細胞凋亡與疾病詳解演示文稿

細胞凋亡與疾病詳解演示文稿當前1頁，總共53頁。（優(yōu)選）細胞凋亡與疾病當前2頁，總共53頁。2002年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎獲得者2002年10月7日英國人悉尼·布雷諾爾、美國人羅伯特·霍維茨和英國人約翰·蘇爾斯頓，因在器官發(fā)育的遺傳調(diào)控和細胞程序性死亡方面的研究獲諾貝爾諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston當前3頁，總共53頁。概述細胞凋亡(apoptosis，APO)在生理和病理條件下，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，即細胞在自身基因調(diào)控下進行的一種主動死亡過程，故又稱程序性細胞死亡(PCD)。有人認為前者為形態(tài)學(xué)概念，后者為功能性概念?？刂萍毎蛲龅幕蛴址Q為“自殺基因”。當前4頁，總共53頁。細胞壞死與凋亡的比較當前5頁，總共53頁。當前6頁，總共53頁。APO的過程凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡基因激活細胞凋亡執(zhí)行凋亡細胞清除凋亡誘導(dǎo)因素+受體cAMPCa2+神經(jīng)酰胺通過死亡信號或死亡功能域使凋亡相關(guān)基因激活DNAase和Caspases激活細胞發(fā)生凋亡凋亡細胞被吞噬細胞吞噬并分解誘導(dǎo)期效應(yīng)期降解期當前7頁，總共53頁。

APO的主要變化（圖）⒈形態(tài)學(xué)改變：細胞皺縮、胞膜空泡化、胞核固縮、胞膜內(nèi)陷形成凋亡小體⑴胞膜：細胞縮小、與周圍脫離接觸，胞漿脫水，胞膜空泡化，細胞出現(xiàn)固縮。⑵胞質(zhì)：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)疏松、擴張，和胞膜融合，形成出芽；核糖體、溶酶體、線粒體等聚集，但結(jié)構(gòu)變化不大。⑶胞核：染色質(zhì)逐漸凝集成新月狀，出現(xiàn)邊集附于核膜，嗜堿性增強，進而核仁裂解。⑷凋亡小體：胞膜皺縮內(nèi)陷，分割包裹胞漿，形成的泡狀小體。小體內(nèi)有胞漿碎裂的核物質(zhì)和亞微結(jié)構(gòu)。⑸清除：凋亡小體被周圍吞噬細胞吞噬降解。當前8頁，總共53頁。⑴核酸內(nèi)切酶(DNase)的激活與DNA的片段化：DNase：凋亡蛋白酶激活的DNA酶（CAD）被激活后，（caspase水解ICAD后，ICAD與CAD分離，進入胞核。）先將DNA水解為50-300kb片段，然后，在染色質(zhì)中的基本結(jié)構(gòu)單位核小體之間的連接區(qū)將DNA內(nèi)切成180bp倍數(shù)的核苷酸片段[DNA的片段化]，呈梯狀電泳現(xiàn)象。Ca2+/Mg2+可增強DNase活性，Zn2+可抑制DNase活性。2.生化改變：重要變化為DNA的片段化斷裂和蛋白質(zhì)的降解.當前9頁，總共53頁。⑵凋亡蛋白酶(caspase)的激活及作用:

caspase為天冬氨酸特異的半胱氨酸蛋白酶又稱半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶。它們有兩個特征：①都是含有半胱氨酸的蛋白酶；②作用部位都在天冬氨酸殘基后的位點。最早發(fā)現(xiàn)的是ICE(即caspase-1)。已發(fā)現(xiàn)14個成員，這些caspases成員在氨基酸序列、空間結(jié)構(gòu)及底物特異性上均有相似性；合成前均以凋亡蛋白酶前體（酶原）(procaspase)(30-50kD)形式存在。

當前10頁，總共53頁。Procaspase的結(jié)構(gòu)特點procaspase可被切割為大約20kD和10kD的兩個大小亞基及一個NH2末端結(jié)構(gòu)域。各結(jié)構(gòu)域之間由天冬氨酸水解酶識別結(jié)構(gòu)分隔。(1)NH2末端結(jié)構(gòu)域的序列和長度高度變異，這可能與caspase所表現(xiàn)的不同功能及活化機制有關(guān)。(2)所有procaspase的各結(jié)構(gòu)域之間具有相同的分割區(qū)域，即它有自身活化或被具有相同結(jié)構(gòu)特點的酶活化。procaspase被激活的過程相似，即通過功能區(qū)間特異位點的蛋白酶解，繼而以大小亞單位形式形成異源二聚體，進一步形成四聚體（caspase活化）。

