細(xì)胞鈣信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與疾病細(xì)胞調(diào)亡和疾病

1、鈣信號(hào)傳導(dǎo)與疾病 正常細(xì)胞Ca2+信號(hào)傳導(dǎo) 方法:電生理,Fura-2熒光探針。（Tsein) 拮抗劑，激動(dòng)劑細(xì)胞內(nèi)Ca2+庫(kù) 細(xì)胞內(nèi)主要的Ca2+儲(chǔ)存、緩沖、信號(hào)傳遞細(xì)胞器為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。其他作為鈣庫(kù)的還有線粒體和細(xì)胞核。已知IP3作用于非線粒體鈣庫(kù)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)則是關(guān)鍵的信號(hào)Ca2+庫(kù) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，鈣結(jié)合蛋白: 肌細(xì)胞肌鈣蛋白（calsequestrin）， 其他細(xì)胞主要為鈣網(wǎng)硬蛋白（calreticulin）線粒體可通過(guò)耗能過(guò)程積累Ca2+ ATP的水解驅(qū)使H+積聚，通過(guò)H -ATPase的反轉(zhuǎn)產(chǎn)生膜電位。 驅(qū)動(dòng)Ca2+積累的能量來(lái)自于線粒體膜電位。 干擾電子轉(zhuǎn)運(yùn)的藥物如protonophore解聯(lián)

2、劑可封閉線粒體攝入Ca2+ 。細(xì)胞內(nèi)其它鈣庫(kù) （1）分泌性顆粒在分泌性顆粒中的Ca2+通常被認(rèn)為是相對(duì)無(wú)活性的，只是一種結(jié)構(gòu)性Ca2+ 容量。但有些證據(jù)顯示Ca2+在細(xì)胞受到刺激時(shí)可以釋放出來(lái)并參與調(diào)控分泌過(guò)程。 （2）細(xì)胞核：核膜可以?xún)?chǔ)存Ca2+ ，因?yàn)楹四な莾?nèi)質(zhì)網(wǎng)的延續(xù)。細(xì)胞刺激能夠?qū)е翪a2+直接釋放到核質(zhì)，在核質(zhì)內(nèi)可能參與調(diào)節(jié)細(xì)胞核的功能。正常細(xì)胞Ca2+信號(hào) 胞質(zhì)Ca2+濃度升高的機(jī)制(一)胞外Ca2+內(nèi)流 1 Na+/ Ca2+交換:按濃度轉(zhuǎn)運(yùn)(神經(jīng)細(xì)胞和肌細(xì)胞) 2 “漏系統(tǒng)”機(jī)制:病理?xiàng)l件下,膜不穩(wěn)定,漏進(jìn)細(xì)胞的Ca2+增加 3 Ca2+通道:(1)電壓依賴(lài)性:L,T, N型(

3、突觸前)，P(蒲肯野細(xì)胞) ,興奮性細(xì)胞，去極化激活，膜片鉗，（step模式）（2）配基門(mén)通道，非特異性的陽(yáng)離子通道，NMDA，(3)受體操控性（容量性 Ca2+內(nèi)流 ）光敏感通道。L 型鈣通道，慢鈣通道，其激活較慢激活電壓相對(duì)較高，維持時(shí)間較長(zhǎng)主要存在于突觸后膜主要的亞單位決定鈣離子通透特性另一種類(lèi)型的L型鈣通道啞鈴 型，結(jié)構(gòu)4個(gè)鈣，與鈣結(jié)合后發(fā)生構(gòu)象改變，暴露疏水端Presynaptic component: Neurotransmitter release: exo- and endocytosis General Fusion Mechanism: 2. SNAREs (SNAP Re

4、ceptor) : the core membrane fusion machinery (priming)SNAP (soluble NSF attachment protein); NSF (N-ethylmaleimide Sensitive Factor)Vesicle-Snares (V-snares): VAMPs (synaptobrevin)Target-Snares (t-snares): syntaxin, SNAP-25Fig. 1. DCV exocytosis viewed as sequential stages of docking, primingand fus

5、ion. Kinetic components of capacitance for DCV exocytosis havebeen interpreted in terms of a model 14 in which vesicles transitionthrough sequential stages. Cytoplasmic or undocked vesicles undergodocking (1). Priming of docked vesicles may occur in two stages togenerate SRP (slowly releasable pool)

6、 and RRP (rapidly releasable pool) ofvesicles (2 and 3). The first priming step requires moderate increases incytoplasmic Ca2+. Activating levels of Ca2+ trigger fusion of vesicles fromeither the SRP (not shown) or from the RRP (4). Each step is thought to bereversible although they are depicted as

7、single arrows in the figure.Approximate forward rate constants 14 for each step are 0.003 s1 (1),0.03 s1 (2), 0.3 s1 (3) and 30 s1 (4). Priming reactions are thought toinvolve assembly of trans SNARE complexes, which may initiate byanchoring N-terminal domains of SNARE motifs (2) and their subsequen

