細胞凋亡與癌癥發(fā)生

1、細胞凋亡與癌癥發(fā)生一、概述一、概述 1、細胞凋亡名稱的由來：、細胞凋亡名稱的由來： 英國英國AberdeenAberdeen大學(xué)病理系大學(xué)病理系KerrKerr教授：教授：19721972年我和年我和WyllieWyllie在研究中觀察到一種不同于在研究中觀察到一種不同于壞死的細胞死亡方式，聯(lián)想到秋日落葉，把它壞死的細胞死亡方式，聯(lián)想到秋日落葉，把它稱作稱作 ApoptosisApoptosis2 2、細胞凋亡的概念、細胞凋亡的概念3 3、細胞壞死與凋亡的差異、細胞壞死與凋亡的差異 壞死壞死 凋亡凋亡 性質(zhì)性質(zhì)病理性、非特異性病理性、非特異性生理性或病理性，特異性生理性或病理性，特異性 誘導(dǎo)因

2、素誘導(dǎo)因素強烈刺激，隨機發(fā)生強烈刺激，隨機發(fā)生較弱刺激，非隨機發(fā)生較弱刺激，非隨機發(fā)生 生化特點生化特點被動過程，無新蛋白質(zhì)合成，不耗能被動過程，無新蛋白質(zhì)合成，不耗能主動過程，有新蛋白質(zhì)合成，耗能主動過程，有新蛋白質(zhì)合成，耗能 DNA DNA電泳電泳 形態(tài)變化形態(tài)變化彌散性降解，電泳呈均一彌散性降解，電泳呈均一DNADNA片狀片狀 細胞結(jié)構(gòu)全面溶解、破壞、細胞腫脹細胞結(jié)構(gòu)全面溶解、破壞、細胞腫脹DNADNA片段化（片段化（180200 bp180200 bp），電泳呈），電泳呈“梯梯”狀條帶狀條帶 胞膜及細胞器相對完整細胞皺縮，核固縮胞膜及細胞器相對完整細胞皺縮，核固縮 炎癥反應(yīng)炎癥反應(yīng)溶酶

3、體破裂，局部炎癥反應(yīng)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)溶酶體相對完整，局部無炎癥反應(yīng) 凋亡小體凋亡小體無無有有 基因調(diào)控基因調(diào)控?zé)o無有有4 4、細胞凋亡的生理意義、細胞凋亡的生理意義 （1 1）確保正常發(fā)育、生長）確保正常發(fā)育、生長 （2 2）修復(fù)功能）修復(fù)功能 如：清除受損、突如：清除受損、突 變或衰老的細胞變或衰老的細胞 （3 3）防御功能）防御功能 如：使受到病毒感如：使受到病毒感 染的細胞凋亡染的細胞凋亡二、細胞凋亡的誘發(fā)機制氧化損傷氧化損傷 1.1.氧化應(yīng)激（氧化應(yīng)激（oxidative stressoxidative stress）的概念）的概念 指機體活性氧產(chǎn)

4、生過多或抗氧化能力下降，活性氧的清除不指機體活性氧產(chǎn)生過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程。足，導(dǎo)致活性氧在體內(nèi)積聚并引起氧化損傷的病理過程。 氧化損傷的后果之一就是誘導(dǎo)凋亡。氧化損傷的后果之一就是誘導(dǎo)凋亡。 DNADNA受損激活受損激活P53P53基因基因 膜通透性膜通透性 Ca Ca內(nèi)流內(nèi)流 DNase DNase 生物膜損傷生物膜損傷 mm 脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物 多聚多聚ADPADP核糖合成酶活化，核糖合成酶活化，NADNAD耗竭，耗竭，ATPATP大量消耗大量消耗 可活化可活化NF-kBNF-kB、AP-1AP-1，加速細胞凋亡相

