細(xì)胞凋亡與疾病課件

細(xì)胞凋亡與疾病

細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis概述凋亡過(guò)程與調(diào)控發(fā)生機(jī)制凋亡與疾病凋亡在疾病防治中的意義細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis研究歷史定義★與死亡的區(qū)別★功能概述概述細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis

早在1972年Kerr等已發(fā)現(xiàn)從細(xì)胞形態(tài)、超微結(jié)構(gòu)和生化變化等方面來(lái)分析，細(xì)胞有二種死亡形式,一種是早被熟知的細(xì)胞壞死（Necrosis），另一種是創(chuàng)新提出的程序性細(xì)胞死亡（Programmedcelldeath,PCD）學(xué)說(shuō)。但該學(xué)說(shuō)到九十年代初才進(jìn)入研究高潮，進(jìn)展極快，現(xiàn)在普遍稱之為細(xì)胞凋亡（Apoptosis）。概述細(xì)胞凋亡與疾病

美國(guó)科學(xué)情報(bào)研究所（ISI）1997年SCI（ScienceCitationIndex）收錄及引用論文檢索，全世界自然科學(xué)研究中論文發(fā)表最集中的三個(gè)領(lǐng)域分別是：

細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）；

細(xì)胞凋亡（cellapoptosis）；

基因組與后基因組學(xué)研究（genomeandpost-genomicanalysis）。細(xì)胞凋亡與疾病細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis定義概述Apoptosis(apo-離開ptosis落下)PCD（programmedcelldeath）★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)胞凋亡與疾病apoptosis細(xì)胞壞死概述特征：線粒體膨脹，細(xì)胞骨架降解，溶酶體釋放酶，細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)沉淀靠近核膜邊，蛋白質(zhì)合成下降，由于膜破裂，出現(xiàn)炎癥反應(yīng)一般過(guò)程：因補(bǔ)體反應(yīng)或烈性病毒感染破壞了質(zhì)膜，或者能量依賴性離子泵被破壞產(chǎn)生的鈉鉀等離子沿著各自的濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞，從而導(dǎo)致細(xì)胞吸水膨脹，最終破膜而死。細(xì)胞凋亡與疾病細(xì)胞凋亡與壞死的區(qū)別★—————————————————————————————————————————————————————————壞死凋亡apoptosis概述1.性質(zhì)2.誘導(dǎo)因素強(qiáng)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(diǎn)4.形態(tài)變化5.DNA電泳6.炎癥反應(yīng)7.凋亡小體8.基因調(diào)控被動(dòng)過(guò)程，無(wú)新蛋白合成，不耗能主動(dòng)過(guò)程，有新蛋白合成，耗能細(xì)胞結(jié)構(gòu)全面溶解、破壞、細(xì)胞腫脹胞膜及細(xì)胞器相對(duì)完整細(xì)胞皺縮，核固縮彌散性降解，電泳呈均一DNA片狀DNA片段化（180-200bp），電泳呈“梯”狀條帶溶酶體破裂，局部炎癥反應(yīng)溶酶體相對(duì)完整，局部無(wú)炎癥反應(yīng)有病理性，非特異性生理性或病理性，特異性無(wú)有無(wú)細(xì)胞凋亡與疾病Apoptosis&Necrosis細(xì)胞凋亡與疾病壞死凋亡細(xì)胞凋亡與疾病細(xì)胞凋亡與疾病細(xì)胞凋亡的生理意義

確保正常發(fā)育、生長(zhǎng)

