细胞凋亡与疾病

1、第九章细胞凋亡与疾病APOPTOSIS AND DISEASE本章重点1. 掌握细胞凋亡的概念2. 掌握细胞凋亡的病理生理意义3. 了解细胞凋亡的主要变化、细胞凋亡 的调控4. 了解细胞凋亡的主要过程5. 掌握凋亡不足、过度或并存的疾病，理解凋亡在疾病防治中的意义。第一节第一节 概述概述apoptosis表彰他们在“细胞程序性死亡”这一领域中的开创性工作细胞死亡的方式 细胞坏死细胞坏死 细胞凋亡细胞凋亡/细胞程序性死亡细胞程序性死亡是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反应早期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀溶酶体破裂,细胞内容物流出, 引起炎症（一）细胞坏死(necrosis) 由Kerr（1972

2、年）最先提出 细胞凋亡的概念： 由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致 的细胞死亡过程 细胞凋亡的特点： 细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体； 凋亡小体内有结构完整的细胞器； 溶酶体活性不增加 内切酶活化，DNA片断化，凝胶电泳图谱呈梯状 （二）细胞凋亡(apoptosis)细胞凋亡与细胞坏死的比较(一)坏 死凋 亡1.性 质病理性，非特异性生理性/病理性，特异性2.诱 因强烈刺激，随机发生较弱刺激，非随机发生3.基因调控无有4.生化特点被动过程无新蛋白合成不耗能 主动过程有新蛋白合成耗能细胞凋亡与细胞坏死的比较(二)坏 死凋 亡5.形态改变细胞肿胀结构溶解，破坏细胞皱缩，核固缩胞膜/细胞

3、器相对完整6.凋亡小体无有7.DNA变化弥散性降解电泳呈均一片状片段化（180-200bp）电泳呈“梯”状条带8.溶酶体改变破裂相对完整9.炎症反应局部炎症反应局部无炎症反应坏死与凋亡的形态学区别CTL肿瘤细胞肿瘤细胞CTL正在诱导肿瘤细胞凋亡Membrane blebbing淋巴细胞凋亡各期形态学变化Morphological features of apoptosisChromatin Margination & Membrane blebbing神经细胞凋亡核浓染和核碎裂Formation of apoptotic bodyFIGURE 3 SEM of a necrotic cell.

4、 Numerous lesions appear on the cell surface. (original magnification: x 5,000) FIGURE 4 SEM of an apoptotic cell. Surface blebbing is evident. (original magnification: x 5,000) 坏死与凋亡细胞的扫描电镜生理性细胞凋亡的作用1. 确保正常发育、生长 在器官、组织的形成、成熟中发挥作用 (细胞团 具备复杂结构的组织器官)多余细胞的清除Normal functions of apoptosis 11) Deleting st

5、ructures that are no longer required e.g. regression of the tadpole tail2) Sculpting3) Adjusting cell numbers in developing tissues, e.g. the nervous systemNGFNGFNGFtarget cellsdeveloping neuronsNGFNGFNGFtarget cellsAPOPTOSISINSECT生理性细胞凋亡的作用2. 维持内环境的稳定 清除受损、衰老和突变的细胞 (针对自身抗原T细胞的清除、子宫内膜周期性剥脱)3. 发挥积极的防

6、御作用 病毒DNA第二节第二节 细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡的过程与调控一、细胞凋亡的过程 cAMPCa2+神经酰胺凋亡诱因凋亡信号转导凋亡基因激活细胞凋亡凋亡细胞清除受体受体死亡信号DNase活化 Caspases活化 DNA片断 凋亡小体形成巨噬细胞吞噬、分解二、凋亡时细胞的主要变化细胞凋亡的形态学改变 微绒毛消失 脱水 空泡化(blebbing) 固缩(condensation) 出芽(budding) 染色质边集(margination) 凋亡小体(apoptosis body)凋亡细胞形态学改变 细胞凋亡的生化改变DNA片断化caspase激活灭活凋亡抑制物水解活性蛋白水解结构蛋白C

7、a 2+ /Mg 2+ Zn 2+ 核酸内切酶激活 使抑制凋亡因子失活，如CAD/ICAD 破坏细胞结构，如Lamina 将调节区与催化区分离，使蛋白失活，如GelsolinCaspase 如何杀死细胞？如何杀死细胞？三、细胞凋亡的调控细胞凋亡相关因素诱导性因素激素和生长因子失衡理化因素免疫性因素微生物学因素大量糖皮质激素淋巴细胞凋亡射线/高温/强酸/强碱/乙醇/抗癌药物CTL分泌粒酶HIVCD4+细胞凋亡抑制性因素细胞因子(IL-2/NGF)激素(ACTH/睾丸酮/雌激素)金属阳离子(Zn2+ )药物(苯巴比妥/半胱氨酸酶抑制剂)病毒EB病毒/牛痘病毒细胞凋亡信号的转导p信号转导特点：多样性

8、：不同种类细胞有不同的信号转导系统耦联性：死亡信号转导系统与细胞增殖、分化过程 中的信号转导系统在一些环节上交叉、偶联同一性：不同凋亡诱导因素可通过同一信号转导系 统引起细胞凋亡多途性：同一凋亡诱导因素可经过多条信号途径触 发细胞凋亡1. 胞内Ca2+信号系统2.cAMP/PKA信号系统3. Fas蛋白/ Fas配体信号系统4.神经酰胺信号系统5. 二酰甘油/PKC信号系统6. 酪氨酸蛋白激酶(PTK)信号系统细胞凋亡信号的转导细胞凋亡信号的转导APOPTOSIS腺苷酸环化酶钙调素 Ca2+ cAMP 谷氨酰胺转移酶 PKA 转录因子FasFas L神经酰胺 SPP AP-1 S期(抗凋)ca

