病理生理学网络细胞凋亡和疾病文档资料

病理生理学网络细胞凋亡和疾病文档资料第1页/共71页apoptosis概述凋亡过程与调控发生机制凋亡与疾病第2页/共71页

早在1972年Kerr等已发现从细胞形态、超微结构和生化变化等方面来分析，细胞有二种死亡形式,一种是早被熟知的细胞坏死（Necrosis），另一种是创新提出的程序性细胞死亡（Programmedcelldeath,PCD）学说。但该学说到九十年代初才进入研究高潮，进展极快，现在普遍称之为细胞凋亡（Apoptosis）。apoptosis概述第3页/共71页细胞凋亡：（cellapoptosis）

细胞凋亡是细胞在体内外因素诱导下（一定的生理或病理条件），由基因严格调控而发生的自主性细胞有序死亡。（遵循自身的程序，自己结束其生命的过程，最后细胞脱离体或裂解为若干凋亡小体，被其他细胞吞噬。）

第4页/共71页程序性细胞死亡

（programmedcelldeath,PCD）是一个由基因调控的主动而有序的细胞自我消亡过程，它是指一连串的不伴有炎症反应的细胞变化，最终导致细胞死亡。多指发育中某些限定点发生的细胞死亡。第5页/共71页细胞凋亡与程序性细胞死亡

意义大致相同，比较说来程序性细胞死亡侧重于功能描述；细胞凋亡偏重于病理形态描述。第6页/共71页细胞坏死(necrosis)

指由于某些外界因素（如局部缺血、高热、物理和化学损伤或生物的侵袭等），导致细胞急速死亡，一般伴有炎症反应。

一般过程：因补体反应或烈性病毒感染破坏了质膜，或者能量依赖性离子泵被破坏产生的钠钾等离子沿着各自的浓度梯度进入细胞，从而导致细胞吸水膨胀，最终破膜而死。第7页/共71页细胞凋亡与细胞坏死是多细胞生物细胞死亡的两种不同形式，在形态学、生化代谢、分子机制、结局和意义等方面都有本质的区别。细胞坏死特征：线粒体膨胀，细胞骨架降解，溶酶体释放酶，细胞核内染色质沉淀靠近核膜边，蛋白质合成下降，由于膜破裂，出现炎症反应第8页/共71页第9页/共71页细胞凋亡与坏死的区别

细胞坏死细胞凋亡诱导因素强烈刺激,随机发生较强烈刺激,非随机发生生化特点被动过程,无新蛋白合成,不耗能主动过程,有新蛋白合成,耗能细胞形状破裂成碎片形成凋亡小体形态变化细胞肿胀,破碎保持完整,细胞皱缩染色质(核)稀疏,分散,无边集致密,固缩,边集或中集DNA电泳碎片,无序,呈弥漫条带呈梯状条带(180-200bp的倍数)炎症反应有无基因调控无有潜伏期无数小时第10页/共71页凋亡意义1.确保正常发育生长：清除多余的细胞2.维持内环境稳定：清除受损、突变、衰老的细胞3.积极防御功能：限制病毒感染的细胞复制

所以细胞凋亡是正常的生理过程，但是凋亡过多或过少都可引起疾病发生。因此，近年来对于细胞凋亡的研究，已成为医学界的关注热点。第11页/共71页apoptosis概述凋亡过程与调控发生机制凋亡与疾病第12页/共71页apoptosis凋亡过程与调控凋亡过程凋亡时细胞的主要变化☆凋亡的调控☆凋亡过程与调控第13页/共71页apoptosis凋亡过程与调控一、凋亡过程可大致分成4个阶段：凋亡信号转导凋亡基因激活凋亡的执行凋亡细胞的清除第14页/共71页细胞凋亡的过程1．凋亡信号转导：启动信号Ca2+、cAMP、神经酰胺2．凋亡基因激活：表达酶类和其他物质3．细胞凋亡的执行：核酸内切酶(DNase)和Caspases4．凋亡细胞的清除：被临近的Mφ或其他细胞吞噬分解第15页/共71页apoptosis凋亡过程与调控凋亡过程+受体cAMPCa2+神经酰胺凋亡诱导因素死亡信号凋亡相关基因激活DNase激活Caspases激活巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞信号转导基因激活执行凋亡凋亡细胞的清除第16页/共71页apoptosis生化改变凋亡过程与调控凋亡时细胞的主要变化形态学改变第17页/共71页㈠形态学改变→胞膜空泡化→固缩→出芽→染色质边集脱接触→凋亡小体第18页/共71页apoptosis凋亡时细胞的形态学改变凋亡过程与调控空泡化固缩出芽边集凋亡小体形态学特征：第19页/共71页第20页/共71页（一）形态学改变