維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定

發(fā)揮積極的防御功能

所以細(xì)胞凋亡是正常的生理過(guò)程，但是凋亡過(guò)多或過(guò)少都可引起疾病發(fā)生。因此，近年來(lái)對(duì)于細(xì)胞凋亡的研究，已成為醫(yī)學(xué)界的關(guān)注熱點(diǎn)。apoptosis概述細(xì)胞凋亡與疾病例如蝌蚪尾的消失脊椎動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育發(fā)育過(guò)程中手和足的成形過(guò)程細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis概述凋亡過(guò)程與調(diào)控發(fā)生機(jī)制凋亡與疾病細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis凋亡過(guò)程與調(diào)控凋亡過(guò)程凋亡時(shí)細(xì)胞的主要變化☆凋亡的調(diào)控☆細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis凋亡過(guò)程與調(diào)控凋亡過(guò)程可大致分成4個(gè)階段：凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡基因激活凋亡的執(zhí)行凋亡細(xì)胞的清除細(xì)胞凋亡與疾病信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡誘導(dǎo)因素受體cAMPCa2+神經(jīng)酰胺（第二信使）胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑激活凋亡程序死亡信號(hào)啟動(dòng)預(yù)定程序凋亡相關(guān)基因激活酶合成核酸內(nèi)切酶激活Caspases激活DNA切割細(xì)胞解體凋亡基因激活執(zhí)行凋亡清除細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis凋亡過(guò)程與調(diào)控凋亡過(guò)程+受體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)基因激活執(zhí)行凋亡凋亡細(xì)胞的清除細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis凋亡過(guò)程與調(diào)控凋亡過(guò)程Ⅰ受體cAMPCa2+神經(jīng)酰胺凋亡相關(guān)基因激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞膜細(xì)胞核凋亡誘導(dǎo)因素+Dnase激活Caspases激活死亡信號(hào)細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis凋亡過(guò)程與調(diào)控凋亡過(guò)程ⅡDNase激活Caspases激活凋亡細(xì)胞的清除凋亡執(zhí)行細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis生化改變凋亡過(guò)程與調(diào)控凋亡時(shí)細(xì)胞的主要變化形態(tài)學(xué)改變細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis（一）凋亡時(shí)細(xì)胞的形態(tài)學(xué)改變凋亡過(guò)程與調(diào)控細(xì)胞變圓微絨毛消失胞質(zhì)濃縮空泡化凋亡小體

初期：核染色質(zhì)高度濃縮凝集在核周邊,邊集細(xì)胞體積縮小中期：胞膜內(nèi)陷出芽濃縮核裂解膜自行分割致死前期可逆期致死期不可逆期晚期：鄰近的上皮細(xì)胞、MΦ、瘤細(xì)胞等吞噬凋亡小體細(xì)胞凋亡與疾病細(xì)胞凋亡與疾病

（二）細(xì)胞凋亡的生化改變apoptosis凋亡過(guò)程與調(diào)控DNA的片段化斷裂蛋白質(zhì)的降解

細(xì)胞凋亡與疾病（二）細(xì)胞凋亡的生化改變1.DNase作用：切割染色質(zhì)DNA特點(diǎn)：Ca2+/Mg2+增強(qiáng)活性，Zn2+抑制其活性DNA內(nèi)切酶活性被激活升高，雙鏈DNA在核小體之間切斷形成180~200bp為基數(shù)的有序片段。典型凋亡細(xì)胞DNA瓊脂糖凝膠電泳呈現(xiàn)梯狀條帶細(xì)胞凋亡與疾病（二）細(xì)胞凋亡的生化改變apoptosis凋亡過(guò)程與調(diào)控典型凋亡細(xì)胞DNA瓊脂糖凝膠電泳呈現(xiàn)梯狀條帶細(xì)胞凋亡與疾病細(xì)胞凋亡的生化改變特點(diǎn)：cysteine-containingaspartate-specificprotease（含半胱氨酸的門冬氨酸特異水解酶）apoptosis凋亡過(guò)程與調(diào)控2.Caspases作用：滅活凋亡抑制物(如Bcl-2)水解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，形成凋亡小體水解凋亡相關(guān)活性蛋白細(xì)胞凋亡與疾病使抑制凋亡因子失活破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)將調(diào)節(jié)區(qū)與催化區(qū)分離，使蛋白失活Caspase如何殺死細(xì)胞？細(xì)胞凋亡與疾病Caspases家族簡(jiǎn)介1993年Yuan從哺乳類細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)第1個(gè)Ced-3同源分子，叫白細(xì)胞介素-1β轉(zhuǎn)換酶（Interleukin-1βConvertingEnzyme，ICE），Pro-ICE含404個(gè)氨基酸，分子量45KD。在一定形式下可自身催化產(chǎn)生20KD和10KD二個(gè)片段，聚合形成（p20）2(p10)2雜四聚體，為活化的ICE。到1998年底為止共發(fā)現(xiàn)有14個(gè)Ced-3同源分子，分別定名為Caspase1-14。

