细胞凋亡和细胞自噬（课堂PPT）

1、1 史史 娟娟医科院基础所医科院基础所 新科研楼新科研楼607607E-mail: E-mail: 细胞凋亡和细胞自噬细胞凋亡和细胞自噬23Outline1. History of apoptosis research2. Characterization of apoptosis3. Physiological Significances4. Apoptosis Signaling Pathways5. Regulation of Apoptosis6. Apoptosis and Autophagy4第一节第一节 凋亡的研究历史凋亡的研究历史1842 Carl Voget Initial

2、observation that cell death in part of normal development1972 Kerr, Wyllie and Currie- - introduced term apoptosis to describe cell death with a set of common morphological features - Cell deletion was controlled under physiological conditions in adults - Deregulation could lead to many diseases - M

3、orphologically identical to developmental CD and distinct from accidental cell death51980 Wyllie Biochemical changes in apoptotic morphology: - DNA fragmentation -Requires expression of death genes1988 Bcl-2 was found to be anti-apoptotic1991 ced genes were identified in C. elegan1992 Fas/APO-1/CD95

4、 was identified1993 A role of p53 in regulation of apoptosis was described Fas ligand was identified ICE was found to be homolog of ced-3 in mammalian IAPs were identified1994 The role of mitochondria during apoptosis1996 The role of caspases during apoptosis Release of cytochrome c from mitochondri

5、a during apoptosis was discovered1997 Apafs were identified 6 Nobel Prize 2002 in Physiology and Medicine Sydney Brenner John E. Sulston Robert H. Horvitz for their discoveries concerninggenetic regulation of organ development and programmed cell death7“Genetic control of programmed cell death in th

6、e nematode Caenorhabditis elegans”“You can observe a lot by watching.” Y. Berra8第二节第二节 凋亡细胞的特征凋亡细胞的特征 9凋亡凋亡(apoptosis)(apoptosis)的形态学特征为染色质凝集、边的形态学特征为染色质凝集、边缘化，细胞皱缩，细胞膜内侧的磷脂酰丝氨酸外翻，缘化，细胞皱缩，细胞膜内侧的磷脂酰丝氨酸外翻，细胞出泡形成凋亡小体。细胞凋亡受到一系列相关细胞出泡形成凋亡小体。细胞凋亡受到一系列相关基因的严格调控。基因的严格调控。程序性细胞死亡（程序性细胞死亡（programmed cell death

7、programmed cell death，PCDPCD），），即是指细胞在一定的生理或病理条件下，遵循自身即是指细胞在一定的生理或病理条件下，遵循自身的程序，主动结束其生命的过程，这种死亡由基因的程序，主动结束其生命的过程，这种死亡由基因决定的。大多数程序性细胞死亡，呈现细胞凋亡的决定的。大多数程序性细胞死亡，呈现细胞凋亡的形态学特征。形态学特征。10NecrosisApoptosis11细胞凋亡与细胞坏死在形态上的主要区别 细胞凋亡 细胞坏死发生条件 多为生理性 病理性（偶然刺激） 单个细胞丢失 成群细胞死亡细胞膜 发泡，完整 破裂，不完整细胞器 结构保留 破坏细胞核 核凝集断裂 核破碎溶

8、解 染色质均一浓缩细胞 皱缩形成凋亡小体 细胞膨胀而溶解 被邻近正常和巨噬细胞吞噬 残余碎片被巨噬细胞吞噬炎症反应 无，不释放内容物 有，释放内容物12细胞凋亡与细胞坏死在生物化学方面的主要区别 细胞凋亡 细胞坏死基因调节 由凋亡相关基因调控 与基因调控无关发生条件 多为生理性 病理性（偶然刺激） 能量 需要能量 不需要能量新的基因转录 有 无大分子合成 需要 不需要Caspase 依赖性 不依赖DNA 降解为180-200bp DNA随机性降解成为任意 的整数倍的DNA Ladder 长度的片段细胞膜 磷脂酰丝氨酸外翻13Morphology of Apoptotic Cell14Apopt

