病理生理學(xué)課件-凋亡

細(xì)胞凋亡入門細(xì)胞凋亡是一個(gè)復(fù)雜而精密的過程，對(duì)維持生物體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定至關(guān)重要。本課程將深入探討細(xì)胞凋亡的機(jī)制、調(diào)控和意義。細(xì)胞凋亡的定義程序性細(xì)胞死亡凋亡是一種受基因調(diào)控的主動(dòng)細(xì)胞死亡過程。有序過程細(xì)胞以有序、可控的方式逐步瓦解。生理意義在胚胎發(fā)育、組織更新和免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。細(xì)胞凋亡的特點(diǎn)細(xì)胞皺縮細(xì)胞體積減小，形態(tài)變得不規(guī)則。染色質(zhì)凝集核染色質(zhì)凝聚成塊狀，貼附于核膜內(nèi)側(cè)。DNA斷裂染色體DNA被核酸酶降解成特征性片段。膜完整性保持細(xì)胞膜長(zhǎng)時(shí)間保持完整，避免內(nèi)容物泄漏。細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)改變1細(xì)胞收縮細(xì)胞體積減小，細(xì)胞器密度增加。2染色質(zhì)凝聚核染色質(zhì)凝聚成新月形，貼附于核膜。3細(xì)胞膜起泡細(xì)胞表面出現(xiàn)不規(guī)則突起，形成凋亡小體。4細(xì)胞碎裂細(xì)胞最終分裂成多個(gè)被膜包裹的凋亡小體。細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制蛋白酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)Caspase蛋白酶家族是凋亡執(zhí)行的核心。它們以不活性前體形式存在，被激活后引發(fā)一系列蛋白水解反應(yīng)。線粒體參與線粒體釋放細(xì)胞色素c等促凋亡因子，觸發(fā)Caspase激活。線粒體外膜通透性增加是關(guān)鍵事件。細(xì)胞凋亡通路概述外源性通路由細(xì)胞表面死亡受體激活，如Fas和TNF受體。內(nèi)源性通路由線粒體介導(dǎo)，受Bcl-2家族蛋白調(diào)控。執(zhí)行階段兩條通路匯聚，激活效應(yīng)Caspase，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。外源性凋亡通路1死亡受體結(jié)合配體2接頭蛋白招募3死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物形成4Caspase-8激活5效應(yīng)Caspase激活外源性通路由細(xì)胞表面死亡受體激活，通過蛋白相互作用傳遞凋亡信號(hào)。Fas/FasL信號(hào)通路Fas受體屬于腫瘤壞死因子受體超家族，在多種細(xì)胞表面表達(dá)。FasLFas配體，主要由活化的T細(xì)胞和NK細(xì)胞表達(dá)。FADD接頭蛋白，連接Fas受體與Caspase-8。Caspase-8起始Caspase，被激活后引發(fā)下游Caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)。TNF-α信號(hào)通路1TNF-α結(jié)合受體TNF-α與TNFR1結(jié)合，引發(fā)受體三聚化。2TRADD招募TRADD接頭蛋白被招募到受體復(fù)合物。3FADD和RIP結(jié)合TRADD進(jìn)一步招募FADD和RIP蛋白。4Caspase-8激活形成的復(fù)合物激活Caspase-8，啟動(dòng)凋亡過程。內(nèi)源性凋亡通路線粒體中心作用線粒體是內(nèi)源性通路的關(guān)鍵調(diào)控者。細(xì)胞色素c釋放線粒體釋放細(xì)胞色素c是關(guān)鍵事件。