（二）生化改变1．DNA的片段化2．内源性核酸内切酶激活及其作用3.Caspases的激活及作用

第21页/共71页细胞凋亡的生化改变apoptosis凋亡过程与调控DNA的片段化断裂蛋白质的降解

典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）第22页/共71页内源性核酸内切酶激活及其作用

由一系列胞内信号转导环节激活，执行染色质DNA切割，受Ca，Mg，Zn调节。

特点：Ca2+/Mg2+增强活性，Zn2+抑制

其活性第23页/共71页DNA的片段化：梯状条带形成180~200bp或其整数倍，判断调亡的客观指标之一第24页/共71页凋亡蛋白酶（caspases）的激活及其作用

是一组对底物天冬氨酸部位有特异水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶（cysteine-containingaspartate-spicificprotease）有14个成员

起始凋亡蛋白酶效应凋亡蛋白酶与炎症有关的凋亡蛋白酶（Cysteine半胱氨酸、Aspartate天冬氨酸）第25页/共71页第一个被发现的caspase是caspase-1,即哺乳类的ICE(1992,1993),后来证明ICE与炎症有关而在细胞的死亡中没有明显作用。线虫的CDE-3和ICE有一定的同源性。第26页/共71页apoptosis凋亡过程与调控信号TNF相关蛋白存活因素缺失化疗药物发育信号Caspases活化因子死亡受体细胞色素C释放Apaf-1FADD起始Caspase效应CaspaseCaspase-3（-6，-7）Caspase8（-10）Caspase-9执行凋亡（裂解凋亡调控因子，裂解看家蛋白，DNA断裂Caspases的活化与级联反应第27页/共71页Caspases的分子的结构特征Caspases的分子均具有下列的结构特征：①以无活性的Pro-Caspases形式存在。②在Pro-Caspases的N端均含有一段P2-P27的前区域（Prodomain）。③活性形式均是由2个大亚基（17~20KD）和2个小亚基（10~12KD）组成的杂四聚体。一分子Pro-Caspase只能分裂产生1个大亚基和1个小亚基。④在大亚基的C端均含有QACXG（X=R.Q或G）的活性中心，其中半胱氨酸（C）是必需氨基酸，故Caspase是属于半胱氨酸蛋白酶类。第28页/共71页Caspase的分组Caspase的分组有的是按其催化特异性而分为三组有的是按其前区域中共含某一具有嗜同性结合功能的区段分为：

1.CARD-Caspase:包括Caspase1,2,4,5,9,11,12,13等。

2.DED-Caspases包括Caspase-8,10等。

3.下游Caspase包括Caspase-3,6,7等。第29页/共71页

①灭活细胞凋亡的抑制物:如Bcl-2②水解蛋白质结构，细胞解体，形成凋亡小体③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caspases功能第30页/共71页apoptosis细胞凋亡的调控凋亡的调控一、细胞凋亡的相关因素二、细胞凋亡的信号转导三、细胞凋亡的相关基因第31页/共71页一、凋亡相关因素1.凋亡诱导因素:细胞凋亡程序的启动者

