细胞凋亡与疾病详解演示文稿

细胞凋亡与疾病详解演示文稿本文档共53页；当前第1页；编辑于星期日\22点17分（优选）细胞凋亡与疾病本文档共53页；当前第2页；编辑于星期日\22点17分2002年诺贝尔生理与医学奖获得者2002年10月7日英国人悉尼·布雷诺尔、美国人罗伯特·霍维茨和英国人约翰·苏尔斯顿，因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston本文档共53页；当前第3页；编辑于星期日\22点17分概述细胞凋亡(apoptosis，APO)在生理和病理条件下，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，即细胞在自身基因调控下进行的一种主动死亡过程，故又称程序性细胞死亡(PCD)。有人认为前者为形态学概念，后者为功能性概念。控制细胞凋亡的基因又称为“自杀基因”。本文档共53页；当前第4页；编辑于星期日\22点17分细胞坏死与凋亡的比较本文档共53页；当前第5页；编辑于星期日\22点17分本文档共53页；当前第6页；编辑于星期日\22点17分APO的过程凋亡信号转导凋亡基因激活细胞凋亡执行凋亡细胞清除凋亡诱导因素+受体cAMPCa2+神经酰胺通过死亡信号或死亡功能域使凋亡相关基因激活DNAase和Caspases激活细胞发生凋亡凋亡细胞被吞噬细胞吞噬并分解诱导期效应期降解期本文档共53页；当前第7页；编辑于星期日\22点17分

APO的主要变化（图）⒈形态学改变：细胞皱缩、胞膜空泡化、胞核固缩、胞膜内陷形成凋亡小体⑴胞膜：细胞缩小、与周围脱离接触，胞浆脱水，胞膜空泡化，细胞出现固缩。⑵胞质：内质网疏松、扩张，和胞膜融合，形成出芽；核糖体、溶酶体、线粒体等聚集，但结构变化不大。⑶胞核：染色质逐渐凝集成新月状，出现边集附于核膜，嗜碱性增强，进而核仁裂解。⑷凋亡小体：胞膜皱缩内陷，分割包裹胞浆，形成的泡状小体。小体内有胞浆碎裂的核物质和亚微结构。⑸清除：凋亡小体被周围吞噬细胞吞噬降解。本文档共53页；当前第8页；编辑于星期日\22点17分⑴核酸内切酶(DNase)的激活与DNA的片段化：DNase：凋亡蛋白酶激活的DNA酶（CAD）被激活后，（caspase水解ICAD后，ICAD与CAD分离，进入胞核。）先将DNA水解为50-300kb片段，然后，在染色质中的基本结构单位核小体之间的连接区将DNA内切成180bp倍数的核苷酸片段[DNA的片段化]，呈梯状电泳现象。Ca2+/Mg2+可增强DNase活性，Zn2+可抑制DNase活性。2.生化改变：重要变化为DNA的片段化断裂和蛋白质的降解.本文档共53页；当前第9页；编辑于星期日\22点17分⑵凋亡蛋白酶(caspase)的激活及作用:

caspase为天冬氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶又称半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶。它们有两个特征：①都是含有半胱氨酸的蛋白酶；②作用部位都在天冬氨酸残基后的位点。最早发现的是ICE(即caspase-1)。已发现14个成员，这些caspases成员在氨基酸序列、空间结构及底物特异性上均有相似性；合成前均以凋亡蛋白酶前体（酶原）(procaspase)(30-50kD)形式存在。

本文档共53页；当前第10页；编辑于星期日\22点17分Procaspase的结构特点procaspase可被切割为大约20kD和10kD的两个大小亚基及一个NH2末端结构域。各结构域之间由天冬氨酸水解酶识别结构分隔。(1)NH2末端结构域的序列和长度高度变异，这可能与caspase所表现的不同功能及活化机制有关。(2)所有procaspase的各结构域之间具有相同的分割区域，即它有自身活化或被具有相同结构特点的酶活化。procaspase被激活的过程相似，即通过功能区间特异位点的蛋白酶解，继而以大小亚单位形式形成异源二聚体，进一步形成四聚体（caspase活化）。