8、tzippering to C-terminal, membrane proximal regions (3). In SVexocytosis, complexins may stabilize trans SNARE complexes at a latestage of assembly rendering them fusion-ready upon Ca2+ influx.Time relationship between presynaptic Ca influx and postsynaptic potential容量性 Ca2+內(nèi)流 遞質(zhì)（去甲腎上腺素），激活G蛋白，興奮磷脂酶

9、C（PI-PLC），磷脂酸肌醇 IP3+DG鈣庫(kù)依賴(lài)鈣信號(hào) 胞內(nèi)Ca2+ 庫(kù)的釋放導(dǎo)致Ca2+ 庫(kù)耗竭，激發(fā)細(xì)胞外Ca2+ 內(nèi)流，故稱(chēng)為Ca2+庫(kù)依賴(lài)Ca2+內(nèi)流，是保持細(xì)胞內(nèi)Ca2+ 水平的基礎(chǔ) 1） Ca2+ 內(nèi)流有細(xì)胞內(nèi)Ca2+庫(kù)釋放激活；2）細(xì)胞受到持續(xù)刺激， Ca2+庫(kù)耗竭，則Ca2+內(nèi)流持續(xù)活化；3）靜息狀態(tài)下， Ca2+庫(kù)充盈；4）當(dāng)Ca2+ 庫(kù)充盈完畢，則Ca2+ 內(nèi)流失活。以上結(jié)果表明：細(xì)胞內(nèi)Ca2+庫(kù)的充盈狀態(tài)調(diào)節(jié)著質(zhì)膜上的Ca2+ 內(nèi)流通路的活性狀態(tài)。 鈣庫(kù)激活：IP3受體，Ryanodine受體， 但近來(lái)的觀點(diǎn)認(rèn)為，PLC相關(guān)刺激調(diào)節(jié)的Ca2+內(nèi)流并不是質(zhì)膜上的IP3作

10、用直接引起的，而是由IP3引起的細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)釋放的結(jié)果。 Tg和環(huán)鹽酸嗎甲吡嗪酸(cyclopiazonic acid, CPA)等的發(fā)現(xiàn)直接證實(shí)了這一結(jié)論。這兩個(gè)藥均可激活I(lǐng)P3敏感鈣庫(kù)Ca2+的儲(chǔ)存所必需的ATPase的活性，從而使得鈣庫(kù)釋放耗竭。實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)應(yīng)用這些試劑處理細(xì)胞時(shí)，跨質(zhì)膜Ca2+內(nèi)流被激活。細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)耗竭可能存在兩種機(jī)制與質(zhì)膜相聯(lián)系。（1）IP3受體與細(xì)胞骨架相連，這種相聯(lián)系使得IP3受體固定于細(xì)胞膜上。細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)的耗竭使IP3IP3受體構(gòu)象受體構(gòu)象發(fā)生改變，再通過(guò)細(xì)胞骨架或其他蛋白-蛋白相互作用，將IP3受體轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜上。（2）鈣內(nèi)流因子鈣內(nèi)流因子（calcium in

11、flux factor,CIF）：細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)耗竭釋放出信號(hào)分子作用在質(zhì)膜上的Ca2+ 通道上。 這一信號(hào)分子可能是cGMP、細(xì)胞色素P450代謝物，但兩種機(jī)制都有一些疑點(diǎn)。 近來(lái)研究表明可能一些囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)參與其中，囊泡預(yù)先形成，通過(guò)囊泡融合活化的鈣通道插入質(zhì)膜鈣通道插入質(zhì)膜。 TRP通道是一類(lèi)六次跨膜的非選擇性陽(yáng)離子通道。它們?cè)谶M(jìn)化中高度保守，在哺乳動(dòng)物體內(nèi)廣泛表達(dá)，參與了許多重要的生理學(xué)功能，如對(duì)溫度、痛覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)的感知以及受精 。 感光受體突變體 選擇性的Ca2+ 通道 Ca2+池耗竭而激活 溫度、滲透壓、pH值、機(jī)械力,以及一些內(nèi)、外源性配體和細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子 鈣的信號(hào)傳導(dǎo)在發(fā)病學(xué)中的

12、作用 細(xì)胞凋亡（Kuiser和Edelman） 糖皮質(zhì)激素引起胸腺細(xì)胞的調(diào)亡 上游：細(xì)胞外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，線粒體內(nèi)鈣的釋放， 激活蛋白水解酶，磷酸脂酶，蛋白激酶 Ca 2+ /Mg 2+依賴(lài)低分子核酸內(nèi)切酶NUC18， Ca 2+ 依賴(lài)內(nèi)核酶DNaseI，TNF-、抗CD3抗體、TCDD等 激活Ca2+/Mg2+依賴(lài)的核酸內(nèi)切酶，降解DNA鏈；激活谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶，促使細(xì)胞骨架分子之間發(fā)生廣泛交聯(lián)，有利于凋亡小體形成；激活核轉(zhuǎn)錄因子，加速細(xì)胞凋亡相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄；在ATP參與下，暴露出核小體之間的連接區(qū)，有利于DNA內(nèi)切酶切割DNA。細(xì)胞凋亡缺血、缺氧損傷與Ca2+信號(hào)傳導(dǎo) 心肌缺血性損傷，阻斷Ca2+