當前11頁，總共53頁。依據(jù)caspases結(jié)構(gòu)和功能的不同又可分為三大類：①啟動子caspase：包括具有長N端前區(qū)的caspase-2,8,9,10，能對凋亡信號作出反應(yīng)，啟動細胞的自殺過程；其中8、10的N端結(jié)構(gòu)域含死亡效應(yīng)子區(qū)(DED)，而9含的是類似DED的caspase募集功能域(CARD)。②效應(yīng)子caspase：包括具有短N端前區(qū)的caspase-3,6,7,是細胞凋亡的執(zhí)行者，能水解特定蛋白底物。③與炎癥有關(guān)的caspase：1,4,5,11,12,13,14。當前12頁，總共53頁。信號TNF相關(guān)蛋白存活因素缺失化療藥物發(fā)育信號Caspases活化因子死亡受體細胞色素C釋放Apaf-1FADD起始Caspase效應(yīng)CaspaseCaspase-3（-6，-7）Caspase8（-10）Caspase-9執(zhí)行凋亡（裂解凋亡調(diào)控因子，裂解看家蛋白，DNA斷裂)Caspases的活化與級聯(lián)反應(yīng)當前13頁，總共53頁。Caspases酶解底物有60多種Caspases自身IL-1β前體、PARP(聚ADP-核糖聚合酶：參與DNA修復(fù))Lamina(核纖層蛋白:被Caspase破壞后，核隨即裂解)DNA-PK(DNA依賴的蛋白激酶：參與DNA修復(fù))細胞骨架蛋白:被Caspase水解后,形成凋亡小體hnRNP（不均質(zhì)核糖核蛋白）ICAD（凋亡蛋白酶激活的DNA酶抑制物：被Caspase水解后，使CAD活化，并使DNA的片段化。）當前14頁，總共53頁。Caspase的作用：①滅活細胞凋亡的抑制物(ICAD；Bcl-2);②水解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細胞解體，形成凋亡小體：Lamina(核纖層蛋白)，被Caspase破壞后，核隨即裂解。③分解與細胞骨架構(gòu)成相關(guān)的蛋白：PAK2可使細胞結(jié)構(gòu)重組并凋亡。瓦解核結(jié)構(gòu)成核碎片。④參與凋亡級聯(lián)反應(yīng)，如：啟動子caspase-9可使caspase-3前體水解→效應(yīng)子caspase-3。

當前15頁，總共53頁。⑶鈣離子的動員：胞內(nèi)Ca2+增多，激活鈣依賴性的酶如核酸內(nèi)切酶、鈣蛋白酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶，分別可導(dǎo)致DNA降解和染色質(zhì)凝集、細胞骨架紊亂與細胞皺縮，以及胞質(zhì)蛋白質(zhì)交聯(lián)（如γ谷氨酰與ε賴氨酸基交聯(lián)）、維持凋亡小體完整、防止細胞內(nèi)涵物外溢等；當前16頁，總共53頁。APO的調(diào)控（一）細胞凋亡信號生理性凋亡信號某些激素和細胞因子的直接作用糖皮質(zhì)激素→淋巴細胞凋亡↑甲狀腺素→蝌蚪尾巴凋亡

TNF→多種細胞凋亡某些激素和細胞因子的間接作用睪丸組織↓→睪丸酮↓→前列腺上皮細胞凋亡↑腺垂體→ACTH↓→腎上腺皮質(zhì)細胞凋亡↑當前17頁，總共53頁。病理性凋亡信號誘導(dǎo)性的因素：微生物細菌、病毒理化因素射線、化學(xué)毒物、氧自由基化療藥物多途徑誘導(dǎo)癌細胞凋亡免疫性因素CTL分泌粒酶致靶細胞凋亡抑制性的因素：化學(xué)促癌物某些病毒（EB、乳頭狀瘤）當前18頁，總共53頁。（二）APO信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)