9、osisNecrosisApoptosis Apoptosis VS.VS. Necrosis Necrosis1516第三节第三节 细胞凋亡的生理学细胞凋亡的生理学 病理学意义病理学意义 17 保证个体正常发育：蝌蚪成蛙、昆虫蜕变、淋巴细胞保证个体正常发育：蝌蚪成蛙、昆虫蜕变、淋巴细胞阳性和阴性选择、表皮和指（趾）甲的形成等。阳性和阴性选择、表皮和指（趾）甲的形成等。 维持内环境稳定：清除衰老细胞、维持内环境稳定：清除衰老细胞、DNADNA损伤的细胞等。损伤的细胞等。如果机体对受损、突变或者衰老的细胞不能及时清除如果机体对受损、突变或者衰老的细胞不能及时清除话，就会干扰内环境稳定。话，就会干

10、扰内环境稳定。 防御功能：清除被病原体感染的细胞等。防御功能：清除被病原体感染的细胞等。生理学意义生理学意义18 保证个体正常发育：蝌蚪成蛙、昆虫蜕变、淋巴细胞阳性和阴性选择、表皮和指（趾）甲的形成等。19 Sculpting the digits in the developing mouse paw by apoptosis. Tissue remodeling. 20脊椎动物的神经系统的发育21 CTL杀伤靶细胞。22免疫细胞凋亡免疫细胞凋亡 细胞凋亡:95%的细胞凋亡 胸腺细胞成熟过程中的凋亡 阳性选择 阴性选择 激活诱导的细胞凋亡：（activation-induced cell d

11、eath，AICD） CTL诱导靶细胞的凋亡： 穿孔素介导的靶细胞凋亡 Fas介导的靶细胞凋亡 23lymphoid progenitor (CLP)double negative (DN)double positive (DP)Apoptosis and survival during T lymphocyte development24Apoptosis and survival during B lymphocyte development25 物理因素：物理因素：X-X-射线、热休克等；射线、热休克等； 化学因素：过氧化氢、乙醇、化学因素：过氧化氢、乙醇、8 8氯腺苷、氨氯腺苷、氨 甲

12、蝶呤、苯丁酸氮芥、三尖杉酯碱等；甲蝶呤、苯丁酸氮芥、三尖杉酯碱等； 生物因素：某些细胞因子表达水平变化、蛋白分生物因素：某些细胞因子表达水平变化、蛋白分 子的激活、修饰、降解或构象改变、子的激活、修饰、降解或构象改变、 活性氧的产生等。活性氧的产生等。Apoptosis Inducers26 病原体侵染；病原体侵染；诱导凋亡诱导凋亡HIVHIV抑制凋亡抑制凋亡PoxvirusPoxvirus 细胞凋亡不足细胞凋亡不足肿瘤，自身免疫疾病；肿瘤，自身免疫疾病； 细胞凋亡过度细胞凋亡过度神经退行性疾病（神经退行性疾病（ADAD，帕金森症）、心肌梗塞、，帕金森症）、心肌梗塞、 再生再生障碍性贫血、骨组

13、织坏死。障碍性贫血、骨组织坏死。病理学意义病理学意义27HIV infection causes apoptosis28接受凋亡信号接受凋亡信号蛋白水解酶（蛋白水解酶（caspasescaspases）的活化）的活化凋亡的级联反应凋亡的级联反应凋亡调控分子间的相互作用凋亡调控分子间的相互作用第四节第四节 细胞凋亡的信号传递细胞凋亡的信号传递29 细胞外部刺激信号介导的死亡受体信号细胞外部刺激信号介导的死亡受体信号传递途径传递途径( (extrinsicextrinsic) ) 细胞内部的信号传递途径细胞内部的信号传递途径 ( (intrinsic or mitochondrial)intrin

14、sic or mitochondrial) 30连接分子（连接分子（ adaptoradaptor）：）：具有一些特殊的功能结构域，如具有一些特殊的功能结构域，如 DDDD、DEDDED、CARDCARD等，等，同种结构域间具有相互结合的倾向同种结构域间具有相互结合的倾向31The TNF and TNFR superfamiliesAggarwal BB。Nat Rev Immunol. 2003，3(9):745-5632CRD：Cys-rich repeats extracellular DD： death domain cytoplasmic essential3334Structur