本文档共53页；当前第11页；编辑于星期日\22点17分依据caspases结构和功能的不同又可分为三大类：①启动子caspase：包括具有长N端前区的caspase-2,8,9,10，能对凋亡信号作出反应，启动细胞的自杀过程；其中8、10的N端结构域含死亡效应子区(DED)，而9含的是类似DED的caspase募集功能域(CARD)。②效应子caspase：包括具有短N端前区的caspase-3,6,7,是细胞凋亡的执行者，能水解特定蛋白底物。③与炎症有关的caspase：1,4,5,11,12,13,14。本文档共53页；当前第12页；编辑于星期日\22点17分信号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的活化与级联反应本文档共53页；当前第13页；编辑于星期日\22点17分Caspases酶解底物有60多种Caspases自身IL-1β前体、PARP(聚ADP-核糖聚合酶：参与DNA修复)Lamina(核纤层蛋白:被Caspase破坏后，核随即裂解)DNA-PK(DNA依赖的蛋白激酶：参与DNA修复)细胞骨架蛋白:被Caspase水解后,形成凋亡小体hnRNP（不均质核糖核蛋白）ICAD（凋亡蛋白酶激活的DNA酶抑制物：被Caspase水解后，使CAD活化，并使DNA的片段化。）本文档共53页；当前第14页；编辑于星期日\22点17分Caspase的作用：①灭活细胞凋亡的抑制物(ICAD；Bcl-2);②水解蛋白质结构，导致细胞解体，形成凋亡小体：Lamina(核纤层蛋白)，被Caspase破坏后，核随即裂解。③分解与细胞骨架构成相关的蛋白：PAK2可使细胞结构重组并凋亡。瓦解核结构成核碎片。④参与凋亡级联反应，如：启动子caspase-9可使caspase-3前体水解→效应子caspase-3。

本文档共53页；当前第15页；编辑于星期日\22点17分⑶钙离子的动员：胞内Ca2+增多，激活钙依赖性的酶如核酸内切酶、钙蛋白酶、谷氨酰胺转移酶，分别可导致DNA降解和染色质凝集、细胞骨架紊乱与细胞皱缩，以及胞质蛋白质交联（如γ谷氨酰与ε赖氨酸基交联）、维持凋亡小体完整、防止细胞内涵物外溢等；本文档共53页；当前第16页；编辑于星期日\22点17分APO的调控（一）细胞凋亡信号生理性凋亡信号某些激素和细胞因子的直接作用糖皮质激素→淋巴细胞凋亡↑甲状腺素→蝌蚪尾巴凋亡

TNF→多种细胞凋亡某些激素和细胞因子的间接作用睾丸组织↓→睾丸酮↓→前列腺上皮细胞凋亡↑腺垂体→ACTH↓→肾上腺皮质细胞凋亡↑本文档共53页；当前第17页；编辑于星期日\22点17分病理性凋亡信号诱导性的因素：微生物细菌、病毒理化因素射线、化学毒物、氧自由基化疗药物多途径诱导癌细胞凋亡免疫性因素CTL分泌粒酶致靶细胞凋亡抑制性的因素：化学促癌物某些病毒（EB、乳头状瘤）本文档共53页；当前第18页；编辑于星期日\22点17分（二）APO信号的转导

