細(xì)胞凋亡與疾病

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Cellapoptosisandrelateddiseases第八章細(xì)胞凋亡與疾病

1細(xì)胞凋亡的概念細(xì)胞凋亡與壞死的區(qū)別研究歷史及現(xiàn)狀細(xì)胞凋亡的生理意義第一節(jié)　概述

2細(xì)胞凋亡（cellapoptosis）是病理學(xué)家Kerr等人在1972年提出的不同于壞死的細(xì)胞死亡的新概念。概述也稱(chēng)為程序性細(xì)胞死亡(programmedcelldeath，PCD)由體內(nèi)外因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)預(yù)存的死亡程序而導(dǎo)致的細(xì)胞死亡過(guò)程。細(xì)胞凋亡的概念

3近年來(lái)細(xì)胞凋亡和PCD常被做為同義詞使用，但有學(xué)者認(rèn)為兩者是不同的概念：細(xì)胞凋亡是一個(gè)形態(tài)學(xué)概念，如染色質(zhì)著邊及DNA梯狀條帶等；PCD是一個(gè)功能性概念，不一定有上述形態(tài)學(xué)變化。概述

4細(xì)胞壞死通常由嚴(yán)重?fù)p傷因素所致，如毒物中毒、嚴(yán)重缺血、缺氧、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)大電流等，正常組織細(xì)胞不發(fā)生壞死。細(xì)胞凋亡是一種生理性、主動(dòng)的細(xì)胞死亡方式，在許多方面與壞死有顯著的差別。概述細(xì)胞凋亡與壞死的區(qū)別

5

6TwoDifferentTypesofCellDeath

7在小鼠肌肉中生長(zhǎng)的P815腫瘤細(xì)胞中因缺血誘導(dǎo)的壞死,示濃縮的染色質(zhì)塊的病態(tài)的邊緣、膨脹的線粒體和分解的膜。概述

8大鼠被閹割后2d在前列腺中誘導(dǎo)的凋亡示凋亡小體被吞噬。概述

9概述

10凋亡概念的形成：1965年澳大利亞科學(xué)家發(fā)現(xiàn),結(jié)扎鼠門(mén)靜脈后,電鏡觀察到肝實(shí)質(zhì)組織中有一些散在的死亡細(xì)胞,這些細(xì)胞的溶酶體并未被破壞,顯然不同于細(xì)胞壞死。這些細(xì)胞體積收縮、染色質(zhì)凝集,從其周?chē)慕M織中脫落并被吞噬,機(jī)體無(wú)炎癥反應(yīng)1972年Kerr等三位科學(xué)家首次提出了細(xì)胞凋亡的概念,宣告了對(duì)細(xì)胞凋亡的真正探索的開(kāi)始。在此之前,關(guān)于胚胎發(fā)育生物學(xué)、免疫系統(tǒng)的研究,肝細(xì)胞死亡的研究都為這一概念的提出奠定了基礎(chǔ)。概述研究歷史及現(xiàn)狀

11細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)及生物化學(xué)研究階段：(1972-1987)用光鏡和電鏡對(duì)細(xì)胞形態(tài)學(xué)特征進(jìn)行了詳細(xì)的研究；染色體DNA的降解，細(xì)胞凋亡的一個(gè)顯著特征就是細(xì)胞染色質(zhì)的DNA片段化降解；RNA／蛋白質(zhì)大分子的合成；鈣離子變化，細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的升高是細(xì)胞發(fā)生凋亡的一個(gè)重要條件；內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶激活，細(xì)胞發(fā)生凋亡是需要這種核酸內(nèi)切酶參與的。概述研究歷史及現(xiàn)狀

12細(xì)胞凋亡的分子生物學(xué)研究階段：(最近幾年)與細(xì)胞凋亡的相關(guān)基因及調(diào)控；細(xì)胞凋亡的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；與細(xì)胞凋亡的各種分子及其相互作用及相互關(guān)系細(xì)胞凋亡的臨床應(yīng)用基礎(chǔ)研究階段：細(xì)胞凋亡的研究，其生命力在于最終能夠有利于疾病機(jī)制的闡明，以及新療法的探索及問(wèn)世。概述研究歷史及現(xiàn)狀

132002年10月7日英國(guó)人悉尼·布雷諾爾、美國(guó)人羅伯特·霍維茨和英國(guó)人約翰·蘇爾斯頓,因在器官發(fā)育的遺傳調(diào)控和細(xì)胞程序性死亡方面的研究獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston

14確保正常發(fā)育、生長(zhǎng)清除多余的、失去功能價(jià)值的細(xì)胞維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定清除受損、突變或衰老的細(xì)胞發(fā)揮積極的防御功能受病毒感染的細(xì)胞凋亡，阻止病毒的復(fù)制概述細(xì)胞凋亡的生理意義

15第二節(jié)細(xì)胞凋亡的過(guò)程與調(diào)控細(xì)胞凋亡的大致過(guò)程凋亡時(shí)細(xì)胞的主要變化細(xì)胞凋亡的調(diào)控凋亡過(guò)程與調(diào)控

16凋亡過(guò)程與調(diào)控一、細(xì)胞凋亡的大致過(guò)程大致分成4個(gè)階段凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡基因激活細(xì)胞凋亡的執(zhí)行凋亡細(xì)胞的清除

