细胞钙信号转导与疾病细胞调亡和疾病

细胞钙信号转导与疾病细胞调亡和疾病第一页，共132页。细胞内Ca2+库

细胞内主要的Ca2+储存、缓冲、信号传递细胞器为内质网。其他作为钙库的还有线粒体和细胞核。已知IP3作用于非线粒体钙库，内质网则是关键的信号Ca2+库内质网腔内，钙结合蛋白:肌细胞肌钙蛋白（calsequestrin），其他细胞主要为钙网硬蛋白（calreticulin）第二页，共132页。线粒体可通过耗能过程积累Ca2+

ATP的水解驱使H+积聚，通过H-ATPase的反转产生膜电位。驱动Ca2+积累的能量来自于线粒体膜电位。干扰电子转运的药物如protonophore解联剂可封闭线粒体摄入Ca2+。

第三页，共132页。细胞内其它钙库（1）分泌性颗粒在分泌性颗粒中的Ca2+通常被认为是相对无活性的，只是一种结构性Ca2+容量。但有些证据显示Ca2+在细胞受到刺激时可以释放出来并参与调控分泌过程。（2）细胞核：核膜可以储存Ca2+，因为核膜是内质网的延续。细胞刺激能够导致Ca2+直接释放到核质，在核质内可能参与调节细胞核的功能。

第四页，共132页。第五页，共132页。正常细胞Ca2+信号胞质Ca2+浓度升高的机制(一)胞外Ca2+内流1Na+/Ca2+交换:按浓度转运(神经细胞和肌细胞)2“漏系统”机制:病理条件下,膜不稳定,漏进细胞的Ca2+增加

第六页，共132页。第七页，共132页。3Ca2+通道:(1)电压依赖性:L,T,N型(突触前)，P(蒲肯野细胞),兴奋性细胞，去极化激活，膜片钳，（step模式）（2）配基门通道，非特异性的阳离子通道，NMDA，(3)受体操控性（容量性Ca2+内流）光敏感通道。第八页，共132页。L型钙通道，慢钙通道，其激活较慢激活电压相对较高，维持时间较长主要存在于突触后膜主要的亚单位决定钙离子通透特性另一种类型的L型钙通道哑铃型，结构4个钙，与钙结合后发生构象改变，暴露疏水端第九页，共132页。Presynapticcomponent:

Neurotransmitterrelease:exo-andendocytosis

第十页，共132页。GeneralFusionMechanism:2.SNAREs(SNAPReceptor)

:

thecoremembranefusionmachinery(priming)SNAP(solubleNSFattachmentprotein);NSF(N-ethylmaleimideSensitiveFactor)Vesicle-Snares(V-snares):VAMPs(synaptobrevin)Target-Snares(t-snares):syntaxin,SNAP-25Fig.1.DCVexocytosisviewedassequentialstagesofdocking,primingandfusion.KineticcomponentsofcapacitanceforDCVexocytosishavebeeninterpretedintermsofamodel[14]inwhichvesiclestransitionthroughsequentialstages.Cytoplasmicorundockedvesiclesundergodocking(1).PrimingofdockedvesiclesmayoccurintwostagestogenerateSRP(slowlyreleasablepool)andRRP(rapidlyreleasablepool)ofvesicles(2and3).ThefirstprimingsteprequiresmoderateincreasesincytoplasmicCa2+.ActivatinglevelsofCa2+triggerfusionofvesiclesfromeithertheSRP(notshown)orfromtheRRP(4).Eachstepisthoughttobereversiblealthoughtheyaredepictedassinglearrowsinthefigure.Approximateforwardrateconstants[14]foreachstepare0.003s1(1),0.03s1(2),0.3s1(3)and30s1(4).PrimingreactionsarethoughttoinvolveassemblyoftransSNAREcomplexes,whichmayinitiatebyanchoringN-terminaldomainsofSNAREmotifs(2)andtheirsubsequent‘‘zippering’’toC-terminal,membraneproximalregions(3).InSVexocytosis,complexinsmaystabilizetransSNAREcomplexesatalatestageofassemblyrenderingthemfusion-readyuponCa2+influx.第十一页，共132页。TimerelationshipbetweenpresynapticCainfluxandpostsynapticpotential第十二页，共132页。容量性Ca2+内流递质（去甲肾上腺素），激活G蛋白，兴奋磷脂酶C（PI-PLC），磷脂酸肌醇IP3+DG第十三页，共132页。钙库依赖钙信号胞内Ca2+库的释放导致Ca2+库耗竭，激发细胞外Ca2+内流，故称为Ca2+库依赖Ca2+内流，是保持细胞内Ca2+水平的基础1）Ca2+内流有细胞内Ca2+库释放激活；

