细胞凋亡与疾病教案

教案动胞内预存的死亡程序，而发生的受基因调控的、耗能的、主动的细胞死亡形式。引致细胞凋亡的因素很多，如理化学因素、生物因素、炎症介质，甚至是生长因子或激素的撤退等。细胞凋亡过程分为：凋亡信号的承受、胞内信号转导、凋亡基因激活、细胞凋亡的执行和凋亡细胞的去除等阶段。本章介绍了细胞凋亡的生理/病理意义；主要的诱导剂与抑制剂，凋亡的形态、生化转变及其发生气制；此外，还介绍了凋亡相关疾病及其发生气制。第一节概 述一、凋亡概念及生理、病理学意义概念体内外因素触发胞内预存死亡程序，而导致的细胞死亡过程，称为细胞凋亡(apoptosis)，又称程序性细胞死亡(programmedcelldeath,PCD凋亡与PCD是两个不同的概念。前者是形态学概念〔如染色质边集,DNA梯状条带等〕；后者是功能性概念。生理/病理学意义――－防范功能：细胞有序凋亡，在胚胎发生、发育、成熟过程中，发挥重要作用；准时去除受损、突变、年轻细胞及无功能细胞，进展体细胞数量的平衡调整，维持内环境稳定；细胞受内外环境因素作用而发生细胞损伤/使这些细胞发生凋亡，有利于防止自身免疫性疾病或肿瘤的发生。〔4〕凋亡过程失调，可使生物体内环境紊乱，成为多种疾病的根源。细胞凋亡与细胞坏死的比较细胞坏死 细胞凋亡性质

ATP

弱刺激，非随机发生主动过程，有蛋白合成，耗ATP形态变化 细胞肿胀,细胞构造全面 细胞器相对完整,细胞皱溶解、破坏 缩，核固缩DNA电泳 DNA弥散性降解电泳呈DNA片段化，电泳呈“梯”状条片状 带炎症反响 裂开，局部炎症反溶酶体相对完整，局部无炎症应 反响