17細(xì)胞凋亡過(guò)程cAMPCa2+神經(jīng)酰胺凋亡誘導(dǎo)因素死亡信號(hào)凋亡相關(guān)基因激活DNase激活Caspases激活巨噬細(xì)胞吞噬分解凋亡細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因激活凋亡執(zhí)行凋亡細(xì)胞的清除+受體凋亡過(guò)程與調(diào)控

18細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)改變凋亡過(guò)程與調(diào)控二、凋亡時(shí)細(xì)胞的主要變化→胞膜空泡化(blebbing)→固縮(condensation)→出芽(budding)→染色質(zhì)邊集(margination)微絨毛消失與周?chē)?xì)胞脫接觸凋亡小體(apoptosisbody)

19凋亡過(guò)程與調(diào)控fragmentationnormalblebbingcondensationBuddingmarginationapoptosisbodyMorphologicalChangesduringApoptosis

20左，正常胸腺細(xì)胞；右，凋亡胸腺細(xì)胞（注意凋亡小體）凋亡過(guò)程與調(diào)控

21DNA的片段化斷裂激活的DNase的作用蛋白質(zhì)降解激活的Caspases的作用凋亡過(guò)程與調(diào)控二、凋亡時(shí)細(xì)胞的主要變化細(xì)胞凋亡的生化改變

22凋亡過(guò)程與調(diào)控

23概述

24內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶激活及其作用Endogenousnuclease,DNase正常時(shí)以無(wú)活性的形式存在于細(xì)胞核。特點(diǎn)：依賴(lài)二價(jià)金屬離子DNase:Ca2+/Mg2+可增強(qiáng)其活性，Zn2+抑制其活性;非依賴(lài)二價(jià)金屬離子的DNase激活：凋亡誘導(dǎo)因素不能直接激活，需經(jīng)一系列細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)環(huán)節(jié)方能激活。作用：切割染色質(zhì)DNA凋亡過(guò)程與調(diào)控執(zhí)行凋亡的兩個(gè)酶

25Caspase激活及其作用Caspase是一組對(duì)底物門(mén)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水解酶，全稱(chēng)為：含半胱氨酸的門(mén)冬氨酸特異水解酶(cysteine-containingaspartate-specificprotease)。家族成員:10余個(gè)第一被發(fā)現(xiàn)的是ICE(interleukin-1βconvertingenzyme)即caspase-1，此前發(fā)現(xiàn)線蟲(chóng)類(lèi)CED-3是細(xì)胞凋亡所必需的蛋白酶，在哺乳類(lèi)與CED-3結(jié)構(gòu)、功能相似的是ICE，因此，常把兩者并列為CED-3/ICE。激活凋亡過(guò)程與調(diào)控執(zhí)行凋亡的兩個(gè)酶

26HumaninitiatorandexecutionercaspasesHumanPro-domainActivatorsEstablishedorproposedfunctionInitiatorCaspasesCasp8DEDFADDDeathreceptorsignaling,cellproliferationCasp10DEDFADDDeathreceptorsignalingCasp9CARDApaf-1/cytcCasp3/7activationaftermitochondrialstressCasp12CARDTRAF-2calpainERstressCasp2CARDDEFCAP,RAIDDPremitochondrialstressEffectorCaspasesCasp3shortcaps9,8,othersCleavageofmostapoototicsubstratesCasp7shortcasp9,8,othersCleavageofmostapoototicsubstratesCasp6shortCasp3,7LamincleavageInflammatoryCaspasesCasp1CARDIpaf,ASC,inflammasomeIL-1/IL-18maturation,apoptosisCasp5CARDInflammasomeIL-1/IL-18maturation,LPSstressCasp4

27信號(hào)TNF相關(guān)蛋白存活因素缺失化療藥物、發(fā)育信號(hào)Caspases活化因子死亡受體細(xì)胞色素C釋放Apaf-1FADD起始Caspase效應(yīng)CaspaseCaspase-3(-6，-7)Caspase-8(-10)Caspase-9執(zhí)行凋亡(裂解凋亡調(diào)控因子，水解細(xì)胞蛋白)Caspases的活化與級(jí)聯(lián)反應(yīng)凋亡過(guò)程與調(diào)控

28Caspases激活及其作用作用：滅活凋亡抑制物（如Bcl-2）水解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞解體，形成凋亡小體在凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)中水解相關(guān)活性蛋白，使其獲得或喪失某種生物學(xué)功能功能凋亡過(guò)程與調(diào)控執(zhí)行凋亡的兩個(gè)酶Caspases-9Caspases-3酶原活性Caspases-3

29凋亡相關(guān)因素凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡相關(guān)基因凋亡過(guò)程與調(diào)控三、細(xì)胞凋亡的調(diào)控

30誘導(dǎo)性因素激素和生長(zhǎng)因子失衡生理水平是細(xì)胞正常生長(zhǎng)所必需，缺乏時(shí)細(xì)胞凋亡相反，某些激素和生長(zhǎng)因子過(guò)多也可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡理化因素射線、高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、乙醇抗癌藥等均可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。如電離輻射→OFR↑→DNA受損→凋亡。免疫性因素免疫分子參與免疫細(xì)胞和靶細(xì)胞的凋亡過(guò)程。如:細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞→分泌粒酶→靶細(xì)胞凋亡。微生物學(xué)因素細(xì)菌、病毒等致病微生物及其毒素可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。如:HIV感染→CD4+淋巴細(xì)胞凋亡。(一)細(xì)胞凋亡相關(guān)因素凋亡過(guò)程與調(diào)控