2）细胞受到持续刺激，Ca2+库耗竭，则Ca2+内流持续活化；

3）静息状态下，Ca2+库充盈；

4）当Ca2+库充盈完毕，则Ca2+内流失活。

以上结果表明：细胞内Ca2+库的充盈状态调节着质膜上的Ca2+内流通路的活性状态。钙库激活：IP3受体，Ryanodine受体，

第十四页，共132页。但近来的观点认为，PLC相关刺激调节的Ca2+内流并不是质膜上的IP3作用直接引起的，而是由IP3引起的细胞内钙库释放的结果。Tg和环盐酸吗甲吡嗪酸(cyclopiazonicacid,CPA)等的发现直接证实了这一结论。这两个药均可激活IP3敏感钙库Ca2+的储存所必需的ATPase的活性，从而使得钙库释放耗竭。实验显示，当应用这些试剂处理细胞时，跨质膜Ca2+内流被激活。第十五页，共132页。细胞内钙库耗竭可能存在两种机制与质膜相联系。（1）IP3受体与细胞骨架相连，这种相联系使得IP3受体固定于细胞膜上。细胞内钙库的耗竭使IP3受体构象发生改变，再通过细胞骨架或其他蛋白-蛋白相互作用，将IP3受体转运到细胞膜上。（2）钙内流因子（calciuminfluxfactor,CIF）：细胞内钙库耗竭释放出信号分子作用在质膜上的Ca2+通道上。这一信号分子可能是cGMP、细胞色素P450代谢物，但两种机制都有一些疑点。近来研究表明可能一些囊泡转运参与其中，囊泡预先形成，通过囊泡融合活化的钙通道插入质膜。第十六页，共132页。TRP通道是一类六次跨膜的非选择性阳离子通道。它们在进化中高度保守，在哺乳动物体内广泛表达，参与了许多重要的生理学功能，如对温度、痛觉、听觉的感知以及受精。感光受体突变体选择性的Ca2+通道Ca2+池耗竭而激活第十七页，共132页。第十八页，共132页。温度、渗透压、pH值、机械力,以及一些内、外源性配体和细胞内信号分子第十九页，共132页。第二十页，共132页。钙的信号传导在发病学中的作用细胞凋亡（Kuiser和Edelman）糖皮质激素引起胸腺细胞的调亡上游：细胞外，内质网，线粒体内钙的释放，激活蛋白水解酶，磷酸脂酶，蛋白激酶Ca2+/Mg2+依赖低分子核酸内切酶NUC18，Ca2+依赖内核酶DNaseI，第二十一页，共132页。TNF-α、抗CD3抗体、TCDD等

胞浆[Ca2+]↑■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，促使细胞骨架分子之间发生广泛交联，有利于凋亡小体形成；■激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；■在ATP参与下，暴露出核小体之间的连接区，有利于DNA内切酶切割DNA。钙超载引起凋亡机制细胞凋亡细胞凋亡异常第二十二页，共132页。缺血、缺氧损伤与Ca2+信号传导心肌缺血性损伤，阻断Ca2+通道，动物试验能改善缺血症状，但人的试验并不能阻止心梗的发生。ATP合成障碍，Na+泵功能下降，Na+/H+交换，细胞内Na+增加，Na+/

Ca2+交换，胞内Ca2+增加。内质网Ca2+泵功能障碍细胞膜Ca2+泵功能障碍第二十三页，共132页。第二十四页，共132页。第二十五页，共132页。脑缺血第二十六页，共132页。缺血中心区半影区兴奋毒作用/谷氨酸局部脑缺血20min～2h，缺血脑区灌流液中谷氨酸的量升高2.5～20倍NMDA受体，AMDA和KA(kainicacid)受体缺血发生，N型电压依赖性钙通道开放，引起Ca2+和钠离子的内流增加；代谢性受体与G蛋白偶连可介导细胞内第二信使的表达，引起细胞内钙库释放钙，引起细胞内Ca2+超载。第二十七页，共132页。第二十八页，共132页。第二十九页，共132页。Ca2+超载又可加重缺血性脑损伤其主要途径是：①引起线粒体内Ca2+超载，影响氧化磷酸化功能，导致ATP产生减少；②激活一些破坏性的Ca2+依赖性酶，如溶酶体中的中性蛋白酶、胞膜的磷脂酶A、核酸内切酶等，引起细胞结构的破坏；③诱发脑血管痉挛，通透性增加，引起进一步的缺血和脑水肿的形成；④突触前、后膜蛋白磷酸化，导致进一步Ca2+超载第三十页，共132页。

