高級病理生理學(xué)課件 細胞凋亡與疾病-2015

細胞凋亡異常與疾病

復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系王新紅wangxh@

內(nèi)容第一節(jié)：概述第二節(jié)：細胞凋亡的形態(tài)及生化改變第三節(jié)：細胞凋亡發(fā)生途徑與調(diào)控第四節(jié)：細胞凋亡異常與疾病第一節(jié)概述阿伯丁大學(xué)的希臘語系教授提出apoptosis這個希臘字眼。于是，凋亡這個詞從此登上了生物學(xué)語言的歷史舞臺。

1965年洛克辛（Lockshin）和威廉姆斯（Williams）提出發(fā)育調(diào)節(jié)性死亡（developmentregulateddeath）。1972年英國阿伯丁（Aberdeen）大學(xué)的病理學(xué)家克瑞（Kerr）發(fā)表了他在小鼠肝臟中發(fā)現(xiàn)的與壞死有本質(zhì)區(qū)別的細胞死亡方式，他將之命名為漸進性壞死（necrobiosis）。一、凋亡（apoptosis）的由來及研究簡史apoptosis凋亡(from)apoptosis(fall)απτωστσαποπτωστσ●2002諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎授予了在器官發(fā)育和程序性細胞死亡研究領(lǐng)域中做出奠基性貢獻的3位科學(xué)家:Johnsulston,RobertHorvitz,Sydneybrenner

●創(chuàng)造性地用線蟲作為實驗?zāi)Ｐ?實現(xiàn)了對器官發(fā)育過程中細胞分裂、分化的原位觀察,完成了細胞圖譜的繪制●調(diào)控器官發(fā)育程序性細胞死亡的關(guān)鍵基因及其功能并進一步在高等哺乳動物中發(fā)現(xiàn)了相關(guān)功能基因SydneybrennerJohnsulstonRobertHorvitz雌雄同體的秀麗新小桿線蟲(C.elegans)模式生物（animalmodel）

C.

elegans:1090cellscaenorhabditiselegans

deathgene(CED)線蟲細胞凋亡相關(guān)基因15個，分為四組：1、凋亡控制基因：ced-3、ced-4和ced-9。2、吞噬作用有關(guān)：ced-1、ced-2、ced-5-8和ced-10。3、核酸酶基因（nuc-1）,控制DNA降解。4、影響特異細胞類型凋亡的基因：ces-1、ces-2、cgl-1、和her-1保守性高，在哺乳動物中有相應(yīng)同源物：

Mammalian:Ced-3=ICE：interleukin-1?–convertingenzyme(ICEorcaspase-1)Ced-4=Apaf-1Ced-9=Bcl-2細胞死亡的形式壞死(necrosis)凋亡(apoptosis)自噬(autophagy)副凋亡(paraptosis)脹亡(oncosis)

……壞死(necrosis)

：由于某些外界因素導(dǎo)致細胞急速的病理性死亡。細胞凋亡（apoptosis)：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。necrosis=細胞意外性死亡apoptosis=細胞自發(fā)性死亡區(qū)別壞死凋亡性質(zhì)病理性，非特異性

生理性或病理性，特異性

誘導(dǎo)因素強烈刺激，隨機發(fā)生較弱刺激，非隨機發(fā)生基因調(diào)控?zé)o有DNA電泳彌散性降解，電泳成均一DNA片狀DNA片段化，電泳呈梯狀條帶形態(tài)變化細胞結(jié)構(gòu)全面溶解，破壞、細胞腫脹細胞膜及細胞器相對完整細胞皺縮，核固縮炎癥反應(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)凋亡小體無有生化特點被動過程，無新蛋白合成，不耗能主動過程，新蛋白合成，耗能

1、確保組織器官正常發(fā)育、生長

2、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定

3、發(fā)揮積極的防御功能凋亡的生理學(xué)意義凋亡在小鼠腳趾形成中的作用蝌蚪向蛙發(fā)育的變態(tài)反應(yīng)中凋亡的作用Developmentally-regulatedapoptosis凋亡的形態(tài)特征（Themorphologiccharacteristicsofapoptosis）

CellDeathA:necrosis,diedinaculturedishB:apoptosis,

C:apoptosis,

diedinaculturedishdiedinadevelopingtissueengulfedbyaneighboringcell.凋亡的生化特征DNA片段化內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶激活凋亡蛋白酶激活（Thebiochemicalcharacteristicsofapoptosis）

內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶Ca2+Mg2+DNAZn2+內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶Ladderpattern細胞凋亡的生物化學(xué)特征JClinPathol:MolPathol2000;53:55–63TUNEL(TerminaldeoxynucleotidyltransferasedUTPnickendlabeling)

1.末端脫氧核糖核酸轉(zhuǎn)移酶可以將地高辛標(biāo)記的dUTP(DIG-dUTP)標(biāo)記至3’-OH末端2.生物標(biāo)記的抗地高辛抗體(Anti-DIG-Biotin)3.結(jié)合鏈酶親和素-過氧化物酶4.加入顯色底物DAB予以顯示。凋亡的細胞核呈棕黃色