(1)激素与生长因子失衡

(2)理化因素

(3)免疫性因素

(4)微生物性因素:如人类爱滋病病毒感染,可致大量CD+4T淋巴细胞凋亡,使爱滋病病人相关免疫功能低下,容易得肿瘤和机会性感染

(5)其他：缺血、缺氧第32页/共71页

2.抑制性因素

(1)细胞因子:如IL-2,神经生长因子

(2)激素:如ACTH,睾丸酮,雌激素等

(3)Zn2+(4)药物:苯巴比妥,半胱氨酸蛋白酶抑制剂

(5)病毒:如EB病毒,牛痘病毒等第33页/共71页二、主要信号传导通路

特点：①多样性：不同种类细胞有不同的信号转导系统②偶联性：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③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④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第34页/共71页凋亡信号的转导与凋亡有关的信号转导系统：1.胞内Ca2+信号系统

Ca2+在细胞凋亡中充当了传递凋亡信号的角色；胞内Ca2+浓度上升可激活Ca2+依赖的谷氨酰胺酶，活化核转录因子等触发细胞凋亡。2.cAMP/PKA信号系统3.Fas蛋白/Fas配体信号系统第35页/共71页Fas配体或抗Fas抗体与Fas蛋白结合神经鞘磷脂酶活性↑神经酰胺途径诱导细胞凋亡激活ICE样的caspase降解H1组蛋白暴露DNase的酶切位点通过Ca2+信号系统传递死亡信号3.Fas蛋白/Fas配体信号系统第36页/共71页第37页/共71页4.神经酰胺信号系统电离辐射、TNF-α、Fas抗原、糖皮质激素5.二酰甘油/PKC信号系统6.酪氨酸蛋白激酶信号系统负调控作用第38页/共71页三、凋亡相关基因

细胞凋亡时,常伴有某些基因及相应的大分子物质表达的变化,这些基因称为调亡相关基因。这些基因呈高表达可诱导或阻止细胞凋亡.1.杀手基因:Fas,Bax,ICE,P53等

2.存活基因:E1B,1AP,BCL-2等

3.双向调控基因:c-myc,Bclx等第39页/共71页Bcl-2----Bcelllymphoma/leukemia-2

（B淋巴细胞瘤/白血病-2）为B细胞淋巴瘤/白血病-2基因的缩写形式,是高等动物中第一个被确认的存活基因.

作用:阻断多种凋亡诱导因素的作用,抑制所有凋亡特征的出现第40页/共71页Bcl-2抗凋亡机制:①直接的抗氧化②抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质③抑制促凋亡的Bax，Bak细胞毒作用④抑制Caspases激活

⑤维持细胞钙稳态

意义:Bcl-2呈高表达可明显降低肿瘤细胞对射线.

自由基和化学药物的敏感性,Bcl-2阳性细胞超过

20%者,预后不良.第41页/共71页Fas

细胞表面受体，跨膜蛋白，伸向胞浆部一段与TNFα受体相似（高度同源）机制：

(1)Fas抗原作为细胞表面受体,其天然配基可能就是某种凋亡信号;(2)阻断生长因子的作用.第42页/共71页P53基因wtP53——修复受损的DNA，如修复失败则诱导细胞凋亡

突变的P53失活的P53丧失监视DNA损伤的功能射线，毒素P53蛋白+细胞凋亡分子警察促进凋亡基因第43页/共71页c-mycc-myc基因是一种癌基因,其编码的C-myc蛋白是重要的转录调节因子.

作用:能诱导细胞增殖,也能诱导细胞凋亡.

机制:取决于(1)细胞接受了哪种信息;(2)细胞所处的生存环境第44页/共71页Bcl-x可翻译出两种蛋白质:Bcl-XL,Bcl-Xs.Bcl-XL:抑制细胞凋亡.Bcl-Xs:促进细胞凋亡机制:取决于哪种蛋白占优势.第45页/共71页apoptosis概述凋亡过程与调控发生机制凋亡与疾病第46页/共71页㈠氧化损伤1.氧化应激（oxidativestress）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：①DNA受损激活P53基因膜通透性↑Ca内流↑DNase②生物膜损伤ΔΨm↓