31抑制性因素某些細(xì)胞因子如IL-2，神經(jīng)生長(zhǎng)因子等具有抑制細(xì)胞凋亡的作用，當(dāng)其減少時(shí)，依賴(lài)它們的細(xì)胞會(huì)發(fā)生凋亡。某些激素如ACTH、睪丸酮、雌激素對(duì)防止靶細(xì)胞凋亡，維持其正常存活是必需的，當(dāng)減少時(shí)可導(dǎo)致靶細(xì)胞凋亡其它因素:也有抑制細(xì)胞凋亡作用某些二價(jià)金屬陽(yáng)離子，如Zn2+等藥物，如苯巴比妥、半胱氨酸蛋白酶抑制劑等病毒，如EB病毒、牛豆病毒等中性氨基酸(一)細(xì)胞凋亡相關(guān)因素凋亡過(guò)程與調(diào)控

32凋亡過(guò)程與調(diào)控(二)細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞外的凋亡誘導(dǎo)因素作用于細(xì)胞后可轉(zhuǎn)化為細(xì)胞凋亡信號(hào)，并通過(guò)胞內(nèi)不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，最終激活細(xì)胞死亡程序，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。其特點(diǎn)是：多樣性:即不同種類(lèi)的細(xì)胞有不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。耦聯(lián)性:與細(xì)胞增殖、分化的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)在某些環(huán)節(jié)上有交叉、耦聯(lián)。同一因素條件不同,去向不一同一性:即不同的凋亡誘導(dǎo)因素可通過(guò)同一信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)觸發(fā)細(xì)胞凋亡。如TNF、電離輻射、Fas抗原均可通過(guò)神經(jīng)酰胺途徑觸發(fā)凋亡。多途性:同一凋亡因素可以通過(guò)多條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑觸發(fā)凋亡。如：糖皮質(zhì)激素可通過(guò)神經(jīng)酰胺、胞內(nèi)Ca2+及cAMP/PKA信號(hào)系統(tǒng)引起淋巴細(xì)胞凋亡

33凋亡過(guò)程與調(diào)控細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑胞內(nèi)Ca2+信號(hào)系統(tǒng)細(xì)胞凋亡時(shí)，[Ca2+]i上升。用Ca2+載體A23187升高B淋巴細(xì)胞[Ca2+]i，可誘導(dǎo)凋亡；用鈣絡(luò)合劑降低細(xì)胞[Ca2+]i，可阻止細(xì)胞凋亡。胞內(nèi)Ca2+升高激活Ca2+依賴(lài)性谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶、活化核轉(zhuǎn)錄因子等觸發(fā)細(xì)胞凋亡。cAMP/PKA信號(hào)系統(tǒng)細(xì)胞內(nèi)cAMP升高可激活cAMP依賴(lài)的PKA，使其靶蛋白上某些氨基酸（蘇、絲氨酸）殘基磷酸化，從而改變蛋白質(zhì)的功能。用dbcAMP可誘發(fā)細(xì)胞凋亡。

34凋亡過(guò)程與調(diào)控細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑Fas蛋白/Fas配體信號(hào)系統(tǒng)Fas蛋白是細(xì)胞膜上跨膜蛋白，屬于TNF受體家族。Fas蛋白介導(dǎo)細(xì)胞凋亡可能的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制是：Fas配體或抗Fas抗體與Fas蛋白結(jié)合，使神經(jīng)鞘磷脂酶活性升高，分解神經(jīng)鞘磷脂產(chǎn)生神經(jīng)酰胺，神經(jīng)酰胺作為第二信使激活相應(yīng)蛋白酶，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡?？笷as抗體或TNF與Fas蛋白結(jié)合,可激活I(lǐng)CE樣caspase，降解H1組蛋白,是染色體松弛,DNA鏈?zhǔn)嬲苟┞禗Nase酶切位點(diǎn),DNA容易被切割。Fas蛋白被激活后可通過(guò)胞內(nèi)Ca2+信號(hào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)遞死亡信息而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

35死亡受體介導(dǎo)的信號(hào)途徑mFasL:cell-membrane-boundFasLsFasL:solubleFasL

36凋亡過(guò)程與調(diào)控細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑神經(jīng)酰胺信號(hào)系統(tǒng)是一類(lèi)新型第二信使,具有介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的作用。神經(jīng)鞘磷脂酶神經(jīng)鞘磷脂神經(jīng)酰胺蛋白激酶基因轉(zhuǎn)錄TNFαFas抗原電離輻射糖皮質(zhì)激素受體IκB-pIκBNF-κB-NF-κB入核神經(jīng)酰胺的水解產(chǎn)物鞘氨醇在激酶作用下形成1-磷酸鞘氨醇(SPP),SPP傳遞細(xì)胞增殖信號(hào)，故有抗凋亡作用。