15、e of Death Receptors胞外区结构相似，有多个富含半胱氨酸保守序列；胞内区均有特殊死亡功能区（约90个氨基酸残基组成的基序, death domain, DD）；死亡功能区无任何酶活性，但可与具有相似死亡结构域的蛋白结合。35Mechanisms of TRAIL FunctioningMechanisms of TRAIL Functioning Two functional death receptors (DR4/DR5) Three decoy receptors (DcR1, DcR2 & OPG) Homotrimer； Capase cascade36AP

16、P binds DR6 to trigger axon degenerationand neuron death via distinct caspasesNikolaev A, et al. Nature. 2009;457(7232):981-9.37Caspase 1 ICECaspase 2 ICH-1/Nedd-2Caspase 3 CPP32/YamaCaspase 4 TX ICH-2 ICErel IICaspase 5 ICErel III TyCaspase 6 Mch-2Caspase 7 Mch-3Caspase 8 MACH FLICE Mch-5Caspase 9

17、ICE/LAP6 Mch-6Caspase 10 Mch-4 FLICE-2Caspase 11 ICH3Caspase 12 ER apoptosis-specificCaspase 13 ERICECaspase 14 MICECaspase 15Caspase 16Caspase 17Caspase 18Caspases: cysteine aspartic acid specific protease “C” = cysteine, “asp” = cleave after Asp; family of proteases with similar amino acid sequenc

18、e, structure, substrate specificity38根据根据Caspase Caspase 家族成员之间大小亚单位的同源性家族成员之间大小亚单位的同源性, , 可将他们分为可将他们分为3 3 组组: : 炎症组（炎症组（inflammatory mediatorsinflammatory mediators）:Caspase1,4,5,12,13,14 :Caspase1,4,5,12,13,14 凋亡起始组（凋亡起始组（apoptotic initiatorsapoptotic initiators）：）：Caspase2,8,9,10 Caspase2,8,9,10

19、凋亡效应组（凋亡效应组（apoptotic executionersapoptotic executioners）：）：Caspase3,6,7Caspase3,6,7DED: death effector domainCARD: caspase recruitment domain 39Structure and Function of CaspasesDED: death effector domainsCARD: caspase recruitment domains40 Caspases are produced as zymogensLavrik IN, J Clin Invest.

20、 2005;115:2665-7241Scheme of procaspase-8 processing at the CD95 DISC Lavrik IN, J Clin Invest. 2005;115:2665-7242Mechanisms of Caspase Activation自活化自活化(autoactivation)(autoactivation)是指是指部分部分Caspase Caspase 酶原具有在高浓酶原具有在高浓度或局部高浓度时形成寡聚复度或局部高浓度时形成寡聚复合体可自身激活自身的特性。合体可自身激活自身的特性。主要为凋亡起始组成员主要为凋亡起始组成员, ,。转活

21、化（转活化（transactivationtransactivation）是已激活的起始是已激活的起始Caspase Caspase 激活激活其它其它Caspase Caspase 酶原的方式。酶原的方式。非非Caspase Caspase 蛋白酶活化是蛋白酶活化是Caspase Caspase 酶原激活的另一方式。酶原激活的另一方式。例如例如Granzyme BGranzyme B。43 Activation model of caspases44How caspases kill ICAD&CAD(the inhibitor of Caspase- activated DNase)

22、 Lamins, causing lamina to collapse and contributing to chromatin condensation. Cytoskeletons, cell junctions Deregulation of protein activity454647Regulation of Caspases Gene expression Phosphorylation, nitrosylation a. Inactivation of human caspase-9 by Akt; b. Direct inhibition of caspase activit

23、y through active site nitrosylation Bcl-2 protein family: pro- vs. anti-; Caspase inhibitors: a.痘苗病毒痘苗病毒CrmA and p35; b. FLIPs; c. IAPs48Dual Functions of Caspase-8Expression and phosphorylation state of caspase-8 in tumors: prognostic marker or to pharmacologically stimulate caspase-8 processing fo

24、r tumor therapyFrisch SM Cancer Res 2008; 68:4491-349Signal Transduction by death receptorsAshkenazi A. Nat Rev Cancer. 2002;2(6):420-3050Immunol Cell Biol (2006) 84, 879851 Intrinsic Signaling Pathway Activation requires: - Cytochrome c release - ATP/dATP - Apaf-1 - Cyt c/Apaf-1/procaspase- 9/ATP(d

