病理生理學(xué)-細(xì)胞凋亡與疾病課件

1、 Apoptosis and Disease細(xì)胞凋亡與疾病第一節(jié) 概 述第二節(jié) 細(xì)胞凋亡過程與調(diào)控*第三節(jié) 細(xì)胞凋亡的發(fā)生機(jī)制*第四節(jié) 細(xì)胞凋亡與疾病*第五節(jié) 細(xì)胞凋亡在疾病防治中的意義第六節(jié) 細(xì)胞凋亡的檢測Kerr, J.F.R., Wyllie, A.H. &Currie, A.R., Apoptosis: A Basic Biological Phenomenon With Wide Ranging Implications In Tissue Kinetics. British Journal of Cancer(1972),26,239第一節(jié) 概 述一、研究背景 細(xì)胞凋亡已成為生物學(xué)

2、和生物醫(yī)學(xué)的研究熱點，1994年科學(xué)雜志主編Cubtta和Koshland 將此評為當(dāng)年世界生命科學(xué)中僅次于DNA修復(fù)酶的第二個研究熱點。 細(xì)胞凋亡學(xué)說的建立是20世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)發(fā)展史上的里程碑。 現(xiàn)在認(rèn)為:細(xì)胞凋亡在有機(jī)體的正常發(fā)生、組織重建、老化和應(yīng)答不可恢復(fù)的損害中具有重要意義；細(xì)胞凋亡的失控，可能成為腫瘤、神經(jīng)退化性疾病及免疫缺陷等多種疾病的病因。細(xì)胞凋亡研究中的重要事件1972The term “apoptosis”coined1987Discovery of Bcl-21993ICECaspases identifiedp53 discovered as an apoptosis

3、 regulator19911989Death receptors (TNFR,Fas/Apol-1) Role Cyt C and apoptosome confirmed 1996-7IAPs discovered2000Smac discovered1977-1982Death genes in C. elegans identified“l(fā)adder pattern” 二、與細(xì)胞凋亡有關(guān)的基本概念 由體內(nèi)外因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)預(yù)存的死亡程序而導(dǎo)致的細(xì)胞死亡過程稱為細(xì)胞凋亡(apoptosis) 。 生理條件下，清除異常細(xì)胞方式； 病理條件下，細(xì)胞凋亡可致疾病。 （一）細(xì)胞凋亡與程序性細(xì)胞死亡

4、 細(xì)胞凋亡是細(xì)胞在一定的生理或病理條件下,遵循自身的程序，自己結(jié)束其生命的過程，最后細(xì)胞脫落離體或裂解為若干凋亡小體，被其他細(xì)胞吞噬。 現(xiàn)在很多情況下，細(xì)胞凋亡亦稱為程序性細(xì)胞死亡(programmed cell death , PCD)。PCD這一概念已為科學(xué)家廣泛接受。但不同的人對PCD概念的解釋有所不同。 有絲分裂(mitosis)代表細(xì)胞的分裂與分化，其與機(jī)體的生長發(fā)育密切相關(guān)。而細(xì)胞凋亡是由細(xì)胞內(nèi)某些特定基因所決定，具有特殊的生物學(xué)意義，是一種細(xì)胞的主動死亡過程。二者雖互為對立面，但在正常情況下，二者在機(jī)體內(nèi)處于動態(tài)平衡，以維持機(jī)體細(xì)胞數(shù)量的平衡和自身的穩(wěn)定 (如蝌蚪青蛙尾巴消失現(xiàn)象

5、) 。 （三）細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死(necrosis) 細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死(necrosis)是多細(xì)胞生物細(xì)胞死亡的兩種不同形式，在形態(tài)學(xué)、生化代謝、分子機(jī)制、結(jié)局和意義等方面都有本質(zhì)的區(qū)別： 細(xì)胞凋亡與壞死的比較 壞死 凋亡 1.性質(zhì) 病理性，非特異性 生理性或病理性，特異性 2.誘導(dǎo)因素 強烈刺激，隨機(jī)發(fā)生 較弱刺激，非隨機(jī)發(fā)生 3.生化特點 被動過程，無新蛋白 主動過程，有新蛋白合成， 合成，不耗能 耗能 4.形態(tài)變化 細(xì)胞結(jié)構(gòu)全面溶解、 胞膜及細(xì)胞器相對完整 破壞 細(xì)胞腫脹 細(xì)胞皺縮，核固縮 5.DNA電泳 彌散性降解，電泳呈 DNA片段化(180200bp)， 均一DNA片狀 電泳呈“