37凋亡過(guò)程與調(diào)控細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑二酰甘油/蛋白酶C（PKC）信號(hào)系統(tǒng)二酰甘油是磷脂酰肌醇和磷脂酰膽堿在磷脂酶C催化產(chǎn)生的一種第二信使,是PKC內(nèi)源性激活物PKC由三種同工酶組成，其中PKCβ1與凋亡關(guān)系密切?；罨疨KCβ1可誘導(dǎo)u937白血病細(xì)胞凋亡。抑制PKC活性,同時(shí)也可抑制糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的小鼠胸腺細(xì)胞凋亡。酪氨酸蛋白激酶（PTK）信號(hào)系統(tǒng)PTK所介導(dǎo)的信號(hào)系統(tǒng)對(duì)細(xì)胞凋亡起重要負(fù)調(diào)控作用。此途徑被阻斷可引起細(xì)胞凋亡。

38凋亡過(guò)程與調(diào)控細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑生長(zhǎng)因子受體TPKCrb2（含有SH2區(qū)）Sos（具有鳥(niǎo)苷酸交換因子活性）Ras（GTP置換GDP）Raf（MAPKKK）MEK（MAPKK）MAPK靶蛋白磷酸化促進(jìn)細(xì)胞分化轉(zhuǎn)錄因子磷酸化靶基因轉(zhuǎn)錄(EGF、PDGF)

39在進(jìn)化過(guò)程中控制細(xì)胞生死的程序已經(jīng)以基因的形式存儲(chǔ)于細(xì)胞中。細(xì)胞內(nèi)存在凋亡基因，同樣也存在抑制凋亡的基因。目前，細(xì)胞凋亡的相關(guān)基因多達(dá)數(shù)十種，根據(jù)功能分為三類(lèi)：抑制凋亡基因：Bcl-2，EIB，IAP促進(jìn)凋亡基因：wtP53，Bax，ICE雙向調(diào)控基因：c-myc，Bclx凋亡過(guò)程與調(diào)控(三)凋亡相關(guān)基因

40Bcl-2（Bcelllymphoma/leukemia-2基因的縮寫(xiě)）人的Bcl-2蛋白由229aa組成，分布在線粒體內(nèi)膜,細(xì)胞膜內(nèi)表面,內(nèi)質(zhì)網(wǎng),核膜等存在造血、上皮、淋巴、神經(jīng)細(xì)胞及多種瘤細(xì)胞Bcl-2高度表達(dá)能抑制多種誘導(dǎo)因素誘發(fā)的凋亡抗凋亡的主要機(jī)制直接的抗氧化抑制線粒體釋放促凋亡蛋白質(zhì)(細(xì)胞色素C、AIF）抑制促凋亡性調(diào)節(jié)蛋白Bax、Bak的細(xì)胞毒作用抑制凋亡蛋白酶（caspases）的激活維持細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)凋亡過(guò)程與調(diào)控抑制凋亡基因

41P53wtP53基因能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,該基因突變抑制凋亡P53蛋白是一種DNA結(jié)合蛋白,在細(xì)胞周期的G1期發(fā)揮檢查點(diǎn)功能,檢查DNA是否有損傷,一但發(fā)現(xiàn)有缺陷的DNA,它就刺激CIP(CDK-interactingprotein-1)的表達(dá),阻止細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期,并啟動(dòng)DNA修復(fù)機(jī)制;如修復(fù)失敗,P53則啟動(dòng)細(xì)胞凋亡機(jī)制.P53有“分子警察”之稱(chēng)。凋亡過(guò)程與調(diào)控促凋亡基因

42G1SG2MCyclinA+CDKCyckinA+CDK1CyclinBCyclinDp53Bax+Bcl-2↓molecularpoliceman?BlockingIGF+R

43c-myc、Bcl-x凋亡過(guò)程與調(diào)控雙向調(diào)控基因c-myc增殖基因凋亡基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子依賴(lài)GFBcl-XL抑制凋亡Bcl-Xs促進(jìn)凋亡Bcl-xc-myc蛋白

44第三節(jié)細(xì)胞凋亡的發(fā)生機(jī)制氧化損傷鈣穩(wěn)態(tài)失衡線粒體損傷凋亡過(guò)程與調(diào)控

45發(fā)生機(jī)制一、氧化損傷氧自由基化學(xué)性質(zhì)活潑,造成生物大分子(核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì))的氧化損傷，形成嚴(yán)重的氧化應(yīng)激狀態(tài)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。氧化應(yīng)激引起凋亡的可能機(jī)制：1.OFR引起的DNA損傷可激活P53基因；2.OFR引起的DNA損傷可活化多聚ADP核糖合成酶，引起NAD快速耗竭，ATP大量消耗；3.OFR引起生物膜脂質(zhì)過(guò)氧化，直接造成細(xì)胞膜損傷可誘導(dǎo)凋亡；氧化的產(chǎn)物過(guò)氧羥基24碳四烯酸有誘發(fā)凋亡的作用。

46發(fā)生機(jī)制一、氧化損傷氧化應(yīng)激引起凋亡的可能機(jī)制：4.氧化應(yīng)激可激活Ca2+/Mg2+依賴(lài)的核酸內(nèi)切酶導(dǎo)致細(xì)胞凋亡,也可產(chǎn)生膜的發(fā)泡現(xiàn)象；5.氧化應(yīng)激引起細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞,膜通透性增加,使Ca2+內(nèi)流增加,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；OFR引起線粒體膜的損害導(dǎo)致通透性和膜電位變化,也可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；6.氧化應(yīng)激活化核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB和AP-1，加速細(xì)胞凋亡相關(guān)基因表達(dá)，誘發(fā)細(xì)胞凋亡。

