病理生理学课件-细胞凋亡与疾病

1、第十一章 细胞凋亡与疾病Apoptosis and disease 病理生理学教研室2第一节 概 述*第二节 细胞凋亡过程与调控*第三节 细胞凋亡与疾病第四节 细胞凋亡在疾病防治中的意义3Kerr, J.F.R., Wyllie, A.H. &Currie, A.R., Apoptosis: A Basic Biological Phenomenon With Wide Ranging Implications In Tissue Kinetics. British Journal of Cancer(1972),26,239 由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致细胞死亡的一种形式。“凋

2、亡” 意为“花瓣或树叶的枯落”凋亡(apoptosis) 概 述4 进入 20世纪 60年代后 ,细胞凋亡的研究进入到基因水平 ,先后有三位科学家 ,即美国加州伯克莱科学研究所的悉尼布雷内(1927年出生 )、英国剑桥桑格 ( Sanger)研究中心的约翰苏尔斯顿(1942年出生 )和美国麻省理工学院的罗伯特霍维茨(1947年出生 )(图 2) ,他们用秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans, C. elegans)作为动物模型做了开创性的工作 ,为此共同获得了2002年诺贝尔生理或医学奖。公报称 ,由于他们发现了器官发育的基因调控和细胞的程序性死亡(genetic reg

3、ulation of organ development and programmed cell death)而获奖5 现在很多情况下，细胞凋亡亦称为程序性细胞死亡(programmed cell death , PCD)。PCD这一概念已为科学家广泛接受。但不同的人对PCD概念的解释有所不同。6细胞凋亡与坏死的区别坏死 凋亡概 述1.性质2.诱导因素强烈刺激，随机发生较弱刺激，非随机发生3.生化特点4.形态变化5.DNA电泳6.炎症反应7.凋亡小体8.基因调控被动过程，无新蛋白合成，不耗能 主动过程，有新蛋白合成，耗能细胞结构全面溶解、破坏、细胞肿胀 胞膜结构完整，细胞皱缩，核固缩弥散性降解

4、，电泳呈涂抹状 DNA片段化（180-200bp），电泳呈“梯”状条带溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体相对完整，局部无炎症反应有病理性，非特异性生理性或病理性，特异性无有一般没有7生理性凋亡确保正常生长发育维持内环境稳定发挥积极的免疫防御功能生物学意义 8维持内环境稳定CTL肿瘤细胞发育过程中手和足的成形过程发挥积极的免疫防御功能9病理性凋亡凋亡不足凋亡过度凋亡不足+凋亡过度生物学意义 （肿瘤，自身免疫病，病毒感染）心血管疾病：心肌缺血缺血-再灌注损伤血液系统疾病：贫血，再障，慢性嗜中性粒细胞减少（动脉粥样硬化AS） 10第一节 概 述*第二节 细胞凋亡过程与调控*第三节 细胞凋亡与疾病第四节

5、细胞凋亡在疾病防治中的意义11细胞凋亡过程1.死亡信号触发阶段 2.信号整合与调控阶段 4.凋亡细胞吞噬清除阶段 3.凋亡的执行阶段 12凋亡时细胞的主要变化生化改变形态学改变13细胞凋亡的形态学改变细胞膜胞膜突出，表面皱褶和微绒毛消失胞膜空泡化出芽现象14脱水、浓缩、空泡化细胞质线粒体和内质网扩张，溶酶体膜完整细胞核染色质浓缩、边集，核碎片,凋亡小体细胞凋亡的形态学改变凋亡的特征性形态学改变15细胞凋亡的生化改变 内源性核酸内切酶激活caspases的激活染色质DNA 的特征性片段化断裂，是细胞凋亡的主要生化特征 典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）180200bp或其整倍数的片