一氧化氮(NO)过度生成

NO是一种广泛存在于中枢神经系统的多功能神经介质，是精氨酸通过三种NO合酶（NOS）代谢而成。神经性NOS（nNOS）是一种钙依赖性结构蛋白，主要来源于神经细胞当缺血发生后，nNOS产生增加，NO同活性氧类反应产生大量活性基团破坏神经细胞第三十一页，共132页。活性氧类（ROS）生成过多：Ca2+浓度升高激活膜Ca2+依赖性磷酸酯酶A，使膜磷脂代谢为花生四稀酸，最后生成为自由基激活Ca2+依赖的蛋白水解酶，calpainI的激活，细胞支架的崩解Ca2+依赖的内源性核酸内切酶的激活，细胞调亡，延发性的神经元死亡。最近的研究发现，只有在细胞内的特定区域Ca2+浓度升高，才能触发一连串的病理性反应。第三十二页，共132页。第三十三页，共132页。钙通道与人类遗传病迄今已发现7种人类遗传病与钙通道基因突变

CACNL1A4基因P/Q型电压门控钙通道α1A亚单位（神经递质的释放，蒲肯野细胞）该基因不同类型的突变可导致以下三种疾病：

第三十四页，共132页。1家族性偏瘫型偏头痛该病呈常染色体显性遗传，发作常于儿童期或青年期，典型者头痛伴有偏瘫先兆，为短暂性偏瘫，持续数小时至数天，可伴发眼颤，共济失调和小脑萎缩等。目前已发现了4种CACNL1A4的错义突变，这些突变可能通过改变电压敏感性、离子选择性或渗透性、通道失活等影响钙通道功能，从而引起临床症状。对应的小鼠Cchl1a4基因发生错义突变后，小鼠可表现为失神发作，运动性癫痫发作和共济失调。第三十五页，共132页。第三十六页，共132页。发作性共济失调Ⅱ型此病是常染色体显性遗传病，表现为共济失调、眼颤、构音不清和眩晕，可呈进行性，发作性眼颤和小脑萎缩常见。儿童后期或青年期发病，常因应激、运动或疲劳诱发，持续数小时至数天，约50%患者有偏头痛症状，包括基底动脉型偏头痛，临床上严重者可表现失神发作、严重的共济失调和早亡，与发作性共济失调Ⅰ型比较，无肌纤维颤搐。本病已发现CACNL1A基因的一种缺失突变4073delC和一个影响到第24位内含子5’拼接位点的G→A改变，这两种病变均导致翻译提前终止，产生截短蛋白。1997年Jodice在一个临床诊断为发作性济失调Ⅱ型的家系中发现一个23次CAG三核苷重复与疾病共分离，提示CAG三核苷酸重复可能在EA-2发病中也有一定的作用。第三十七页，共132页。脊髓小脑共济失调Ⅵ型为常染色体显性遗传性疾病，共8型，临床表现为慢性进行全小脑功能障碍，多于成年发病，可伴或不伴认知功能、眼、锥体外系和周围神经受累。该病病理机制是由于基因编码区内编码多聚谷氨酰胺的CAG三核苷酸重复序列异常扩增所致。在SCAⅥ家系中CACNL1A4基因编码区内

cAG三核苷酸重复从正常的4～6个增加至21～27个，临床上于40～50岁发病，表现为眼颤、构音困难、肢体和步态共济失调、振动觉和位置觉损害等，晚期可出现吞咽困难，影像学显示小脑萎缩。

第三十八页，共132页。

CACNL1A3基因将L型电压门控钙通道α1S亚单位HPP呈常染色体显性遗传，儿童或成年早期发病，为发作性躯干和肢体无力，持续数小时或数天，延髓肌、呼吸肌和通常不受累，发作时常伴血清钾降低，补钾和醋氮酰胺治疗有效。1994年，Ptacek等在HPP家系发现3个CACNL1A3的错义突变，即Arg1239His,ARG1239Gly和Arg528His,这些突变可通过干扰去极化信号传递给肌浆网中RYR而损伤兴奋收缩耦联，但该病的发作性和低钾现象不好解释。对应的小鼠Cchl1a3基因发生突变后，纯合子小鼠完全失去了兴奋收缩耦联而表现为致死性。第三十九页，共132页。CACNAIF钙通道α1亚单位F型：不完全X-连锁先天性夜盲的致病突变第四十页，共132页。RYR1不同类型突变导致以下两种遗传病中央轴空症该病是一种先天性非进行常色体显性遗传性肌病，临床特点是婴儿或儿童期出现肌张力低下和近端肌无力，腱反射减弱或消失，骨骼肌和心肌异常，易出现恶性高热，目前发现的致病病变有Arg248Gly、Ile403Met和Arg2163His。