Bcl-2家族調(diào)控Bcl-2家族蛋白調(diào)控線粒體外膜通透性。Caspase-9激活細(xì)胞色素c與Apaf-1結(jié)合，激活Caspase-9。線粒體通路應(yīng)激信號(hào)如DNA損傷、氧化應(yīng)激等觸發(fā)線粒體通路。Bax/Bak激活促凋亡Bcl-2家族成員被激活并插入線粒體外膜。線粒體外膜通透性增加形成孔道，促進(jìn)細(xì)胞色素c等因子釋放。凋亡小體形成細(xì)胞色素c與Apaf-1、Caspase-9形成復(fù)合物。Caspase級(jí)聯(lián)激活激活的Caspase-9進(jìn)一步激活下游效應(yīng)Caspase。P53誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡轉(zhuǎn)錄依賴途徑上調(diào)促凋亡基因如Bax、PUMA、Noxa下調(diào)抗凋亡基因如Bcl-2轉(zhuǎn)錄非依賴途徑直接與線粒體外膜Bcl-2家族蛋白相互作用促進(jìn)Bax/Bak的寡聚化胞吞作用介導(dǎo)的凋亡1凋亡細(xì)胞表面變化磷脂酰絲氨酸外翻，暴露于細(xì)胞表面。2吞噬細(xì)胞識(shí)別巨噬細(xì)胞等通過特定受體識(shí)別凋亡細(xì)胞。3吞噬過程吞噬細(xì)胞包裹并內(nèi)化凋亡細(xì)胞。4細(xì)胞降解凋亡細(xì)胞在吞噬細(xì)胞內(nèi)被溶酶體降解。細(xì)胞凋亡的調(diào)控促凋亡因素DNA損傷、氧化應(yīng)激、生長(zhǎng)因子缺失等可誘導(dǎo)凋亡?？沟蛲鲆蛩厣L(zhǎng)因子、細(xì)胞外基質(zhì)附著等可抑制凋亡。Bcl-2家族包含促凋亡和抗凋亡成員，調(diào)控線粒體通路。IAP家族抑制Caspase活性，阻止凋亡執(zhí)行。凋亡抑制基因-Bcl-2家族Bcl-2典型抗凋亡蛋白，定位于線粒體外膜。Bcl-xL與Bcl-2功能類似，廣泛表達(dá)于多種組織。Mcl-1半衰期短，可快速響應(yīng)細(xì)胞存活信號(hào)。A1/Bfl-1主要在造血系統(tǒng)和內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)。Bcl-2家族蛋白的結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)域BH1-4結(jié)構(gòu)域：決定蛋白功能跨膜結(jié)構(gòu)域：定位于細(xì)胞器膜功能分類抗凋亡蛋白：Bcl-2,Bcl-xL等促凋亡蛋白：Bax,Bak等BH3-only蛋白：Bid,Bim等Bax和Bak的作用機(jī)制1激活BH3-only蛋白或其他凋亡信號(hào)激活Bax和Bak。2構(gòu)象改變Bax和Bak發(fā)生構(gòu)象變化，暴露疏水區(qū)域。3線粒體定位Bax從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)位到線粒體外膜。4寡聚化Bax和Bak在線粒體外膜上形成寡聚體。5孔道形成寡聚體形成跨膜孔道，增加線粒體外膜通透性。IAP家族蛋白的作用直接抑制CaspaseIAP通過其BIR結(jié)構(gòu)域與Caspase結(jié)合，抑制其活性。E3泛素連接酶活性某些IAP可將泛素連接到Caspase，促進(jìn)其降解。調(diào)節(jié)NF-κB信號(hào)部分IAP參與NF-κB通路激活，促進(jìn)細(xì)胞存活。拮抗促凋亡因子IAP可結(jié)合并抑制Smac/DIABLO等促凋亡蛋白。凋亡信號(hào)通路的交叉調(diào)控外源性通路死亡受體激活可通過Bid蛋白影響線粒體通路。內(nèi)源性通路線粒體通路可增強(qiáng)外源性通路的信號(hào)。共同執(zhí)行階段兩條通路最終匯聚于效應(yīng)Caspase的激活。