APO信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)是連接誘導(dǎo)性因素與核DNA片段化斷裂及細胞結(jié)構(gòu)蛋白降解的中間環(huán)節(jié)。調(diào)亡誘導(dǎo)因素核酸內(nèi)切酶激活DNA片段化凋亡蛋白酶激活細胞結(jié)構(gòu)蛋白降解信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)凋亡相關(guān)基因激活當前19頁，總共53頁。FSALFADDPro-caspase-8Caspase-8Caspase-3Pro-caspase-3細胞凋亡生長因子、信號、Fas抗體FASFADD（Fas-associateddeathdomain）；DD（deathdomain）；DED（deatheffectordomain）。DEDDEDDDcaspase-10APO信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)的通路：1.死亡受體激活途徑：由死亡因子(TNFα、FasL等)與胞膜受體(如TNFR1、Fas、DR3)結(jié)合而激活胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合物DISCtBidBid線粒體凋亡通路當前20頁，總共53頁。Fas細胞膜FasL腫瘤壞死因子受體家族Caspase-1降解H1組蛋白DNA暴露酶切位點胞外抗Fas抗體、免疫細胞表面的FasL及可溶性FasL等神經(jīng)鞘磷脂酶活性神經(jīng)酰胺激活蛋白激酶caspases級聯(lián)反應(yīng)Ca2+信號系統(tǒng)核酸內(nèi)切酶細胞凋亡當前21頁，總共53頁。2.線粒體激活途徑(死亡受體非依賴的凋亡途徑)：在凋亡誘導(dǎo)信號作用下，線粒體膜受損，釋放Cyt.c進入胞漿與Apaf-1、ATP和caspase9形成凋亡復(fù)合物，最后使caspase3激活。膜通透性↑、線粒體腫脹、△m↓Apaf-1活化Cyt.cCa2+NO缺血缺氧活性氧MPTP開放Cyt.c+Pro-caspase-9Caspase-9ATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cCARD凋亡復(fù)合體apoptosome凋亡Pro-Caspase-3Caspase-3AIF活化DNase(+)Smac/Diablo阻斷IAPs當前22頁，總共53頁。線粒體介導(dǎo)凋亡的機制Cyto-C＋Apaf-1→procaspase-9↑→caspase-9↑AIF→Cyto-C↑→凋亡的信號↑→核酸內(nèi)切酶↑↑Smac/Diablo→↓凋亡抑制蛋白當前23頁，總共53頁。細胞凋亡的主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路線粒體通路死亡受體通路當前24頁，總共53頁。（三）凋亡相關(guān)基因目前發(fā)現(xiàn)與細胞凋亡有關(guān)的基因有3類:促進、抑制、協(xié)助細胞凋亡基因凋亡誘導(dǎo)因素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因激活凋亡促進抑制促進基因wtp53Bax雙向基因c-myc抑制基因Bcl-2Bcl-XL當前25頁，總共53頁。（1）Bcl-2家族：有抗凋亡基因如Bcl-2、Bcl-XL，促凋亡基因如Bax、Bak等成員。Bcl-2(B淋巴細胞瘤基因)是哺乳動物中發(fā)現(xiàn)的第一個與線蟲ced-9同源的、能抑制細胞凋亡的原癌基因。Bcl-2蛋白主要分布于細胞膜系統(tǒng)，Bcl-2的高表達可防止多種誘導(dǎo)因素引起的細胞凋亡。抗與促凋亡的成員相互作用如Bax、Bik（圖）決定其凋亡閾值。

除去NGF↑NGF＋神經(jīng)細胞→細胞凋亡↑↑轉(zhuǎn)染Bcl-2↑→神經(jīng)細胞凋亡↓淋巴細胞性白血病病人：Bcl-2陽性20﹪當前26頁，總共53頁。Bcl-2抗凋亡的主要機制:

①直接抗氧化作用；②抑制線粒體釋放促凋亡的蛋白質(zhì):Cyt.c、AIF③抑制促凋亡調(diào)節(jié)蛋白Bax、Bak的作用；④抑制caspase的激活：Bcl-2能夠結(jié)合和滅活A(yù)paf-1，阻斷對caspase-9活化；也能特異地結(jié)合Cyt.c。⑤維持細胞鈣穩(wěn)態(tài)。當前27頁，總共53頁。Bcl-2作用機制示意圖：Bcl-2Caspase抑制劑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-9apoptosome