6、梯”狀條帶 6.炎癥反應(yīng) 溶酶體破裂， 溶酶體相對完整， 局部炎癥反應(yīng) 局部無炎癥反應(yīng) 7.凋亡小體 無 有 8.基因調(diào)控 無 有 三、細(xì)胞凋亡的生理和病理意義 1. 確保正常發(fā)育生長 機(jī)體的發(fā)育、生長過程并不僅僅與細(xì)胞的增殖與分化有關(guān)，凋亡在器官組織的形成、成熟過程中也發(fā)揮了重要作用。它可以清除多余和失去功能價值的細(xì)胞。 人胚胎肢芽形成指(趾)間隙的過程 哺乳類雄性個體穆勒氏管的消失 昆蟲羽化時的改組 2. 維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定 受損、突變或衰老的細(xì)胞如果存留體內(nèi)就可能干擾機(jī)體功能，甚至演變?yōu)槎喾N疾病(如腫瘤)。為了維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，機(jī)體必須及時將這些細(xì)胞清除，清除這些細(xì)胞的主要方式就是凋亡。 3

7、. 發(fā)揮積極的防御功能 細(xì)胞凋亡參與了機(jī)體的防御反應(yīng)，例如當(dāng)機(jī)體受到病毒感染時，受感染的細(xì)胞發(fā)生凋亡，使DNA發(fā)生降解，整合于其中的病毒DNA也隨之被破壞，因而阻止了病毒的復(fù)制。1、誘導(dǎo)期2、效應(yīng)期3、降解期第二節(jié) 細(xì)胞凋亡過程與調(diào)控一、細(xì)胞凋亡的過程(三個階段)DNase激活Caspases激活基因降解結(jié)構(gòu)破壞凋亡細(xì)胞吞噬清除凋亡誘導(dǎo)因素+ 受體死亡信號凋亡相關(guān)基因激活Ca2+神經(jīng)酰胺cAMP 二、凋亡時細(xì)胞的主要變化 1. 細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)改變 凋亡細(xì)胞表面的微絨毛消失，并逐步脫離與周圍細(xì)胞的接觸?？梢姷? 空泡化(blebbing)： 胞漿脫水，胞膜迅速 發(fā)生空泡化。 固縮(conden

8、sation)： 細(xì)胞體積逐漸縮小引起。 出芽(buding)：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)不斷擴(kuò)張并與胞膜融合，形成膜表面的芽狀突起。 染色質(zhì)邊集(margination)：晚期核質(zhì)高度濃縮融合成團(tuán)，染色質(zhì)集中分布在核膜的邊緣，呈新月形或馬蹄形分布。 胞膜皺縮內(nèi)陷，分割包裹胞漿，形成泡狀小體，這是凋亡細(xì)胞特征性的形態(tài)學(xué)改變。 （電鏡下見透亮空泡 和濃密核碎片） 凋亡小體(apoptosis body)：Normal CellApoptotic Cell DNA鏈上每隔200個核苷酸就有1個核小體，當(dāng)內(nèi)切酶在核小體連接區(qū)切開DNA時,即可形成180200bp或其整倍數(shù)片段。 這些片段在瓊脂糖凝膠電泳中可呈特征性的“

9、梯狀” (ladder pattern)條帶，這是判斷凋亡發(fā)生的客觀指標(biāo)之一。 因此, DNA片段化斷裂是細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵性結(jié)局。DNA ladder assayed with the Apoptotic DNA Ladder KitLane Identification: M = Size marker； = Control cells without camptothecin+ = Cells treated with camptothecin； C = Positive control from the kit 2)內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶激活及其作用 在細(xì)胞凋亡過程中執(zhí)行染色質(zhì)DNA切割任務(wù)的是

10、內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶。盡管已有多種核酸內(nèi)切酶存在于細(xì)胞核內(nèi)，但細(xì)胞內(nèi)外的凋亡誘導(dǎo)因素并不能直接激活該酶，它需要經(jīng)過一系列胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)環(huán)節(jié)方能被激活。 3). 凋亡蛋白酶(caspases)的激活及其作用 凋亡蛋白酶是一組對底物天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酶(caspase是cysteinecontaining aspartatespecific protease的縮寫)。目前已發(fā)現(xiàn)該蛋白酶家族至少有14個成員(caspase1-14)，與CED-3/ICE相似同源。 胱冬肽酶蛋白酶家族 Caspase在凋亡中所起的主要作用是： 滅活細(xì)胞凋亡的抑制物(如Bcl-2)； 水

