三種疾?。?/p>

第三十四頁，共132頁。1家族性偏癱型偏頭痛該病呈常染色體顯性遺傳，發(fā)作常于兒童期或青年期，典型者頭痛伴有偏癱先兆，為短暫性偏癱，持續(xù)數(shù)小時至數(shù)天，可伴發(fā)眼顫，共濟失調(diào)和小腦萎縮等。目前已發(fā)現(xiàn)了4種CACNL1A4的錯義突變，這些突變可能通過改變電壓敏感性、離子選擇性或滲透性、通道失活等影響鈣通道功能，從而引起臨床癥狀。對應的小鼠Cchl1a4基因發(fā)生錯義突變后，小鼠可表現(xiàn)為失神發(fā)作，運動性癲癇發(fā)作和共濟失調(diào)。第三十五頁，共132頁。第三十六頁，共132頁。發(fā)作性共濟失調(diào)Ⅱ型此病是常染色體顯性遺傳病，表現(xiàn)為共濟失調(diào)、眼顫、構音不清和眩暈，可呈進行性，發(fā)作性眼顫和小腦萎縮常見。兒童后期或青年期發(fā)病，常因應激、運動或疲勞誘發(fā)，持續(xù)數(shù)小時至數(shù)天，約50%患者有偏頭痛癥狀，包括基底動脈型偏頭痛，臨床上嚴重者可表現(xiàn)失神發(fā)作、嚴重的共濟失調(diào)和早亡，與發(fā)作性共濟失調(diào)Ⅰ型比較，無肌纖維顫搐。本病已發(fā)現(xiàn)CACNL1A基因的一種缺失突變4073delC和一個影響到第24位內(nèi)含子5’拼接位點的G→A改變，這兩種病變均導致翻譯提前終止，產(chǎn)生截短蛋白。1997年Jodice在一個臨床診斷為發(fā)作性濟失調(diào)Ⅱ型的家系中發(fā)現(xiàn)一個23次CAG三核苷重復與疾病共分離，提示CAG三核苷酸重復可能在EA-2發(fā)病中也有一定的作用。第三十七頁，共132頁。脊髓小腦共濟失調(diào)Ⅵ型為常染色體顯性遺傳性疾病，共8型，臨床表現(xiàn)為慢性進行全小腦功能障礙，多于成年發(fā)病，可伴或不伴認知功能、眼、錐體外系和周圍神經(jīng)受累。該病病理機制是由于基因編碼區(qū)內(nèi)編碼多聚谷氨酰胺的CAG三核苷酸重復序列異常擴增所致。在SCAⅥ家系中CACNL1A4基因編碼區(qū)內(nèi)

cAG三核苷酸重復從正常的4～6個增加至21～27個，臨床上于40～50歲發(fā)病，表現(xiàn)為眼顫、構音困難、肢體和步態(tài)共濟失調(diào)、振動覺和位置覺損害等，晚期可出現(xiàn)吞咽困難，影像學顯示小腦萎縮。

第三十八頁，共132頁。

CACNL1A3基因將L型電壓門控鈣通道α1S亞單位HPP呈常染色體顯性遺傳，兒童或成年早期發(fā)病，為發(fā)作性軀干和肢體無力，持續(xù)數(shù)小時或數(shù)天，延髓肌、呼吸肌和通常不受累，發(fā)作時常伴血清鉀降低，補鉀和醋氮酰胺治療有效。1994年，Ptacek等在HPP家系發(fā)現(xiàn)3個CACNL1A3的錯義突變，即Arg1239His,ARG1239Gly和Arg528His,這些突變可通過干擾去極化信號傳遞給肌漿網(wǎng)中RYR而損傷興奮收縮耦聯(lián)，但該病的發(fā)作性和低鉀現(xiàn)象不好解釋。對應的小鼠Cchl1a3基因發(fā)生突變后，純合子小鼠完全失去了興奮收縮耦聯(lián)而表現(xiàn)為致死性。第三十九頁，共132頁。CACNAIF鈣通道α1亞單位F型：不完全X-連鎖先天性夜盲的致病突變第四十頁，共132頁。RYR1不同類型突變導致以下兩種遺傳病中央軸空癥該病是一種先天性非進行常色體顯性遺傳性肌病，臨床特點是嬰兒或兒童期出現(xiàn)肌張力低下和近端肌無力，腱反射減弱或消失，骨骼肌和心肌異常，易出現(xiàn)惡性高熱，目前發(fā)現(xiàn)的致病病變有Arg248Gly、Ile403Met和Arg2163His。

