血管内皮细胞凋亡机制.ppt

血管内皮细胞凋亡机制,50年代以前，对血管内皮细胞的功能不了解，仅看作是血管内壁的屏障。 1967年JRVane发现离体肺灌流时肺血管内皮细胞有转化血管紧张素I为活性高的血管紧张素II的功能。随后发现肺血管内皮细胞还能摄取并代谢失活多种活性物质如单胺类5-HT、去甲肾上腺素、前列腺素，以至大分子物质缓激肽等的功能，称为“肺的代谢功能”。 1976年Vane与Moncada发现肺血管内皮细胞能产生前列环素，是活性很强的舒张血管与抗血小板聚集剂。这一里程碑式的发现，成为1982年J.R.Vane获得诺贝尔生物医学奖的主要贡献之一。,对血管内皮细胞功能认识的回顾,1980年Furchgott 等证实ACh能使血管内皮细胞释放一种血管舒张物质，称为内皮舒张因子EDRF。这是内皮细胞产生的又一种活性很强的物质，有舒张血管与抗血小板聚集作用，兼有抗血管平滑肌增生作用。其主要化学本质是一氧化氮（NO）气体或含有NO的加合物。 1981年De May与 Vanhoutte提出并验证了与EDRF相对应的内皮收缩因子EDCF的存在。 1988年Yanagisawa与Masaki从内皮细胞中分离出一种有极强的收缩血管作用和促血管增生作用的物质，称为内皮素ET，EDCF之一种。,血管内皮细胞产生的活性物质,血管内皮细胞的功能 1,内皮层不仅仅是血液和组织的屏障，还具有其他多种功能，如 减少血管通透性，调节组织与血液的物质交换，防止血浆成分和血液细胞无序地侵入； 抗血栓作用，平衡抗血液凝固纤溶系统和抗血小板机能，维持血液的流动性既有抗凝血功能，又有促凝血功能；,血管内皮细胞的功能 2,调节血管平滑肌功能，合成和分泌调节血管平滑肌舒张和收缩的相关因子（促进平滑肌细胞增殖的物质PDGF,TGF,FGF,ET,AgII,NPY；抑制平滑肌细胞增殖的物质肝素类蛋白聚糖，EDRF,PGI2,CGRP） 抑制血管壁细胞的游走和增殖 血管内皮细胞还能产生多种活性物质，有调节血管张力和血液流动性与粘附性等功能状态的作用。血管内皮细胞还能摄取转换或灭活血循环与局部产生的活性物质。,血栓形成的三大要素为血管壁损害、血流停滞及血液抗凝系统异常。 内皮细胞在正常情况下发挥抗血栓形成作用，维持血液流动性，但在血管抗壁受损和细胞素存在等外部因素作用下，组织因子被激活，内皮细胞抗血栓能力减弱，血栓就容易在血管壁内形成。 在某些病理情况下，如内毒素的释放或细胞素等的刺激亦可活化组织因子，引发弥散性血管内凝血。 心肌梗塞，脑梗塞等疾病也是由于血管内皮的破损、脱落而引发血栓。这些情况都与血管内皮细胞抗血栓作用下降有关。,APOPTOSIS,What is it? Why is it important? How is it controlled? What is its role in diseases?,APOPTOSIS,Programmed cell death Orderly cellular self destruction Process: as crucial for survival of multi-cellular organisms as cell division,基本概念,凋亡是一种受基因调节的自主控制过程，在生物个体发育和生存中起着非常重要的作用；而坏死则是细胞处于剧烈伤害性条件下发生的细胞死亡。在体内，两者最大的区别是前者不引起机体炎症反应，而后者则可引起炎症反应。因此在生理和绝大多数病理条件下的细胞死亡都呈现凋亡或程序性细胞死亡的典型特征。,Morphological Features of Apoptosis,DNA Fragmentation,Agarose gel electrophoresis,Cells are balanced between life and death,DAMAGE,Physiological death signals,DEATH SIGNAL,PROAPOPTOTIC PROTEINS,ANTIAPOPTOTIC PROTEINS,APOPTOSIS: important in embryogenesis,Morphogenesis (eliminates excess cells):,Selection (eliminates non-functional cells):,Apoptosis in the developing mouse paw,the elimination of the tail during the metamorphosis of a tadpole into a frog,STAGES OF APOPTOSIS,Healthy cell,DEATH SIGNAL,Commitment to die (reversible),EXECUTION (irreversible),Dead cell (condensed, crosslinked),ENGULFMENT,DEGRADATION,诱导凋亡的机理,诱导产生凋亡的因素很多，大体上分为以下几大类-内部信号、外源性信号、凋亡诱导因子，但是它们之间并没有严格的划分，而是相互协调发挥作用。,内部信号,线粒体的功能变化可导致细胞凋亡-线粒体参与了细胞死亡的实时进程(active process)，包括介导和调节细胞凋亡的发生，是一种调节细胞凋亡的细胞器。它可以通过三种方式影响细胞的生存与死亡： 线粒体电子传递链的中断和能量生成障碍可以直接导致细胞的死亡， 线粒体可释放或激活介导细胞凋亡的蛋白质， 还可以通过改变细胞氧化还原的势能(电位)而影响细胞的命运。,外源性信号,启动凋亡的一条最具特征性的途径即通过细胞外死亡信号蛋白(TNF-、FASL、TRAIL、APO-3L)与它们相应的细胞表面受体结合，通过死亡受体的信号转导包含一套独特的蛋白，在死亡受体与其相应配体结合后，死亡受体结构域介导蛋白与这些蛋白间相互作用，将细胞内的接头蛋白募集到细胞膜，诱导细胞凋亡。,凋亡诱导因子,凋亡诱导因子(apoptosis inducing factor，AIF)是一个57kd的黄素蛋白，与细菌氧化还原酶相似，它定位于线粒体双层膜间区。 凋亡诱导因子基因定位于X染色体上，其编码产物是一种可直接介导细胞核凋亡的效应分子当凋亡信号刺激时，AIF分子从线粒体释放到胞浆，然后转位到细胞核内，引起染色体核周边凝集和DNA呈大片段断裂(50kb)。