第九章細胞凋亡microsoftpowerpoint演示文稿

1、第九章細胞凋亡microsoftpowerpoint演示文稿第一節(jié) 概 述定義：由體內(nèi)外因素觸發(fā)細胞內(nèi)預(yù)存的死亡程序而導(dǎo)致的細胞死亡過程稱為細胞凋亡（又稱為程序性細胞死亡）細胞凋亡(apoptosis)，是1972年由Kerr等建議用來描述伴隨細胞死亡的一系列形態(tài)學上固定的變化形式?！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，淋巴細胞發(fā)育過程中的凋亡現(xiàn)象。1980年:Wyllie研究胸腺細胞在糖皮質(zhì)激素作用下引致的細胞凋亡變化，總結(jié)并建立了細胞凋亡的共同形態(tài)學特征，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)基因和負相調(diào)節(jié)基因細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、失去功能價值的細胞（指趾間組織細胞）維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定：清除受損突變細胞，自身反應(yīng)細胞，衰老細胞發(fā)揮積極的防御功能：感染病毒細胞凋亡，阻止病毒復(fù)制第二節(jié) 細胞凋亡的過程與調(diào)控 一、細胞凋亡的大致過程 凋亡大致可分為四個階段：凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡基因激活細胞凋亡的執(zhí)行凋亡細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激活巨噬細胞吞噬分解凋亡細胞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)細胞膜細胞核凋亡誘導(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激活凋亡細胞的清除凋亡執(zhí)行二、凋亡時細胞的主要變化（一）細胞凋亡的形態(tài)學改變細胞凋亡的特征是細胞首先變圓,隨即與鄰周細胞脫離,失去微絨毛,胞漿濃縮,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張呈泡狀并與細胞膜融合,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,進而細胞膜內(nèi)陷將細胞自行分割為多個外有膜包裹、內(nèi)涵物不外泄的細胞凋亡小體，被吞噬細胞或鄰周細胞所識別、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凋亡時細胞的形態(tài)學改變凋亡過程與調(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胞體積縮小，胞漿濃縮紅

5、染，呈嗜酸性變；或胞漿進一步濃縮，細胞變圓，核碎裂、溶解消失，呈嗜酸性小體狀（二）細胞凋亡的生化改變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：滅活細胞凋亡抑制物（Bcl-2）水解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細胞解體，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功能 Caspase的作用細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 強烈刺激，隨機發(fā)生被動過程，無新蛋白合成細胞腫脹、細胞結(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，非隨機發(fā)生主動過程，有新蛋白合成胞膜及細胞器相對完整細胞皺縮，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、細胞浸潤凋亡三細胞凋亡的調(diào)控（一）細胞凋亡的相關(guān)因素1. 誘導(dǎo)性因素激素和生長因子失衡：缺乏（IL-2，淋巴細胞凋亡）或過多（糖皮質(zhì)激素，淋巴細胞凋亡） 理化因素：射線、高溫、強酸、強堿、乙醇、抗癌藥物等 免疫性因素：如，CTL分泌粒酶靶細胞凋亡微生物因素：細菌、病毒及毒素。（HIV） 抑制性因素： （1）細胞因子：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淋巴細胞Ca2+水平，B淋巴細胞凋亡用Ca2+絡(luò)合劑降低胞內(nèi)Ca2+水平，阻止細胞凋亡 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、病細胞及胸腺細胞凋亡糖皮質(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：細胞膜跨膜蛋白Fas蛋白+Fas配體（抗Fas）細胞凋亡機制：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)細胞凋亡的依據(jù)：用天然神經(jīng)酰胺處理u937白血病

10、細胞，誘導(dǎo)細胞凋亡神經(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)的小鼠胸腺細胞凋亡PKC激動劑佛波脂可抑制某些類型細胞凋亡（糖皮質(zhì)激素、T細胞受體激活、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)磷酸化細胞分化生長因子或細胞因子撤除不能激活酪氨酸蛋白激酶系統(tǒng)細胞凋亡（三）凋亡相關(guān)基因三