9、spaseH1组蛋白CKCK-RMAPK MAPKKRaf-1RasPTK分化PKC 二酰甘油Tc-R糖皮质激素FSALFASc-FLIP: cellular Fas-associated death domain-like IL-1 beta-converting enzyme inhibitory protein细胞凋亡的线粒体途径Apaf-1Bcl-XL活性氧活性氧NO缺血、缺氧缺血、缺氧Ca2+PTPapoptosisapoptosis凋亡的调控凋亡的调控凋亡的调控凋亡的调控凋亡相关基因凋亡相关基因抑制凋亡基因：抑制凋亡基因：Bcl-2，EIB， IAP促进凋亡基因：促进凋亡基因：wt

10、P53，Bax，ICE双向调控基因：双向调控基因：c-myc，Bcl-xC-myc基因C-mycC-myc基因：是一种瘤基因基因：是一种瘤基因 是一种凋亡双向调控基因是一种凋亡双向调控基因 即：即：c-mycc-myc基因上调基因上调+ +有生长因子支持有生长因子支持细胞增殖细胞增殖 c-mycc-myc基因上调基因上调+ +无生长因子支持无生长因子支持细胞凋亡细胞凋亡吞噬细胞与凋亡细胞的相互识别细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病 凋亡减弱性疾病 凋亡增强性疾病 1、癌症： 1、 AIDS(艾滋病) 淋巴瘤 2、神经退行性病变： p53突变所致癌症 巴金森氏病 依赖于激素引起的肿瘤 小

11、脑退行性病 乳腺癌、前列腺癌 老年性痴呆症 2、自身免疫性疾病： 3、再性障碍性贫血 系统性红斑狼疮 4、缺血性损伤： 免疫介导的肾小球肾炎 心肌梗死、脑卒中 3、病毒感染： 再灌流损伤 疱疹病毒 5、部分肝脏疾病： 腺病毒 如酒精中毒 痘瘤病毒 6、休克一、细胞凋亡不足1. 肿瘤 抑制凋亡基因过度表达 Bcl-2基因表达(前列腺癌、结肠癌) 促凋亡基因突变或缺失 wtP53基因突变(小细胞肺癌、非小细胞 肺癌)2.自身免疫病胸腺负选择机制失调 T细胞在胸腺发育过程中的正负选择 正选择：与非已抗原-MHC抗原结合的TCR的单阳性细胞保留存活，进入外周T细胞库 负选择：与自身抗原-MHC抗原结合

12、的TCR的双阳性细胞通过细胞凋亡被清除 负选择失调多发性硬化症、胰岛素依赖性糖尿病、慢性甲状腺炎二、细胞凋亡过度1. 心血管疾病心肌缺血-再灌注损伤 缺血早期-凋亡为主 梗死灶周边-凋亡为主 轻度缺血-凋亡为主 发生缺血-再灌注损伤较单纯缺血凋亡严重心力衰竭 氧化应激/压力、容量负荷/神经-内分泌失调 /TNF/缺血/缺氧心肌细胞凋亡机制氧化应激：SOD可减轻受体Fas上调：FasL反应P53激活:卡点作用2. 神经元退行性疾病阿尔茨海默氏病(Alzheimers disease, AD) -淀粉样蛋白/钙超载/氧化应激/NGF神经元凋亡帕金森氏症(Parkinsons disease)多发性

13、硬化症3. 病毒感染 AIDS Gp120糖蛋白-CD4结合 CD4+细胞凋亡 Fas基因表达HIV -感染 CD4+细胞合胞体形成 T细胞激活AICD 巨噬细胞TNF分泌HIV -感染tat蛋白表达 CD4+细胞 产生氧自由基三、细胞凋亡不足与过度并存 动脉粥样硬化氧化型LDL血小板激活Ag高血压内皮细胞凋亡平滑肌细胞增殖平滑肌细胞凋亡第五节第五节 细胞凋亡与疾病防治细胞凋亡与疾病防治一、合理利用凋亡因素 低剂量照射急性T细胞性白血病 TNF-白血病细胞株U937 高温(43)肿瘤 NGF老年性痴呆 撤除雄激素前列腺癌二、干预凋亡信号转导 阿霉素Fas/FasL表达肿瘤细胞凋亡 1-磷酸鞘氨

14、醇(SPP)用于凋亡过度疾病(AIDS、老年性痴呆)三、调节凋亡相关基因 基因转移 wtP53P53基因突变肿瘤细胞 基因封闭 反义寡核苷酸bcl-2表达四、控制凋亡相关酶的活性 核酸内切酶和caspases Ca 2+载体/阻断剂核酸内切酶活性/ Zn 2+caspases活性 五、防止线粒体跨膜电位的下降 环胞霉素 A N-methyl-Val-Cyclosporin自学内容：自学内容：细胞凋亡的发生机制细胞凋亡的发生机制一、氧化损伤 氧自由基 DNA损伤P53基因 DNA损伤活化聚ADP核糖转移酶，引起 NAD耗竭，ATP 膜损伤：过氧羟基24碳四烯酸诱导氧化应激 激活Ca2+/Mg2+ 依赖的核酸内切酶，膜发泡 膜透性，Ca2+ 内流 活化NF-B和AP-1，加速凋亡相关基因表达二、钙稳态失衡 TNF/抗CD3抗体-钙依赖性 细胞凋亡 激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶，降解DNA链 激活谷氨酰胺转移酶，酰基转移，共价键，骨 架蛋白分子间交联，凋亡小体形成 激活与凋亡有关的核转录因子