11、解細(xì)胞的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞解體，形成凋亡小體； 在凋亡級聯(lián)反應(yīng)(cascade)中水解相關(guān)活性蛋白，從而使該蛋白獲得或喪失某種生物學(xué)功能（如caspase-9可使caspase-3酶原水解形成具有分解蛋白質(zhì)活性的caspase-3）。 凋亡蛋白酶的激活 (一) 細(xì)胞凋亡信號 1誘導(dǎo)性因素 細(xì)胞凋亡是一個程序化的過程，這個程序雖已預(yù)設(shè)于活細(xì)胞之中，正常情況下它并不“隨意”啟動，只有當(dāng)細(xì)胞受到來自細(xì)胞內(nèi)外的凋亡誘導(dǎo)因素作用的時候，它才會啟動，使細(xì)胞一步步走向死亡，因此凋亡誘導(dǎo)因素是凋亡程序的啟動者。 三、細(xì)胞凋亡的調(diào)控 (1) 激素和生長因子失衡 強烈應(yīng)激致LC，GC分泌誘導(dǎo)凋亡。TNF 甲狀腺

12、素促蝌蚪青蛙的器官退化中重要。 (2) 理化因素 高溫、強酸、強堿、乙醇、抗癌藥物、射線等。 (3) 免疫性因素 免疫防御/自穩(wěn)/監(jiān)視靶細(xì)胞的凋亡。CTL粒酶 (4) 微生物學(xué)因素 致病微生物及其毒素可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。HIV 2抑制性因素 (1) 某些細(xì)胞因子 IL-2，NGF等抑凋亡，例細(xì)胞培養(yǎng) (2) 某些激素 ACTH/睪丸酮/雌激素等，防靶細(xì)胞凋亡，維持其正常存活之必需。Sheehans syndrome (3) 其它: Zn2+/苯巴比妥/半胱氨酸蛋白酶抑制劑/EB病毒/牛痘病毒CrmA（Cytokine response modifier A）/中性氨基酸也具有抑制細(xì)胞凋亡的作用。

13、(二) 細(xì)胞凋亡信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction) 細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因素作用于細(xì)胞后可轉(zhuǎn)化為細(xì)胞凋亡信號，并通過胞內(nèi)不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，最終激活細(xì)胞死亡程序，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。 凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)是連接凋亡誘導(dǎo)因素與核DNA片段化斷裂及細(xì)胞結(jié)構(gòu)蛋白降解的中間環(huán)節(jié)。 目前對細(xì)胞凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的認(rèn)識尚不完整深入（有死亡受體介導(dǎo)與線粒體介導(dǎo)的凋亡通路，此外內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可以介導(dǎo)）。已有較多研究的是： Fas蛋白/Fas配體信號系統(tǒng)（TNFR） cAMP/PKA信號系統(tǒng)胞內(nèi)Ca2+信號系統(tǒng) 神經(jīng)酰胺信號系統(tǒng) 第二信使 DG/PKC信號系統(tǒng) PTK信號系統(tǒng) 這個系統(tǒng)的特點是： 多樣性：即不同種類的細(xì)胞有不同的信號轉(zhuǎn)

14、導(dǎo)系統(tǒng)。 偶聯(lián)性：即死亡信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)與細(xì)胞增殖、分化過程中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)在某些環(huán)節(jié)上有交叉、偶聯(lián)；因此同一個信號，在不同條件下既可引起凋亡，也可刺激增殖。 同一性：即不同的凋亡誘因可以通過同一信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)觸發(fā)細(xì)胞凋亡。 例如：TNF-、電離輻射及Fas抗原等多種凋亡誘導(dǎo)因素均可通過神經(jīng)酰胺信號途徑觸發(fā)細(xì)胞凋亡。這就意味著切斷某一信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)、就有可能影響多種凋亡誘導(dǎo)因素引起的細(xì)胞凋亡。 多途性：即同一凋亡誘導(dǎo)因素可經(jīng)過多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑觸發(fā)凋亡。 例如：糖皮質(zhì)激素引起淋巴細(xì)胞凋亡可通過神經(jīng)酰胺系統(tǒng)、胞內(nèi)Ca2+信號系統(tǒng)及cAMPPKA信號系統(tǒng)轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡信號。這就意味著要完全阻抑某一凋亡誘導(dǎo)因素的