25、ATP) apoptosome - Caspase-9 activation Extrinsic Signaling Pathway Activation requires: - death receptor - adaptor proteins(FADD/ TRADD) - DISC (death-inducing signaling complex ) - Caspase-8/10 activation52Central role of mitochondria in apoptosis- 线粒体跨膜通道线粒体跨膜通道 (permeability transition (permeabil

26、ity transition pore , PTpore , PT孔孔) ) 的开放的开放- 线粒体跨膜电位下降，线粒体跨膜电位下降，Cyt c Cyt c 释放释放- Cyt c/Apaf-1/procaspase- Cyt c/Apaf-1/procaspase- 9/dATP apoptosome 9/dATP apoptosome- Caspase Caspase级联级联- Smac Smac释放释放53Structure of Apaf-1Apaf-1: apoptotic protease activating factor-1 5455Inflammasome in inflam

27、mation5657Finkel, Science. 2001; 292(5517):624-626. 线粒体线粒体PT孔主要由位于内膜的腺苷孔主要由位于内膜的腺苷转位因子转位因子ANT和位于外膜的电压依赖和位于外膜的电压依赖性阴离子通道性阴离子通道VDAC等蛋白所组成，等蛋白所组成，PT孔开放会引起线粒体跨膜电位下孔开放会引起线粒体跨膜电位下降和降和cyt c、凋亡因子、凋亡因子AIF等释放。等释放。Bcl-2家族蛋白对于家族蛋白对于PT孔的开放和关孔的开放和关闭起关键的调节作用，促凋亡蛋白闭起关键的调节作用，促凋亡蛋白Bax等可以通过与等可以通过与ANT或或VDAC的结的结合介导合介导PT

28、孔的开放，而抗凋亡类蛋孔的开放，而抗凋亡类蛋白如白如Bcl-2、Bcl-xL等则可通过与等则可通过与Bax竞争性地与竞争性地与ANT结合，或者直接结合，或者直接阻止阻止Bax与与ANT、VDAC的结合来发的结合来发挥其抗凋亡效应。挥其抗凋亡效应。58Synergism between extrinsic and intrinsic death pathways by caspase-processed Bid 4 Cross-talk and integration between death-receptor and mitochondrial pathways4 Under some co

29、nditions cross-talk is minimalthe two pathways operate independently4 Caspase processing of Bid induces translocation of processed Bid to mito, where it promotes cytochrome c releaseHengartner, Nature 407: 770, 20005960Stefan J. Riedl Nature Reviews Molecular Cell Biology 5, 897-907Pathways to cell

30、death in C. elegans, Fruitflies and mammals 61Bcl-2基因家族基因家族IAP家族家族FLIP家族家族其他：其他：HSP、NF-kBP53第五节第五节 细胞凋亡的基因表达调控细胞凋亡的基因表达调控6263Apoptosis Regulators in Bcl-2 Family64Bcl-2亚家族：抑制细胞凋亡的发生，结构上拥有保守的亚家族：抑制细胞凋亡的发生，结构上拥有保守的BH1BH4的结构域和跨膜区的结构域和跨膜区, BH1与与BH2结构域是抗凋亡蛋白必备的结构域，同时在同源或异源性二聚体和离子通道结构域是抗凋亡蛋白必备的结构域，同时在同源或异

31、源性二聚体和离子通道 的形成中发挥重要的作用，主要包括的形成中发挥重要的作用，主要包括Bcl-2、Bcl-XL、Bcl-W和和Mcl-1等；等；Bax亚家族：促进细胞凋亡，结构上缺乏亚家族：促进细胞凋亡，结构上缺乏BH4结构域，只含结构域，只含BH1BH3和跨膜区，包括和跨膜区，包括 Bax、Bak、Bok；BH3亚家族：促进细胞凋亡，结构上仅具有亚家族：促进细胞凋亡，结构上仅具有1个保守的个保守的BH3同源结构域，主要包括同源结构域，主要包括Bad、 Bim、Bid和和Bik等。等。Structure and Function of Bcl-2 Family ProteinsValentij

32、n AJ, Biochem Soc Trans. 2004;32(Pt3):421-565Antiapoptotic members: BCL-2, BCL-XL, A1, MCL-1, etc.Proapoptotics: BID, BAD, BIM, BIK, BMF, NOXA, PUMA, etc.66Models for interaction between BH3-only proteins, BAX/BAK-like proteins and pro-survival BCL-2-family members in signalling in apoptosis.Strasse