该作用是AIF独立作用的结果，可以不依赖caspase-3的活性。因此AIF介导的细胞凋亡可能代表了独立于caspase通路之外的另一条更原始、更保守的凋亡途径。,Apoptosis can be activated in several ways,对凋亡的基因调控分为两类，一是直接调控，如癌基因等直接控制凋亡的发生发展；另一是间接调控，如生物活性分子通过诱导基因的表达来调控。 细胞凋亡相关的基因有：凋亡诱导基因，如p53、Fas、ICE、rpr、Bcl-xs、Bax、Bak、Bad、bid、bik等；凋亡抑制基因，如Bcl-2(B淋巴细胞瘤基因-2)、IAP家族(生存素)、Bcl-xl、Al、Bcl-w、Mcl、BAG-1等。 Bcl-2家族包括了抗凋亡成分Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-W和Mcl-1以及促凋亡成分Bax、Bak和Bok,基因调控,影响MTP(微粒体甘油三酯转运蛋白?)的开放以及cyt c和AIF的释放。 抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL等可以抑制MTP的功能，减少cyt c和AIF的释放，并通过与线粒体内膜控制离子转运的蛋白发生功能性或生理性的联系，导致氢离子从线粒体中泵出，抑制由于呼吸链脱耦联所导致的基质钙离子的释放，提高线粒体的钙缓冲能力。 促凋亡蛋白Bax等则可以促进MTP的功能，增加cyt c和AIF的释放，从而介导凋亡的发生。,Bcl-2家族,caspases,细胞凋亡与细胞内半胱氨酸蛋白水解酶(caspases)家族有关，caspases的激活可触发细胞的凋亡，但抑制caspases的作用并不能完全阻断由促凋亡因子引起的细胞凋亡。一些促凋亡基因如Bax(以线粒体膜为靶子的哺乳细胞蛋白)即使在caspases失活的情况下，仍可介导线粒体的损伤和细胞凋亡。,Caspases are present in every cell as inactive enzymes called pro-caspase,Caspases are activated in cascades that lead to extensive cellular degradation,细胞凋亡的检测方法,APOPTOSIS: control,Receptor pathway (physiological):,Death receptors: (FAS, TNF-R, etc),FAS ligand,TNF,Death domains,Adaptor proteins,Pro-caspase 8 (inactive),Caspase 8 (active),Pro-execution caspase (inactive),Execution caspase (active),Death,MITOCHONDRIA,APOPTOSIS: control,Intrinsic pathway (damage):,Mitochondria,Cytochrome c release,Pro-caspase 9 cleavage,Pro-execution caspase (3) cleavage,Caspase (3) cleavage of cellular proteins, Nuclease activation, Etc.,Death,BAX BAK BOK BCL-Xs BAD BID B IK BIM NIP3 BNIP3,BCL-2 BCL-XL BCL-W MCL1 BFL1 DIVA NR-13 Several viral proteins,APOPTOSIS: control,Physiological Intrinsic receptor pathway damage pathway,MITOCHONDRIAL SIGNALS,Caspase cleavage cascade,Orderly cleavage of proteins and DNA,CROSSLINKING OF CELL CORPSES; ENGULFMENT (no inflammation),APOPTOSIS: Role in Disease,TOO MUCH: 组织萎缩,TOO LITTLE: 增生,Neurodegeneration Thin skin etc,Cancer Athersclerosis etc,APOPTOSIS: Role in Disease Neurodegeneration,Neurons are post-mitotic (cannot replace themselves) Neuronal death caused by loss of proper connections, loss of proper growth factors (e.g. NGF), damage (especially oxidative damage) Neuronal dysfunction or damage results in loss of synapses (synaptosis; reversible) apopsosis (irreversible) PARKINSONS DISEASE ALZHEIMERS DISEASE HUNTINGTONS DISEASE etc.,APOPTOSIS: Role in Disease Cancer,Apoptosis eliminates damaged cells (damage = mutations = cancer Tumor suppressor p53 controls senescence and apoptosis responses to damage Most cancer cells defective in apoptotic response High levels of anti-apoptotic proteins or Low levels of pro-apoptotic proteins = C