15、作用，就必須同時切斷多條相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。 Fas蛋白/Fas配體信號系統(tǒng)（TNFR） Fas是一種細(xì)胞表面受體，為跨膜蛋白。也稱為APO-1（CD95），是1989年兩家實驗室同時發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞株表面介導(dǎo)凋亡的蛋白分子， 屬于腫瘤壞死因子受體家族。 Fas蛋白伸向胞漿的部分有一段與TNF受體相似，與TNF受體和NGF(神經(jīng)生長因子)受體高度同源，在多種組織細(xì)胞中存在。 目前的研究表明，天然表達(dá)或轉(zhuǎn)染表達(dá)的fas基因?qū)?xì)胞凋亡有促進(jìn)作用。啟動細(xì)胞凋亡的死亡信號途徑是通過兩種死亡因子，即FasL和TNF與細(xì)胞膜表面的相應(yīng)受體Fas和TNFR結(jié)合后所發(fā)生的凋亡反應(yīng)。TNF天然配基GF死亡受體FasL

16、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)CeramideCa2+PKsApoptosis細(xì)胞膜FasL、TNF 、DR3-5配體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡信號途徑DR3-5FaslTNFTNFR2APO-3LAPO-2LFas/CD95TNFR1DR3APR-3DR4/5ICE樣CaspaseApoptosis (三) 凋亡相關(guān)基因 目前，細(xì)胞凋亡相關(guān)基因多達(dá)數(shù)十種，根據(jù)功能的不同可將其分為三類：抑制凋亡基因：EIB、IAP、Bcl-2等。促進(jìn)凋亡基因：Bax、ICE、wtp53等。雙向調(diào)控基因：c-myc、Bclx。 1Bcl-2 Bcl-2是B細(xì)胞淋巴瘤白血病-2(B cell lymphomaleukemia-2，bcl-2)基因

17、的縮寫形式，它是第一個被確認(rèn)抑制凋亡作用的基因。 目前已發(fā)現(xiàn)至少15個Bcl-2蛋白家族成員，包括拮抗凋亡的Bcl-2,Bcl-xL,Bcl-w,BAG, CED9, MCL1, A1,EIB-19k和促進(jìn)凋亡的BAX，BAK，BAD等。 Bcl-2家族成員的一個顯著特征是形成同源或異源二聚體，促進(jìn)凋亡蛋白和拮抗凋亡蛋白的比率決定著細(xì)胞是否生存。 Bcl-2抗凋亡的主要機(jī)制是： 直接的抗氧化； 抑制線粒體釋放促凋亡蛋白質(zhì)； 如：Cyt.C/AIF等的 抑制促凋亡調(diào)節(jié)蛋白Bax、Bak細(xì)胞毒作用； 抑制 Caspases的激活； 維持細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)。 2p53 野生型p53基因具有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的功能

18、，當(dāng)該基因發(fā)生突變后反而可抑制細(xì)胞凋亡。 野生型p53基因編碼的p53蛋白是一種DNA結(jié)合蛋白，該蛋白在細(xì)胞周期的G1期發(fā)揮檢查點(check point)的功能，負(fù)責(zé)檢查染色體 DNA是否有損傷，一旦發(fā)現(xiàn)有缺陷的DNA，它就刺激CIP(CDKinteracting protein-1，CDK是cyclin dependent kinase的縮寫)的表達(dá)，阻止細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期，并啟動DNA修復(fù)機(jī)制。 “molecular policeman”- p53 3c-myc，Bcl-x c-myc是一種癌基因，它能誘導(dǎo)細(xì)胞增殖，也能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，具有雙向調(diào)節(jié)作用。c-myc蛋白作為重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，

19、既可激活介導(dǎo)細(xì)胞增殖的基因，也可激活介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的基因，在此情況下細(xì)胞何去何從，取決于細(xì)胞接受何種信號以及細(xì)胞所處的生長環(huán)境。 例如：在c-myc基因表達(dá)后，如果沒有足夠的生長因子持續(xù)作用細(xì)胞就發(fā)生凋亡；反之，細(xì)胞就處于增殖狀態(tài)。 Bcl-x基因可翻譯出兩種蛋白Bcl-XL和BclXs，前者抑制細(xì)胞凋亡，后者促進(jìn)細(xì)胞凋亡。Bcl-x激活后是否產(chǎn)生細(xì)胞凋亡則與這兩種蛋白合成以誰為主有關(guān)。第三節(jié) 細(xì)胞凋亡的發(fā)生機(jī)制 一、 氧化損傷 氧自由基化學(xué)性質(zhì)活潑，破壞機(jī)體正常的氧化還原的動態(tài)平衡，造成生物大分子(核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì))的氧化損傷，干擾正常的生命活動，形成嚴(yán)重的氧化應(yīng)激(oxidative st