6、段16核小体每个核小体中包含180-200bp左右DNA片段染色质中的DNA双螺旋链,等距离缠绕组蛋白形成核心颗粒，各颗粒之间为带有H1组蛋白连接区DNA，这种组成染色质的重复结构单位就是核小体。 17细胞凋亡调控（一）影响细胞凋亡的因素（二）细胞凋亡相关基因（三）细胞凋亡的执行（四）吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬18影响细胞凋亡的主要因素 诱导性因素（Inducers） 抑制性因素（Inhibitors） 理化因素 射线、高温、强酸、 细胞因子 IL-2、VEGF等 强碱、应激、抗癌药 激素 ACTH、睾丸酮、雌激素 激素和因子 糖皮质激素、TNF 其它 Zn2+、苯巴比妥、半胱氨 免疫性因

7、素 CTL分泌的粒酶 酸蛋白酶抑制剂、EBV、 病原体因素 HIV、HCV 牛痘、病毒、中性氨基酸 19细胞凋亡相关基因抑制凋亡基因： Bcl-2促进凋亡基因： Bax，Bad，Bak， Bid，Bim，fas，p53双向调控基因： c-myc，bcl-x20第一个被确认的抑制凋亡基因229aa构成（鼠236）分布在线粒体内膜，细胞内膜表面等处 Bcl-2 B细胞淋巴瘤/白血病-2基因(B cell lymphoma/leukemia-2, Bcl-2)21Bcl-2抗凋亡机制 直接的抗氧化 抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质 抑制促凋亡的Bax，Bak细胞毒作用 抑制Caspases激活 维持细胞

8、钙稳态222 p53-野生型诱导凋亡： 在G1期发挥检查点功能有缺陷DNA启动修复修复失败启动凋亡p53 = molecular policeman23p53 野生型诱导凋亡DNA损伤P53CIP(-)G1SDNA修复apoptosisFasFasLBax Bcl-2CIP-cyclin dependent kinase interacting protien-1243.c -myc ，Bcl-xc-myc 转录调节因子 依赖GFBcl-x Bcl-xl抑凋亡 Bcl-xs促凋亡增殖凋亡25细胞凋亡的执行1、凋亡蛋白酶激活 Caspases2、内源性核酸内切酶激活, DNA片段化 切割染色质D

9、NA，Ca2+/Mg2+(+) ，Zn2+ (-) 3、其他酶类的激活26功能灭活细胞凋亡的抑制物:如ICAD,Bcl-2水解蛋白质结构，细胞解体，凋亡小体在凋亡级联反应中水解相关活性蛋白：使其获得或丧失功能(启动型）分类Caspases 8，9，10能激活效应子- 启动型Caspases 3，6，7能分解细胞蛋白- 效应型Caspases概念属于半胱氨酸蛋白酶家族，14个成员(Caspase 1-14)27吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬 巨噬细胞是“专职”的吞噬凋亡细胞和凋亡小体的细胞群。有些肿瘤细胞和正常细胞也有此功能。1吞噬细胞凝集素（lectin）作用 2血小板反应蛋白介导吞噬吞噬 3

10、磷脂酰丝氨酸受体的作用 与植物凝集素结合并发生相互作用糖蛋白失去唾液酸侧链N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰半乳糖和半乳糖等单链暴露TSP 形成黏连复合物 磷脂酰丝氨酸（PS）暴露被巨噬细胞上的丝氨酸受体识别和吞噬 28细胞凋亡的信号转导途径线粒体途径穿孔素-颗粒溶解酶B途径 死亡受体途径 损伤因素线粒体细胞色素cCaspace-9细胞毒性T细胞穿孔素-颗粒溶解酶BCaspace-8Caspace-10FasL/Fas、TNF-/TNFR1 等FADDCaspace-3凋亡执行凋亡诱导29第一节 概 述*第二节 细胞凋亡过程与调控*第三节 细胞凋亡与疾病第四节 细胞凋亡在疾病防治中的意义30已知的凋亡