13、通道，動(dòng)物試驗(yàn)?zāi)芨纳迫毖Y狀，但人的試驗(yàn)并不能阻止心梗的發(fā)生。 ATP合成障礙，Na +泵功能下降， Na +/H+交換，細(xì)胞內(nèi)Na +增加， Na +/ Ca2+交換， 胞內(nèi)Ca2+增加。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+泵功能障礙 細(xì)胞膜Ca2+泵功能障礙腦缺血 缺血中心區(qū) 半影區(qū) 興奮毒作用/谷氨酸 局部腦缺血20min2h，缺血腦區(qū)灌流液中谷氨酸的量升高2.520倍 NMDA受體，AMDA和KA(kainic acid) 受體 缺血發(fā)生，N型電壓依賴(lài)性鈣通道開(kāi)放，引起Ca2+和鈉離子的內(nèi)流增加； 代謝性受體與G蛋白偶連可介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)第二信使的表達(dá)，引起細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)釋放鈣，引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載。 Ca2+超

14、載又可加重缺血性腦損傷 其主要途徑是： 引起線粒體內(nèi)Ca2+超載，影響氧化磷酸化功能，導(dǎo)致ATP產(chǎn)生減少； 激活一些破壞性的Ca2+依賴(lài)性酶，如溶酶體中的中性蛋白酶、胞膜的磷脂酶A、核酸內(nèi)切酶等，引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞； 誘發(fā)腦血管痙攣，通透性增加，引起進(jìn)一步的缺血和腦水腫的形成； 突觸前、后膜蛋白磷酸化，導(dǎo)致進(jìn)一步Ca2+超載 一氧化氮(NO) 過(guò)度生成 NO是一種廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的多功能神經(jīng)介質(zhì)，是精氨酸通過(guò)三種NO合酶（NOS）代謝而成。神經(jīng)性NOS（nNOS）是一種鈣依賴(lài)性結(jié)構(gòu)蛋白，主要來(lái)源于神經(jīng)細(xì)胞 當(dāng)缺血發(fā)生后，nNOS產(chǎn)生增加，NO同活性氧類(lèi)反應(yīng)產(chǎn)生大量活性基團(tuán)破壞神經(jīng)細(xì)胞 活

15、性氧類(lèi)（ROS）生成過(guò)多： Ca2+濃度升高激活膜Ca2+依賴(lài)性磷酸酯酶A，使膜磷脂代謝為花生四稀酸，最后生成為自由基 激活Ca2+依賴(lài)的蛋白水解酶，calpainI的激活，細(xì)胞支架的崩解 Ca2+依賴(lài)的內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶的激活，細(xì)胞調(diào)亡，延發(fā)性的神經(jīng)元死亡。 最近的研究發(fā)現(xiàn)，只有在細(xì)胞內(nèi)的特定區(qū)域Ca2+濃度升高，才能觸發(fā)一連串的病理性反應(yīng)。鈣通道與人類(lèi)遺傳病 迄今已發(fā)現(xiàn) 7種人類(lèi)遺傳病與鈣通道基因突變 CACNL1A4基因 P/Q型電壓門(mén)控鈣通道1A亞單位 （神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，蒲肯野細(xì)胞） 該基因不同類(lèi)型的突變可導(dǎo)致以下三種疾?。? 家族性偏癱型偏頭痛 該病呈常染色體顯性遺傳， 發(fā)作常于兒童期

16、或青年期，典型者頭痛伴有偏癱先兆，為短暫性偏癱，持續(xù)數(shù)小時(shí)至數(shù)天，可伴發(fā)眼顫，共濟(jì)失調(diào)和小腦萎縮等。 目前已發(fā)現(xiàn)了4種CACNL1A4的錯(cuò)義突變，這些突變可能通過(guò)改變電壓敏感性、離子選擇性或滲透性、通道失活等影響鈣通道功能，從而引起臨床癥狀。 對(duì)應(yīng)的小鼠Cchl1a4基因發(fā)生錯(cuò)義突變后，小鼠可表現(xiàn)為失神發(fā)作，運(yùn)動(dòng)性癲癇發(fā)作和共濟(jì)失調(diào)。發(fā)作性共濟(jì)失調(diào)型 此病是常染色體顯性遺傳病，表現(xiàn)為共濟(jì)失調(diào)、眼顫、構(gòu)音不清和眩暈，可呈進(jìn)行性，發(fā)作性眼顫和小腦萎縮常見(jiàn)。兒童后期或青年期發(fā)病，常因應(yīng)激、運(yùn)動(dòng)或疲勞誘發(fā)，持續(xù)數(shù)小時(shí)至數(shù)天，約50%患者有偏頭痛癥狀，包括基底動(dòng)脈型偏頭痛，臨床上嚴(yán)重者可表現(xiàn)失神發(fā)作、嚴(yán)