5、關(guān)的一些基因表達，加速細胞凋亡相關(guān)的一些基因表達 鈣穩(wěn)態(tài)失衡鈣穩(wěn)態(tài)失衡 CaCa2 2作為許多細胞生命活動的第二信使，在細胞凋亡中的作作為許多細胞生命活動的第二信使，在細胞凋亡中的作用也倍受關(guān)注，凋亡發(fā)生時胞漿中用也倍受關(guān)注，凋亡發(fā)生時胞漿中CaCa2 2 ，并激活凋亡過程中的，并激活凋亡過程中的關(guān)鍵酶類，其誘導(dǎo)細胞凋亡的機制為：關(guān)鍵酶類，其誘導(dǎo)細胞凋亡的機制為： 激活激活CaCa2 2 /Mg/Mg2 2 依賴的依賴的DNaseDNase 激活谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶（激活谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶（GTaseGTase），促進凋亡細），促進凋亡細 胞胞中蛋白廣泛交聯(lián)，有利于凋亡小體的形成中蛋白廣泛交聯(lián)，有利于凋

6、亡小體的形成 激活激活CaCa2 2 敏感的蛋白酶敏感的蛋白酶 核骨架蛋白酶核骨架蛋白酶 核基質(zhì)蛋白核基質(zhì)蛋白 絲氨酸蛋白酶絲氨酸蛋白酶 膜蛋白膜蛋白 激活核轉(zhuǎn)錄因子，加速促凋亡基因的轉(zhuǎn)錄激活核轉(zhuǎn)錄因子，加速促凋亡基因的轉(zhuǎn)錄 線粒體損傷線粒體損傷 目前證據(jù)顯示，線粒體的目前證據(jù)顯示，線粒體的功能改變功能改變在細胞凋亡在細胞凋亡 的發(fā)生中起重要作用的發(fā)生中起重要作用 線粒體內(nèi)膜通透性線粒體內(nèi)膜通透性 線粒體內(nèi)膜的跨膜電位線粒體內(nèi)膜的跨膜電位m 能量合成水平能量合成水平線粒體功能和結(jié)構(gòu)破壞引起細胞凋亡的可能機制：線粒體功能和結(jié)構(gòu)破壞引起細胞凋亡的可能機制：凋亡誘導(dǎo)因素作用于細胞后引起凋亡誘導(dǎo)因素作

7、用于細胞后引起 線粒體內(nèi)膜跨膜電位（線粒體內(nèi)膜跨膜電位（mm）下降，）下降， 線粒體內(nèi)外膜線粒體內(nèi)外膜之間的通透性轉(zhuǎn)換孔之間的通透性轉(zhuǎn)換孔PTPPTP開放；開放；使細胞凋亡啟動因子（使細胞凋亡啟動因子（Cyt.CCyt.C）, ,凋亡蛋白酶激活因子凋亡蛋白酶激活因子（ApafApaf）和凋亡誘導(dǎo)因子（）和凋亡誘導(dǎo)因子（AIFAIF）釋放）釋放凋亡誘導(dǎo)因素凋亡誘導(dǎo)因素線粒體線粒體跨膜電跨膜電位位線粒體線粒體PTP開放開放Cyt.C,Apaf,等釋放等釋放AIF激活激活Caspases潛在潛在Dnase活化活化Dnase細胞凋亡細胞凋亡線粒體損傷線粒體損傷三、細胞凋亡的形態(tài)及生化改變?nèi)⒓毎蛲龅?/p>

8、形態(tài)及生化改變（一）凋亡細胞的形態(tài)學(xué)改變（一）凋亡細胞的形態(tài)學(xué)改變 早期：胞漿脫水，胞膜空泡化，細胞固縮早期：胞漿脫水，胞膜空泡化，細胞固縮 晚期：染色質(zhì)邊集，凋亡小體晚期：染色質(zhì)邊集，凋亡小體凋亡的起始：細胞器、染色質(zhì)等開始變化凋亡的起始：細胞器、染色質(zhì)等開始變化 凋亡小體的形成：質(zhì)膜包裹染色質(zhì)和細胞器凋亡小體的形成：質(zhì)膜包裹染色質(zhì)和細胞器 凋亡小體的消化：被吞噬細胞消化凋亡小體的消化：被吞噬細胞消化Normal Cell Apoptotic cell Scanning electron micrographs of apoptotic bodies（二）凋亡細胞的生化改變（二）凋亡細胞的生