第四十一页，共132页。

恶性高热该病为常染色体显性遗传，表现为恶性高温，伴自主肌肉张力增高，乳酸酸中毒，血清中CPK增高，血清磷酸盐和钾升高，麻醉、酒精、感染等可诱导严重的横纹肌溶解。该病中已发现RYR1的基因突变有Arg163Cys、Arg2248Gly、Arg163His、Arg163Cys、Gly341Arg、Gly2433Arg、Arg2458Cys、Arg2458His和Arg2163Cys第四十二页，共132页。“通道病”（channelopathies)已被确立的为一大类疾病。小鼠钙通道β4亚单位Cchb4基因的移码突变可导致常染色体隐性遗传淡漠表型，小鼠钙通道α1A亚单位Cchla4基因的点突变可导致常染色体显性遗传性蹒跚（tg）表型，小鼠钙通道γ亚单位Cacng2基因的插入突变可导致常染色体显性遗传性引起的失神经性癫痫（stg）表型，对小鼠钙通道的研究提示通道孔形成或辅助性通道亚单位受累均可产生钙通道病。

第四十三页，共132页。显性突变引起钙通道病通常有3种机制①功能增强，因改变的通道蛋白质活性异常增加，如低钾型周期性麻痹和家族性偏瘫性偏头痛的错义突变均属于此种；②功能丧失，功能性通道蛋白质的量不足以维持正常细胞功能，如发作性共济失调Ⅱ型由于多肽链过早终止，不能产生功能性蛋白质；③显性负效应（dominant

negative

effect),突变的蛋白质干扰正常蛋白质活性，常发生在多聚体蛋白质，如SCA6异常的α1A亚单位可能干扰了P/Q通道的装配。第四十四页，共132页。常见疾病的Ca2+信号转导异常原发性高血压血管平滑肌张力的增加，引起血压升高是原发性高血压的基本病理改变。Ca2+信号转导异常是血管平滑肌张力的增加的原因（10-5M，10-7M）1：胞膜“漏系统”2：通过Ca2+通道的Ca2+内流增多第四十五页，共132页。通过Ca2+通道的Ca2+内流增多(1)高血压状态，跨膜电位变小（自发性高血压大鼠对低浓度KCL（10mmol）反应比wt鼠大，对Ca2+拮抗剂nifedipine敏感Ca2+拮抗剂和VDC结合的亲合力与去极化程度成正比(2)受体操纵Ca2+通道开放增加,机制不太清楚第四十六页，共132页。(3)胞内Ca2+缓冲系统功能障碍Ca2+池的不完全耗竭状态(不能正常的把Ca2+泵入肌浆网)检测无Ca2+外液,检测苯肾上腺素引起的血管收缩.(4)胞膜Ca2+泵功能失调第四十七页，共132页。动脉粥样硬化中膜平滑肌细胞向内膜下迁移并增殖是动脉粥样硬化病变的特征。(1)各种生长因子PDGF,EDGF,FGF,血管活性物质(内皮素等)共同的中介Ca2+浓度Ca2+和Ca2+调蛋白,激活MAPK,启动c-fos原癌基因，DNA的表达增加.(2)Ca2+浓度血小板聚集,非电压依赖的钙通道,nifedipine作用不大.第四十八页，共132页。动脉粥样硬化第四十九页，共132页。支气管哮喘哮喘发作时，表现为胆碱受体敏感，引起迷走神经兴奋，使大量乙酰胆碱释放，导致支气管平滑肌上的钙离子专用通道开放，钙离子内流增加.同时细胞内cGMP水平升高，后者促进肌膜及肌浆网释放钙离子进入肌浆，进一步使钙离子内流增加，支气管平滑肌的兴奋―收缩耦联加强，引起支气管平滑肌强烈收缩。钙通道阻滞药阻止钙离子内流，能明显抑制支气管平滑肌收缩，并可阻止肥大细胞释放组胺等介质，减少LTD4的合成，可用于防治支气管哮喘。