33、r A.Nat Rev Immunol. 2005;5(3):189-200. 67Small molecules convert anti-death factors into pro-death factorsnature chemical biology 2008 12(4):7226869Inhibitors of apoptosis proteins (IAPs) IAP (XIAP, c-IAP-1, c-IAP-2, Survivin, Livin): to bind with pro-caspase and inhibit the activation of caspases;

34、 IAP inhibitors： Smac/DIABLO (second mitochondria-derived activator of caspase/direct IAP-binding protein with low pH), to bind with IAPs and activate caspase-9 Omi/HtrA270Structure of BIR domain-containing IAPsRiedl SJ, Nat Rev Mol Cell Biol. 2004;5(11):897-907. BIRBIR一般由一般由8080个氨基酸残基构成个氨基酸残基构成, ,全

35、全称为杆状病毒称为杆状病毒IAPIAP重复序列重复序列( baculoviral IAP repeat),( baculoviral IAP repeat),为为IAP IAP 抑制细胞凋亡所必需的，也是所有抑制细胞凋亡所必需的，也是所有IAPIAP家族蛋白共有的结构域。事实上含家族蛋白共有的结构域。事实上含BIRBIR结构域的蛋白质在许多真核生物中都结构域的蛋白质在许多真核生物中都可以见到，但并不是所有含可以见到，但并不是所有含BIRBIR结构域结构域的蛋白都能够抑制凋亡。的蛋白都能够抑制凋亡。 RINGRING结构是存在于部分结构是存在于部分IAPIAP蛋白羧基蛋白羧基末端的锌指样结构单元

36、。这种锌指样末端的锌指样结构单元。这种锌指样结构具泛素酶活性结构具泛素酶活性, ,能够促进能够促进caspasecaspase的降解的降解, ,参与凋亡抑制作用。参与凋亡抑制作用。 少数少数IAPIAP分子存在分子存在CARDCARD结构结构, ,是位于是位于IAPIAP分子分子BIRBIR结构和锌指结构之间的一结构和锌指结构之间的一段序列段序列, ,目前尚未证明目前尚未证明CARDCARD结构与抑制结构与抑制凋亡有关。凋亡有关。71Molecular mechanism of IAP-mediated inhibition of effector caspases.Reial SJ et a

37、l., Nat Rev Mol Cell Biol. 2004 Nov;5(11):897-907. 72the Multiple mechanisms of IAPsJesenberger V, Nat Rev Mol Cell Biol. 2002;3(2):112-21 73Krammer PH, Nat Rev Immunol. 2007;7(7):532-42. Structure of cFLIP (FLICE inhibitor protein) familyDED domain 74Regulation of NF-kB activation by cFLIP 75Mathew

38、 R, Clin Cancer Res. 2006;12(12):3648-51.76Regulation of NF-kB on cell survival and apoptosis77热激蛋白热激蛋白(heat shock protein(heat shock protein，HSP)HSP) 除参与细胞内一些重要蛋白质分子的构象、稳定性及激除参与细胞内一些重要蛋白质分子的构象、稳定性及激酶活性调节之外，酶活性调节之外，HSPHSP另一重要生理功能是对应激状态下另一重要生理功能是对应激状态下的细胞提供保护。近年来的研究证实的细胞提供保护。近年来的研究证实HSPHSP蛋白家族的重要蛋白家族

39、的重要成员如成员如HSP90HSP90、HSP70HSP70及及HSP27HSP27等可以直接作用于细胞的抗等可以直接作用于细胞的抗凋亡机制凋亡机制78J Clin Invest. 2005;115(10):26332639.HSP and apoptosis79P53 & apoptosisp53p53主要功能是监视细胞基因组主要功能是监视细胞基因组DNADNA的完整性。的完整性。 如有损伤，如有损伤，p53p53可以感知这些损伤，可以促使细胞停留在可以感知这些损伤，可以促使细胞停留在G1 G1 期，进行期，进行DNADNA损伤修复，避免错误损伤修复，避免错误DNADNA的进一步复制