第四十一頁，共132頁。

惡性高熱該病為常染色體顯性遺傳，表現(xiàn)為惡性高溫，伴自主肌肉張力增高，乳酸酸中毒，血清中CPK增高，血清磷酸鹽和鉀升高，麻醉、酒精、感染等可誘導嚴重的橫紋肌溶解。該病中已發(fā)現(xiàn)RYR1的基因突變有Arg163Cys、Arg2248Gly、Arg163His、Arg163Cys、Gly341Arg、Gly2433Arg、Arg2458Cys、Arg2458His和Arg2163Cys第四十二頁，共132頁?！巴ǖ啦　保╟hannelopathies)已被確立的為一大類疾病。小鼠鈣通道β4亞單位Cchb4基因的移碼突變可導致常染色體隱性遺傳淡漠表型，小鼠鈣通道α1A亞單位Cchla4基因的點突變可導致常染色體顯性遺傳性蹣跚（tg）表型，小鼠鈣通道γ亞單位Cacng2基因的插入突變可導致常染色體顯性遺傳性引起的失神經(jīng)性癲癇（stg）表型，對小鼠鈣通道的研究提示通道孔形成或輔助性通道亞單位受累均可產(chǎn)生鈣通道病。

第四十三頁，共132頁。顯性突變引起鈣通道病通常有3種機制①功能增強，因改變的通道蛋白質活性異常增加，如低鉀型周期性麻痹和家族性偏癱性偏頭痛的錯義突變均屬于此種；②功能喪失，功能性通道蛋白質的量不足以維持正常細胞功能，如發(fā)作性共濟失調(diào)Ⅱ型由于多肽鏈過早終止，不能產(chǎn)生功能性蛋白質；③顯性負效應（dominant

negative

effect),突變的蛋白質干擾正常蛋白質活性，常發(fā)生在多聚體蛋白質，如SCA6異常的α1A亞單位可能干擾了P/Q通道的裝配。第四十四頁，共132頁。常見疾病的Ca2+信號轉導異常原發(fā)性高血壓血管平滑肌張力的增加，引起血壓升高是原發(fā)性高血壓的基本病理改變。Ca2+信號轉導異常是血管平滑肌張力的增加的原因（10-5M，10-7M）1：胞膜“漏系統(tǒng)”2：通過Ca2+通道的Ca2+內(nèi)流增多第四十五頁，共132頁。通過Ca2+通道的Ca2+內(nèi)流增多(1)高血壓狀態(tài)，跨膜電位變小（自發(fā)性高血壓大鼠對低濃度KCL（10mmol）反應比wt鼠大，對Ca2+拮抗劑nifedipine敏感Ca2+拮抗劑和VDC結合的親合力與去極化程度成正比(2)受體操縱Ca2+通道開放增加,機制不太清楚第四十六頁，共132頁。(3)胞內(nèi)Ca2+緩沖系統(tǒng)功能障礙Ca2+池的不完全耗竭狀態(tài)(不能正常的把Ca2+泵入肌漿網(wǎng))檢測無Ca2+外液,檢測苯腎上腺素引起的血管收縮.(4)胞膜Ca2+泵功能失調(diào)第四十七頁，共132頁。動脈粥樣硬化中膜平滑肌細胞向內(nèi)膜下遷移并增殖是動脈粥樣硬化病變的特征。(1)各種生長因子PDGF,EDGF,FGF,血管活性物質(內(nèi)皮素等)共同的中介Ca2+濃度Ca2+和Ca2+調(diào)蛋白,激活MAPK,啟動c-fos原癌基因，DNA的表達增加.(2)Ca2+濃度血小板聚集,非電壓依賴的鈣通道,nifedipine作用不大.第四十八頁，共132頁。動脈粥樣硬化第四十九頁，共132頁。支氣管哮喘哮喘發(fā)作時，表現(xiàn)為膽堿受體敏感，引起迷走神經(jīng)興奮，使大量乙酰膽堿釋放，導致支氣管平滑肌上的鈣離子專用通道開放，鈣離子內(nèi)流增加.同時細胞內(nèi)cGMP水平升高，后者促進肌膜及肌漿網(wǎng)釋放鈣離子進入肌漿，進一步使鈣離子內(nèi)流增加，支氣管平滑肌的興奮―收縮耦聯(lián)加強，引起支氣管平滑肌強烈收縮。鈣通道阻滯藥阻止鈣離子內(nèi)流，能明顯抑制支氣管平滑肌收縮，并可阻止肥大細胞釋放組胺等介質，減少LTD4的合成，可用于防治支氣管哮喘。