脂质过氧化产物↑③多聚ADP核糖合成酶活化，NAD＋耗竭，ATP大量消耗④可活化NF-kB、AP-1，加速细胞凋亡相关的一些基因表达

第47页/共71页㈡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：

①激活Ca2＋/Mg2＋依赖的DNase②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③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④激活核转录因子，加速促凋亡基因的转录第48页/共71页㈢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表现为线粒体内膜通透性↑线粒体内膜的跨膜电位Δψm↓

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线粒体内膜跨膜电位（Δψm）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）释放第49页/共71页第50页/共71页1.线粒体内的凋亡因子在线粒体内外的腔隙中含有许多涉及细胞凋亡的因子，包括其中特有cyt.c、AIF，以及与胞浆共有的Pro-Caspase-2、3、7、9，很多内外因素损伤线粒体膜的完整性，促使线粒体释放这些凋亡因子，即可诱导细胞凋亡。cyt.cAIF----(+)DNaseApafApaf-1

与Ced-4同源

Apaf-2与cyt.c同源

Apaf-3与Pro-Caspase-9同源第51页/共71页2.线粒体膜通透性转变的影响因素BcL-2基因家族阻止线粒体膜通透性改变PKC-δ[Ca2+]↑促进线粒体膜通透性改变线粒体老化3.线粒体跨膜电位（Δψm）下降与细胞凋亡以上介绍了细胞凋亡的发生机制——氧化损伤、钙稳态失衡、线粒体损伤。三者既可单独启动，又可联合作用，三种机制互相联系，互为因果，是很多凋亡诱导因素的共同通路，也就是所谓细胞凋亡的恶性网络假说（deleteriousnetworkhypothesis)第52页/共71页氧化损伤钙稳态失衡线粒体损伤恶性网络假说(deleteriousnetworkhypothesis)细胞凋亡ΔΨm↓AIF，ApafPTPopen细胞凋亡第53页/共71页apoptosis概述凋亡过程与调控发生机制凋亡与疾病第54页/共71页apoptosis

细胞凋亡与疾病的关系——该“死”的细胞不死，不该“死”的细胞却死了，也就是说无论凋亡过度或凋亡不足都可以导致疾病的发生。细胞凋亡不足：肿瘤，自身免疫病，细胞凋亡过度：心肌缺血，心力衰竭，神经元退行性疾病，病毒感染不足与过度并存：动脉粥样硬化凋亡与疾病第55页/共71页㈠细胞凋亡不足⒈肿瘤：凋亡抑制基因Bcl-2基因过高表达------凋亡衰减（前列腺癌）促凋亡基因如p53基因突变或缺失，肿瘤发生率↑⒉自身免疫病

———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：保留能够识别自身组织抗原的T细胞，并增殖成熟

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。第56页/共71页㈡细胞凋亡过度⒈心血管疾病⑴心力衰竭⑵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

第57页/共71页⒉神经元退行性疾病

———特定神经元进行性丧失为病理特征的疾病阿尔茨海默病（AlzheimerdiseaseAD）

AD主要是由于海马及基底神经核的胆碱能神经元大量丧失,病理切片上可见β-淀粉样蛋白沉积和神经元缠结

第58页/共71页⒊病毒感染AIDS:由HIV感染引起，其关键是CD4+淋巴细胞被破坏，导致CD4+淋巴细胞显著减少，相关免疫功能缺陷。CD4+淋巴细胞与HIV感染者病情发生发展有密切关系，它决定感染者是否发病和发病的速度和严重程度。第59页/共71页㈢

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）第60页/共71页AS——血管内皮细胞凋亡过度而血管平滑肌细胞凋亡不足血脂↑（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C粘附、移行内膜下内皮下胶原暴露吞噬LDL成为泡沫C血小板激活

释放GF（PDGF、FGF、TGF-β、EGF）刺激平滑肌C、成纤维C增生刺激结缔组织形成、抑制平滑肌C增生第61页/共71页细胞凋亡在疾病防治中的意义

细胞凋亡是一个程序化过程，可以通过不同的手段在不