40、。同时，的进一步复制。同时， p53p53可以促进可以促进DNADNA修复蛋白的转录合成，从而促进细胞对修复蛋白的转录合成，从而促进细胞对DNADNA损损 伤进行修复，确保遗传物质的稳定性。伤进行修复，确保遗传物质的稳定性。 一旦这种修复无法完成，一旦这种修复无法完成，p53p53将促进一系列凋亡相关蛋白的表将促进一系列凋亡相关蛋白的表 达，例如达，例如BaxBax、PUMAPUMA、NoxaNoxa、Fas,Fas,从而有效的诱导细胞凋亡，从而有效的诱导细胞凋亡， 清除受损的细胞，防止细胞癌化清除受损的细胞，防止细胞癌化80A model for p53 regulation 8182ass

41、ociation of TP53 mutations and clinical outcome in selected cancer types83Selected oncogenic properties of mutant p53 and their underlying mechanisms84Interplay of the nuclear and cytoplasmic functions of p53 in apoptosis858687p53 and metabolism. Karen H. Vousden & Kevin M. RyanWhen mutants gain

42、 new powers: news from the mutant p53 field. Ran Brosh & Varda RotterTumour suppression by p53: a role for the DNA damage response? David W. MeekThe expanding universe of p53 targets. Daniel Menendez, Alberto Inga & Michael A. Resnickp53 and E2f: partners in life and death. Shirley Polager &

43、amp; Doron GinsbergThe first 30 years of p53: growing ever more complex. Arnold J. Levine & Moshe Orenp53 ancestry: gazing through an evolutionary. lens Wan-Jin Lu, James F. Amatruda & John M. Abrams88Heiko Hermeking, Cancer Cell, 2007,414-8p53 Enters the MicroRNA World89Suzuki HI, et al. Na

44、ture. 2009 Jul 23;460(7254):529-33.Modulation of microRNA processing by p53P53 WT p53-/- after treatment for 8 or 24 h with 0.2 g ml-1 doxorubicin90Regulation of miRNA biosynthesis by p53Heiko Hermeking, Nature Reviews Cancer 2012, 12, 613-62691Regulation of p53 pathway by miRNA network92Apoptotic s

45、ignalling pathways and the involvement of miRNA regulation93949596细胞凋亡的检测细胞凋亡的检测97针对凋亡不同阶段特征的检测方法针对凋亡不同阶段特征的检测方法 1 PS(磷脂酰丝氨酸)在细胞外膜上的检测 细胞内氧化还原状态改变的检测 细胞色素C的定位检测 线粒体膜电位变化的检测2 TUNEL（Terminal deoxynucleotidyl transferase- mediated dUTP nick-end-labeling） LM-PCR Ladder (连接介导的PCR检测) Telemerase Detection

46、(端粒酶检测) 3 98针对不同位置的凋亡特征的检测方针对不同位置的凋亡特征的检测方法法 细胞凋亡的检测方法凋亡细胞的光学显微镜和倒置显微镜观察凋亡细胞的荧光显微镜和共聚焦激光扫描显微镜观察凋亡细胞的电子显微镜观察相关凋亡检测相关凋亡检测相关凋亡检测Caspase(半胱天冬氨酸酶)活性检测凋亡相关的非Caspase蛋白酶检测胞浆其他蛋白活性检测相关凋亡检测其他99细胞凋亡的检测方法简述细胞凋亡的检测方法简述 一、细胞凋亡的形态学检测一、细胞凋亡的形态学检测 二、磷脂酰丝氨酸外翻分析（二、磷脂酰丝氨酸外翻分析（Annexin VAnnexin V法）法） 三、三、 DNADNA片断化检测片断化检

47、测 四、四、 TUNELTUNEL法法 五、五、 Caspase-3Caspase-3活性的检测活性的检测 六、六、 WBWB检测检测 100Morphology of Apoptotic Cell凋亡诱导剂诱导人肺癌细胞株凋亡诱导剂诱导人肺癌细胞株A549A549发生凋亡，发生凋亡，hoechst 33258hoechst 33258染色染色101DNA fragmentation and the appearance of “DNA ladder”1021032104105Apoptotic HeLa cells were stained with FITC-AnnexinV+PI106A

48、nnexin V-FITC FluorescencePI Fluorescence Time course of apoptosis in TF-1 cells cultured in GM-CSF-free medium107108109110111112第六节第六节 凋亡与自噬凋亡与自噬113Various Models of Cell Death114Nature Immunology 4, 416 - 423 (2003)115Classification of cell death according to caspase activation Necrosis CDCD: Apop