20、ress)狀態(tài)，機(jī)體氧化損傷的后果之一就是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。 氧化應(yīng)激引起細(xì)胞凋亡可能機(jī)制是: 1. 激活P53基因。 2. 活化聚ADP核糖轉(zhuǎn)移酶，引起NAD快速耗 竭，消耗ATP。 3. 引起脂質(zhì)過氧化。 4.激活Ca2+/Mg2+依賴的核酸內(nèi)切酶/膜發(fā)泡。 5. 膜結(jié)構(gòu)破壞致通透性使Ca2+內(nèi)流。 6. 活化核轉(zhuǎn)錄因子NF-B和AP-1。 但是，低氧環(huán)境下某些類型細(xì)胞凋亡仍可發(fā)生，表明氧化應(yīng)激不是細(xì)胞凋亡的唯一機(jī)制。 二、 鈣穩(wěn)態(tài)失衡(calcium dyshomeostasis) 1. 激活Ca2+Mg2+ 依賴的核酸內(nèi)切酶； 2.激活谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶，催化細(xì)胞內(nèi)肽鏈間的酰基轉(zhuǎn)移并形成共價鍵

21、，分子交聯(lián)，有利于凋亡小體形成； 3.激活核轉(zhuǎn)錄因子，加速細(xì)胞凋亡相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄； 4.Ca2+能使DNA鏈?zhǔn)嬲?，暴露核小體處酶切位點，有利DNA內(nèi)切酶切割DNA。 三、 線粒體損傷 在細(xì)胞凋亡期間盡管線粒體仍能維持其超微結(jié)構(gòu)的基本正常，但事實上其功能已發(fā)生顯著改變，如膜通透性增大，跨膜電位( m )下降，能量合成顯著等。 線粒體功能改變在細(xì)胞凋亡的發(fā)生中起關(guān)鍵性作用。 線粒體并非只是能量細(xì)胞器，在凋亡中是樞紐，它通過釋放死亡促進(jìn)因子如cytC/AIF/Smac(Diablo)等進(jìn)入胞質(zhì)而調(diào)控著細(xì)胞的生死。 由于線粒體的外膜與胞質(zhì)相隔，因此，凋亡信號得以在不同的區(qū)室間進(jìn)行轉(zhuǎn)導(dǎo)和易位，這種信號流

22、的空間位移和延伸，在功能上使凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)更加復(fù)雜化。 Ca2+NO缺血缺氧活性氧線粒體m PTP開放Apaf +Cyt.Cbcl-2_Caspase-9 酶原Caspase-9+Caspase-3 酶原Caspase-3+A I F+蛋白水解酶細(xì)胞凋亡DNA斷裂核酸內(nèi)切酶激活無活性核酸內(nèi)切酶激活+Caspase抑制劑線粒體m 與細(xì)胞凋亡線粒體Smac與細(xì)胞凋亡（Second mitochondria-derived activator of caspase ）核酸內(nèi)切酶G或caspase的二級線粒體衍生激活因子 細(xì)胞凋亡是機(jī)體維持細(xì)胞群體數(shù)量穩(wěn)態(tài)的重要手段，細(xì)胞凋亡失調(diào)(凋亡不足或和凋亡過度)

23、可成為某些疾病的重要發(fā)病機(jī)制。 一、細(xì)胞凋亡不足 這類疾病無論細(xì)胞增殖的狀態(tài)如何，其共同特點是細(xì)胞凋亡相對不足，細(xì)胞生死相抵之后仍然是生大于死，導(dǎo)致細(xì)胞群體的穩(wěn)態(tài)被破壞，于是病變細(xì)胞異常增多或病變組織體積增大，器官功能異常。 第四節(jié) 細(xì)胞凋亡與疾病 1腫瘤 過去一直以為細(xì)胞增殖和分化的異常是腫瘤發(fā)病的主要癥結(jié)所在，現(xiàn)在從另一個角度細(xì)胞凋亡來審視腫瘤的發(fā)生。 目前認(rèn)為細(xì)胞增殖過度是腫瘤發(fā)病的一個途徑，凋亡受抑、細(xì)胞死亡不足是腫瘤發(fā)病的另一途徑，結(jié)果導(dǎo)致病變組織內(nèi)腫瘤細(xì)胞存活延長，使細(xì)胞群體內(nèi)存活與死亡的平衡被破壞，存活大于死亡，腫瘤細(xì)胞數(shù)目的凈增長增多。Bcl-2基因：研究發(fā)現(xiàn)多種腫瘤組織(如前