第五十頁，共132頁。疼痛與鈣通道

脊髓背角上的鈣通道

強烈傷害性刺激導致脊髓感覺整合過程改變，可出現(xiàn)疼痛過敏現(xiàn)象，其機制可能為：①脊髓背角的感受野擴大及感受閾降低；②“卷揚”(windup)現(xiàn)象，由于C纖維受到重復刺激，導致脊髓背角神經(jīng)元反性應增強；③強腓肽基因表達增強。第五十一頁，共132頁。第五十二頁，共132頁。第五十三頁，共132頁。去極化電位，使谷氨酸及速激肽釋放增多，依賴Mg2+阻斷的N-甲基-天門冬氨酸(NMDA)受體相關通道開放，Ca2+通過這些通道流入，激活磷脂酶C，催化細胞內(nèi)第二信使形成，使Ca2+從內(nèi)質網(wǎng)釋放增強AMPA受體的獲得性(availability)，導致細胞興奮性升高，基因表達增強，逆行信使(retrogrademessenger)釋放，導致中樞敏感性，出現(xiàn)“卷揚”現(xiàn)象及長時程增強(longtermpotentiation，LTP)第五十四頁，共132頁。Russ等發(fā)現(xiàn)“卷揚”現(xiàn)象與脊髓背角神經(jīng)元L型鈣通道開放引起的平臺電位有關，L型鈣通道主要位于脊髓神經(jīng)元突觸后膜在C纖維尚未興奮，突觸后膜處于負電位即靜息狀態(tài)時，L型鈣通道在疼痛調(diào)控中的作用并不大；只有當組織損傷后，神經(jīng)元持續(xù)去極化，L型鈣通道才形成較強的離子流。鈣離子進入細胞后，除自身作為第二信使外，還可激活其他第二信使，最終引發(fā)脊髓背角神經(jīng)元的敏化，提示疼痛敏化狀態(tài)的持續(xù)與L型鈣通道有關。由L型鈣通道的激活引起細胞內(nèi)鈣離子增多可能介導著C纖維興奮后的諸多變化。第五十五頁，共132頁。CCBs顯示其鎮(zhèn)痛效應L型CCBs如維拉帕米、尼莫地平等不僅可加強阿片類藥的鎮(zhèn)痛作用，其自身也具有一定的鎮(zhèn)痛效應。維拉帕米可抑制創(chuàng)傷后大鼠脊髓后角cfos表達以及創(chuàng)傷后的痛覺過敏。N型CCBsZiconotide鞘內(nèi)注射，可緩解術后疼痛。與嗎啡連用,可以降低其用量

第五十六頁，共132頁。癲癇今年來,胞內(nèi)Ca2+濃度的增高可以誘發(fā)癲癇第五十七頁，共132頁。腫瘤Ca2+在細胞的增殖、侵襲、轉移調(diào)控中發(fā)揮重要的作用。在一些正常細胞的運動、粘附過程中，有G蛋白敏感信號通路的參與，控制這一信號通路可能也參與腫瘤細胞的侵襲轉移過程。NO在腫瘤轉移過程中通過Ca2+依賴過程參與了基質金屬蛋白酶的分泌活化機制而促進腫瘤的轉移。第五十八頁，共132頁。CellApoptosisandDiseases細胞凋亡與疾病第五十九頁，共132頁。裸鼠的結腸癌病理模型復制胃癌手術后腫瘤細胞轉移患者（患者處于惡液質狀態(tài)）瘤細胞為什么會發(fā)生？第六十頁，共132頁。AbnormalApoptosisandDiseasesAbnormalProliferationandDiseases第六十一頁，共132頁。TeachingcontentsOverviewPathogenesisofApoptosisApoptosisandDiseases