17、重的共濟(jì)失調(diào)和早亡，與發(fā)作性共濟(jì)失調(diào)型比較，無(wú)肌纖維顫搐。本病已發(fā)現(xiàn)CACNL1A基因的一種缺失突變4073delC和一個(gè)影響到第24位內(nèi)含子5拼接位點(diǎn)的GA改變，這兩種病變均導(dǎo)致翻譯提前終止，產(chǎn)生截短蛋白。1997年Jodice在一個(gè)臨床診斷為發(fā)作性濟(jì)失調(diào)型的家系中發(fā)現(xiàn)一個(gè)23次CAG三核苷重復(fù)與疾病共分離，提示CAG三核苷酸重復(fù)可能在EA-2發(fā)病中也有一定的作用。 脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)型 為常染色體顯性遺傳性疾病，共8型，臨床表現(xiàn)為慢性進(jìn)行全小腦功能障礙，多于成年發(fā)病，可伴或不伴認(rèn)知功能、眼、錐體外系和周?chē)窠?jīng)受累。 該病病理機(jī)制是由于基因編碼區(qū)內(nèi)編碼多聚谷氨酰胺的多聚谷氨酰胺的CAGCAG三

18、核苷酸重復(fù)序列三核苷酸重復(fù)序列異常擴(kuò)增所致。在SCA家系中CACNL1A4基因編碼區(qū)內(nèi) cAG三核苷酸重復(fù)從正常的46個(gè)增加至2127個(gè)，臨床上于4050歲發(fā)病，表現(xiàn)為眼顫、構(gòu)音困難、肢體和步態(tài)共濟(jì)失調(diào)、振動(dòng)覺(jué)和位置覺(jué)損害等，晚期可出現(xiàn)吞咽困難，影像學(xué)顯示小腦萎縮。 CACNL1A3基因 將L型電壓門(mén)控鈣通道1S亞單位 HPP呈常染色體顯性遺傳，兒童或成年早期發(fā)病，為發(fā)作性軀干和肢體無(wú)力，持續(xù)數(shù)小時(shí)或數(shù)天，延髓肌、呼吸肌和通常不受累， 發(fā)作時(shí)常伴血清鉀降低，補(bǔ)鉀和醋氮酰胺治療有效。1994年，Ptacek等在HPP家系發(fā)現(xiàn)3個(gè)CACNL1A3的錯(cuò)義突變，即Arg1239His,ARG1239G

19、ly和Arg528His, 這些突變可通過(guò)干擾去極化信號(hào)傳遞給肌漿網(wǎng)中RYR而損傷興奮收縮耦聯(lián)， 但該病的發(fā)作性和低鉀現(xiàn)象不好解釋。對(duì)應(yīng)的小鼠Cchl1a3基因發(fā)生突變后，純合子小鼠完全失去了興奮收縮耦聯(lián)而表現(xiàn)為致死性。CACNAIF 鈣通道1亞單位F型： 不完全X-連鎖先天性夜盲的致病突變 RYR1 不同類(lèi)型突變導(dǎo)致以下兩種遺傳病 中央軸空癥 該病是一種先天性非進(jìn)行常色體顯性遺傳性肌病，臨床特點(diǎn)是嬰兒或兒童期出現(xiàn)肌張力低下和近端肌無(wú)力，腱反射減弱或消失，骨骼肌和心肌異常，易出現(xiàn)惡性高熱，目前發(fā)現(xiàn)的致病病變有Arg248Gly、Ile403Met和Arg2163His。 惡性高熱 該病為常染色

20、體顯性遺傳，表現(xiàn)為惡性高溫，伴自主肌肉張力增高，乳酸酸中毒，血清中CPK增高，血清磷酸鹽和鉀升高，麻醉、酒精、感染等可誘導(dǎo)嚴(yán)重的橫紋肌溶解。該病中已發(fā)現(xiàn)RYR1的基因突變有Arg163Cys、Arg2248Gly、Arg163His、Arg163Cys、Gly341Arg、Gly2433Arg、Arg2458Cys、Arg2458His和Arg2163Cys “通道病”（channelopathies)已被確立的為一大類(lèi)疾病。 小鼠鈣通道4亞單位Cchb4基因的移碼突變可導(dǎo)致常染色體隱性遺傳淡漠表型， 小鼠鈣通道1A亞單位Cchla4基因的點(diǎn)突變可導(dǎo)致常染色體顯性遺傳性蹣跚（tg）表型， 小鼠