第五十页，共132页。疼痛与钙通道

脊髓背角上的钙通道

强烈伤害性刺激导致脊髓感觉整合过程改变，可出现疼痛过敏现象，其机制可能为：①脊髓背角的感受野扩大及感受阈降低；②“卷扬”(windup)现象，由于C纤维受到重复刺激，导致脊髓背角神经元反性应增强；③强腓肽基因表达增强。第五十一页，共132页。第五十二页，共132页。第五十三页，共132页。去极化电位，使谷氨酸及速激肽释放增多，依赖Mg2+阻断的N-甲基-天门冬氨酸(NMDA)受体相关通道开放，Ca2+通过这些通道流入，激活磷脂酶C，催化细胞内第二信使形成，使Ca2+从内质网释放增强AMPA受体的获得性(availability)，导致细胞兴奋性升高，基因表达增强，逆行信使(retrogrademessenger)释放，导致中枢敏感性，出现“卷扬”现象及长时程增强(longtermpotentiation，LTP)第五十四页，共132页。Russ等发现“卷扬”现象与脊髓背角神经元L型钙通道开放引起的平台电位有关，L型钙通道主要位于脊髓神经元突触后膜在C纤维尚未兴奋，突触后膜处于负电位即静息状态时，L型钙通道在疼痛调控中的作用并不大；只有当组织损伤后，神经元持续去极化，L型钙通道才形成较强的离子流。钙离子进入细胞后，除自身作为第二信使外，还可激活其他第二信使，最终引发脊髓背角神经元的敏化，提示疼痛敏化状态的持续与L型钙通道有关。由L型钙通道的激活引起细胞内钙离子增多可能介导着C纤维兴奋后的诸多变化。第五十五页，共132页。CCBs显示其镇痛效应L型CCBs如维拉帕米、尼莫地平等不仅可加强阿片类药的镇痛作用，其自身也具有一定的镇痛效应。维拉帕米可抑制创伤后大鼠脊髓后角cfos表达以及创伤后的痛觉过敏。N型CCBsZiconotide鞘内注射，可缓解术后疼痛。与吗啡连用,可以降低其用量

第五十六页，共132页。癫痫今年来,胞内Ca2+浓度的增高可以诱发癫痫第五十七页，共132页。肿瘤Ca2+在细胞的增殖、侵袭、转移调控中发挥重要的作用。在一些正常细胞的运动、粘附过程中，有G蛋白敏感信号通路的参与，控制这一信号通路可能也参与肿瘤细胞的侵袭转移过程。NO在肿瘤转移过程中通过Ca2+依赖过程参与了基质金属蛋白酶的分泌活化机制而促进肿瘤的转移。第五十八页，共132页。CellApoptosisandDiseases细胞凋亡与疾病第五十九页，共132页。裸鼠的结肠癌病理模型复制胃癌手术后肿瘤细胞转移患者（患者处于恶液质状态）瘤细胞为什么会发生？第六十页，共132页。AbnormalApoptosisandDiseasesAbnormalProliferationandDiseases第六十一页，共132页。TeachingcontentsOverviewPathogenesisofApoptosisApoptosisandDiseases

概述凋亡发生机制凋亡与疾病第六十二页，共132页。WhatisApoptosis

?Apoptosisreferstotheprocessinwhichthedyingproceduresthathavebeeninadvancedepositedincellaretriggeredbyvariouscausesfrominvitroandinvivo,andeventuallycausecelldeath.（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）Programmedcelldeath（PCD）：程序性细胞死亡第六十三页，共132页。Chromatolysis(1885,Flemming)KerrJF,WyllieAHandCurrieARApoptosis:abasicbiologicalphenomenonwithwide-rangingimplicationsintissuekinetics.

Br.JCancer,1972,26(4):239-257.Cellapoptosis(1972)Programmedcelldeath(1956,clucksmann,saunders)染色质溶解程序性细胞死亡第六十四页，共132页。MorphologicalchangesinapoptosisCellmembraneCytoplasmCellnucleusApoptoticbodyPhagocytoseCellundergoingapoptosis

膜浆吞噬体第六十五页，共132页。Figuresshowtime-lapsemicroscopyimagesofatrophoblastcellundergoingapoptosis.apoptoticbody第六十六页，共132页。ChangesofCellmembraneBudding出芽第六十七页，共132页。NormalCell