11、類：抑制凋亡基因：Bcl-2、EIB、IAP促進凋亡基因：P53、Bax、ICE雙向調(diào)節(jié)基因：c-myc、Bclx(B細胞淋巴瘤/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、細胞膜內(nèi)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核膜作用：Bcl-2高表達能阻抑多種凋亡誘導(dǎo)因素所引起的細胞凋亡依據(jù)：導(dǎo)入Bcl-2基因質(zhì)?？煞乐股窠?jīng)細胞因撤除神經(jīng)生長因子所誘導(dǎo)的凋亡淋巴細胞性白血病病人,外周淋巴細胞有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的細胞毒作用 抑制凋亡蛋白酶（caspases）的激活 維持細胞鈣穩(wěn)態(tài)Bcl-2抗凋亡作用機制：作用：野生型（wtP53）：DNA結(jié)合蛋白，誘導(dǎo)細胞凋亡（“分子警察”）突變型（mtP53） ：抑制細胞凋亡野生型P53的作用機制：P53蛋白細胞周期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的表達阻止細胞進入下一周期，啟動DNA修復(fù)機制修復(fù)失敗啟動細胞凋亡機制細胞凋亡c-myc: 一種癌基因，它能誘導(dǎo)增殖，也能誘導(dǎo)細胞凋亡，具有雙向調(diào)節(jié)作用。作用機制：c-myc蛋白為重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，既可介導(dǎo)細胞增殖的基因，也可激活介導(dǎo)細胞凋亡的

13、基因，其作用取決于細胞接受何種信號及細胞的生長環(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蛋白抑制細胞凋亡，Bcl-Xs蛋白促進細胞凋亡（合成以誰為主） 3.c-myc,Bcl-x第三節(jié) 細胞凋亡的發(fā)生機制一、氧化損傷氧化損傷的后果之一：細胞凋亡依據(jù)：各種氧化劑（H2O2）可直接誘導(dǎo)細胞凋亡抑制超氧化物歧化酶（SOD）活性可誘導(dǎo)細胞凋亡抗氧化劑（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攻擊細胞膜不飽和脂肪酸，脂質(zhì)過氧化，細胞膜損傷或產(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)基因表達氧化損傷引起細胞凋亡的可能機制：二、鈣穩(wěn)態(tài)失衡細胞鈣穩(wěn)態(tài)失衡是細胞凋亡的重要機機制之一依據(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Ca2+在ATP的配合下使DNA鏈舒展，暴露核小體之間的連接區(qū)內(nèi)的酶切位點，有利于DNA內(nèi)切酶切割DNA鈣穩(wěn)態(tài)失衡引起細胞凋亡的可能機制：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)細胞凋亡在細胞核出現(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，可防止細胞凋亡（B

16、cl-2）線粒體改變引起細胞凋亡的機制： 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) 細胞凋亡與疾病一、細胞凋亡不足（一）腫瘤發(fā)生機制：目前認為：細胞增殖過度是腫瘤發(fā)病的一個途徑，凋亡受抑、細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)腫瘤細胞存活延長，存活大于死亡，腫瘤細胞數(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抑制細胞凋亡（肺小細胞癌等） 發(fā)生機制：從細胞凋亡角度看自身免疫病的發(fā)病是由于細胞凋亡不足，未能有效清除自身免疫性T細胞所致。依據(jù)：糖皮質(zhì)激素能誘導(dǎo)淋巴細胞凋亡，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-再灌注損傷目前認為：心肌缺血與心肌缺血-再灌注損傷造成的心肌細胞損傷不但有壞死，也有細胞凋亡（干預(yù)靶點）。細胞凋亡的特點：缺血早期以細胞凋亡為主，晚期以細胞壞死為主梗死灶中央通常以壞死為主，周邊部分以細胞凋亡為主輕度缺血以細胞凋亡為主，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

18、胞凋亡比同時間的單純?nèi)毖鼑乐丶毙?、嚴重的心肌缺血以壞死為主，慢性、輕度的心肌缺血以細胞凋亡為主細胞凋亡的機制：氧化應(yīng)激有關(guān)（SOD可減少細胞凋亡）Fas上調(diào)通過與FasL反應(yīng)導(dǎo)致細胞凋亡與P53基因激活有關(guān)（缺氧可增加P53基因的轉(zhuǎn)錄）細胞凋亡與心力衰竭的關(guān)系：心肌細胞凋亡造成心肌細胞數(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，心肌細胞數(shù)量減少，經(jīng)分析是由細胞凋亡造成心衰病人心肌標本，心肌凋亡指數(shù)高達35.5%，對照組為0.2-0.4%誘因：氧化應(yīng)激、壓力或容量負荷過重、神經(jīng)-內(nèi)分泌失調(diào)、細胞因子、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30-50%，有時高達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，腦室擴大。（二）神經(jīng)元退