21、鈣通道亞單位Cacng2基因的插入突變可導(dǎo)致常染色體顯性遺傳性引起的失神經(jīng)性癲癇（stg）表型， 對(duì)小鼠鈣通道的研究提示通道孔形成或輔助性通道亞單位受累均可產(chǎn)生鈣通道病。 顯性突變引起鈣通道病通常有3種機(jī)制 功能增強(qiáng)，因改變的通道蛋白質(zhì)活性異常增加，如低鉀型周期性麻痹和家族性偏癱性偏頭痛的錯(cuò)義突變均屬于此種； 功能喪失，功能性通道蛋白質(zhì)的量不足以維持正常細(xì)胞功能，如發(fā)作性共濟(jì)失調(diào)型由于多肽鏈過(guò)早終止，不能產(chǎn)生功能性蛋白質(zhì)； 顯性負(fù)效應(yīng)（dominant negative effect),突變的蛋白質(zhì)干擾正常蛋白質(zhì)活性，常發(fā)生在多聚體蛋白質(zhì)，如SCA6異常的1A亞單位可能干擾了P/Q通道的裝配。

22、 常見(jiàn)疾病的Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常 原發(fā)性高血壓 血管平滑肌張力的增加，引起血壓升高是原發(fā)性高血壓的基本病理改變。 Ca2+信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常是血管平滑肌張力的增加的原因（10-5M ， 10-7M） 1：胞膜“漏系統(tǒng)” 2：通過(guò)Ca2+通道的Ca2+內(nèi)流增多通過(guò)Ca2+通道的Ca2+內(nèi)流增多 (1)高血壓狀態(tài)，跨膜電位變小（自發(fā)性高血壓大鼠對(duì)低濃度KCL（10mmol）反應(yīng)比wt鼠大，對(duì)Ca2+拮抗劑nifedipine敏感 Ca2+拮抗劑和VDC結(jié)合的親合力與去極化程度成正比(2)受體操縱Ca2+通道開(kāi)放增加,機(jī)制不太清楚(3)胞內(nèi)Ca2+緩沖系統(tǒng)功能障礙 Ca2+池的不完全耗竭狀態(tài)(不能正常的把

23、Ca2+泵入肌漿網(wǎng)) 檢測(cè)無(wú)Ca2+外液,檢測(cè)苯腎上腺素引起的血管收縮.(4)胞膜Ca2+泵功能失調(diào)動(dòng)脈粥樣硬化 中膜平滑肌細(xì)胞向內(nèi)膜下遷移并增殖是動(dòng)脈粥樣硬化病變的特征。 (1)各種生長(zhǎng)因子PDGF,EDGF,FGF,血管活性物質(zhì)(內(nèi)皮素等)共同的中介 Ca2+濃度 Ca2+和Ca2+調(diào)蛋白,激活MAPK,啟動(dòng)c-fos原癌基因，DNA的表達(dá)增加.(2) Ca2+濃度血小板聚集,非電壓依賴(lài)的鈣通道,nifedipine 作用不大.動(dòng)脈粥樣硬化支氣管哮喘 哮喘發(fā)作時(shí)，表現(xiàn)為膽堿受體敏感，引起迷走神經(jīng)興奮，使大量乙酰膽堿釋放，導(dǎo)致支氣管平滑肌上的鈣離子專(zhuān)用通道開(kāi)放，鈣離子內(nèi)流增加. 同時(shí)細(xì)胞內(nèi)c

24、GMP水平升高，后者促進(jìn)肌膜及肌漿網(wǎng)釋放鈣離子進(jìn)入肌漿，進(jìn)一步使鈣離子內(nèi)流增加，支氣管平滑肌的興奮收縮耦聯(lián)加強(qiáng)，引起支氣管平滑肌強(qiáng)烈收縮。 鈣通道阻滯藥阻止鈣離子內(nèi)流，能明顯抑制支氣管平滑肌收縮，并可阻止肥大細(xì)胞釋放組胺等介質(zhì)，減少LTD4的合成，可用于防治支氣管哮喘。 疼痛與鈣通道疼痛與鈣通道 脊髓背角上的鈣通道 強(qiáng)烈傷害性刺激導(dǎo)致脊髓感覺(jué)整合過(guò)程改變，可出現(xiàn)疼痛過(guò)敏現(xiàn)象，其機(jī)制可能為：脊髓背角的感受野擴(kuò)大及感受閾降低；“卷?yè)P(yáng)”(wind up)現(xiàn)象，由于C纖維受到重復(fù)刺激，導(dǎo)致脊髓背角神經(jīng)元反性應(yīng)增強(qiáng)；強(qiáng)腓肽基因表達(dá)增強(qiáng)。 去極化電位，使谷氨酸及速激肽釋放增多，依賴(lài)Mg2+阻斷的N-甲基-