細(xì)胞凋亡與疾病Caspases的分子的結(jié)構(gòu)特征Caspases的分子均具有下列的結(jié)構(gòu)特征：①以無(wú)活性的Pro-Caspases形式存在。②在Pro-Caspases的N端均含有一段P2-P27的前區(qū)域（Prodomain）。③活性形式均是由2個(gè)大亞基（17~20KD）和2個(gè)小亞基（10~12KD）組成的雜四聚體。一分子Pro-Caspase只能分裂產(chǎn)生1個(gè)大亞基和1個(gè)小亞基。④在大亞基的C端均含有QACXG（X=R.Q或G）的活性中心，其中半胱氨酸（C）是必需氨基酸，故Caspase是屬于半胱氨酸蛋白酶類。細(xì)胞凋亡與疾病Caspase的分組Caspase的分組有的是按其催化特異性而分為三組有的是按其前區(qū)域中共含某一具有嗜同性結(jié)合功能的區(qū)段分為：

1.CARD-Caspase:包括Caspase1,2,4,5,9,11,12,13等。

2.DED-Caspases包括Caspase-8,10等。

3.下游Caspase包括Caspase-3,6,7等。細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis細(xì)胞凋亡的調(diào)控凋亡的調(diào)控凋亡相關(guān)因素凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡相關(guān)基因細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis細(xì)胞因子：IL-2，神經(jīng)生長(zhǎng)因子某些激素：（ACTH,睪丸酮）某些二價(jià)金屬陽(yáng)離子、藥物凋亡的調(diào)控凋亡相關(guān)因素誘導(dǎo)性因素：激素和生長(zhǎng)因子失衡理化因素：高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、抗癌藥物免疫性因素:細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞CTL微生物學(xué)因素：細(xì)菌、病毒抑制性因素：細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡的調(diào)控

特點(diǎn)：①多樣性：不同種類細(xì)胞有不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)②偶聯(lián)性：死亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)與細(xì)胞增殖、分化過(guò)程中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)在一些環(huán)節(jié)上交叉、偶聯(lián)③同一性：不同凋亡誘導(dǎo)因素可通過(guò)同一信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)引起細(xì)胞凋亡④多途性：同一凋亡誘導(dǎo)因素可經(jīng)過(guò)多條信號(hào)途徑觸發(fā)細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡與疾病凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)與凋亡有關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)：1.胞內(nèi)Ca2+信號(hào)系統(tǒng)

Ca2+在細(xì)胞凋亡中充當(dāng)了傳遞凋亡信號(hào)的角色；胞內(nèi)Ca2+濃度上升可激活Ca2+依賴的谷氨酰胺酶，活化核轉(zhuǎn)錄因子等觸發(fā)細(xì)胞凋亡。2.cAMP/PKA信號(hào)系統(tǒng)3.Fas蛋白/Fas配體信號(hào)系統(tǒng)細(xì)胞凋亡與疾病Fas配體或抗Fas抗體與Fas蛋白結(jié)合神經(jīng)鞘磷脂酶活性↑神經(jīng)酰胺途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡激活I(lǐng)CE樣的caspase降解H1組蛋白暴露DNase的酶切位點(diǎn)通過(guò)Ca2+信號(hào)系統(tǒng)傳遞死亡信號(hào)3.Fas蛋白/Fas配體信號(hào)系統(tǒng)細(xì)胞凋亡與疾病細(xì)胞凋亡與疾病4.神經(jīng)酰胺信號(hào)系統(tǒng)電離輻射、TNF-α、Fas抗原、糖皮質(zhì)激素5.二酰甘油/PKC信號(hào)系統(tǒng)6.酪氨酸蛋白激酶信號(hào)系統(tǒng)負(fù)調(diào)控作用細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis凋亡的調(diào)控凋亡相關(guān)因素凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡相關(guān)基因凋亡的調(diào)控凋亡的調(diào)控細(xì)胞凋亡與疾病細(xì)胞凋亡的相關(guān)調(diào)控基因抑制凋亡基因：Bcl-2、EIB、IAP促進(jìn)凋亡基因:Fas、Bax、P53、ICE雙向調(diào)控基因:c-myc、Bcl-x細(xì)胞凋亡與疾病第一個(gè)被確認(rèn)的抑制凋亡基因抑制凋亡機(jī)制：1.直接抗氧化2.抑制線粒體釋放的促凋亡的蛋白質(zhì),