細(xì)胞周期與凋亡的關(guān)系細(xì)胞周期檢查點(diǎn)DNA損傷等異常可觸發(fā)細(xì)胞周期阻滯。若修復(fù)失敗，細(xì)胞可能進(jìn)入凋亡。共同調(diào)控因子p53等蛋白既調(diào)控細(xì)胞周期，又參與凋亡調(diào)控。Cyclin依賴性激酶在特定情況下可促進(jìn)凋亡。凋亡與腫瘤發(fā)生的關(guān)系1正常細(xì)胞凋亡2凋亡抑制3異常細(xì)胞積累4基因突變積累5腫瘤形成凋亡抑制是腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵步驟之一。正常凋亡可清除潛在的癌細(xì)胞，而凋亡受抑可導(dǎo)致異常細(xì)胞存活和增殖。腫瘤細(xì)胞逃避凋亡的機(jī)制抗凋亡蛋白過表達(dá)如Bcl-2、Bcl-xL上調(diào)。促凋亡基因失活如p53突變或缺失。死亡受體通路異常如Fas表達(dá)下調(diào)。IAP蛋白過表達(dá)抑制Caspase活性。凋亡與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)系神經(jīng)退行性疾病如阿爾茨海默病、帕金森病中，神經(jīng)元異常凋亡是關(guān)鍵病理過程。腦卒中缺血再灌注損傷可誘發(fā)神經(jīng)元凋亡，加重腦損傷。癲癇反復(fù)發(fā)作可導(dǎo)致特定腦區(qū)神經(jīng)元凋亡，影響認(rèn)知功能。脊髓損傷繼發(fā)性損傷中，神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞凋亡加重功能喪失。神經(jīng)系統(tǒng)疾病中凋亡的機(jī)制1氧化應(yīng)激自由基攻擊線粒體，觸發(fā)內(nèi)源性凋亡通路。2鈣離子超載激活鈣依賴性蛋白酶，導(dǎo)致細(xì)胞骨架破壞。3興奮性毒性過度的谷氨酸受體激活引發(fā)神經(jīng)元凋亡。4蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊異常蛋白聚集誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和凋亡。心血管疾病中的細(xì)胞凋亡心肌梗死缺血再灌注損傷可誘發(fā)心肌細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致心肌收縮功能下降。缺氧激活HIF-1α，觸發(fā)線粒體凋亡通路。心力衰竭持續(xù)的機(jī)械應(yīng)力和神經(jīng)內(nèi)分泌激活可導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡，加速心室重構(gòu)。β-腎上腺素受體過度激活是重要機(jī)制之一。炎癥反應(yīng)與細(xì)胞凋亡炎癥因子誘導(dǎo)凋亡TNF-α等炎癥因子可直接激活外源性凋亡通路。凋亡細(xì)胞清除巨噬細(xì)胞吞噬凋亡細(xì)胞，釋放抗炎因子如IL-10。炎癥解決凋亡細(xì)胞的及時(shí)清除有助于炎癥反應(yīng)的消退。異常凋亡與慢性炎癥凋亡細(xì)胞清除不足可導(dǎo)致繼發(fā)性壞死，加重炎癥。免疫系統(tǒng)與細(xì)胞凋亡T細(xì)胞選擇胸腺中自反應(yīng)T細(xì)胞通過凋亡被清除。免疫應(yīng)答終止活化的淋巴細(xì)胞通過凋亡維持免疫穩(wěn)態(tài)。細(xì)胞毒性CTL和NK細(xì)胞通過誘導(dǎo)靶細(xì)胞凋亡發(fā)揮作用。自身免疫凋亡異常可能導(dǎo)致自身抗原暴露，引發(fā)自身免疫。細(xì)胞凋亡的臨床應(yīng)用1腫瘤治療開發(fā)靶向凋亡通路的藥物，如Bcl-2抑制劑。2神經(jīng)保護(hù)抑制病理性神經(jīng)元凋亡，用于腦卒中等疾病治療。3器官移植減少缺血再