25、天門(mén)冬氨酸(NMDA)受體相關(guān)通道開(kāi)放，Ca2+通過(guò)這些通道流入，激活磷脂酶C，催化細(xì)胞內(nèi)第二信使形成，使Ca2+從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放 增強(qiáng)AMPA受體的獲得性(availability)，導(dǎo)致細(xì)胞興奮性升高，基因表達(dá)增強(qiáng)，逆行信使(retrograde messenger)釋放， 導(dǎo)致中樞敏感性，出現(xiàn)“卷?yè)P(yáng)”現(xiàn)象及長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(longterm potentiation，LTP) Russ等發(fā)現(xiàn)“卷?yè)P(yáng)”現(xiàn)象與脊髓背角神經(jīng)元L型鈣通道開(kāi)放引起的平臺(tái)電位有關(guān)，L型鈣通道主要位于脊髓神經(jīng)元突觸后膜在C纖維尚未興奮，突觸后膜處于負(fù)電位即靜息狀態(tài)時(shí)，L型鈣通道在疼痛調(diào)控中的作用并不大；只有當(dāng)組織損傷后，神經(jīng)元持

26、續(xù)去極化，L型鈣通道才形成較強(qiáng)的離子流。鈣離子進(jìn)入細(xì)胞后，除自身作為第二信使外，還可激活其他第二信使，最終引發(fā)脊髓背角神經(jīng)元的敏化，提示疼痛敏化狀態(tài)的持續(xù)與L型鈣通道有關(guān)。由L型鈣通道的激活引起細(xì)胞內(nèi)鈣離子增多可能介導(dǎo)著C纖維興奮后的諸多變化。 CCBs顯示其鎮(zhèn)痛效應(yīng) L型CCBs如維拉帕米、尼莫地平等不僅可加強(qiáng)阿片類(lèi)藥的鎮(zhèn)痛作用，其自身也具有一定的鎮(zhèn)痛效應(yīng)。 維拉帕米可抑制創(chuàng)傷后大鼠脊髓后角cfos表達(dá)以及創(chuàng)傷后的痛覺(jué)過(guò)敏。N型CCBs Ziconotide鞘內(nèi)注射，可緩解術(shù)后疼痛。 與嗎啡連用,可以降低其用量癲癇 今年來(lái),胞內(nèi)Ca2+濃度的增高可以誘發(fā)癲癇腫瘤 Ca2+在細(xì)胞的增殖、侵襲、

27、轉(zhuǎn)移調(diào)控中發(fā)揮重要的作用。在一些正常細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、粘附過(guò)程中，有G蛋白敏感信號(hào)通路的參與，控制這一信號(hào)通路可能也參與腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移過(guò)程。 NO在腫瘤轉(zhuǎn)移過(guò)程中通過(guò)Ca2+ 依賴(lài)過(guò)程參與了基質(zhì)金屬蛋白酶的分泌活化機(jī)制而促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移。 Cell Apoptosis and Diseases 細(xì)胞凋亡與疾病細(xì)胞凋亡與疾病裸鼠的結(jié)腸癌病理模型復(fù)制胃癌手術(shù)后腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移患者（患者處于惡液質(zhì)狀態(tài)）瘤細(xì)胞為什么會(huì)發(fā)生？Teaching contents Overview Pathogenesis of Apoptosis Apoptosis and Diseases 概述概述凋亡發(fā)生機(jī)制凋亡發(fā)生機(jī)制凋亡

28、與疾病凋亡與疾病What is Apoptosis ? Apoptosis refers to the process in which the dying procedures that have been in advance deposited in cell are triggered by various causes from in vitro and in vivo, and eventually cause cell death.（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） Programmed cell death（PCD）：）：程序性細(xì)胞死亡Chromato

29、lysis(1885, Flemming)Kerr JF, Wyllie AH and Currie AR Apoptosis: a basic biological phenomenon with wide-ranging implications in tissue kinetics. Br. J Cancer, 1972, 26(4):239-257.Cell apoptosis(1972)Programmed cell death(1956, clucksmann, saunders)染色質(zhì)溶解染色質(zhì)溶解程序性細(xì)胞死亡程序性細(xì)胞死亡Morphological changes in ap

30、optosis Cell membrane Cytoplasm Cell nucleus Apoptotic body Phagocytose Cell undergoing apoptosis 膜膜漿漿吞噬體吞噬體Figures show time-lapse microscopy images of a trophoblast cell undergoing apoptosis. apoptotic bodyChanges of Cell membraneBudding出芽出芽 Normal Cell Apoptotic Cell condensationmargination細(xì)胞質(zhì)和核的

31、變化細(xì)胞質(zhì)和核的變化濃縮濃縮邊集邊集Apoptotic Bodies凋亡小體凋亡小體PhagocytoseEversion of Phosphatidylserine磷脂酰絲氨酸吞噬吞噬碘化丙啶Biochemical Changes in Apoptosis Apoptosis initiating factors Caspase activation Endonuclease activation DNA fragmentation凋亡啟動(dòng)因子凋亡啟動(dòng)因子凋亡蛋白酶活化凋亡蛋白酶活化核酸內(nèi)切酶活化核酸內(nèi)切酶活化DNA片段化片段化The process of apoptosis凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡

32、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 凋亡基因激活凋亡基因激活 凋亡的執(zhí)行凋亡的執(zhí)行 凋亡細(xì)胞清除凋亡細(xì)胞清除 Process & regulation of cell apoptosisApoptosis initiating factorspermeability transition pore(PTP)cytochrome c(Cyto-C)apoptotic protease activating factor(Apaf)apoptosis inducing factor,AIF線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔凋亡誘導(dǎo)因子細(xì)胞色素C凋亡蛋白酶激活因子Apoptosome CARD:caspase activation

33、and recruitment domain細(xì)胞色素C (cytochrome c，Cyto-C)凋亡復(fù)合體凋亡復(fù)合體apoptotic protease activating factor(Apaf)凋亡蛋白酶激活因子王曉東，劉雪松AIF: Apoptosis inducing factorDNA fragmentationAIFAIF對(duì)凋亡的誘導(dǎo)作用是非Caspase依賴(lài)性Biochemical Changes in Apoptosis Apoptosis initiating factors Caspase activation Endogenous endonuclease activ

34、ation DNA fragmentationOverview Conception of apoptosis Morphological changes in apoptosis Biochemical Changes in apoptosis Differences in apoptosis and necrosis Phases of apoptosisDifferences in apoptosis and necrosisDifferences in apoptosis and necrosisDNA ladder Phases of apoptosisInduction phase

35、 Execution phase Dying out phaseOverview Conception of apoptosis Morphological changes in apoptosis Biochemical Changes in apoptosis Differences in apoptosis and necrosis Phases of apoptosisTeaching contents Overview Pathogenesis（發(fā)生機(jī)制）（發(fā)生機(jī)制） of Apoptosis Apoptosis and Diseases Pathogenesis of Apopto

36、sisApoptosis-related factorsSignal transduction pathways in apoptosisApoptosis-related genesApoptosis-related factorsSignal transduction pathways in apoptosis Death receptor pathway Mitochondrial線粒體線粒體 pathway Caspases Endogenous endonucleaseDeath receptor pathwayTrimerizationFADD: fas-associated pr

37、otein with death domainDD: death domainDED: death effector domainDeath receptor pathwayCAD: caspase-activated deoxyribonuleaseMitochondrion pathway 1、線粒體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的提出 +caspase-independent apoptosisCaspasesCaspases: cysteine-containing aspartate-specific proteaseN末端區(qū)末端區(qū)大亞單位大亞單位小亞單位小亞單位Classification of C

38、aspases Initiator caspasesEffector caspasesInflammation related caspases起始凋亡蛋白酶效應(yīng)凋亡蛋白酶大小亞基結(jié)合（二聚體） caspase活化（四聚體） Pro-caspase： NH2末端結(jié)構(gòu)域、 20KD亞基、 10KD亞基 剪切Substrate of caspases1.1.凋亡蛋白酶激活的凋亡蛋白酶激活的DNADNA酶抑制物（酶抑制物（ICAD)ICAD)2.2.核纖層核纖層(lamina)(lamina)蛋白蛋白3.3.細(xì)胞骨架蛋白細(xì)胞骨架蛋白4.4.其它其它c(diǎn)aspasescaspases5.5.滅活細(xì)胞凋亡

39、的抑制物滅活細(xì)胞凋亡的抑制物Endogenous endonucleaseCAD:CAD:凋亡蛋白酶激活的凋亡蛋白酶激活的DNADNA酶酶Endogenous endonucleaseSignal transduction pathways in apoptosis Death receptor pathway Mitochondrial pathway Caspases Endogenous endonuclease 細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡的調(diào)控機(jī)制細(xì)胞凋亡的調(diào)控機(jī)制（Bcl-2 family （B cell lymphoma/leukemia-2） B cell lymphoma/leukemi

40、a-2 (CED-9) Bcl-2 subfamily: Bcl-2、Bcl-x（ Bcl-xL, Bcl-xS)、 Bcl-w、Mcl-1 Bax subfamily: Bax,Bak, Bok(Mtd) BH3 subfamily: Bik、Bad、Bid、Bim、 Hrk(DP5)BH:Bcl-2 homologyTM: transmembrane regionBcl-2+caspase-independent apoptosisBcl-2 family Bcl-2 family contains members that are both pro and anti-apoptotic

41、Anti: Bcl-2, Bcl-xL, Bcl-w, Mcl-1 Pro: Bax, Bim, Bik,Bad,Bid,Hrk,Bcl-xS,Bok(Mtd)p53wtp53Pro-apoptosis(molecular policeman)wtp53 and mtp53Pathogenesis of ApoptosisApoptosis-related factorsSignal transduction pathways in apoptosisApoptosis-related genesTeaching contents Overview Pathogenesis of Apopto