49、tosis, Mitotic Catastrophe, Model of Apoptosis-like, Anoikis CICD: Autophagy, Paraptosis, Oncosis, Model of Necrosis-like116Apoptosis and Autophagy自噬（自噬（autophagyautophagy）：就其本义而言就是自己吃自己，指细胞在营）：就其本义而言就是自己吃自己，指细胞在营养缺乏时靠消化自身细胞器而获得能量以度过饥荒的行为。然而，养缺乏时靠消化自身细胞器而获得能量以度过饥荒的行为。然而，在后来的研究中发现自噬并不只是细胞的一个生存策略，同时也在

50、后来的研究中发现自噬并不只是细胞的一个生存策略，同时也是细胞死亡的一种方式。如在是细胞死亡的一种方式。如在ParkinsonParkinsons s 和和AlzheimerAlzheimers s 疾病疾病病变的细胞中，经常可以看到细胞自噬的现象。病变的细胞中，经常可以看到细胞自噬的现象。自噬则是利用溶酶体对细胞自身体内的部分细胞质和细胞器进行自噬则是利用溶酶体对细胞自身体内的部分细胞质和细胞器进行一系列降解的过程。它的显著特征是形成大量自体吞噬小泡。自一系列降解的过程。它的显著特征是形成大量自体吞噬小泡。自噬过程中的细胞骨架虽然解聚，但并不像凋亡过程那样发生明显噬过程中的细胞骨架虽然解聚，但

51、并不像凋亡过程那样发生明显的细胞骨架降解。的细胞骨架降解。“self-killing” “self-eating”117J Clin Invest. 2005 Oct;115(10):2679-88. 118 自噬现象最早在哺乳动物中的研究是由Ashford和Porten于1962年通过电子显微镜在人的肝细胞中观察到，但直到1997年日本科学家Yoshinori Ohsumi小组在酵母菌中发现自噬相关基因（autophagy related gene, Atg），对自噬的研究才有新的进展。119诱导细胞发生自噬的因素：诱导细胞发生自噬的因素：饥饿、生长因子缺乏、微生物感染、细饥饿、生长因子缺乏

52、、微生物感染、细胞器损伤、蛋白质折叠错误或聚集、胞器损伤、蛋白质折叠错误或聚集、DNADNA损伤、放疗、化疗等等损伤、放疗、化疗等等120自噬的特性：自噬的特性：1）自噬是细胞消化掉自身的一部分，初一看似乎对细胞不利。事实上，细胞正常情况）自噬是细胞消化掉自身的一部分，初一看似乎对细胞不利。事实上，细胞正常情况下很少发生自噬，除非有诱发因素的存在。下很少发生自噬，除非有诱发因素的存在。细胞外的：如外界中的营养成分、缺血缺氧、生长因子的浓度等细胞外的：如外界中的营养成分、缺血缺氧、生长因子的浓度等细胞内的：代谢压力、衰老或破损的细胞器、折叠错误或聚集的蛋白质等细胞内的：代谢压力、衰老或破损的细胞

53、器、折叠错误或聚集的蛋白质等由于这些因素的经常性存在，因此细胞保持了一种很低的基础的自噬活性以维持自稳。由于这些因素的经常性存在，因此细胞保持了一种很低的基础的自噬活性以维持自稳。2）自噬过程很快，被诱导后）自噬过程很快，被诱导后8min即可观察到自噬体形成，即可观察到自噬体形成，2h后自噬溶酶体基本降解消后自噬溶酶体基本降解消失。这有利于细胞快速适应恶劣环境。失。这有利于细胞快速适应恶劣环境。3）自噬的可诱导特性：表现在）自噬的可诱导特性：表现在2个方面，第一是自噬相关蛋白的快速合成，这是准备阶个方面，第一是自噬相关蛋白的快速合成，这是准备阶段。第二是自噬体的快速大量形成，这是执行阶段。段。