APO信号转导系统是连接诱导性因素与核DNA片段化断裂及细胞结构蛋白降解的中间环节。调亡诱导因素核酸内切酶激活DNA片段化凋亡蛋白酶激活细胞结构蛋白降解信号转导系统凋亡相关基因激活本文档共53页；当前第19页；编辑于星期日\22点17分FSALFADDPro-caspase-8Caspase-8Caspase-3Pro-caspase-3细胞凋亡生长因子、信号、Fas抗体FASFADD（Fas-associateddeathdomain）；DD（deathdomain）；DED（deatheffectordomain）。DEDDEDDDcaspase-10APO信号的转导的通路：1.死亡受体激活途径：由死亡因子(TNFα、FasL等)与胞膜受体(如TNFR1、Fas、DR3)结合而激活胞内信号转导。死亡诱导信号复合物DISCtBidBid线粒体凋亡通路本文档共53页；当前第20页；编辑于星期日\22点17分Fas细胞膜FasL肿瘤坏死因子受体家族Caspase-1降解H1组蛋白DNA暴露酶切位点胞外抗Fas抗体、免疫细胞表面的FasL及可溶性FasL等神经鞘磷脂酶活性神经酰胺激活蛋白激酶caspases级联反应Ca2+信号系统核酸内切酶细胞凋亡本文档共53页；当前第21页；编辑于星期日\22点17分2.线粒体激活途径(死亡受体非依赖的凋亡途径)：在凋亡诱导信号作用下，线粒体膜受损，释放Cyt.c进入胞浆与Apaf-1、ATP和caspase9形成凋亡复合物，最后使caspase3激活。膜通透性↑、线粒体肿胀、△m↓Apaf-1活化Cyt.cCa2+NO缺血缺氧活性氧MPTP开放Cyt.c+Pro-caspase-9Caspase-9ATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cCARD凋亡复合体apoptosome凋亡Pro-Caspase-3Caspase-3AIF活化DNase(+)Smac/Diablo阻断IAPs本文档共53页；当前第22页；编辑于星期日\22点17分线粒体介导凋亡的机制Cyto-C＋Apaf-1→procaspase-9↑→caspase-9↑AIF→Cyto-C↑→凋亡的信号↑→核酸内切酶↑↑Smac/Diablo→↓凋亡抑制蛋白本文档共53页；当前第23页；编辑于星期日\22点17分细胞凋亡的主要信号转导通路线粒体通路死亡受体通路本文档共53页；当前第24页；编辑于星期日\22点17分（三）凋亡相关基因目前发现与细胞凋亡有关的基因有3类:促进、抑制、协助细胞凋亡基因凋亡诱导因素信号转导基因激活凋亡促进抑制促进基因wtp53Bax双向基因c-myc抑制基因Bcl-2Bcl-XL本文档共53页；当前第25页；编辑于星期日\22点17分（1）Bcl-2家族：有抗凋亡基因如Bcl-2、Bcl-XL，促凋亡基因如Bax、Bak等成员。Bcl-2(B淋巴细胞瘤基因)是哺乳动物中发现的第一个与线虫ced-9同源的、能抑制细胞凋亡的原癌基因。Bcl-2蛋白主要分布于细胞膜系统，Bcl-2的高表达可防止多种诱导因素引起的细胞凋亡。抗与促凋亡的成员相互作用如Bax、Bik（图）决定其凋亡阈值。

除去NGF↑NGF＋神经细胞→细胞凋亡↑↑转染Bcl-2↑→神经细胞凋亡↓淋巴细胞性白血病病人：Bcl-2阳性20﹪本文档共53页；当前第26页；编辑于星期日\22点17分Bcl-2抗凋亡的主要机制:

①直接抗氧化作用；②抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质:Cyt.c、AIF③抑制促凋亡调节蛋白Bax、Bak的作用；④抑制caspase的激活：Bcl-2能够结合和灭活Apaf-1，阻断对caspase-9活化；也能特异地结合Cyt.c。⑤维持细胞钙稳态。本文档共53页；当前第27页；编辑于星期日\22点17分Bcl-2作用机制示意图：Bcl-2Caspase抑制剂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-9apoptosome