24、列腺癌、結(jié)腸癌等)Bcl-2基因的表達(dá)顯著高于周圍正常組織，提示這些腫瘤與細(xì)胞凋亡減弱有關(guān)。 野生型p53基因：是目前最受關(guān)注的抑癌基因，它主要通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡而發(fā)揮抑癌作用。當(dāng)p53基因突變或缺失時，細(xì)胞凋亡減弱，機(jī)體腫瘤的發(fā)生率明顯增加。 例如： 研究發(fā)現(xiàn)在非小細(xì)胞肺癌p53基因的突變率為50以上，在小細(xì)胞肺癌甚至高達(dá)80。機(jī)體正是通過細(xì)胞凋亡清除那些對機(jī)體內(nèi)環(huán)境可能構(gòu)成威脅的細(xì)胞. 因此，從發(fā)病學(xué)角度來看，細(xì)胞凋亡實際上是機(jī)體天然的抗癌機(jī)制之一。 2自身免疫病 自身免疫病最主要的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，造成器官組織損傷。正常情況下，免疫系統(tǒng)在發(fā)育過程中已將針

25、對自身抗原的免疫細(xì)胞有效清除，其主要方式就是細(xì)胞凋亡。 T細(xì)胞的發(fā)育、分化在胸腺內(nèi)進(jìn)行，胸腺具有選擇性保留或去除T細(xì)胞中不同克隆的功能，即正選擇（positive selection）和負(fù)選擇(negative selection)。 通過正選擇具有與非己抗原-MHC抗原結(jié)合的TcR的單陽性細(xì)胞可以存活下來，并進(jìn)入外周T細(xì)胞庫。 如果胸腺功能異常，負(fù)選擇機(jī)制失調(diào)，那些針對自身抗原的T細(xì)胞，就可存活，并得到不應(yīng)有的增殖，進(jìn)而攻擊自身組織，產(chǎn)生自身免疫病，如SLE、多發(fā)性硬化癥、胰島素依賴型糖尿病、慢性甲狀腺炎和系膜增殖性腎小球腎炎等。 因此，從細(xì)胞凋亡角度看自身免疫病的發(fā)病是由于細(xì)胞凋亡不足，未

26、能有效清除自身免疫性T細(xì)胞所致。 到目前為止，糖皮質(zhì)激素仍是治療自身免疫性疾病的有效藥物之一，其主要機(jī)制就是誘導(dǎo)那些異常存活的自身免疫性T細(xì)胞凋亡。 二、 細(xì)胞凋亡過度 1心血管疾病 (1) 心肌缺血與缺血-再灌注損傷： 既往認(rèn)為心肌缺血或缺血-再灌注損傷造成的心肌細(xì)胞死亡形式是壞死。目前研究表明，該種心肌細(xì)胞的損傷壞死與凋亡共存。(壞死沒救、凋亡可控) 心肌缺血與缺血-再灌注損傷的 細(xì)胞凋亡有如下特點： 早期凋亡為主，晚期壞死為主 梗死灶中央以壞死為主， 周邊凋亡為主 慢、輕缺血以凋亡為主， 急、重缺血常壞死 IR引起的細(xì)胞凋亡有時比單純 缺血更嚴(yán)重 心肌缺血或缺血-再灌注損傷引起細(xì)胞凋亡的

27、機(jī)制目前尚不清楚，可能與下列因素有關(guān): 體內(nèi)實驗證明，應(yīng)用SOD可顯著減少缺血-再灌注引起的心肌細(xì)胞凋亡，提示與氧化應(yīng)激有關(guān)。 缺血或缺氧可引起心肌細(xì)胞死亡受體Fas顯著上調(diào)，使心肌細(xì)胞有可能通過與FasL(Fas配體)反應(yīng)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡； 實驗證明，缺氧可增加p53基因的轉(zhuǎn)錄，因此心肌缺血所引起的細(xì)胞凋亡可能與p53基因的激活有關(guān)。 (2) 心力衰竭： 既往人們對心力衰竭發(fā)病機(jī)制的研究注意力往往投放到心肌細(xì)胞功能異常上，而對心肌細(xì)胞數(shù)量的變化及其對心衰的影響則關(guān)注不多。 目前認(rèn)為：各種原因引起的心肌細(xì)胞凋亡造成心肌細(xì)胞數(shù)量減少可能是心力衰竭發(fā)生、發(fā)展的原因之一。 例如在壓力負(fù)荷過重引起的心衰