54、第二是自噬体的快速大量形成，这是执行阶段。4）批量降解：这是与蛋白酶体降解途径的显著区别）批量降解：这是与蛋白酶体降解途径的显著区别5）自噬的保守性：由于自噬有利于细胞的存活，因此无论是物种间、还是各细胞类型）自噬的保守性：由于自噬有利于细胞的存活，因此无论是物种间、还是各细胞类型之间，自噬都普遍被保留下来。之间，自噬都普遍被保留下来。121122Autophagy pathway and its role in cellular Autophagy pathway and its role in cellular adaptation to nutrient deprivationadapt

55、ation to nutrient deprivationLevine B, Nature. 2007;446(7137):745-7.123Regulation of the Autophagic Pathway124Autophagy in Health and Disease125自噬和肿瘤自噬和肿瘤双刃剑双刃剑 与凋亡（在肿瘤细胞中一般都存在缺限）不同，自与凋亡（在肿瘤细胞中一般都存在缺限）不同，自噬是被优先保留的。噬是被优先保留的。 自噬基因敲除的动物自发肿瘤增多，相反自噬基因自噬基因敲除的动物自发肿瘤增多，相反自噬基因敲除后，增加了化疗、放疗、免疫治疗的敏感性。敲除后，增加了化疗、

56、放疗、免疫治疗的敏感性。126自噬与肿瘤自噬与肿瘤1）肿瘤细胞本身就具有高代谢的特点，对营养和能量的需求比正常细胞）肿瘤细胞本身就具有高代谢的特点，对营养和能量的需求比正常细胞更高，但肿瘤微环境往往不能如意，如肿瘤发生初始期到血管发生之前、更高，但肿瘤微环境往往不能如意，如肿瘤发生初始期到血管发生之前、肿瘤长大发生血管崩塌时、肿瘤细胞脱离原发灶游走时等都会出现营养肿瘤长大发生血管崩塌时、肿瘤细胞脱离原发灶游走时等都会出现营养不足或供应中断，而此时提高自噬活性可以有助于度过这一危机。不足或供应中断，而此时提高自噬活性可以有助于度过这一危机。2）当化疗、放疗后，肿瘤细胞会产生大量的破损细胞器、损坏

57、的蛋白质）当化疗、放疗后，肿瘤细胞会产生大量的破损细胞器、损坏的蛋白质等有害成分，而此时提高自噬活性可及时清除这些有害物质，并提供应等有害成分，而此时提高自噬活性可及时清除这些有害物质，并提供应急的底物和能量为修复受损急的底物和能量为修复受损DNA赢得时间和条件。赢得时间和条件。3）由于自噬减少了肿瘤细胞在代谢应激时发生坏死的机会，而对于肿瘤）由于自噬减少了肿瘤细胞在代谢应激时发生坏死的机会，而对于肿瘤细胞群体而言，需要一部分细胞发生坏死，以引发适度的炎症（有利于细胞群体而言，需要一部分细胞发生坏死，以引发适度的炎症（有利于血管的长入、吸引免疫细胞分泌生长因子等）。研究发现，很多类型的血管的长

58、入、吸引免疫细胞分泌生长因子等）。研究发现，很多类型的肿瘤在代谢应激时会肿瘤在代谢应激时会“组成性组成性”活化活化PI3K信号以抑制自噬。信号以抑制自噬。127对不同的细胞，自噬的作用可能不同。对不同的细胞，自噬的作用可能不同。相同的细胞在不同的外部因素作用时，自噬的作用可能不同。相同的细胞在不同的外部因素作用时，自噬的作用可能不同。在肿瘤发生发展的不同阶段，自噬的作用可能不同。在肿瘤发生发展的不同阶段，自噬的作用可能不同。 肿瘤生长的早期阶段自噬增强，是由于此时肿瘤的血管化作用不足，癌肿瘤生长的早期阶段自噬增强，是由于此时肿瘤的血管化作用不足，癌细胞的营养供给有限，需要通过自噬为自身提供营养。细胞的营养供给有限，需要通过自噬为自身提供营养。 肿瘤进入发展阶段后基因变异积累，使包括肿瘤进入发展阶段后基因变异积累，使包括 Beclin 1在内的众多抑癌在内的众多抑癌基因失活，自噬活力降低。基因失活，自噬活力降低。对单个细胞和对整个肿瘤阻滞的作用可能不同。自噬功能不全的细胞易对单个细胞和对整个肿瘤阻滞的作用可能不同。自噬功能不全的细胞易于坏死，但