9、化改變1.1.內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶( (Dnase)激活激活 切割染色質(zhì)切割染色質(zhì)DNADNA，CaCa2+2+/Mg/Mg2+2+(+) (+) ，ZnZn2+ 2+ (-)(-) 內(nèi)切酶在核小體切開內(nèi)切酶在核小體切開DNADNA，形成，形成180-200bp180-200bp為倍為倍數(shù)的片段數(shù)的片段 CaspasesCaspases的活性中心富含半胱氨酸的活性中心富含半胱氨酸，對底物天對底物天 冬氨酸部位有特異的水解作用冬氨酸部位有特異的水解作用 生物化學(xué)特征生物化學(xué)特征 胞漿內(nèi)胞漿內(nèi)CaCa2+2+濃度升高。濃度升高。 細胞內(nèi)活性氧增多。細胞內(nèi)活性氧增多。 質(zhì)膜通透性變大。質(zhì)

10、膜通透性變大。 DNADNA內(nèi)切酶活性被激活內(nèi)切酶活性被激活 升高，雙鏈升高，雙鏈DNADNA在核小體在核小體 之間切斷形成之間切斷形成180200bp180200bp 為基數(shù)的有序片段。為基數(shù)的有序片段。 型谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶和需鈣型谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶和需鈣 蛋白酶（蛋白酶（CalpainCalpain）活性升高。）活性升高。典型凋亡細胞典型凋亡細胞DNADNA瓊脂糖凝膠電泳瓊脂糖凝膠電泳呈現(xiàn)梯狀條帶呈現(xiàn)梯狀條帶典型凋亡細胞DNA瓊脂糖凝膠電泳（呈現(xiàn)梯狀條帶） CaspaseCaspase家族家族凋亡的執(zhí)行者凋亡的執(zhí)行者CaspaseCaspase活性位點是半胱氨酸，裂解靶蛋白位點是活性位點是半胱氨

11、酸，裂解靶蛋白位點是天冬氨酸殘基后的肽鍵，因此稱為天冬氨酸殘基后的肽鍵，因此稱為Cysteine Cysteine aspartic acic specific proteaseaspartic acic specific protease，即，即CaspaseCaspase特點：前體形式存在特點：前體形式存在, , 級聯(lián)反應(yīng)級聯(lián)反應(yīng)作用：作用： 滅活凋亡抑制物滅活凋亡抑制物 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)活性蛋白水解凋亡相關(guān)活性蛋白 DNA ladder Detection of DNA fragmentation 四、凋亡發(fā)生途徑與調(diào)控四、凋亡發(fā)生途

12、徑與調(diào)控（一）凋亡發(fā)生途徑（一）凋亡發(fā)生途徑 Fas-FasL,Fas-FasL, TNF-TNFR1, TNF-TNFR1, TRAIL-DRs TRAIL-DRs (TNF-related apoptosis inducing (TNF-related apoptosis inducing ligand)ligand)Hengartner, M.O. 2000. Nature. 407:770.Green, D. and Kroemer, G. 1998. Trends Cell Biol. 8:267.Mitochondrial PathwayDeath Receptor Pathway

13、FasLCaspase 3DDDDFas/Apo1/CD95FADDProcaspase 8Caspase 8BIDoxidants ceramideothersBcl-2DCytochromecdATPProcaspase 9Apaf -1dATPApaf -1Caspase 9Procaspase 3apoptosomeDNA damageCellular targets細胞凋亡的兩條主要途徑Apoptosis protein activiting factor 1p53DNA damageBaxFas associated protein with death domaincaspase

14、3Growth factorGrowth inhibitor cytokines不依賴不依賴caspasecaspase的細胞凋亡：的細胞凋亡： 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，此過程不依賴caspase（二）細胞凋亡的調(diào)控 1 1、BcL-2BcL-2族分子族分子 BcL-2BcL-2 : : bcL-2基因是細胞凋亡研究中最受重視的癌基因之一,其表達的蛋白質(zhì)BcL-2蛋白最初發(fā)現(xiàn)于B-淋巴細胞瘤/白血病-2（B cell B