28、動物觀察到左心肥大的同時，心肌細(xì)胞數(shù)量減少，是由細(xì)胞凋亡造成的。 從心衰病人心肌標(biāo)本證實，心肌凋亡指數(shù)(apoptotic index，發(fā)生凋亡的細(xì)胞核數(shù)100個細(xì)胞核)高達(dá)35.5，而對照水平僅0.2-0.4。這一現(xiàn)象給心衰發(fā)病機(jī)制賦予了新的內(nèi)容，即心力衰竭發(fā)生時不但有心肌細(xì)胞功能的異常，而且還有心肌細(xì)胞數(shù)量的減少。故阻遏凋亡可防治心衰！2神經(jīng)元退行性疾病 在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中有一類以特定神經(jīng)元進(jìn)行性喪失為其病理特征的疾病，如： Alzheimer disease(AD) Parkinson disease Huntington病 多發(fā)性硬化癥等 AD造成神經(jīng)元喪失的主要機(jī)制是細(xì)胞凋亡。其因素包

29、括淀粉樣蛋白、鈣超載、氧化應(yīng)激及NGF分泌不足等。 其可能機(jī)制是： 有關(guān)致病因素(如氧自由基)作用于神經(jīng)元，引起Ca2+內(nèi)流增加，然后激活與-淀粉樣蛋白合成有關(guān)的基因，神經(jīng)元內(nèi)-淀粉樣蛋白含量增加，從而導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡。因此，阻抑胞內(nèi)游離鈣濃度上升或清除氧自由基，就可能阻斷細(xì)胞凋亡?！扒嗌倌晷团两鹕　被颊哒紦?jù)總?cè)藬?shù)的10， 20患者因環(huán)境污染或受化學(xué)毒素侵蝕“中招 練太極是治療帕金森病最好的一項體育運動，圖為100多名帕金森病人在打太極。 3病毒感染 由人免疫缺陷病毒(HIV)感染引起的AIDS具有傳播速度快，無特效療法和死亡率高(5年內(nèi)100)等特點，其關(guān)鍵的發(fā)病機(jī)制是CD4+淋巴細(xì)胞被選擇

30、性破壞，致其數(shù)量銳減，引起相關(guān)免疫功能缺陷。 HIV病毒 球形，直徑100-120nm，電鏡下可見一致密的圓錐狀核心，內(nèi)含病毒RNA分子和酶（逆轉(zhuǎn)錄酶、整合酶、蛋白酶），病毒外層囊膜系雙層脂質(zhì)蛋白膜，其中嵌有g(shù)p120和gp41，分別組成刺突和跨膜蛋白。囊膜內(nèi)面為P17蛋白構(gòu)成的衣殼，其內(nèi)有核心蛋白（P24）包裹RNA。（1）糖蛋白120(gP120)： 感染HIV的宿主細(xì)胞膜上可表達(dá)一種名為gp120的糖蛋白，CD4+淋巴細(xì)胞的表面存有這種蛋白的受體，當(dāng)gP120與CD4+受體分子結(jié)合后即可觸發(fā)CD4+淋巴細(xì)胞凋亡。HIV gp120 結(jié)合CD4 / 輔助受體CD4 抗原輔助受體CD4+ 細(xì)

31、胞HIV感染導(dǎo)致CD4+淋巴細(xì)胞發(fā)生凋亡與下列因素有關(guān)：細(xì)胞融合被感染的CD4+ 細(xì)胞gp120 陽性未感染的CD4+ 細(xì)胞gp120 陰性 受HIV感染的大部分CD4+淋巴細(xì)胞(約80-90)逐步融合形成合胞體(syncytia)或多核巨細(xì)胞，合胞體在形成過程中或形成后即可發(fā)生凋亡而解體。gp120CD4(2) 合胞體形成： HIV感染可使CD4+淋巴細(xì)胞的fas基因表達(dá)上調(diào)，因而使CD4+淋巴細(xì)胞對fas介導(dǎo)的凋亡敏感性提高。 (3) Fas基因表達(dá)上調(diào)： (4) T細(xì)胞激活： HIV感染可引起CD4+淋巴細(xì)胞處于被激活狀態(tài)。正常情況下被激活的細(xì)胞會迅速發(fā)生增殖反應(yīng)，但在HIV感染時被激活