ApoptoticCell

condensationmargination细胞质和核的变化浓缩边集第六十八页，共132页。ApoptoticBodies凋亡小体第六十九页，共132页。PhagocytoseEversionofPhosphatidylserine磷脂酰丝氨酸吞噬第七十页，共132页。碘化丙啶第七十一页，共132页。BiochemicalChangesinApoptosisApoptosisinitiatingfactorsCaspaseactivationEndonucleaseactivationDNAfragmentation凋亡启动因子凋亡蛋白酶活化核酸内切酶活化DNA片段化第七十二页，共132页。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悉尼·布雷诺尔罗伯特·霍维茨约翰·苏尔斯顿2002年诺贝尔生理与医学奖获得者►细胞凋亡大致过程(Theprocessofapoptosis)+cAMP、Ca2+、神经酰胺死亡信号凋亡诱导因素受体凋亡信号转导

凋亡基因激活

凋亡的执行

凋亡细胞清除

一、细胞凋亡的过程与调控（Process®ulationofcellapoptosis）细胞凋亡异常第七十三页，共132页。Apoptosisinitiatingfactorspermeabilitytransitionpore(PTP)cytochromec(Cyto-C)apoptoticproteaseactivatingfactor(Apaf)apoptosisinducingfactor,AIF线粒体通透性转换孔凋亡诱导因子细胞色素C凋亡蛋白酶激活因子第七十四页，共132页。Apoptosome

CARD:caspaseactivationandrecruitmentdomain细胞色素C(cytochromec，Cyto-C)凋亡复合体apoptoticproteaseactivatingfactor(Apaf)凋亡蛋白酶激活因子王晓东，刘雪松第七十五页，共132页。AIF:ApoptosisinducingfactorDNAfragmentationAIFAIF对凋亡的诱导作用是非Caspase依赖性第七十六页，共132页。BiochemicalChangesinApoptosisApoptosisinitiatingfactorsCaspaseactivationEndogenousendonucleaseactivationDNAfragmentation第七十七页，共132页。OverviewConceptionofapoptosisMorphologicalchangesinapoptosisBiochemicalChangesinapoptosisDifferencesinapoptosisandnecrosisPhasesofapoptosis第七十八页，共132页。Differencesinapoptosisandnecrosis第七十九页，共132页。DifferencesinapoptosisandnecrosisDNA'ladder'

第八十页，共132页。PhasesofapoptosisInductionphaseExecutionphaseDyingoutphase第八十一页，共132页。OverviewConceptionofapoptosisMorphologicalchangesinapoptosisBiochemicalChangesinapoptosisDifferencesinapoptosisandnecrosisPhasesofapoptosis第八十二页，共132页。TeachingcontentsOverviewPathogenesis（发生机制）ofApoptosisApoptosisandDiseases

第八十三页，共132页。PathogenesisofApoptosisApoptosis-relatedfactorsSignaltransductionpathwaysinapoptosisApoptosis-relatedgenes第八十四页，共132页。

►Themainlyinducedfactorsofapoptosis

Table：Influenceoffactorsofapoptosis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、NGF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

细胞凋亡异常Apoptosis-relatedfactors第八十五页，共132页。Signaltransductionpathwaysinapoptosis

DeathreceptorpathwayMitochondrial线粒体pathway

CaspasesEndogenousendonuclease第八十六页，共132页。DeathreceptorpathwayTrimerizationFADD:fas-associatedproteinwithdeathdomainDD:deathdomainDED:deatheffectordomain第八十七页，共132页。DeathreceptorpathwayCAD:caspase-activateddeoxyribonulease第八十八页，共132页。Mitochondrionpathway1、线粒体信号转导通路的提出第八十九页，共132页。膜通透性↑、线粒体肿胀、△m↓Apaf-1活化Cyt.c2．线粒体途径（Intrinsicormitochondrialpathway）

Ca2+NO缺血缺氧活性氧MPT开放Cyt.c+Pro-caspase-9Caspase-9ATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cCARDapoptosome细胞凋亡异常

AIFcaspase-independentapoptosisPro-Caspase-3凋亡Caspase-3第九十页，共132页。CaspasesCaspases:cysteine-containingaspartate-specificproteaseN末端区大亚单位小亚单位第九十一页，共132页。ClassificationofCaspasesInitiatorcaspasesEffectorcaspasesInflammationrelatedcaspases起始凋亡蛋白酶效应凋亡蛋白酶第九十二页，共132页。1.Concept,Classification,ConstructionofCaspases■概念Caspase属于半胱氨酸蛋白酶家族，14个成员(Caspase1-14)。细胞凋亡异常►细胞凋亡的信号传导（Caspases依赖的pathway）■Caspase信号通路分类