AIFCaspase-9Pro-Caspase-3Caspase-3凋亡caspase-independentapoptosis本文档共53页；当前第28页；编辑于星期日\22点17分（2）p53基因：wtp53诱导细胞凋亡，通过细胞凋亡抑制肿瘤的生长；而mtp53则可抑制细胞凋亡。wtp53编码蛋白是一种DNA结合蛋白，它能在细胞G1期发挥检查功能，DNA受损伤则修复，修复失败则促使细胞凋亡。wtp53被称为“分子警察”，对机体起保护作用。DNA损伤

wtp53凋亡“分子警察”S期CIP本文档共53页；当前第29页；编辑于星期日\22点17分wtP53细胞凋亡修复失败细胞阻滞于G1期缺陷的DNAwtP53CKI表达修复成功细胞周期“分子警察”?周期素依赖性激酶(CDK)抑制因子本文档共53页；当前第30页；编辑于星期日\22点17分（3）c-myc和Bcl-x：c-myc为癌基因，其编码的蛋白为重要的转录调节因子，既可激活介导细胞增殖的基因，也可激活介导细胞凋亡的基因。Bcl-x基因可翻译出两种蛋白Bcl-XL和Bcl-XS，前者抑制细胞凋亡，后者促进细胞凋亡。myc增殖凋亡本文档共53页；当前第31页；编辑于星期日\22点17分细胞凋亡的生理意义：1、确保正常生长、发育胚胎发育过程中，指（趾）间组织通过细胞凋亡形成指（趾）间隙。2、维持内环境稳定受损、突变、衰老的细胞以及针对自身抗原的T细胞、癌前病变细胞等大多通过细胞凋亡清除。3、防御功能被病毒感染的细胞通过细胞凋亡、使DNA降解，阻止病毒复制。

细胞凋亡与疾病本文档共53页；当前第32页；编辑于星期日\22点17分细胞凋亡与疾病细胞凋亡不足细胞凋亡过度细胞凋亡不足与过度并存“该死的细胞没死”“不该死的细胞死了”本文档共53页；当前第33页；编辑于星期日\22点17分一、细胞凋亡不足(一)肿瘤：肿瘤的发生、发展及转移与肿瘤细胞凋亡不足与都有关。bcl-2基因过表达：如B细胞淋巴瘤、神经母细胞瘤、白血病、前列腺癌和结肠癌等存在Bcl-2高水平表达。（图）p53基因缺失或突变：wtp53↓、mtp53↑(非小细胞肺癌p53突变率达50%)；本文档共53页；当前第34页；编辑于星期日\22点17分肿瘤细胞凋亡不足的可能机制调控凋亡相关信号的异常：包括促凋亡信号（如TNF和Fas↓）和抑凋亡信号（如EGF↑）的异常。(乳腺癌图)诱导凋亡相关信号转导通路的障碍：包括死亡受体和线粒体介导的相关信号转导通路异常。乳腺癌组织中Fas受体表达降低；乳腺癌组织中Fas与癌细胞凋亡率呈正相关。实施凋亡相关基因表达的异常：包括抑凋亡基因和促凋亡基因的异常，尤其是Bcl-2和p53。mtp53↑则肿瘤的发生率增高。执行凋亡相关酶活性的异常:

包括caspase和核酸内切酶等活性异常。

Caspase活性下降，则瘤细胞凋亡明显下降。本文档共53页；当前第35页；编辑于星期日\22点17分(二)病毒感染性疾病

正常时宿主可利用细胞凋亡介导感染病毒的细胞自杀。但病毒及其产物抗凋亡的可能机制有：灭活P53：腺病毒的基因表达EIB55kD蛋白和EIB19kD蛋白都可结合P53；高表达Bcl-2：EB病毒的产物潜伏蛋白(LMP)能特异性上调Bcl-2，防止B细胞凋亡。本文档共53页；当前第36页；编辑于星期日\22点17分(三)自身免疫性疾病T细胞的正、负选择理论：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、SLE自身免疫性疾病：由于细胞凋亡不足，未能有效清除自身免疫性T细胞所致。糖皮质激素对这类病的治疗就是其诱导了自身免疫性T细胞凋亡。本文档共53页；当前第37页；编辑于星期日\22点17分(一)AIDS发病