如Cytc、AIF3.抑制促凋亡因子Bax、Bak的細(xì)胞毒作用4.抑制凋亡蛋白酶的激活5.維持鈣穩(wěn)態(tài)Bcl-2B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2基因(Bcelllymphoma/leukemia-2,Bcl-2)細(xì)胞凋亡與疾病P53基因wtP53——修復(fù)受損的DNA，如修復(fù)失敗則誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡突變的P53失活的P53喪失監(jiān)視DNA損傷的功能射線，毒素P53蛋白+細(xì)胞凋亡分子警察促進(jìn)凋亡基因細(xì)胞凋亡與疾病P53與細(xì)胞凋亡P53是腫瘤抑制基因P53基因是人類腫瘤有關(guān)基因中突變頻率最高的基因P53蛋白能特異地抑制Bc1-2的表達(dá)，相反對(duì)Bax的表達(dá)則有明顯的促進(jìn)作用。在細(xì)胞中，P53蛋白的積累和活動(dòng)引起了細(xì)胞凋亡。細(xì)胞凋亡與疾病3.P53與細(xì)胞凋亡

P53是腫瘤抑制基因，其產(chǎn)物主要存在于細(xì)胞核內(nèi)。P53基因是人類腫瘤有關(guān)基因中突變頻率最高的基因。在依賴P53蛋白的細(xì)胞凋亡中，P53基因是通過(guò)調(diào)節(jié)Bc1-2和Bax基因的表達(dá)來(lái)影響細(xì)胞凋亡的。P53蛋白能特異地抑制Bc1-2的表達(dá)，相反對(duì)Bax的表達(dá)則有明顯的促進(jìn)作用。研究表明，P53蛋白是Bax基因的直接的轉(zhuǎn)錄活化因子。在這些細(xì)胞中，P53蛋白的積累和活動(dòng)引起了細(xì)胞凋亡。細(xì)胞凋亡與疾病P53野生型誘導(dǎo)凋亡P53蛋白在細(xì)胞周期的G1期發(fā)揮檢查點(diǎn)得功能DNA損傷P53CIP(-)G1SDNA修復(fù)P53CDIapoptosisFasFasLBaxBcl-2細(xì)胞凋亡與疾病雙向調(diào)控基因C-myc，Bcl-xBcl-x翻譯Bcl-XL抑制凋亡Bcl-XS促進(jìn)凋亡C-myc生長(zhǎng)因子(+)誘導(dǎo)增殖生長(zhǎng)因子(-)誘導(dǎo)凋亡

C-myc是一種癌基因，是調(diào)控細(xì)胞周期的主要基因。編碼的蛋白是DNA結(jié)合蛋白，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，在GF充足時(shí)主要激活介導(dǎo)細(xì)胞增殖的基因；反之激活凋亡基因。

C-myc細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis概述凋亡過(guò)程與調(diào)控發(fā)生機(jī)制凋亡與疾病細(xì)胞凋亡與疾?。ㄒ唬┭趸瘬p傷學(xué)說(shuō)

氧自由基的作用結(jié)果細(xì)胞凋亡的發(fā)生機(jī)制細(xì)胞凋亡與疾?、驸}穩(wěn)態(tài)失衡

Ca2＋作為許多細(xì)胞生命活動(dòng)的第二信使，在細(xì)胞凋亡中的作用也倍受關(guān)注，凋亡發(fā)生時(shí)胞漿中Ca2＋↑，并激活凋亡過(guò)程中的關(guān)鍵酶類，其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡與疾?、缇€粒體損傷目前證據(jù)顯示，線粒體的功能改變?cè)诩?xì)胞凋亡的發(fā)生中起重要作用表現(xiàn)為