上游（Caspase-8,-9,-10）下游（Caspase-2,-3,-6,-7）（共同通路）▲

Caspase（Ced-3亚家族）死亡受体通路线粒体途径大小亚基结合（二聚体）caspase活化（四聚体）■结构特点Pro-caspase：NH2末端结构域、20KD亚基、10KD亚基剪切第九十三页，共132页。Substrateofcaspases1.凋亡蛋白酶激活的DNA

酶抑制物（ICAD)2.核纤层(lamina)蛋白3.细胞骨架蛋白4.其它caspases5.灭活细胞凋亡的抑制物第九十四页，共132页。EndogenousendonucleaseCAD:凋亡蛋白酶激活的DNA酶第九十五页，共132页。Endogenousendonuclease第九十六页，共132页。Signaltransductionpathwaysinapoptosis

DeathreceptorpathwayMitochondrialpathway

CaspasesEndogenousendonuclease第九十七页，共132页。►细胞凋亡的发生机制（Mechanismofapoptosis）1．氧化损伤（Oxidationdamage）氧自由基破坏了机体正常的氧化/还原动态平衡，造成生物大分子的氧化损伤，形成严重的氧化应激状态。【Mechanism】激活p53基因、消耗ATP、生物膜脂质过氧化、激活核酸内切酶,启动细胞凋亡。各种氧化剂、缺氧等直接通过氧化损伤诱导细胞凋亡。2．钙超载（Calciumoverload

）3．线粒体损伤（Mitochondriadamage）细胞凋亡异常第九十八页，共132页。TNF-α、抗CD3抗体、TCDD等

胞浆[Ca2+]↑■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，促使细胞骨架分子之间发生广泛交联，有利于凋亡小体形成；■激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；■在ATP参与下，暴露出核小体之间的连接区，有利于DNA内切酶切割DNA。钙超载引起凋亡机制细胞凋亡细胞凋亡异常第九十九页，共132页。►细胞凋亡的调控机制表细胞凋亡的调控基因功能基因抑制凋亡基因Bcl-2Bcl-XL、A1/Bfl-1、Bcl-w、Bcl-G和Mcl-1等促凋亡基因P53、Bax、Bad、Bak、Bid、Bim、Bik、Bok、Bcl-B、Bcl-Xs、Krk、Mtd、Nip3、Nix、Noxa等双向调控基因c-myc、Belx【调控基因】细胞凋亡异常（Regulatedmechanismofapoptosis）第一百页，共132页。Bcl-2family

（Bcelllymphoma/leukemia-2）Bcelllymphoma/leukemia-2(CED-9)

Bcl-2subfamily:Bcl-2、Bcl-x（Bcl-xL,Bcl-xS)、Bcl-w、Mcl-1

Baxsubfamily:Bax,Bak,Bok(Mtd)

BH3subfamily:Bik、Bad、Bid、Bim、Hrk(DP5)BH:Bcl-2homologyTM:transmembraneregion第一百零一页，共132页。Bcl-2■Bcl-2（Bcl-XL）能够抑制线粒体MPT开放，Cyt.c、AIF释放↓■

Bcl-2也能特异地结合细胞色素C■Bcl-2能够结合和灭活Apaf-1，阻断对caspase-9活化Caspase抑制剂1．Bcl-2基因家族（Bcl-2Family®ulatingfunctions）细胞凋亡异常CARDMPT开放膜通透性↑、线粒体肿胀、△m↓Cyt.cATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cApaf-1活化Cyt.c+Pro-caspase-9apoptosomeAIFCaspase-9Pro-Caspase-3Caspase-3凋亡caspase-independentapoptosis第一百零二页，共132页。Bcl-2familyBcl-2familycontainsmembersthatarebothproandanti-apoptotic

Anti:Bcl-2,Bcl-xL,Bcl-w,Mcl-1Pro:Bax,Bim,Bik,Bad,Bid,Hrk,Bcl-xS,Bok(Mtd)第一百零三页，共132页。【促凋亡机制】