人体HIV感染后引起的,以CD4+T细胞被选择性破坏，导致其数量显著下降，相关免疫功能缺陷。其机制：1.宿主细胞CD4+有gp120表达，可与CD4+结合→线粒体途径；gp120与病毒蛋白(Vpr)结合→G2期阻滞。2.CD4+淋巴细胞Fas基因表达上调→死亡受体途径；3.受染的巨噬细胞分泌TNF↑→与死亡受体结合→诱导凋亡；受染的CD4+→分泌氧自由基↑→内质网应激(ERS)→诱导凋亡；二、细胞凋亡过度本文档共53页；当前第38页；编辑于星期日\22点17分4.受染的CD4+

→产生Tat蛋白(反式激活蛋白)→进入CD4+细胞→诱导氧自由基产生并增强Fas表达；5.受激活的T淋巴细胞→促使受染的CD4+

→产生激活诱导的细胞死亡(AICD)；(缺乏细胞因子)6.合胞体细胞形成后→加速受染的CD4+凋亡；7.慢性时，受染的CD4+作为效应细胞攻击未受HIV感染的CD4+细胞→引发CD4+凋亡(Tat蛋白的诱导)；本文档共53页；当前第39页；编辑于星期日\22点17分(二)心血管疾病心肌缺血、缺血-再灌注损伤→心力衰竭:细胞凋亡则是数量减少的重要因素发生凋亡的常见现象：

缺血早期梗死灶周边部分慢性轻度的心肌缺血凋亡发生的机制：

氧化应激→氧自由基死亡受体Fas显著上调mtp53基因激活转录加速本文档共53页；当前第40页；编辑于星期日\22点17分(三)神经元退行性疾病阿尔茨海默病(AD)、Parkinsondisease、MS等。AD发病机制：β-淀粉样蛋白（Aβ）、钙超载、氧化应激及神经生因子分泌不足等因素使神经元凋亡。如氧自由基作用于神经元→钙超载→激活Aβ合成的基因→使神经元内Aβ合成增多→引起凋亡。1.Fas抗原的介导星形神经细胞凋亡；2.Fas基因的活化介导神经胶质细胞凋亡；3.c-Jun和c-foc及其编码蛋白的作用；海马细胞凋亡4.APP695基因突变的作用；5.低亲和力神经生长因子受体（P75NGFR）高表达；6.NF-κB的活化:β-淀粉样物质产生活性氧而活化的。本文档共53页；当前第41页；编辑于星期日\22点17分三、细胞凋亡不足与过度并存动脉粥样硬化：内皮细胞凋亡过度，平滑肌细胞凋亡相对不足。酒精性肝硬化：肝细胞凋亡过度，间质纤维细胞凋亡不足。本文档共53页；当前第42页；编辑于星期日\22点17分⒈合理利用凋亡相关因素低剂量射线照射、TNFα、高温；NGF可抑制AD的发生、去势可抑制前列腺癌。⒉干预凋亡信号转导阿霉素→Fas/FasL表达↑→死亡受体介导通路↑→治疗肿痛

；环胞霉素A→阻止△ψm↓、PTP开放→CytoC↓→线粒体介导通路↓→治疗AD。⒊调节凋亡相关基因恢复“分子警察”（wtp53）的作用；基因封条(反义DNA→形成DNA-mRNA杂交链)抑制Bcl-2表达。⒋控制凋亡相关的酶学机制减少或抑制(Zn2＋)核酸内切酶、凋亡蛋白酶的激活与APO有关的疾病的防治本文档共53页；当前第43页；编辑于星期日\22点17分胸腺内