凋亡蛋白酶

Caspase激活含半胱氨酸的天冬氨酸特異蛋白酶

Cysteine-containingaspartate-specificprotease,(Caspase)Caspase-1

ICE(IL-1βconvertingenzyme)20040484MechanismofcaspaseactivationDimerizationcomposedoftwolarge(~20kDa)andtwosmall(~10kDa)subunits.zymogenactivatedcaspaseprodomainsmalllargeprodomainSelf-cleavage,othercaspasesAspAsplargesmalllargesmall1、相似的氨基酸序列、結(jié)構(gòu)、底物特異性2、通常以酶原形式存在3、NH2末端結(jié)構(gòu)域、大亞基、小亞基4、高度特異啟動型Caspase(caspase2,8,9,10)效應(yīng)型Caspase(capases3,6,7,14)炎癥介質(zhì)：（caspase-1,11)Caspase特點：滅活凋亡抑制蛋白：直接作用于細胞結(jié)構(gòu)并使之解體：核膜下lamins分解與細胞骨架構(gòu)成相關(guān)的蛋白瓦解核結(jié)構(gòu)成核碎片Caspase功能endonucleaseassociatewithinhibitor(ICAD)Caspase3cleavedactivatedDNAdegradationDNA“l(fā)adder”patternCaspase-activateddeoxyribonuclease(CAD)細胞凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)死亡受體介導(dǎo)的凋亡通路線粒體途徑介導(dǎo)的凋亡通路死亡受體TNF受體基因超家族成員膜蛋白FAS,TNFR1,DR3、4、5死亡配體：

TNF，F(xiàn)ASL,TNF-likeweakinducer(TWEAK),TNF-relatedapoptosisinducingligand(TRAIL)Fas配體(FasL)死亡受體(Fas)靶細胞細胞膜DDDDDDDDFADD連接蛋白DEDCaspase-8

酶原活化的Caspase-8DISC復(fù)合物BidtBid激活線粒體凋亡通路激活Caspase-3Caspase-9Caspase-6,7

細胞凋亡死亡受體介導(dǎo)的凋亡通路FASassociateddeathdomain,FADDTNFR1associateddeathdomain,TRADDdeath–inducingsignalingcomplex,DISC凋亡刺激因子?ψm下降PTP開放caspase-3AIF核酸內(nèi)切酶蛋白質(zhì)水解DNA斷裂細胞凋亡（+）（+）線粒體途徑介導(dǎo)的凋亡通路PermeabilitytransitionporeBcl-2IAP細胞凋亡的基因調(diào)控基因調(diào)控正常細胞細胞凋亡促進ICE、BaxFas、p53抑制Bcl-2、EIBIAP

Bcl-2（B細胞淋巴瘤/白血病-2,Bcelllymphoma/leukemia-2)Bcl-2subfamily(pro-survival):Bcl-2,Bcl-XLBaxsubfamily(pro-apoptotic):Bax,BakBH3subfamily(pro-apoptotic):Bad,BidBcl-2（B細胞淋巴瘤/白血病-2,Bcelllymphoma/leukemia-2)抗凋亡的機制1、直接的抗氧化2、抑制線粒體釋放促凋亡的蛋白質(zhì)3、抑制促凋亡調(diào)節(jié)蛋白Bax、Bak的細胞毒作用4、抑制caspase的激活5、維持細胞鈣穩(wěn)態(tài)FasFADDCaspase8Caspase3凋亡Fas抗體引起的信號傳導(dǎo)大致通過FADD區(qū)（Fasassociationproteinwithdeathdomain)G1（RNA、蛋白質(zhì)合成）S（DNA復(fù)制階段）G2MG1SG2M監(jiān)控P53染色體有缺陷P53CDI表達、DNA修復(fù)機制的啟動細胞凋亡啟動MolecularpolicemanC-myc雙向調(diào)節(jié)作用c-myc蛋白是轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子BclxBcl-XL抑制細胞凋亡Bcl-Xs促進細胞凋亡吞噬細胞對凋亡細胞的識別與吞噬吞噬細胞凝集素(lectin)的作用血小板反應(yīng)蛋白(thrombospondin,TSP)介導(dǎo)吞噬磷脂酰絲氨酸受體的作用磷脂酰絲氨酸（PS）外翻分析（AnnexinV法）

ExternallizationofPhosphatidylserineCa2+依賴性磷脂結(jié)合蛋白碘化丙啶（PropidiumIodide,PI）是一種核酸染料：不能透過完整的細胞膜PI能夠透過凋亡中晚期的細胞和死細胞膜而使細胞核染紅。因此將AnnexinV與PI匹配使用，就可以將處于不同凋亡時期的細胞區(qū)分開來。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(Thediseasesassociatedwithapoptosisdysregulation)組織器官的退行性病變或早衰自身免疫性疾病或腫瘤凋亡亢進細胞凋亡失調(diào)性疾病凋亡抑制腫瘤的發(fā)病途徑細胞增殖過度細胞凋亡受抑細胞死亡不足細胞存活>死亡腫瘤的發(fā)生Bcl-2mtP53腫瘤細胞凋亡的調(diào)控因素Bcl-2P53P21Survivin病毒感染性疾病滅活p53高表達Bcl-2或Bcl-2樣蛋白滅活I(lǐng)CE痘病毒產(chǎn)生ICE的抑制物（牛痘病毒基因產(chǎn)物CrmA）自身免疫病與非己抗原-MHC抗原結(jié)合的TcR單陽性細胞正選擇Positiveselection與自身抗原-MHC抗原結(jié)合的TcR雙陽性細胞負選擇Negativeselection凋亡×自身免疫病細胞凋亡過度Gp120糖蛋白的表達合胞體的形成Fas基因