15、cell lymphoma/Leukemia-2,BcL-2)lymphoma/Leukemia-2,BcL-2)而得名，與線蟲ced9基因表達的Ced-9分子在結(jié)構(gòu)上有同源性，具有抗凋亡作用。BcL-2BcL-2的高表達能阻抑多種凋亡誘導(dǎo)因素所引發(fā)的細胞凋亡。如-射線、糖皮質(zhì)激素、熱休克、多種化療藥物。1）BcL-2的同源基因和蛋白的同源基因和蛋白 BcL-2 BcL-2家族有近家族有近3030種不同的蛋白分子，這些成員中種不同的蛋白分子，這些成員中共有共有4 4種種BcL-2BcL-2同源結(jié)構(gòu)域（同源結(jié)構(gòu)域（BH1-4)BH1-4)，每種蛋白含有至，每種蛋白含有至少一個少一個BHBH 抗凋

16、亡抗凋亡BcL-2BcL-2蛋白蛋白 BcL-2BcL-2，BcL-wBcL-w，BcL-XBcL-XL L、BFL-1BFL-1、Brag-1Brag-1、 MCL-1MCL-1，AIAI。 促凋亡促凋亡BcL-2BcL-2蛋白蛋白 BaxBax，Bak, BokBak, Bok，BcL-XBcL-X等。等。 BH3-onlyBH3-only亞家族亞家族( (促凋亡）促凋亡） Bid ，Bad,，Bim， Bik，Blk，Hrk,Bnip3等等, BH3BH3BH1BH1BH2BH2TMTMBH3BH3TMTMBH3BH3TMTMBH4BH4BH3BH3BH1BH1BH2BH2抗凋亡成員抗凋

17、亡成員促凋亡成員促凋亡成員Bcl2 homodimerBcl2.BAX heterodimerBAX homodimerBlocks apoptosis Promotes survivalInactiveSimulates apoptosis Preventts survivalResponse is determined by the dimerisation state of Bcl2 and BAX BcL-2 BcL-2基因家族成員自身或彼此之間有形成二聚體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或多聚體的能力 BcL-2BcL-2家族的蛋白與蛋白相互作用調(diào)節(jié)著細胞的存家族

18、的蛋白與蛋白相互作用調(diào)節(jié)著細胞的存活與凋亡活與凋亡2 2）BcL-2BcL-2抗凋亡機制：抗凋亡機制： 直接抗氧化直接抗氧化 抑制線粒體釋放促凋亡蛋白質(zhì)抑制線粒體釋放促凋亡蛋白質(zhì) 抑制凋亡調(diào)節(jié)蛋白的細胞毒作用抑制凋亡調(diào)節(jié)蛋白的細胞毒作用 抑制凋亡蛋白酶的激活抑制凋亡蛋白酶的激活 維持細胞鈣穩(wěn)態(tài)維持細胞鈣穩(wěn)態(tài)2 2、P53P53基因的調(diào)節(jié)基因的調(diào)節(jié)修復(fù)受損的修復(fù)受損的DNADNA，如修復(fù)失敗則誘導(dǎo)細胞凋亡，如修復(fù)失敗則誘導(dǎo)細胞凋亡 P53蛋白蛋白+細胞凋亡細胞凋亡突變的突變的P53P53 失活的失活的P53P53喪失監(jiān)視喪失監(jiān)視DNADNA損傷的功能損傷的功能射線，毒素射線，毒素3 3、原癌基因

19、與細胞凋亡調(diào)控、原癌基因與細胞凋亡調(diào)控 多種原癌基因參與細胞凋亡的調(diào)節(jié)多種原癌基因參與細胞凋亡的調(diào)節(jié) c-mycc-myc是一種癌基因，是調(diào)控細胞周期的主是一種癌基因，是調(diào)控細胞周期的主要基因。編碼的蛋白是要基因。編碼的蛋白是DNADNA結(jié)合蛋白，調(diào)控基結(jié)合蛋白，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，在因轉(zhuǎn)錄，在GFGF充足時主要激活介導(dǎo)細胞增殖的充足時主要激活介導(dǎo)細胞增殖的基因；反之激活凋亡基因基因；反之激活凋亡基因 c-ablc-abl激活后，其激酶活性能促進激活后，其激酶活性能促進statstat轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄因子上調(diào)因子上調(diào)BcL-XL，抑制細胞凋亡。抑制細胞凋亡。STI571STI571是該是該激酶的抑制劑，能殺