无 有无 有一.细胞凋亡过程凋亡诱导因素作用于细胞，到细胞凋亡，分四阶段：凋亡信号转导〔如：Ca2+、cAMP、神经酰胺等〕，再经胞内信号转导系统，激活后续凋亡程序。凋亡基因激活需酶类及其相关物质。凋亡的执行细胞凋亡的主要执行者，是核酸内切酶和Caspases。前者破坏细胞生命活动所必需的指令；后者导致细胞构造的去组装。凋亡细胞的去除凋亡细胞，可被邻近的吞噬细胞或其他细胞所吞噬。二.凋亡细胞的主要变化形态学转变胞浆脱水，胞膜空泡化；核固缩：胞体缩小；出芽：指内质网扩张并与胞膜融合，在胞膜外表形成芽状突起；染色质边集：凋亡晚期，染色质高度浓缩融合成团，呈月形或马蹄形分布于核膜周边；凋亡小体形成：凋亡细胞的特征性形态学转变。此时，胞膜皱缩内陷，分割包裹胞内〔包括胞核和胞浆〕诸种组分，形成泡状小体。电镜显示：其由透亮空泡和不透光的浓密的核碎片两局部组成。小体形成后，迅即被部近细胞吞噬、消化。凋亡过程中，无细胞内容物的外漏，因而没有局部炎症反响。生化转变〔1〕内源性核酸内切酶激活该酶正常状况下以无活性形式，存在于胞核内。胞内凋亡信号转导系统激活后，Ca2+/Mg2+增加其活性，而Zn2+则抑制其活性。该酶可作用于染色质DNADNADNA的片段化在内源性核酸内切酶作用下，DNA断裂形成180-200bp或其整倍数的片段。这些片段在琼脂糖凝胶电泳中，呈特征性的“梯”状条带图谱，是推断细胞凋亡发生的指标之一。凋亡蛋白酶(caspases)的激活凋亡蛋白酶，是一组对底物天冬氨酸有特异水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶。细胞凋亡中，其主要作用是：灭活细胞凋亡抑制物；水解细胞的蛋白质构造，导致细胞解体，形成凋亡小体；凋亡级联反响中，水解相关活性蛋白，使该蛋白获得或丧失某种生物学功能。三.细胞凋亡的调控〔一〕细胞凋亡相关因素分为诱导性因素和抑制性因素两类：诱导性因素：皮质激素或生长因子过多；理化因素如抗癌药物、射线、高温等；免疫性因素，如细胞毒T抑制性因素：某些激素(ACTH、睾丸酮、雌激素〕或细胞因子(IL-2,神经生长因子等〕削减，苯巴比妥、半胱氨酸蛋白酶抑制剂、EB〔二〕细胞凋亡信号的转导凋亡信号转导系统是连接凋亡诱导因素与核DNA断裂及细胞构造蛋白降解的一系列中间环节。特点有：多样性：不同种类的细胞，有不同的信号转导系统；有关联；同一性：不同凋亡诱导因素，可经同一信号转导系统，触发凋亡；多途性：同一凋亡诱导因素，可经多信号转导途径，触发细胞凋亡。〔三〕细胞凋亡相关信号转导系统胞内Ca2+信号系统其次信使Ca2+传递凋亡信号。胞内[Ca2+]上升，触发细胞调亡；cAMP/PKA其次信使cAMP,激活cAMP依靠的PKA，使靶蛋白某些氨基酸残基磷酸化，通过转变蛋白质的性质和功能,诱导细胞凋亡；Fas/FasFas蛋白是细胞膜上的跨膜蛋白。作为膜受体，既可和某些细胞外表的Fas配体结合，也可和抗Fas抗体结合，从而启动细胞凋亡。机制Fas配体或抗FasFas使神经鞘磷脂酶活性上升，分解神经鞘磷脂产生其次信使神经酰胺，通过神经酰胺信号系统，诱导细胞凋亡；FasFas可激活ICE样caspase,使DNA链更易被切割；Ca2信号系统FasCa2+信号系统，诱导细胞凋亡;神经酰胺信号系统二酰甘油〔DAG〕/蛋白激酶C(PKC)信号系统PLC作用于磷脂酰肌醇和磷脂酰胆碱产生DAG。DAGPKC的内源性激活物，其PKCß1与凋亡有关。酪氨酸蛋白激酶信号系统某些GF或细胞因子与受体结合后，激活酪氨酸蛋白激酶，使其靶蛋白上的酪氨酸磷酸化而促进细胞分化，负调控细胞凋亡。５.凋亡相关基因依据功能分为三类：凋亡抑制基因：主要有Bcl-2等；凋亡促进基因：主要有Fas、Bax、P53、ICE等；双向调控基因：主要有c-myc等。Bc1-2 是B细胞淋巴瘤／白血病-2基因的缩写形式，是第一个被确认的抑制Bcl-2蛋白主要分布于细胞膜内外表、线粒体内膜、内质网、核膜等处。其主要抗凋亡机制为：①直接抗氧化；②抑制线粒体促凋亡蛋白质的释放;③抑制促凋亡调整蛋白Bax、Bak的细胞毒;④抑制凋亡蛋白酶的激活;⑤维持细胞内钙稳定作用。P53野生型P53诱导细胞凋亡；突变型P53P53P53是一种DNAG1功能，负责检查染色体DNA觉察有缺陷DNA，就刺激CIP的表达，阻挡细胞进入S期，并启动细胞修复机制；假设修复失败，则启动细胞调亡机制，因此野生型P53被称为“分子警察”。c-myc,Bcl-x;癌基因c-myc，能双向诱导/调整细胞增殖和凋亡。其功能，取决于激活的信号转导途径和细胞外环境〔GFs〕。Bcl-x可翻译出两种蛋白Bcl-xL、Bcl-xs。前者抑制细胞凋亡；后者促进细胞凋亡。一．氧化损伤氧自由基造成生物大分子氧化损伤，氧化应激诱导细胞凋亡。氧自由基引起的DNA损伤，激活P53基因，诱导细胞凋亡；氧自由基引起的DNA损伤，活化聚ADP核糖合成酶，引起NADH/ATP消耗，诱导细胞凋亡；氧自由基引起生物膜脂质过氧化，损伤细胞膜，诱导细胞凋亡；生物膜脂质过24氧化应激，激活Ca2+/Mg2+依靠的核酸内切酶，使DNA断裂；氧化应激，引起细胞膜通透性增加，使Ca2+内流增加，诱导细胞凋亡；氧化应激，引起线拉体膜通透性增加和膜电位变化，诱导细胞凋亡；活化核转录因子NF-KB和AP-1，加速细胞凋亡相关基因的表达，诱发细胞调亡。二.钙稳态失衡钙稳态失衡的机制，包括：激活Ca2+/Mg2+依靠的核酸内切酶，降解DNA链；激活谷氨酰胺转移酶，催化细胞内蛋白肽链间的酰基转移，促使细胞骨架蛋白分子间交联，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转录；促使DNADNA三.线粒体损伤正常状况下，线粒体膜通透性转换孔〔PTP)，多数关闭；而凋亡诱导因素使线粒体跨膜电位降低时，PTP开放，导致线粒体膜通透性增大，使细胞凋亡启动因子如：细胞色素C、凋亡蛋白酶激活因子(Apaf)、凋亡诱导因子(AIF)等，从线粒体释放。细胞色素C与Apafcaspase-9;AIFcaspase-3水解Bcl-2有恢复线粒体跨膜电位和调制PTP放细胞凋亡启动因子，切断细胞凋亡级联反响中的关健环节，有很强的抗凋亡作用。细胞凋亡是机体维持细胞群体数量稳态的重要方式。细胞凋亡失调〔凋亡缺乏或／和凋亡过度〕，可成为某些疾病的重要发病机制。一.细胞凋亡缺乏细胞凋亡相对缺乏，细胞生>死，导致细胞群体的数量稳态破坏，使病变细胞特别增多或病变组织体积增大，导致器官功能特别。肿瘤肿瘤发生气制：细胞凋亡受抑/凋亡减弱，导致肿瘤细胞存活时间延长，存活〉死亡，肿瘤细胞数目的净增长加大。争论觉察：多种肿瘤组织,Bcl-2基因的表达>>四周正常组织；P53基因突变或缺失时肿瘤发生率明显增加。自身免疫病(如,“自身免疫性T细胞凋亡缺乏”所致〕T正选择：对非己抗原，有高度亲和力的T细胞存活；通过负选择：与自身抗原，有高度亲和力的T细胞凋亡/，使针对自身抗原的T细胞存活并增殖，并攻击自身组织将导致自身免疫病。二.细胞凋亡过度〔一〕心血管疾病心肌缺血与缺血-再灌注损伤 心肌细胞死亡形式：坏死+凋亡。心肌细胞凋亡性损伤特点：凋亡①缺血:早期