概述凋亡發(fā)生機制凋亡與疾病第六十二頁，共132頁。WhatisApoptosis

?Apoptosisreferstotheprocessinwhichthedyingproceduresthathavebeeninadvancedepositedincellaretriggeredbyvariouscausesfrominvitroandinvivo,andeventuallycausecelldeath.（由體內(nèi)外因素觸發(fā)細胞內(nèi)預存的死亡程序而導致的細胞死亡過程）Programmedcelldeath（PCD）：程序性細胞死亡第六十三頁，共132頁。Chromatolysis(1885,Flemming)KerrJF,WyllieAHandCurrieARApoptosis:abasicbiologicalphenomenonwithwide-rangingimplicationsintissuekinetics.

Br.JCancer,1972,26(4):239-257.Cellapoptosis(1972)Programmedcelldeath(1956,clucksmann,saunders)染色質溶解程序性細胞死亡第六十四頁，共132頁。MorphologicalchangesinapoptosisCellmembraneCytoplasmCellnucleusApoptoticbodyPhagocytoseCellundergoingapoptosis

膜漿吞噬體第六十五頁，共132頁。Figuresshowtime-lapsemicroscopyimagesofatrophoblastcellundergoingapoptosis.apoptoticbody第六十六頁，共132頁。ChangesofCellmembraneBudding出芽第六十七頁，共132頁。NormalCell

ApoptoticCell

condensationmargination細胞質和核的變化濃縮邊集第六十八頁，共132頁。ApoptoticBodies凋亡小體第六十九頁，共132頁。PhagocytoseEversionofPhosphatidylserine磷脂酰絲氨酸吞噬第七十頁，共132頁。碘化丙啶第七十一頁，共132頁。BiochemicalChangesinApoptosisApoptosisinitiatingfactorsCaspaseactivationEndonucleaseactivationDNAfragmentation凋亡啟動因子凋亡蛋白酶活化核酸內(nèi)切酶活化DNA片段化第七十二頁，共132頁。凋亡相關基因激活DNase激活、Caspases激活巨噬細胞吞噬分解凋亡細胞悉尼·布雷諾爾羅伯特·霍維茨約翰·蘇爾斯頓2002年諾貝爾生理與醫(yī)學獎獲得者?細胞凋亡大致過程(Theprocessofapoptosis)+cAMP、Ca2+、神經(jīng)酰胺死亡信號凋亡誘導因素受體凋亡信號轉導

凋亡基因激活

凋亡的執(zhí)行

凋亡細胞清除

一、細胞凋亡的過程與調(diào)控（Process®ulationofcellapoptosis）細胞凋亡異常第七十三頁，共132頁。Apoptosisinitiatingfactorspermeabilitytransitionpore(PTP)cytochromec(Cyto-C)apoptoticproteaseactivatingfactor(Apaf)apoptosisinducingfactor,AIF線粒體通透性轉換孔凋亡誘導因子細胞色素C凋亡蛋白酶激活因子第七十四頁，共132頁。Apoptosome

CARD:caspaseactivationandrecruitmentdomain細胞色素C(cytochromec，Cyto-C)凋亡復合體apoptoticproteaseactivatingfactor(Apaf)凋亡蛋白酶激活因子王曉東，劉雪松第七十五頁，共132頁。AIF:ApoptosisinducingfactorDNAfragmentationAIFAIF對凋亡的誘導作用是非Caspase依賴性第七十六頁，共132頁。BiochemicalChangesinApoptosisApoptosisinitiatingfactorsCaspaseactivationEndogenousendonucleaseactivationDNAfragmentation第七十七頁，共132頁。OverviewConceptionofapoptosisMorphologicalchangesinapoptosisBiochemicalChangesinapoptosisDifferencesinapoptosisandnecrosisPhasesofapoptosis第七十八頁，共132頁。Differencesinapoptosisandnecrosis第七十九頁，共132頁。DifferencesinapoptosisandnecrosisDNA'ladder'