線粒體內(nèi)膜通透性↑線粒體內(nèi)膜的跨膜電位Δψm↓

能量合成水平↓線粒體功能和結(jié)構(gòu)破壞引起細(xì)胞凋亡的可能機(jī)制：凋亡誘導(dǎo)因素作用于細(xì)胞后線粒體內(nèi)膜跨膜電位（Δψm）下降，線粒體內(nèi)外膜之間的通透性轉(zhuǎn)換孔PTP開放；使細(xì)胞凋亡啟動(dòng)因子（Cyt.C）,凋亡蛋白酶激活因子（Apaf）和凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）釋放細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis發(fā)生機(jī)制Ⅰ凋亡誘導(dǎo)因素線粒體跨膜電位↓線粒體PTP開放Cyt.C,Apaf,等釋放AIF潛在Dnase活化Dnase激活Caspases細(xì)胞凋亡線粒體損傷細(xì)胞凋亡與疾病以上介紹了細(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。三者既可單獨(dú)啟動(dòng)，又可聯(lián)合作用，三種機(jī)制互相聯(lián)系，互為因果，是很多凋亡誘導(dǎo)因素的共同通路，也就是所謂細(xì)胞凋亡的惡性網(wǎng)絡(luò)假說(shuō)（deleteriousnetworkhypothesis)細(xì)胞凋亡與疾病MitochondriainApoptosis

細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis概述凋亡過(guò)程與調(diào)控發(fā)生機(jī)制凋亡與疾病細(xì)胞凋亡與疾病正常機(jī)體細(xì)胞生長(zhǎng)與死亡的平衡生長(zhǎng)壞死、凋亡正常機(jī)體細(xì)胞凋亡與疾病細(xì)胞凋亡與疾病已知的凋亡相關(guān)性疾病細(xì)胞凋亡與疾病apoptosis

細(xì)胞凋亡與疾病的關(guān)系——

該“死”的細(xì)胞不死，不該“死”的細(xì)胞卻死了，也就是說(shuō)無(wú)論凋亡過(guò)度或凋亡不足都可以導(dǎo)致疾病的發(fā)生。細(xì)胞凋亡不足細(xì)胞凋亡過(guò)度不足與過(guò)度并存凋亡與疾病細(xì)胞凋亡與疾?、寮?xì)胞凋亡不足⒈腫瘤凋亡抑制基因Bcl-2基因過(guò)高表達(dá)促凋亡基因如p53基因突變或缺失，腫瘤發(fā)生率↑⒉自身免疫病

針對(duì)自身抗原的免疫細(xì)胞未被及時(shí)清除，機(jī)體產(chǎn)生了針對(duì)自身抗原的自身抗體或致敏淋巴細(xì)胞的攻擊，導(dǎo)致器官組織損傷。機(jī)體發(fā)育過(guò)程中，凋亡清除針對(duì)自身組織抗原的免疫細(xì)胞，而保留能夠識(shí)別自身組織抗原的免疫細(xì)胞，并增殖成熟。如針對(duì)自身組織抗原的免疫細(xì)胞存活、增殖，就可產(chǎn)生自身免疫病。

細(xì)胞凋亡與疾病㈡細(xì)胞凋亡過(guò)度⒈心血管疾?、判牧λソ撷菩募∪毖c再灌注損傷———壞死與凋亡共存發(fā)生機(jī)制：氧化應(yīng)激；細(xì)胞內(nèi)鈣超載；

Fas受體上調(diào)；p53基因轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)

凋亡特點(diǎn)：①早期凋亡為主，晚期壞死為主②梗死灶中央以壞死為主，周邊凋亡為主③慢性、輕度缺血以凋亡為主，急性、重度缺血?jiǎng)t常常發(fā)生壞死④缺血與再灌注損傷引起的細(xì)胞凋亡有時(shí)比單純?nèi)毖鼑?yán)重

細(xì)胞凋亡與疾病2.病毒感染

病毒感染宿主細(xì)胞后有兩種結(jié)局：一是誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡從而限制病毒生長(zhǎng)（肝炎病毒）；二是由病毒基因表達(dá)的蛋白抑制宿主細(xì)胞凋亡，造成持續(xù)性感染或增加某些病毒的致癌可能性。

AIDS:由HIV感染引起，其關(guān)鍵是CD4+淋巴細(xì)胞被凋亡，導(dǎo)致CD4+淋巴細(xì)胞顯著減少，相關(guān)免疫功能缺陷。細(xì)胞凋亡與疾病HIV感染導(dǎo)致CD4+淋巴細(xì)胞發(fā)生凋亡的相關(guān)因素：1）HIV的基因產(chǎn)物GP120能直接啟動(dòng)CD4+淋巴細(xì)胞的死亡程序2）合胞體形成：3）Fas基因表達(dá)上調(diào)4）T細(xì)胞激活激活誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡5）細(xì)胞因子受感染的Mφ釋放TNF