AIFCaspase-9Pro-Caspase-3Caspase-3凋亡caspase-independentapoptosis當前28頁，總共53頁。（2）p53基因：wtp53誘導(dǎo)細胞凋亡，通過細胞凋亡抑制腫瘤的生長；而mtp53則可抑制細胞凋亡。wtp53編碼蛋白是一種DNA結(jié)合蛋白，它能在細胞G1期發(fā)揮檢查功能，DNA受損傷則修復(fù)，修復(fù)失敗則促使細胞凋亡。wtp53被稱為“分子警察”，對機體起保護作用。DNA損傷

wtp53凋亡“分子警察”S期CIP當前29頁，總共53頁。wtP53細胞凋亡修復(fù)失敗細胞阻滯于G1期缺陷的DNAwtP53CKI表達修復(fù)成功細胞周期“分子警察”?周期素依賴性激酶(CDK)抑制因子當前30頁，總共53頁。（3）c-myc和Bcl-x：c-myc為癌基因，其編碼的蛋白為重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，既可激活介導(dǎo)細胞增殖的基因，也可激活介導(dǎo)細胞凋亡的基因。Bcl-x基因可翻譯出兩種蛋白Bcl-XL和Bcl-XS，前者抑制細胞凋亡，后者促進細胞凋亡。myc增殖凋亡當前31頁，總共53頁。細胞凋亡的生理意義：1、確保正常生長、發(fā)育胚胎發(fā)育過程中，指（趾）間組織通過細胞凋亡形成指（趾）間隙。2、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定受損、突變、衰老的細胞以及針對自身抗原的T細胞、癌前病變細胞等大多通過細胞凋亡清除。3、防御功能被病毒感染的細胞通過細胞凋亡、使DNA降解，阻止病毒復(fù)制。

細胞凋亡與疾病當前32頁，總共53頁。細胞凋亡與疾病細胞凋亡不足細胞凋亡過度細胞凋亡不足與過度并存“該死的細胞沒死”“不該死的細胞死了”當前33頁，總共53頁。一、細胞凋亡不足(一)腫瘤：腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移與腫瘤細胞凋亡不足與都有關(guān)。bcl-2基因過表達：如B細胞淋巴瘤、神經(jīng)母細胞瘤、白血病、前列腺癌和結(jié)腸癌等存在Bcl-2高水平表達。（圖）p53基因缺失或突變：wtp53↓、mtp53↑(非小細胞肺癌p53突變率達50%)；當前34頁，總共53頁。腫瘤細胞凋亡不足的可能機制調(diào)控凋亡相關(guān)信號的異常：包括促凋亡信號（如TNF和Fas↓）和抑凋亡信號（如EGF↑）的異常。(乳腺癌圖)誘導(dǎo)凋亡相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的障礙：包括死亡受體和線粒體介導(dǎo)的相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路異常。乳腺癌組織中Fas受體表達降低；乳腺癌組織中Fas與癌細胞凋亡率呈正相關(guān)。實施凋亡相關(guān)基因表達的異常：包括抑凋亡基因和促凋亡基因的異常，尤其是Bcl-2和p53。mtp53↑則腫瘤的發(fā)生率增高。執(zhí)行凋亡相關(guān)酶活性的異常:

包括caspase和核酸內(nèi)切酶等活性異常。

Caspase活性下降，則瘤細胞凋亡明顯下降。當前35頁，總共53頁。(二)病毒感染性疾病

正常時宿主可利用細胞凋亡介導(dǎo)感染病毒的細胞自殺。但病毒及其產(chǎn)物抗凋亡的可能機制有：滅活P53：腺病毒的基因表達EIB55kD蛋白和EIB19kD蛋白都可結(jié)合P53；高表達Bcl-2：EB病毒的產(chǎn)物潛伏蛋白(LMP)能特異性上調(diào)Bcl-2，防止B細胞凋亡。當前36頁，總共53頁。(三)自身免疫性疾病T細胞的正、負選擇理論：正選擇：與非已抗原-MHC抗原結(jié)合的TCR的單陽性細胞保留存活，進入外周T細胞庫。負選擇：與自身抗原-MHC抗原結(jié)合的TCR的雙陽性細胞通過細胞凋亡被清除。負選擇失調(diào)→多發(fā)性硬化癥、胰島素依賴性糖尿病、慢性甲狀腺炎、SLE自身免疫性疾?。河捎诩毎蛲霾蛔?，未能有效清除自身免疫性T細胞所致。糖皮質(zhì)激素對這類病的治療就是其誘導(dǎo)了自身免疫性T細胞凋亡。當前37頁，總共53頁。(一)AIDS發(fā)病