11、相关性疾病31细胞凋亡与疾病凋亡不足凋亡过度（不该死的细胞死了）凋亡不足+凋亡过度肿瘤自身免疫病病毒感染心血管疾病：心肌缺血缺血-再灌注损伤血液系统疾病：贫血，再障，慢性嗜中性粒细胞减少动脉粥样硬化（AS） （该死的细胞没死）32Bcl-2表达p53突变或缺失逃避免疫监督发生发展转移增殖强；凋亡弱增殖不强；但凋亡减弱凋亡反应低下减弱治疗：诱导分化，促使凋亡从发病学上，细胞凋亡实际是机体天然的抗癌机制之一。细胞凋亡不足与肿瘤33 自身抗原受到自身抗体或致敏T淋巴细胞的攻击而损伤，T、B淋巴细胞通过正选择和负选择才能发育、分化成熟 负选择：凋亡清除针对自身组织抗原和TCR的双阳性细胞 正选择：保留

12、能够识别自身组织抗原的T细胞，并增殖成熟细胞凋亡不足与自身免疫疾病产生针对自身成分的致敏T细胞或自身抗体如果负选择机制失调，针对自身组织抗原的T细胞存活、增殖，产生自身免疫病。34病毒及产物抗凋亡的机制：灭活P53： SV40的T抗原、腺病毒E1B蛋白高表达Bcl-2或Bcl-2样蛋白： EB病毒、E1B蛋白灭活ICE：痘病毒产生ICE的抑制物如CrmA细胞凋亡不足与病毒感染性疾病35 病毒感染宿主细胞后有两种结局：1）诱导细胞凋亡从而限制病毒生长（肝炎病毒）；2）是由病毒基因表达的蛋白抑制宿主细胞凋亡，造成持续性感染或增加某些病毒的致癌可能性。HIV引起AIDS： 艾滋病，获得性免疫缺陷综合

13、征(acquired immunodeficiency syndrom)CD4+细胞被选择性破坏，引起免疫功能缺陷。细胞凋亡过度与AIDS36HIV感染导致CD4+淋巴细胞发生凋亡的相关因素：1）HIV的基因产物 gp120能直接启动CD4+淋巴细胞的死亡程序2）合胞体形成：3）Fas基因表达上调4）T细胞激活 激活诱导的细胞死亡5）细胞因子 受感染的M释放TNF增多6）tat蛋白：诱导CD4+淋巴细胞产生OFR，增强Fas表达 7）慢性感染时，受感染CD4+淋巴细胞作为效应细胞，可增强未感染的CD4+淋巴细胞对凋亡的敏感性37 细胞凋亡过度与心血管疾病 心力衰竭 心肌细胞凋亡造成心肌细胞数量

14、减少 心肌缺血与再灌注损伤 坏死与凋亡共存 发生机制：氧化应激；细胞内钙超载； Fas受体上调；p53基因转录增强 凋亡特点：早期凋亡为主，晚期坏死为主 梗死灶中央以坏死为主，周边凋亡为主 慢性、轻度缺血以凋亡为主，急性、重度缺血则常常发生坏死 再灌注可加速凋亡； 急性、严重的心肌缺血（如心肌梗死）以心肌坏死为主，而慢性、轻度的心肌缺血则发生细胞凋亡。 38细胞凋亡不足与过度并存 由于细胞类型的差异，各种细胞在致病因子作用下，有些可表现为凋亡不足，而另一些细胞可表现为凋亡过度，因此同一疾病或病理过程中两种情况也可同时存在。例如：动脉粥样硬化（atherosclerosis, AS）39 血脂（oxLDL） 血流动力学改变 动脉内膜功能受损 血管内皮解剖性损伤单核细胞粘附、移行内膜下 内皮下胶原暴露 吞噬LDL成为泡沫细胞 血小板激活 释放GF （PDGF、FGF、TGF-、EGF）刺激平滑肌细胞、成纤维细胞增生 刺激结缔组织形成、抑 AS 血管内皮细胞凋亡过度而血管平滑肌细胞凋亡不足制平滑肌细胞增生40第一节 概 述*第二节 细胞凋亡过程与调控*第三节 细胞凋亡与疾病第四节 细胞凋亡在疾病防治中的意义41 细胞凋亡是一个程序化过程，可以通过不同的手段在不同的阶段进行干预而治疗疾病 合理利用凋亡相关因素1.诱导靶细胞凋