47發(fā)生機(jī)制細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)失衡是細(xì)胞凋亡的重要機(jī)制之一。TNF-α、抗CD3抗體等所引起的細(xì)胞凋亡是鈣依賴(lài)過(guò)程。鈣鈣穩(wěn)態(tài)失衡參與多種凋亡相關(guān)疾病的發(fā)病。鈣穩(wěn)態(tài)失衡引起細(xì)胞凋亡的可能機(jī)制：激活Ca2+/Mg2+依賴(lài)核酸內(nèi)切酶，降解DNA鏈激活谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶,催化細(xì)胞內(nèi)蛋白肽鏈間的酰基轉(zhuǎn)移,促使細(xì)胞骨架蛋白分子間交聯(lián),有利于凋亡小體形成；激活NF-κB，加速細(xì)胞凋亡相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄；在ATP配合下使DNA鏈?zhǔn)嬲?，暴露出核小體連接區(qū)的酶切位點(diǎn)，有利于DNase切割DNA。二、鈣穩(wěn)態(tài)失衡

48發(fā)生機(jī)制細(xì)胞凋亡時(shí),線粒體超微結(jié)構(gòu)基本正常,但功能降低功能變化是：內(nèi)膜通透性增大,跨膜電位(△ψm)下降,能量合成顯著降低。各種凋亡誘導(dǎo)因素使△ψm降低，線粒體內(nèi)、外膜之間的通透性轉(zhuǎn)換孔（PTP）開(kāi)放，使細(xì)胞凋亡的啟動(dòng)因子釋放出來(lái)，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。三、線粒體損傷

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50發(fā)生機(jī)制Ca2+NO缺血缺氧原卟啉活性氧線粒體△ψm↓線粒體PTP開(kāi)放Apaf＋Cyt.CAIF無(wú)活性DNase活化DNaseCaspases-3酶原細(xì)胞凋亡Bcl-2Caspases-9酶原Caspases-9Caspases-3蛋白質(zhì)水解DNA斷裂Caspases抑制劑(＋)(－)(－)(－)(－)(＋)(＋)(＋)(基因編碼的50kD的膜間蛋白)

51氧化損傷鈣穩(wěn)態(tài)失衡線粒體損傷惡性網(wǎng)絡(luò)假說(shuō)(deleteriousnetworkhypothesis)細(xì)胞凋亡

52第四節(jié)細(xì)胞凋亡與疾病細(xì)胞凋亡是機(jī)體維持細(xì)胞群體數(shù)量穩(wěn)態(tài)的重要方式，但細(xì)胞凋亡不足或/和凋亡過(guò)度,均可成為某些疾病的重要發(fā)病機(jī)制。細(xì)胞凋亡不足腫瘤、自身免疫病細(xì)胞凋亡過(guò)度心血管病、神經(jīng)元退行性疾病、病毒感染細(xì)胞凋亡不足與過(guò)度并存動(dòng)脈粥樣硬化

531.腫瘤細(xì)胞增殖過(guò)度是腫瘤發(fā)病機(jī)制之一,細(xì)胞凋亡受抑、細(xì)胞死亡不足是腫瘤發(fā)生另一機(jī)制,其結(jié)果將導(dǎo)致病變組織內(nèi)腫瘤細(xì)胞存活時(shí)間延長(zhǎng),存活大于死亡，腫瘤細(xì)胞數(shù)目的凈增長(zhǎng)加大。Bcl-2基因過(guò)度表達(dá)多種腫瘤如前列腺癌、結(jié)腸癌等Bcl-2表達(dá)高于周?chē)＝M織,提示腫瘤與細(xì)胞凋亡減弱有關(guān)。P53基因突變或缺失細(xì)胞凋亡減弱,腫瘤發(fā)生率上升。非小細(xì)胞肺癌P53基因突變率大于50%,小細(xì)胞肺癌高于80%一、細(xì)胞凋亡不足

542.自身免疫病主要特征是自身抗原受到自身抗體或致敏T淋巴細(xì)胞的攻擊，造成器官和組織損傷。——胸腺對(duì)T細(xì)胞正負(fù)選擇障礙正選擇：與非已抗原-MHC抗原結(jié)合的TcR的單陽(yáng)性細(xì)胞保留存活，進(jìn)入外周T細(xì)胞庫(kù)。負(fù)選擇：與自身抗原-MHC抗原結(jié)合的TcR的雙陽(yáng)性細(xì)胞通過(guò)凋亡而被清除。一、細(xì)胞凋亡不足

552.自身免疫病如果胸腺負(fù)選擇機(jī)制失調(diào)，使針對(duì)自身抗原的T細(xì)胞存活并增殖，進(jìn)而攻擊自身組織將導(dǎo)致自身免疫病。因此，自身免疫病的發(fā)生是由于自身免疫性T細(xì)胞凋亡不足所致。糖皮質(zhì)激素能誘導(dǎo)那些異常存活的自身免疫性T細(xì)胞凋亡，是治療自身免疫病的有效藥物。一、細(xì)胞凋亡不足