32、的CD4+淋巴細(xì)胞不但不發(fā)生增殖，反而發(fā)生凋亡。 這種發(fā)生在細(xì)胞激活以后的T淋巴細(xì)胞死亡又稱為激活誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡(activation-induced cell death，AICD)。 （5）細(xì)胞因子： 受HIV感染的巨噬細(xì)胞分泌腫瘤壞死因子(TNF)增多，TNF可通過與TNF受體-1(死亡受體)結(jié)合而啟動死亡程序，也可刺激CD4+淋巴細(xì)胞大量產(chǎn)生氧自由基，通過氧化應(yīng)激而觸發(fā)細(xì)胞凋亡。 HIV感染的巨噬細(xì)胞 (6) tat蛋白： 受HIV感染的細(xì)胞可產(chǎn)生tat蛋白，這種蛋白可自由透過細(xì)胞膜。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Fas抗原表達(dá)而提高對細(xì)胞凋亡的易感性。

33、 (7) 自相殘殺 在HIV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(effect cell)，未受HIV感染的CD4+淋巴細(xì)胞作為其靶細(xì)胞而被誘導(dǎo)產(chǎn)生凋亡。這是慢性HIV感染CD4+淋巴細(xì)胞數(shù)量減少的主要原因。 健康人外周血中CD4+T細(xì)胞數(shù)量為1000/ml，晚期AIDS患者則在100/ml 在AIDS發(fā)病過程中，細(xì)胞凋亡具有一定的保護(hù)意義。(不成功,便成仁,但是最終自己逐漸摧毀了整個免疫系統(tǒng)) 因此，在積極抗病毒治療的同時，如何阻止免疫細(xì)胞的凋亡是AIDS病人免疫重建的關(guān)鍵所在。生命的渴望卡氏肺囊蟲鵝口瘡念珠菌性肺炎 三、 細(xì)胞凋亡不足與過度并存 人類組織器官通常由不同種類的

34、細(xì)胞構(gòu)成，由于細(xì)胞類型的差異，有些細(xì)胞可以表現(xiàn)為凋亡不足，而另一些細(xì)胞則可表現(xiàn)為凋亡過度，因此在同一疾病或病理過程中兩種情況也可同時并存。 動脈粥樣硬化即屬于這種情況，對內(nèi)皮細(xì)胞而言是凋亡過度，對平滑肌細(xì)胞來說則是凋亡不足。 正常情況下血管平滑肌細(xì)胞也有低水平(約0.06)凋亡存在，在AS過程中血管平滑肌細(xì)胞的凋亡大幅度升高。有人定量地測定冠狀動脈粥樣硬化病灶內(nèi)凋亡的平滑肌細(xì)胞可達(dá)29。 一個有趣的問題是既然血管平滑肌細(xì)胞凋亡在AS過程中比正常有大幅度上升，但為何AS血管壁仍然會變厚變硬? 研究表明，當(dāng)血管平滑肌增殖活性升高的同時，伴隨的細(xì)胞凋亡活動也有所增強，試圖維持平滑肌細(xì)胞數(shù)的動態(tài)平衡。

35、顯然，平滑肌細(xì)胞的凋亡是為了抗衡平滑肌增殖活動的增強，是一種防止血管壁增厚的保護(hù)性反應(yīng)。 然而，從總體上看AS發(fā)病過程中，平滑肌細(xì)胞的增殖始終占主導(dǎo)地位(如PTCA 后再狹窄模型所見)。 因此，增殖與凋亡相抵后平滑肌細(xì)胞數(shù)的凈增值仍然增加；這可以解釋上述AS血管為何逐漸增厚的現(xiàn)象。最近有學(xué)者提出促進(jìn)平滑肌細(xì)胞凋亡防止其過度增殖是抗AS的新思路。 第五節(jié) 細(xì)胞凋亡在疾病防治中的意義 一、 合理利用凋亡相關(guān)因素 例如，放射線照射、TNF具有誘導(dǎo)凋亡的作用，可以使用外源性TNF來誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。 高熱或高溫是細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)因素，在腫瘤局部加熱至4330分鐘，可引起大量腫瘤發(fā)生凋亡。 某些生長因子或激素是細(xì)胞生長所必需的，一旦撤除，細(xì)胞即可發(fā)生凋亡。 研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)生長因子是神經(jīng)元存活的必要條件，一旦缺乏即會引起神經(jīng)細(xì)胞的凋亡，因此已將神經(jīng)生長因子試用于老年性癡呆，以防止神經(jīng)細(xì)胞的凋亡。 前列腺癌細(xì)胞的生長需要雄激素，研究證明，撤除雄激素可引起癌細(xì)胞凋亡，這個效應(yīng)在臨床上用去勢(切除睪丸)治療前列腺癌已得到證實。 因此，用雄激素受體阻斷劑或雄激素的拮抗劑可能會有更好的治療前景。