42、sis Apoptosis and Diseases Apoptosis and Diseases Physiological Significance of Apoptosis Relationship of Apoptosis and diseasesPhysiological Significance of Apoptosis Insuring normal growth and development Maintaining internal homeostasis Exerting defensive function細(xì)胞凋亡與疾病發(fā)生的關(guān)系細(xì)胞凋亡與疾病發(fā)生的關(guān)系 Pathogen

43、esis of tumor: stimulating cell proliferation inhibiting cell apoptosis Cell survival cell death in diseased tissue Etiologically, cell apoptosis is actually one of the natural anti-carcinogenic mechanisms 在腫瘤發(fā)展和轉(zhuǎn)移中的在腫瘤發(fā)展和轉(zhuǎn)移中的 作用作用(皮膚的基底細(xì)胞癌調(diào)亡皮膚的基底細(xì)胞癌調(diào)亡高高,轉(zhuǎn)移少轉(zhuǎn)移少) 細(xì)胞凋亡在腫瘤發(fā)生中的作用細(xì)胞凋亡在腫瘤發(fā)生中的作用 Tumor-P53

44、mutationChemicalsVirusRadiationTumor-Overexpression of Bcl2 腫瘤治療,促進(jìn)調(diào)亡, 哈醫(yī)大癌靈一號(hào)(AS2O3)治療急性早幼粒細(xì)胞白血病 生長(zhǎng)因子與腫瘤治療 (1)應(yīng)用存活因子的單抗 (2)用糖皮質(zhì)激素抑制細(xì)胞存活因子的合成,大劑量甲基潑尼松誘導(dǎo)兒童急性髓性白血病. The lesion caused by attack of auto-antibody or sensitized T cell to auto-antigen(T 細(xì)胞對(duì)自身抗細(xì)胞對(duì)自身抗體的敏感體的敏感) Normally, T cells against auto-

45、antigen are eliminated by apoptosis during the development When the negative selection was deregulated (thymus diseases), The T cells survive and abnormally proliferate, then attack self tissue, lead to autoimmune diseasesAutoimmune Diseases 自身免疫病的自身免疫病的MRL小鼠模型小鼠模型: 類(lèi)似人的系統(tǒng)性紅斑狼瘡類(lèi)似人的系統(tǒng)性紅斑狼瘡,類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎類(lèi)風(fēng)濕關(guān)

46、節(jié)炎 Fas突變突變 在在T細(xì)胞的下游細(xì)胞的下游, 轉(zhuǎn)入野生型的轉(zhuǎn)入野生型的Fas cDNA, 不發(fā)生不發(fā)生腎小球腎炎和淋巴結(jié)腫大腎小球腎炎和淋巴結(jié)腫大, 自身抗體水平也大大下自身抗體水平也大大下降降. 腎小球腎炎：腎小球腎炎：用Thy抗體制造模型, 注射抗體當(dāng)天無(wú)細(xì)胞凋亡,第五天凋亡增多,第14天才恢復(fù)正常。 非肥胖細(xì)胞糖尿?。篢細(xì)胞介導(dǎo)的抗胰島細(xì)胞的自身免疫疾病。Rheumatoid arthritis(RA)nIt is caused by decreased apoptosis and increased proliferation of arthral cell nIncreased

47、 IL-1 and TGF-1 and decreased Fas expression, which inhibit apoptosis nIncreased Bcl-2、Bcl-XL, which increased the threshold of apoptosis ninhibits Fas/FasL apoptotic pathway nResistance of T-cells to apoptosis 類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎病毒感染 宿主細(xì)胞誘導(dǎo)產(chǎn)生P53蛋白，TNF-，IFN-，誘導(dǎo)細(xì)胞調(diào)亡。 病毒可能的抗調(diào)亡機(jī)制（1）滅活p53：腺病毒（2）高表達(dá)Bcl-2或Bcl-

48、2樣蛋白：EB病毒感染B淋巴細(xì)胞引起細(xì)胞轉(zhuǎn)化，使之無(wú)限傳代，與Burkitt淋巴瘤和鼻咽癌的發(fā)病有關(guān)AIDS, Neurodegenerative diseases, cardiovascular diseasesExcess in ApoptosisAcquired Immune Deficiency Syndrome（AIDS） Increased Fas gene expressionHIV infectionGp120 glycoprotein expression，啟動(dòng)細(xì)胞死亡程序，啟動(dòng)細(xì)胞死亡程序syncytin formation,合胞素合胞素 CD4T- lymphocyte apoptosis T cell activationCytokine：TNFTat protein-FASAIDSAIDS是由人免疫缺陷病毒感染引起，關(guān)鍵發(fā)病機(jī)制是CD4淋巴細(xì)胞數(shù)量減少，與HIV感染引起的細(xì)胞凋亡有關(guān)移植排斥反應(yīng) 凋亡增加 跟免疫損害，病毒感染，藥物毒性，缺血有關(guān)Cardiovascular diseases Cell death induced by ischemia-reperfusion Apoptosis Necrosis Early stage Later stage Peripheral