■

P53通过与Bcl-2基因相互作用，下调Bcl-2的表达。■

P53诱导细胞凋亡的靶蛋白表达（线粒体和死亡受体介导）。■

P53诱导线粒体内凋亡的相关蛋白（Bax、NOXA、PUMA）表达，并触发细胞色素C释放和caspase活化。■

P53诱导死亡受体Fas表达。■

P53能使死亡受体再定位于细胞膜上。2．p53基因（抑癌基因）Asatranscriptionfactor,p53regulatesdownstreamgenesimportantincellcyclearrest,DNArepair,andapoptosis.AfterDNAdamage,p53holdsthecellatacheckpointuntilthedamageisrepaired.Ifthedamageisirreversible,apoptosisistriggered.细胞凋亡异常第一百零四页，共132页。p53wtp53Pro-apoptosis(molecularpoliceman)第一百零五页，共132页。wtp53andmtp53第一百零六页，共132页。PathogenesisofApoptosisApoptosis-relatedfactorsSignaltransductionpathwaysinapoptosisApoptosis-relatedgenes第一百零七页，共132页。TeachingcontentsOverviewPathogenesisofApoptosisApoptosisandDiseases

第一百零八页，共132页。ApoptosisandDiseasesPhysiologicalSignificanceofApoptosisRelationshipofApoptosisanddiseases第一百零九页，共132页。PhysiologicalSignificanceofApoptosisInsuringnormalgrowthanddevelopmentMaintaininginternalhomeostasisExertingdefensivefunction第一百一十页，共132页。细胞凋亡与疾病发生的关系

第一百一十一页，共132页。

Pathogenesisoftumor:

stimulatingcellproliferation

inhibitingcellapoptosis

Cellsurvival>celldeathindiseasedtissue

Etiologically,cellapoptosisisactuallyoneofthenaturalanti-carcinogenicmechanisms在肿瘤发展和转移中的作用(皮肤的基底细胞癌调亡高,转移少)

细胞凋亡在肿瘤发生中的作用第一百一十二页，共132页。Tumor----P53mutationChemicalsVirusRadiation第一百一十三页，共132页。Tumor-OverexpressionofBcl2第一百一十四页，共132页。肿瘤治疗,促进调亡,哈医大癌灵一号(AS2O3)治疗急性早幼粒细胞白血病生长因子与肿瘤治疗(1)应用存活因子的单抗(2)用糖皮质激素抑制细胞存活因子的合成,大剂量甲基泼尼松诱导儿童急性髓性白血病.第一百一十五页，共132页。

Thelesioncausedbyattackofauto-antibodyorsensitizedTcelltoauto-antigen(T细胞对自身抗体的敏感)

Normally,Tcellsagainstauto-antigenareeliminatedbyapoptosisduringthedevelopment

Whenthenegativeselectionwasderegulated(thymusdiseases),TheTcellssurviveandabnormallyproliferate,thenattackselftissue,leadtoautoimmunediseasesAutoimmuneDiseases

针对自身抗原的免疫细胞未被及时清除，机体产生了针对自身抗原的体液免疫和细胞免疫，导致器官组织损伤。第一百一十六页，共132页。自身免疫病的MRL小鼠模型:

类似人的系统性红斑狼疮,类风湿关节炎Fas突变在T细胞的下游,转入野生型的FascDNA,不发生肾小球肾炎和淋巴结肿大,自身抗体水平也大大下降.第一百一十七页，共132页。肾小球肾炎：用Thy抗体制造模型,注射抗体当天无细胞凋亡,第五天凋亡增多,第14天才恢复正常。非肥胖细胞糖尿病：T细胞介导的抗胰岛β细胞的自身免疫疾病。第一百一十八页，共132页。Rheumatoidarthritis(RA)ItiscausedbydecreasedapoptosisandincreasedproliferationofarthralcellIncreasedIL-1andTGF-β1anddecreasedFasexpression,whichinhibitapoptosisIncreasedBcl-2、Bcl-XL,whichincreasedthethresholdofapoptosisinhibitsFas/FasLapoptoticpathwayResistanceofT-cellstoapoptosis

类风湿性关节炎第一百一十九页，共132页。病毒感染宿主细胞诱导产生P53蛋白，TNF-α，IFN-γ，诱导细胞调亡。病毒可能的抗调亡机制（1）灭活p53：腺病毒（2）高表达Bcl-2或Bcl-2样蛋白：EB病毒感染B淋巴细胞引起细胞转化，使之无限传代，与Burkitt淋巴瘤和鼻咽癌的发病有关第一百二十页，共132页。AIDS,Neurodegenerativediseases,cardiovasculardiseasesExcessinApoptosis第一百二十一页，共132页。AcquiredImmuneDeficiencySyndrome（AIDS）

IncreasedFasgeneexpressionH