分子肿瘤学4细胞凋亡与肿瘤.ppt

分子肿瘤学 第五节 细胞凋亡与肿瘤,一、概述,1、细胞凋亡名称的由来： 英国Aberdeen大学病理系Kerr教授：1972年我和Wyllie在研究中观察到一种不同于坏死的细胞死亡方式，联想到秋日落叶，把它称作 Apoptosis,2、细胞凋亡的概念,细胞凋亡由内外源因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞死亡过程。,3、细胞坏死与凋亡的差异,4、细胞凋亡的生理意义,（1）确保正常发育、生长 （2）修复功能 如：清除受损、突 变或衰老的细胞 （3）防御功能 如：使受到病毒感 染的细胞凋亡,二、细胞凋亡的诱发机制,氧化损伤 1.氧化应激（oxidative stress）的概念 指机体活性氧产生过多或抗氧化能力下降，活性氧的清除不足，导致活性氧在体内积聚并引起氧化损伤的病理过程。 氧化损伤的后果之一就是诱导凋亡。 2.氧化应激引起细胞凋亡的可能机制 DNA受损激活P53基因 膜通透性 Ca内流 DNase 生物膜损伤 m 脂质过氧化产物 多聚ADP核糖合成酶活化，NAD耗竭，ATP大量消耗 可活化NF-kB、AP-1，加速细胞凋亡相关的一些基因表达, 钙稳态失衡,Ca2作为许多细胞生命活动的第二信使，在细胞凋亡中的作用也倍受关注，凋亡发生时胞浆中Ca2 ，并激活凋亡过程中的关键酶类，其诱导细胞凋亡的机制为： 激活Ca2 /Mg2 依赖的DNase 激活谷氨酰胺转移酶（GTase），促进凋亡细 胞中蛋白广泛交联，有利于凋亡小体的形成 激活Ca2 敏感的蛋白酶 核骨架蛋白酶 核基质蛋白 丝氨酸蛋白酶 膜蛋白 激活核转录因子，加速促凋亡基因的转录, 线粒体损伤,目前证据显示，线粒体的功能改变在细胞凋亡 的发生中起重要作用 线粒体内膜通透性 线粒体内膜的跨膜电位m 能量合成水平 线粒体功能和结构破坏引起细胞凋亡的可能机制： 凋亡诱导因素作用于细胞后引起 线粒体内膜跨膜电位（m）下降， 线粒体内外膜之间的通透性转换孔PTP开放； 使细胞凋亡启动因子（Cyt.C）,凋亡蛋白酶激活因子（Apaf）和凋亡诱导因子（AIF）释放,凋亡诱导因素,线粒体跨膜电位,线粒体PTP开放,Cyt.C,Apaf,等释放,AIF,激活Caspases,潜在Dnase,活化Dnase,细胞凋亡,线粒体损伤,三、细胞凋亡的形态及生化改变,（一）凋亡细胞的形态学改变 早期：胞浆脱水，胞膜空泡化，细胞固缩 晚期：染色质边集，凋亡小体,凋亡的起始：细胞器、染色质等开始变化 凋亡小体的形成：质膜包裹染色质和细胞器 凋亡小体的消化：被吞噬细胞消化,Normal Cell,Apoptotic cell,Scanning electron,micrographs,of apoptotic bodies,（二）凋亡细胞的生化改变,1.内源性核酸内切酶(Dnase)激活 切割染色质DNA，Ca2+/Mg2+(+) ，Zn2+ (-) 2.DNA片段化 内切酶在核小体切开DNA，形成180-200bp为倍数的片段 3.凋亡蛋白酶激活 Caspases的活性中心富含半胱氨酸，对底物天 冬氨酸部位有特异的水解作用,生物化学特征,胞浆内Ca2+浓度升高。 细胞内活性氧增多。 质膜通透性变大。 DNA内切酶活性被激活 升高，双链DNA在核小体 之间切断形成180200bp 为基数的有序片段。 型谷氨酰胺转移酶和需钙 蛋白酶（Calpain）活性升高。,典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳 呈现梯状条带,典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）,Caspase家族 凋亡的执行者 Caspase活性位点是半胱氨酸，裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，因此称为Cysteine aspartic acic specific protease，即Caspase 特点：前体形式存在, 级联反应 作用： 灭活凋亡抑制物 水解蛋白质结构，形成凋亡小体 水解凋亡相关活性蛋白,DNA ladder,Detection of DNA fragmentation,四、凋亡发生途径与调控,（一）凋亡发生途径 1.死亡受体介导的细胞凋亡途径 Fas-FasL, TNF-TNFR1, TRAIL-DRs (TNF-related apoptosis inducing ligand) 2.