第八十頁，共132頁。PhasesofapoptosisInductionphaseExecutionphaseDyingoutphase第八十一頁，共132頁。OverviewConceptionofapoptosisMorphologicalchangesinapoptosisBiochemicalChangesinapoptosisDifferencesinapoptosisandnecrosisPhasesofapoptosis第八十二頁，共132頁。TeachingcontentsOverviewPathogenesis（發(fā)生機制）ofApoptosisApoptosisandDiseases

第八十三頁，共132頁。PathogenesisofApoptosisApoptosis-relatedfactorsSignaltransductionpathwaysinapoptosisApoptosis-relatedgenes第八十四頁，共132頁。

?Themainlyinducedfactorsofapoptosis

Table：Influenceoffactorsofapoptosis誘導性因素（Inducers）抑制性因素（Inhibitors）理化因素射線、高溫、強酸、細胞因子IL-2、NGF等強堿、應激、抗癌藥激素ACTH、睪丸酮、雌激素激素和因子糖皮質激素、TNF其它Zn2+、苯巴比妥、半胱氨免疫性因素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

細胞凋亡異常Apoptosis-relatedfactors第八十五頁，共132頁。Signaltransductionpathwaysinapoptosis

DeathreceptorpathwayMitochondrial線粒體pathway

CaspasesEndogenousendonuclease第八十六頁，共132頁。DeathreceptorpathwayTrimerizationFADD:fas-associatedproteinwithdeathdomainDD:deathdomainDED:deatheffectordomain第八十七頁，共132頁。DeathreceptorpathwayCAD:caspase-activateddeoxyribonulease第八十八頁，共132頁。Mitochondrionpathway1、線粒體信號轉導通路的提出第八十九頁，共132頁。膜通透性↑、線粒體腫脹、△m↓Apaf-1活化Cyt.c2．線粒體途徑（Intrinsicormitochondrialpathway）

Ca2+NO缺血缺氧活性氧MPT開放Cyt.c+Pro-caspase-9Caspase-9ATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cCARDapoptosome細胞凋亡異常

AIFcaspase-independentapoptosisPro-Caspase-3凋亡Caspase-3第九十頁，共132頁。CaspasesCaspases:cysteine-containingaspartate-specificproteaseN末端區(qū)大亞單位小亞單位第九十一頁，共132頁。ClassificationofCaspasesInitiatorcaspasesEffectorcaspasesInflammationrelatedcaspases起始凋亡蛋白酶效應凋亡蛋白酶第九十二頁，共132頁。1.Concept,Classification,ConstructionofCaspases■概念Caspase屬于半胱氨酸蛋白酶家族，14個成員(Caspase1-14)。細胞凋亡異常?細胞凋亡的信號傳導（Caspases依賴的pathway）■Caspase信號通路分類

上游（Caspase-8,-9,-10）下游（Caspase-2,-3,-6,-7）（共同通路）▲

Caspase（Ced-3亞家族）死亡受體通路線粒體途徑大小亞基結合（二聚體）caspase活化（四聚體）■結構特點Pro-caspase：NH2末端結構域、20KD亞基、10KD亞基剪切第九十三頁，共132頁。Substrateofcaspases1.凋亡蛋白酶激活的DNA

酶抑制物（ICAD)2.核纖層(lamina)蛋白3.細胞骨架蛋白4.其它caspases5.滅活細胞凋亡的抑制物第九十四頁，共132頁。EndogenousendonucleaseCAD:凋亡蛋白酶激活的DNA酶第九十五頁，共132頁。Endogenousendonuclease第九十六頁，共132頁。Signaltransductionpathwaysinapoptosis

DeathreceptorpathwayMitochondrialpathway

CaspasesEndogenousendonuclease第九十七頁，共132頁。?細胞凋亡的發(fā)生機制（Mechanismofapoptosis）1．氧化損傷（Oxidationdamage）氧自由基破壞了機體正常的氧化/還原動態(tài)平衡，造成生物大分子的氧化損傷，形成嚴重的氧化應激狀態(tài)?！綧echanism】激活p53基因、消耗ATP、生物膜脂質過氧化、激活核酸內(nèi)切酶,啟動細胞凋亡。各種氧化劑、缺氧等直接通過氧化損傷誘導細胞凋亡。2．鈣超載（Calciumoverload