561.心肌缺血與缺血-再灌注損傷壞死與凋亡并存,其特點(diǎn)是：缺血早期以凋亡為主，晚期以壞死為主；梗死灶中央以壞死為主，周邊以凋亡為主；輕度缺血以凋亡為主，重度缺血常發(fā)生壞死；在一定時(shí)間范圍內(nèi)，缺血-再灌注損傷時(shí)發(fā)生的細(xì)胞凋亡比同時(shí)間的單純?nèi)毖鼑?yán)重；急性、嚴(yán)重心肌缺血以壞死為主，而慢性、輕度心肌缺血?jiǎng)t發(fā)生細(xì)胞凋亡。二、細(xì)胞凋亡過(guò)度(一)心血管疾病

57心肌缺血與缺血-再灌注損傷心肌缺血或缺血-再灌注損傷引起細(xì)胞凋亡的機(jī)制與下列因素有關(guān)：氧化應(yīng)激:SOD可減少心肌細(xì)胞的凋亡缺血或缺氧可引起Fas顯著上調(diào)，通過(guò)與Fas配體反應(yīng)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡；缺血或缺氧可激活P53基因，增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄。二、細(xì)胞凋亡過(guò)度(一)心血管疾病

582.心力衰竭研究表明，心肌細(xì)胞凋亡造成心肌細(xì)胞數(shù)量的減少，可能是心力衰竭發(fā)生、發(fā)展的原因之一心肌細(xì)胞凋亡增加的機(jī)制：與心衰過(guò)程中諸多因素有關(guān)，如氧化應(yīng)激、負(fù)荷過(guò)重、神經(jīng)-內(nèi)分泌失調(diào)、細(xì)胞因子增多、缺血、缺氧等有關(guān)阻斷誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡的信號(hào)和/或阻斷將這些信號(hào)與死亡程序連接起來(lái)的通道，將有助于阻遏心肌細(xì)胞凋亡。二、細(xì)胞凋亡過(guò)度(一)心血管疾病

59對(duì)來(lái)自心衰病人心肌標(biāo)本的研究證實(shí)，心肌的凋亡指數(shù)高35.5%，而對(duì)照僅為0.2~0.4%。凋亡指數(shù)是指發(fā)生凋亡的細(xì)胞核數(shù)/每100個(gè)細(xì)胞核

60阿爾茨海默病(Alzheimer’sdisease,AD)神經(jīng)元喪失:主要是凋亡所致.海馬及基底神經(jīng)核的膽堿能神經(jīng)元喪失達(dá)到30%～50%,有時(shí)高達(dá)90%,大腦皮層也有不同程度的神經(jīng)元喪失。病理變化：大腦皮質(zhì)廣泛萎縮,腦溝變寬,腦回變窄，腦室擴(kuò)大，腦實(shí)質(zhì)有大量β淀粉樣蛋白沉積及神經(jīng)原纖維纏結(jié)等。誘導(dǎo)凋亡因素:β淀粉樣蛋白、鈣超載、氧化應(yīng)激、神經(jīng)生長(zhǎng)因子分泌不足等。二、細(xì)胞凋亡過(guò)度(二)神經(jīng)元退行性疾病

613.阿爾茨海默病發(fā)生機(jī)制：誘導(dǎo)因素作用于神經(jīng)原元→Ca2+內(nèi)流↑→激活與β淀粉樣蛋白合成有關(guān)基因，神經(jīng)元使β淀粉樣蛋白含量增加→神經(jīng)元凋亡若能阻抑胞內(nèi)游離［Ca2+］的上升或清除氧自由基，就有可能阻斷神經(jīng)元凋亡。如鈣拮抗劑能延緩神經(jīng)元的死亡，使AD患者癥狀改善，而抗氧化劑VitE也有類(lèi)似作用。二、細(xì)胞凋亡過(guò)度(二)神經(jīng)元退行性疾病

62HIV感染引起的AIDSAIDS發(fā)病機(jī)制：HIV感染引起CD4+淋巴細(xì)胞選擇性破壞,導(dǎo)致CD4+淋巴細(xì)胞顯著減少,相關(guān)免疫功能缺陷。HIV感染引起CD4+淋巴細(xì)胞凋亡的機(jī)制：gp120糖蛋白:感染HIV的宿主細(xì)胞膜上可表達(dá)gp120糖蛋白，而CD4+淋巴細(xì)胞表面有這種蛋白的受體，當(dāng)gp120與CD4+分子結(jié)合后即可觸發(fā)CD4+淋巴細(xì)胞凋亡。二、細(xì)胞凋亡過(guò)度(三)病毒感染

63病毒感染AIDSHIVCD4＋淋巴細(xì)胞凋亡

64合胞體形成：受HIV感染的CD4+淋巴細(xì)胞可逐步融合成合胞體(syncytia)或多核巨細(xì)胞，合胞體在形成過(guò)程中或形成后即可發(fā)生凋亡解體。HIV感染引起CD4+淋巴細(xì)胞凋亡的機(jī)制：合胞體ApoptosisbodyCD4+Tcell