以线粒体释放细胞色素C为中心环节的细胞凋亡途径 3.不依赖caspase的细胞凋亡,Apoptosis protein activiting factor 1,p53,DNA damage,Bax,Fas associated protein with death domain,caspase3,Growth factor,Growth inhibitor cytokines,不依赖caspase的细胞凋亡： 线粒体释放的核酸内切酶G(EndoG)可不依赖caspase而降解凋亡细胞的染色体DNA 位于线粒体的凋亡诱导因子（AIF)以某种未知的途径从线粒体转移到核中，诱导染色体凝聚，导致DNA大片段断裂，此过程不依赖caspase,（二）细胞凋亡的调控,1、BcL-2族分子 BcL-2 : bcL-2基因是细胞凋亡研究中最受重视的癌基因之一,其表达的蛋白质BcL-2蛋白最初发现于B-淋巴细胞瘤/白血病-2（B cell lymphoma/Leukemia-2,BcL-2)而得名，与线虫ced9基因表达的Ced-9分子在结构上有同源性，具有抗凋亡作用。BcL-2的高表达能阻抑多种凋亡诱导因素所引发的细胞凋亡。如-射线、糖皮质激素、热休克、多种化疗药物。,1）BcL-2的同源基因和蛋白,BcL-2家族有近30种不同的蛋白分子，这些成员中共有4种BcL-2同源结构域（BH1-4)，每种蛋白含有至少一个BH 抗凋亡BcL-2蛋白 BcL-2，BcL-w，BcL-XL、BFL-1、Brag-1、 MCL-1，AI。 促凋亡BcL-2蛋白 Bax，Bak, Bok，BcL-X等。 BH3-only亚家族(促凋亡） Bid ，Bad,，Bim， Bik，Blk，Hrk,Bnip3等,抗凋亡成员,促凋亡成员,BcL-2基因家族成员自身或彼此之间有形成二聚体或多聚体的能力 BcL-2家族的蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与凋亡,2）BcL-2抗凋亡机制：,直接抗氧化 抑制线粒体释放促凋亡蛋白质 抑制凋亡调节蛋白的细胞毒作用 抑制凋亡蛋白酶的激活 维持细胞钙稳态,2、P53基因的调节,修复受损的DNA，如修复失败则诱导细胞凋亡,3、原癌基因与细胞凋亡调控,多种原癌基因参与细胞凋亡的调节 c-myc是一种癌基因，是调控细胞周期的主要基因。编码的蛋白是DNA结合蛋白，调控基因转录，在GF充足时主要激活介导细胞增殖的基因；反之激活凋亡基因 c-abl激活后，其激酶活性能促进stat转录因子上调BcL-XL，抑制细胞凋亡。STI571是该激酶的抑制剂，能杀死CML白血病细胞,4、Caspase 天然抑制物的调节,细胞内存在天然的Caspase抑制物-IAP(Inhibitor of Apoptosis Proteins) 发现几种不同的IAP:XIAP(X-Linked IAP);C-IAP1;C-IAP2;Survivin等。 XIAP，C-IAP1，C-IAP2能直接结合活化的caspase3,7和9，并抑制其酶活性，但不能抑制caspase1,6,8和10,五、细胞凋亡失衡与癌症,凋亡不足： 癌症 自身免疫性疾病 病毒感染等 凋亡过度： 神经元退行性疾病 造血衰竭性疾病 心肌缺血/再灌注损伤,已知的凋亡相关性疾病,1、细胞凋亡与癌症发生,细胞凋亡的信号感受、整合和执行的相关分子的异常都可能导致肿瘤的发生,细胞凋亡的缺乏在癌症发生中发挥了重要的作用。TNF受 体家族的突变与癌症发生有关； 实验发现过度表达Bcl2的转基因鼠造血细胞过度增生，并 由于凋亡抑制而最终发生淋巴瘤。 Bcl2 家族蛋白促凋亡和抑制凋亡分子的平衡失常，可致细 胞获得生存优势，有助于癌症的发生。 P53的遗传缺陷因不能通过凋亡去除异常细胞而引发癌症。 Caspase功能失活与癌症的发生有一定关系。 Caspase抑制因子（IAP)表达水平的升高能阻止肿瘤细胞的 凋亡，使肿瘤细胞具有生存优势，癌症得以发生和发展 衰老细胞由于过度丢失染色体端粒而导致细胞的基因组不稳定和 细胞凋亡。但如果细胞凋亡和衰老机制的破坏，细胞有可能演 变为癌症,细胞凋亡与肿瘤,2、细胞凋亡在癌症形成后的影响,凋亡抑制或减弱是多种癌症的共同表现 许多化疗药物发挥作用与诱导癌细胞凋亡有关 在肿瘤的治疗中，凋亡承担了清除损伤细胞的功能。 诱导凋亡是目前靶向治疗的主要策略之一，其手段包括激活 凋亡或阻断抑制凋亡的信号通路。例如抑制Bcl2，激活 TRAIL、 Bax、 caspase等