人體HIV感染后引起的,以CD4+T細胞被選擇性破壞，導(dǎo)致其數(shù)量顯著下降，相關(guān)免疫功能缺陷。其機制：1.宿主細胞CD4+有g(shù)p120表達，可與CD4+結(jié)合→線粒體途徑；gp120與病毒蛋白(Vpr)結(jié)合→G2期阻滯。2.CD4+淋巴細胞Fas基因表達上調(diào)→死亡受體途徑；3.受染的巨噬細胞分泌TNF↑→與死亡受體結(jié)合→誘導(dǎo)凋亡；受染的CD4+→分泌氧自由基↑→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)→誘導(dǎo)凋亡；二、細胞凋亡過度當前38頁，總共53頁。4.受染的CD4+

→產(chǎn)生Tat蛋白(反式激活蛋白)→進入CD4+細胞→誘導(dǎo)氧自由基產(chǎn)生并增強Fas表達；5.受激活的T淋巴細胞→促使受染的CD4+

→產(chǎn)生激活誘導(dǎo)的細胞死亡(AICD)；(缺乏細胞因子)6.合胞體細胞形成后→加速受染的CD4+凋亡；7.慢性時，受染的CD4+作為效應(yīng)細胞攻擊未受HIV感染的CD4+細胞→引發(fā)CD4+凋亡(Tat蛋白的誘導(dǎo))；當前39頁，總共53頁。(二)心血管疾病心肌缺血、缺血-再灌注損傷→心力衰竭:細胞凋亡則是數(shù)量減少的重要因素發(fā)生凋亡的常見現(xiàn)象：

缺血早期梗死灶周邊部分慢性輕度的心肌缺血凋亡發(fā)生的機制：

氧化應(yīng)激→氧自由基死亡受體Fas顯著上調(diào)mtp53基因激活轉(zhuǎn)錄加速當前40頁，總共53頁。(三)神經(jīng)元退行性疾病阿爾茨海默病(AD)、Parkinsondisease、MS等。AD發(fā)病機制：β-淀粉樣蛋白（Aβ）、鈣超載、氧化應(yīng)激及神經(jīng)生因子分泌不足等因素使神經(jīng)元凋亡。如氧自由基作用于神經(jīng)元→鈣超載→激活A(yù)β合成的基因→使神經(jīng)元內(nèi)Aβ合成增多→引起凋亡。1.Fas抗原的介導(dǎo)星形神經(jīng)細胞凋亡；2.Fas基因的活化介導(dǎo)神經(jīng)膠質(zhì)細胞凋亡；3.c-Jun和c-foc及其編碼蛋白的作用；海馬細胞凋亡4.APP695基因突變的作用；5.低親和力神經(jīng)生長因子受體（P75NGFR）高表達；6.NF-κB的活化:β-淀粉樣物質(zhì)產(chǎn)生活性氧而活化的。當前41頁，總共53頁。三、細胞凋亡不足與過度并存動脈粥樣硬化：內(nèi)皮細胞凋亡過度，平滑肌細胞凋亡相對不足。酒精性肝硬化：肝細胞凋亡過度，間質(zhì)纖維細胞凋亡不足。當前42頁，總共53頁。⒈合理利用凋亡相關(guān)因素低劑量射線照射、TNFα、高溫；NGF可抑制AD的發(fā)生、去勢可抑制前列腺癌。⒉干預(yù)凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)阿霉素→Fas/FasL表達↑→死亡受體介導(dǎo)通路↑→治療腫痛

；環(huán)胞霉素A→阻止△ψm↓、PTP開放→CytoC↓→線粒體介導(dǎo)通路↓→治療AD。⒊調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)基因恢復(fù)“分子警察”（wtp53）的作用；基因封條(反義DNA→形成DNA-mRNA雜交鏈)抑制Bcl-2表