20、死激酶的抑制劑，能殺死CMLCML白血病細胞白血病細胞4 4、Caspase Caspase 天然抑制物的調(diào)節(jié)天然抑制物的調(diào)節(jié) 細胞內(nèi)存在天然的Caspase抑制物-IAP(Inhibitor of Apoptosis Proteins) 發(fā)現(xiàn)幾種不同的IAP:XIAP(X-Linked IAP);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、細胞凋亡失衡與癌癥五、細胞凋亡失衡與癌癥 凋亡不足：凋亡不足： 癌癥 自身免疫性疾病 病毒感染等 凋亡過度：凋亡

21、過度： 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)性疾病凋凋亡亡減減弱弱性性疾疾病病 凋凋亡亡增增強強性性疾疾病病 腫 瘤 神 經(jīng) 元 退 行 性 疾 病 濾 泡 性 淋 巴 瘤 A lz h e im e r 病 伴P 5 3突 變 的 肉 瘤 肌 萎 縮 性 側(cè) 索 硬 化 癥 激 素 依 賴 性 腫 瘤 青 光 眼 乳 腺 癌 小 腦 退 行 性 病 前 列 腺 癌 脊 肌 肉 萎 縮 卵 巢 癌 H u n t in g t o n 病 白 血 病 P a r k in s io n 病 原 發(fā) 性 肝 癌 造 血 衰 竭 性 疾 病 自 身 免 疫 病 再

22、生 障 礙 性 貧 血 系 統(tǒng) 性 紅 斑 瘡 骨 髓 增 生 異 常 綜 合 癥 系 膜 增 殖 性 腎 小 球 腎 炎 缺 血 損 傷 非 肥 胖 糖 尿 病 心 肌 缺 血 病 毒 感 染 中 風(fēng) 皰 疹 病 毒 缺 血 再 灌 損 傷 痘 病 毒 肝 疾 病 腺 病 毒 病 毒 性 肝 炎 桿 狀 病 毒 酒 中 毒 性 肝 炎 慢 性 炎 癥 疾 病 藥 物 性 肝 炎 哮 喘 慢 支 氣 管 炎 膽 鹽 性 肝 炎 急 性 呼 吸 窘 綜 合 征 其 他 艾 滋 病 牛 皮 癬 嗜 酸 性 粒 細 胞 存 活 加 強 骨 疏 松 癥 1 1、細胞凋亡與癌癥發(fā)生、細胞凋亡與癌癥發(fā)生

23、細胞凋亡的信號感受、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 細胞凋亡的缺乏在癌癥發(fā)生中發(fā)揮了重要的作用。細胞凋亡的缺乏在癌癥發(fā)生中發(fā)揮了重要的作用。TNFTNF受受 體家族的突變與癌癥發(fā)生有關(guān)；體家族的突變與癌癥發(fā)生有關(guān)； 實驗發(fā)現(xiàn)過度表達實驗發(fā)現(xiàn)過度表達Bcl2Bcl2的轉(zhuǎn)基因鼠造血細胞過度增生，并的轉(zhuǎn)基因鼠造血細胞過度增生，并 由于凋亡抑制而最終發(fā)生淋巴瘤。由于凋亡抑制而最終發(fā)生淋巴瘤。 Bcl2 Bcl2 家族蛋白促凋亡和抑制凋亡分子的平衡失常，可致細家族蛋白促凋亡和抑制凋亡分子的平衡失常，可致細 胞獲得生存優(yōu)勢，有助于癌癥的發(fā)生。胞獲得生存優(yōu)勢，有助于癌癥的發(fā)生。 P53P53的遺傳缺陷因不能通過凋亡去除異常細胞而引發(fā)癌癥。的遺傳缺陷因不能通過凋亡去除異常細胞而引發(fā)癌癥。 CaspaseCaspase功能失活與癌癥的發(fā)生有一定關(guān)系。功能失活與癌癥的發(fā)生有一定關(guān)系。 CaspaseCaspase抑制因子（抑制因子（IAP)IAP)表達水平的升高能阻止腫瘤細胞的表達水平的升高能阻止腫瘤細胞的 凋亡，使腫瘤細胞具有生存優(yōu)勢，癌癥得以發(fā)生和發(fā)展凋亡，使腫瘤細胞具有生存優(yōu)勢，癌癥得以發(fā)生和