65Fas基因表達(dá)上調(diào)：HIV感染可使CD4+淋巴細(xì)胞的Fas基因表達(dá)上調(diào)，使CD4+淋巴細(xì)胞對(duì)Fas介導(dǎo)的凋亡敏感性增強(qiáng)；HIV感染引起CD4+淋巴細(xì)胞凋亡的機(jī)制：Fas-R?CD4+TcellFasL

66T細(xì)胞激活：在HIV感染時(shí)被激活的CD4+淋巴細(xì)胞不發(fā)生增殖,反而發(fā)生凋亡(稱(chēng)為激活誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡)。T淋巴細(xì)胞的激活與凋亡有部分共同的信號(hào)傳遞系統(tǒng)，一旦該系統(tǒng)啟動(dòng)后，細(xì)胞是增殖或是凋亡，取決于所處環(huán)境中是否有足夠的淋巴細(xì)胞生長(zhǎng)因子，有則發(fā)生增殖，否則發(fā)生凋亡。由于HIV的侵襲，淋巴細(xì)胞生長(zhǎng)因子的生成減少，因此導(dǎo)致已激活的CD4+淋巴細(xì)胞發(fā)生凋亡。HIV感染引起CD4+淋巴細(xì)胞凋亡的機(jī)制：

67細(xì)胞因子：受HIV感染的巨噬細(xì)胞分泌TNF增多，與TNF受體-1(死亡受體)結(jié)合而啟動(dòng)死亡程序，也可刺激CD4+淋巴細(xì)胞產(chǎn)生氧自由基，通過(guò)氧化應(yīng)激而觸發(fā)細(xì)胞凋亡。HIV感染引起CD4+淋巴細(xì)胞凋亡的機(jī)制：TNF-RM?OFRHostcellCD4+TcellTNF

68tat蛋白：受HIV感染的細(xì)胞可產(chǎn)生tat蛋白，tat蛋白進(jìn)入CD4+淋巴細(xì)胞后，可誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生氧自由基，增強(qiáng)Fas抗原的表達(dá)而提高對(duì)細(xì)胞凋亡的易感性。HIV感染引起CD4+淋巴細(xì)胞凋亡的機(jī)制：OFRtatHostcellCD4+TcellFas-R?

69HIV慢性感染階段，受感染的CD4+淋巴細(xì)胞可作為效應(yīng)細(xì)胞，而未感染的CD4+淋巴細(xì)胞作為其靶細(xì)胞而被誘導(dǎo)凋亡。HIV感染引起CD4+淋巴細(xì)胞凋亡的機(jī)制：效靶效應(yīng)CD4+Tcell

70細(xì)胞凋亡在AIDS發(fā)病過(guò)程中具有一定保護(hù)意義，通過(guò)凋亡可使整合于宿主細(xì)胞的病毒DNA降解,終止病毒復(fù)制及擴(kuò)散，但CD4+淋巴細(xì)胞大量凋亡導(dǎo)致的免疫功能低下遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這種保護(hù)作用。因此在抗病毒的同時(shí),阻止CD4+淋巴細(xì)胞的凋亡是非常重要的。HIV感染引起CD4+淋巴細(xì)胞凋亡的機(jī)制：

71動(dòng)脈粥樣硬化(AS)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡過(guò)度：由于LDL升高、血小板激活、AT-Ⅱ、高血壓等因素可促使內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，內(nèi)皮屏障作用減弱,有利于脂質(zhì)沉積形成粥樣斑塊，加速AS發(fā)展；血管平滑肌細(xì)胞凋亡不足：AS過(guò)程中,血管平滑肌細(xì)胞增殖升高。為了抵抗平滑肌增殖過(guò)度,防止血管壁增厚,血管平滑肌細(xì)胞凋亡也增強(qiáng),但血管平滑肌細(xì)胞的增殖始終占主導(dǎo)地位。增殖大于凋亡,使血管壁增厚。因此,促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞凋亡防止過(guò)度增殖是抗AS的新思路。三、細(xì)胞凋亡不足與過(guò)度并存

72AS發(fā)病機(jī)制圖解內(nèi)皮凋亡↑平滑肌凋亡不足oxLDL↑activatedplt↑AgIIhypertension內(nèi)皮屏障↓平滑肌增殖>凋亡脂質(zhì)沉積血管壁增厚

73第五節(jié)細(xì)胞凋亡在疾病防治中的意義凋亡過(guò)程與調(diào)控一、合理利用凋亡相關(guān)因素低劑量照射誘導(dǎo)T細(xì)胞白血病細(xì)胞凋亡應(yīng)用TNFα誘導(dǎo)凋亡治療某些腫瘤。機(jī)制：抑制Bcl-2抗凋亡作用激活I(lǐng)CE，促進(jìn)凋亡細(xì)胞解體引發(fā)氧化應(yīng)激，增強(qiáng)P53的抗凋亡作用高熱或高溫誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡。NGF治療老年性癡呆切除睪丸治療前列腺癌

74凋亡過(guò)程與調(diào)控二、干預(yù)凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)應(yīng)用藥物、凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)中的酶類(lèi)、代謝產(chǎn)物等干預(yù)凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進(jìn)該凋亡的細(xì)胞凋亡，用于調(diào)亡相關(guān)疾病的治療。阿霉素刺激腫瘤細(xì)胞Fas/FasL表達(dá)，促進(jìn)凋亡SPP具有傳遞增殖信號(hào)拮抗凋亡作用，可用于治療AIDS，老年性癡呆。第五節(jié)細(xì)胞凋亡在疾病防治中的意義