坏死①缺血:晚期②梗死灶:周边 ②梗死灶:中心③心肌缺血:慢性/轻度 ③心肌缺血:急性/重度④缺血-再灌注损伤》单纯缺血 ④---〔肯定时间范围内〕其细胞凋亡的机制，包括：①Fas上调↑，FasFasL反响；②P53/缺氧)；③氧化应激:SOD---缺血-再灌注损伤，心肌细胞凋亡↓。心力衰竭〔凋亡指数ApoptoticIndex上升〕，造成心肌数量削减，心肌舒缩力量降低。〔二〕神经元退行性疾病阿尔茨海默氏病〔Alzheimer”disease,AD〕、帕金森氏病〔Parkingson”disease〕有关致病因素〔如氧自由基〕作用于神经元，引起Ca2+内流增加，然后激活与β-淀粉样蛋白合成有关的基因，β-淀粉样蛋白含量增加，导致神经元凋亡。〔三〕病毒〔HIV〕感染HIV感染细胞后，可经不同机制诱导细胞凋亡。宿主细胞：gp120120感染HIVgp120,与CD4十淋巴细胞外表gp120受体结合,触发CD4十淋巴细胞凋亡；tatHIV感染细胞产生tat蛋白,进人CD4十淋巴细胞，并诱导其产生氧自由基，增加FasCD4十淋巴细胞：自身攻击：慢性HIV感染时，CD4十淋巴细胞可作为效应细胞，直接攻击未感染靶细胞CD4十淋巴细胞，诱导产生凋亡。激活诱导的细胞死亡〔AICD〕:HIV感染可激活CD4十淋巴细胞，家之GFs削减，可致CD4十淋巴细胞AICD〔凋亡〕；FasHIV感染，可使CD4十淋巴细胞Fas其凋亡敏感性；合胞体形成：受HIV感染CD4十淋巴细胞，可融合成合胞体或多核巨细胞，其形成过程中或形成后可发生凋亡。单核-巨噬细胞：HIV感染的单核-巨噬细胞分泌TNF增多，与TNFR-1CD4十淋巴细胞产生氧自由基，通过氧化应激触发细胞凋亡。三.凋亡缺乏与凋亡过度并存致病因素作用时，细胞类型差异，可表现：细胞凋亡缺乏+凋亡过度。动脉粥样硬化(AS):AS内皮细胞凋亡过度：LDL上升、血小板激活、AT-II、高血压等因素，促使内皮细胞凋亡，利于脂质AS血管平滑肌细胞凋亡缺乏：增殖活性上升占主导地位：>抵抗平滑肌细胞过度增殖(防止血管壁增厚，血管平滑肌细胞凋亡也增加)。一.合理利用凋亡相关因素细胞的凋亡。二.干预凋亡信号转导应用药物、凋亡信号转导系统中的酶类/代谢产物等，干预凋亡信号转导，促进该凋亡的细胞凋亡，抑制不该凋亡的细胞凋亡，用于调亡相关疾病的治疗。三.调整凋亡相关基因承受分子生物学方法，掌握凋