）3．線粒體損傷（Mitochondriadamage）細胞凋亡異常第九十八頁，共132頁。TNF-α、抗CD3抗體、TCDD等

胞漿[Ca2+]↑■激活Ca2+/Mg2+依賴的核酸內(nèi)切酶，降解DNA鏈；■激活谷氨酰胺轉移酶，促使細胞骨架分子之間發(fā)生廣泛交聯(lián)，有利于凋亡小體形成；■激活核轉錄因子，加速細胞凋亡相關基因的轉錄；■在ATP參與下，暴露出核小體之間的連接區(qū)，有利于DNA內(nèi)切酶切割DNA。鈣超載引起凋亡機制細胞凋亡細胞凋亡異常第九十九頁，共132頁。?細胞凋亡的調(diào)控機制表細胞凋亡的調(diào)控基因功能基因抑制凋亡基因Bcl-2Bcl-XL、A1/Bfl-1、Bcl-w、Bcl-G和Mcl-1等促凋亡基因P53、Bax、Bad、Bak、Bid、Bim、Bik、Bok、Bcl-B、Bcl-Xs、Krk、Mtd、Nip3、Nix、Noxa等雙向調(diào)控基因c-myc、Belx【調(diào)控基因】細胞凋亡異常（Regulatedmechanismofapoptosis）第一百頁，共132頁。Bcl-2family

（Bcelllymphoma/leukemia-2）Bcelllymphoma/leukemia-2(CED-9)

Bcl-2subfamily:Bcl-2、Bcl-x（Bcl-xL,Bcl-xS)、Bcl-w、Mcl-1

Baxsubfamily:Bax,Bak,Bok(Mtd)

BH3subfamily:Bik、Bad、Bid、Bim、Hrk(DP5)BH:Bcl-2homologyTM:transmembraneregion第一百零一頁，共132頁。Bcl-2■Bcl-2（Bcl-XL）能夠抑制線粒體MPT開放，Cyt.c、AIF釋放↓■

Bcl-2也能特異地結合細胞色素C■Bcl-2能夠結合和滅活Apaf-1，阻斷對caspase-9活化Caspase抑制劑1．Bcl-2基因家族（Bcl-2Family®ulatingfunctions）細胞凋亡異常CARDMPT開放膜通透性↑、線粒體腫脹、△m↓Cyt.cATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cApaf-1活化Cyt.c+Pro-caspase-9apoptosomeAIFCaspase-9Pro-Caspase-3Caspase-3凋亡caspase-independentapoptosis第一百零二頁，共132頁。Bcl-2familyBcl-2familycontainsmembersthatarebothproandanti-apoptotic

Anti:Bcl-2,Bcl-xL,Bcl-w,Mcl-1Pro:Bax,Bim,Bik,Bad,Bid,Hrk,Bcl-xS,Bok(Mtd)第一百零三頁，共132頁。【促凋亡機制】

■

P53通過與Bcl-2基因相互作用，下調(diào)Bcl-2的表達?！?/p>

P53誘導細胞凋亡的靶蛋白表達（線粒體和死亡受體介導）?！?/p>

P53誘導線粒體內(nèi)凋亡的相關蛋白（Bax、NOXA、PUMA）表達，并觸發(fā)細胞色素C釋放和caspase活化。■

P53誘導死亡受體Fas表達。■

P53能使死亡受體再定位于細胞膜上。2．p53基因（抑癌基因）Asatranscriptionfactor,p53regulatesdownstreamgenesimportantincellcyclearrest,DNArepair,andapoptosis.AfterDNAdamage,p53holdsthecellatacheckpointuntilthedamageisrepaired.Ifthedamageisirreversible,apoptosisistriggered.細胞凋亡異常第一百零四頁，共132頁。p53wtp53Pro-apoptosis(molecularpoliceman)第一百零五頁，共132頁。wtp53andmtp53第一百零六頁，共132頁。PathogenesisofApoptosisApoptosis-relatedfactorsSignaltransductionpathwaysinapoptosisApoptosis-relatedgenes第一百零七頁，共132頁。TeachingcontentsOverviewPathogenesisofApoptosisApoptosisandDiseases