75三、調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)基因運(yùn)用分子生物學(xué)手段人為地控制凋亡相關(guān)基因的表達(dá)，便可能控制凋亡過(guò)程。用各種載體(如：腺病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒或脂質(zhì)體)將野生型P53基因?qū)隤53基因發(fā)生突變的腫瘤細(xì)胞內(nèi)，恢復(fù)“分子警察”的職責(zé)，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。用“基因封條”即反義DNA，來(lái)抑制Bcl-2表達(dá)，提高對(duì)抗癌藥物的敏感性。第五節(jié)細(xì)胞凋亡在疾病防治中的意義

76四、控制凋亡相關(guān)的酶核酸內(nèi)切酶和caspases是凋亡執(zhí)行階段的關(guān)鍵酶。若能抑制它們的活性，細(xì)胞凋亡過(guò)程必然受阻；反之，則加速。降低細(xì)胞內(nèi)、外Ca2+濃度，抑制DNase激活，使細(xì)胞凋亡受阻；反之，利用Ca2+載體提升細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平，加速凋亡。鈣拮抗劑治療IRI。Zn2+能抑制DNase活性，可用于治療凋亡過(guò)度有關(guān)的疾病，如老年性癡呆、AIDS等。將Caspases基因轉(zhuǎn)入白血病細(xì)胞可其加速凋亡。Caspases抑制劑ZVAD.fmk可減少心肌細(xì)胞凋亡。第五節(jié)細(xì)胞凋亡在疾病防治中的意義

77五、防止線粒體跨膜電位的下降線粒體功能失調(diào)在細(xì)胞凋亡的發(fā)生中起關(guān)鍵作用。因此，維持線粒體跨膜電位可防止細(xì)胞凋亡的發(fā)生。環(huán)胞霉素A具有阻抑線粒體△ψm下降的作用，因而對(duì)防止細(xì)胞凋亡有一定作用。其衍生物具有較強(qiáng)穩(wěn)定的線粒體△ψm的作用，但免疫抑制作用已基本消失，有很好抗凋亡前景。第五節(jié)細(xì)胞凋亡在疾病防治中的意義

78一、凋亡概述1.細(xì)胞凋亡概念：由體內(nèi)外因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)預(yù)存的死亡程序?qū)е碌募?xì)胞死亡過(guò)程稱(chēng)為細(xì)胞凋亡(apoptosis),也稱(chēng)為PCD。2.細(xì)胞凋亡的生理意義：①確保正常發(fā)育生長(zhǎng);②維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定;③發(fā)揮防御功能。二、細(xì)胞凋亡的過(guò)程與調(diào)控1.細(xì)胞凋亡的基本過(guò)程：①凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；②凋亡基因激活；③細(xì)胞凋亡的執(zhí)行；④凋亡細(xì)胞的清除2.凋亡時(shí)細(xì)胞的主要變化(1)形態(tài)學(xué)改變：①胞膜空泡化，②細(xì)胞固縮，③染色質(zhì)邊集④凋亡小體。(2)生化改變：①DNase激活，導(dǎo)致DNA片段化斷裂；②caspase激活，水解蛋白質(zhì)，細(xì)胞解體小結(jié)

79二、細(xì)胞凋亡的過(guò)程與調(diào)控3.細(xì)胞凋亡的調(diào)控(1)細(xì)胞凋亡相關(guān)因素：①誘導(dǎo)性因素:激素和生長(zhǎng)因子失衡,理化因素,免疫性因素,微生物等;②抑制性因素:某些激素(ACTH)、細(xì)胞因子(IL-2，NGF)；③其它：某些二價(jià)金屬陽(yáng)離子如:Zn2+、藥物、病毒等。(2)細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)特點(diǎn):①多樣性;②偶聯(lián)性;③同一性;④)多途性。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)有：①胞內(nèi)Ca2+信號(hào)系統(tǒng)；②cAMP/PKA信號(hào)系統(tǒng)；③Fas蛋白/Fas配體信號(hào)系統(tǒng)；④神經(jīng)酰胺信號(hào)系統(tǒng)；⑤二酰甘油/蛋白激酶C信號(hào)系統(tǒng)；⑥酪氨酸蛋白激酶信號(hào)系統(tǒng)。

80二、細(xì)胞凋亡的過(guò)程與調(diào)控3.細(xì)胞凋亡的調(diào)控(3)凋亡相關(guān)基因①抑制凋亡基因:Bcl-2、EIB、IAP②促進(jìn)凋亡基因:wtP53、Bax、ICE③雙向調(diào)控基因:c-myc，Bcl-x三、細(xì)胞凋亡發(fā)生的機(jī)制1.氧化損傷；2.鈣穩(wěn)態(tài)失衡3.線粒體損傷四、細(xì)胞凋亡與疾病1.凋亡不足:腫瘤、自身免疫病等2.凋亡過(guò)度:心血管疾病神經(jīng)元退行性疾病、病毒感染3.凋亡不足與過(guò)度并存：動(dòng)脈粥樣硬化等。