第一百零八頁，共132頁。ApoptosisandDiseasesPhysiologicalSignificanceofApoptosisRelationshipofApoptosisanddiseases第一百零九頁，共132頁。PhysiologicalSignificanceofApoptosisInsuringnormalgrowthanddevelopmentMaintaininginternalhomeostasisExertingdefensivefunction第一百一十頁，共132頁。細胞凋亡與疾病發(fā)生的關系

第一百一十一頁，共132頁。

Pathogenesisoftumor:

stimulatingcellproliferation

inhibitingcellapoptosis

Cellsurvival>celldeathindiseasedtissue

Etiologically,cellapoptosisisactuallyoneofthenaturalanti-carcinogenicmechanisms在腫瘤發(fā)展和轉移中的作用(皮膚的基底細胞癌調(diào)亡高,轉移少)

細胞凋亡在腫瘤發(fā)生中的作用第一百一十二頁，共132頁。Tumor----P53mutationChemicalsVirusRadiation第一百一十三頁，共132頁。Tumor-OverexpressionofBcl2第一百一十四頁，共132頁。腫瘤治療,促進調(diào)亡,哈醫(yī)大癌靈一號(AS2O3)治療急性早幼粒細胞白血病生長因子與腫瘤治療(1)應用存活因子的單抗(2)用糖皮質激素抑制細胞存活因子的合成,大劑量甲基潑尼松誘導兒童急性髓性白血病.第一百一十五頁，共132頁。

Thelesioncausedbyattackofauto-antibodyorsensitizedTcelltoauto-antigen(T細胞對自身抗體的敏感)

Normally,Tcellsagainstauto-antigenareeliminatedbyapoptosisduringthedevelopment

Whenthenegativeselectionwasderegulated(thymusdiseases),TheTcellssurviveandabnormallyproliferate,thenattackselftissue,leadtoautoimmunediseasesAutoimmuneDiseases

針對自身抗原的免疫細胞未被及時清除，機體產(chǎn)生了針對自身抗原的體液免疫和細胞免疫，導致器官組織損傷。第一百一十六頁，共132頁。自身免疫病的MRL小鼠模型:

類似人的系統(tǒng)性紅斑狼瘡,類風濕關節(jié)炎Fas突變在T細胞的下游,轉入野生型的FascDNA,不發(fā)生腎小球腎炎和淋巴結腫大,自身抗體水平也大大下降.第一百一十七頁，共132頁。腎小球腎炎：用Thy抗體制造模型,注射抗體當天無細胞凋亡,第五天凋亡增多,第14天才恢復正常。非肥胖細胞糖尿病：T細胞介導的抗胰島β細胞的自身免疫疾病。第一百一十八頁，共132頁。Rheumatoidarthritis(RA)ItiscausedbydecreasedapoptosisandincreasedproliferationofarthralcellIncreasedIL-1andTGF-β1anddecreasedFasexpression,whichinhibitapoptosisIncreasedBcl-2、Bcl-XL,whichincreasedthethresholdofapoptosisinhibitsFas/FasLapoptoticpathwayResistanceofT-cellstoapoptosis

類風濕性關節(jié)炎第一百一十九頁，共132頁。病毒感染宿主細胞誘導產(chǎn)生P53蛋白，TNF-α，IFN-γ，誘導細胞調(diào)亡。病毒可能的抗調(diào)亡機制（1）滅活p53：腺病毒（2）高表達Bcl-2或Bcl-2樣蛋白：EB病毒感染B淋巴細胞引起細胞轉化，使之無限傳代，與Burkitt淋巴瘤和鼻咽癌的發(fā)病有關第一百二十頁，共132頁。AIDS,Neurodegenerativediseases,cardiovasculardiseasesExcessinApoptosis第一百二十一頁，共132頁。AcquiredImmuneDeficiencySyndrome（AIDS）

IncreasedFasgeneexpressionH