病理生理学课件：Chapter 8 Cell Apoptosis and Disease

apoptosisChapter8CellApoptosisandDiseaseContentsIntroductionPathogenesis:regulatedmechanismApoptosisanddiseaseRegulationofapoptosisintreatmentIntroduction1965年，发育生物学家Lockshin、Williams提出发育调节性死亡(PCD)的概念Apoptosis：DanceofthedeadApoptosis：Danceofthedead1965年，Lockshin、Williams

1896年，发育生物学家JohnBeard1905年起，Barbieri、Collin、Eranst发育调节性死亡

(developmentregulateddeath)normalshrinkagenecrosisShrinkagenecrosis:adistinctmodeofcellulardeath(KerrJ,Pathology,1971)1965年JohnKerr在英国Aberdeen大学观察到一种“渐进性坏死、固缩性坏死”;1970年Prof.Currie和作为PhD的AndrewWyllie

也加入了研究，发现在免疫应答、抗肿瘤、轻度细胞损伤时均可见该种死亡方式。

研究古典希腊文学的JamesCormack

建议命名：

Apoptosis“fallingoff”；“droppingoff”你得跳舞呀！穿着你的红鞋跳舞，一直跳到你发白和发冷，一直跳到你的身体干缩成为一架骸骨。

——安徒生《红鞋》凋亡概念的首次提出细胞凋亡的概念（apoptosis)细胞预存的死亡程序体内外因素细胞死亡Conceptofapoptosis

Apoptosisisacelluarsuicideroutethatallowsfortheselectiveremovalofsuperfluousandpotentiallydangerouscellsaswellasfortissueremodelingandhomeostasis.由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞主动死亡过程.ISISCI

programmedcelldeath(PCD)Classicapoptosis

model

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2002"fortheirdiscoveriesconcerning'geneticregulationoforgandevelopmentandprogrammedcelldeath'"

线虫生物学的开拓者SydneyBrenner

1/3oftheprizeUnitedKingdomTheMolecularSciencesInstitute

Berkeley,CA,USA线虫凋亡之父RobertHorvitz1/3oftheprizeUSAMassachusettsInstituteofTechnology(MIT)

Cambridge,MA,USA线虫生物学先驱JohnE.Sulston1/3oftheprizeUnitedKingdomTheWellcomeTrustSangerInstitute

Cambridge,UnitedKingdom

THENOBELDIPlOMA细胞凋亡与程序性死亡Apoptosis形态学的概念基因程控性瞬时性PCD发育生物学的概念基因时空性特异性时间范围内细胞凋亡过程+受体cAMPCa2+神经酰胺

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凋亡诱导因素

健康细胞细胞死亡死亡细胞吞噬细胞决定死亡决定实施吞噬降解诱导期---------效应期------------降解期凋亡时细胞的主要变化

形态学改变（Wyllie,1980)

生化的改变胞浆脱水，胞膜空泡化，细胞固缩染色质边集，凋亡小体形成apoptosisblebbingCondensation

buddingmarginationapoptosisbody

1.Themorphologicalchangeofapoptosisphagocytose

腺上皮细胞凋亡过程的超微结构变化示意图1-凋亡细胞的早期变化，即核染色质聚集沿核膜分布形成新月体状核；2-核进一步浓缩、碎裂，凋亡细胞通过芽生或发泡的形式大小不等、具有完整膜性结构的凋亡小体；3-邻近的上皮细胞吞噬凋亡小体；4-吞噬细胞吞噬凋亡小体；5-凋亡小体在吞噬细胞内的溶酶体的作用下降解；6-降解后凋亡小体的残骸；7-凋亡小体偶尔未被吞噬而进腺腔；8-凋亡小体进一步降解；M-吞噬细胞abcdea.细胞变圆，微绒毛消失b.内质网扩张c.膜表面形成芽状突起d.染色质聚集成新月状e.凋亡小体形成胸腺细胞正常凋亡凋亡时细胞的主要变化

形态学改变

生化的改变内源性核酸内切酶激活，DNA片断化凋亡蛋白酶激活1)DNAfragmentation：(Ladder)

180~200bpEndogenousnucleasechromatin2.Biochemistrychanges1、内源性核酸内切酶的激活

(Wyllie,Nature,1980)H1核心颗粒连接区触发因素Zn2+Ca2+Mg2+内源性核酸内切酶

DNAelectrophoresis

–+Necrosis(smear)apoptosis(ladder)3、Caspases激活及作用(ICE/CED-3,1996)蠕虫死亡基因（celldeathgene）ced-3,6,7基因表达产物效应性ced-2,8,9基因表达产物启动性Comparisonbetweennecrosisandapoptosis细胞凋亡与坏死凋亡与坏死（左）比较1．正常细胞；2.凋亡早期，核染色质致密，彼此分离，有核泡形成，细胞器浓缩；3.细胞进一步降解，出现核分叶，核碎裂，边界清，细胞明显下陷，形成伪足样突起，然后断裂成膜包饶的凋亡小体；4.凋亡小体被吞噬和消化，不引起组织周围炎症反应；5.坏死细胞改变为核染色质的凝集边界不清，细胞器肿胀，线粒体基质呈絮状致密化改变；6.细胞膜破坏，引起炎症反应—————————————————————————————————————————————————————————necrosis

apoptosis1.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6.DNA电泳5.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、细胞肿胀胞膜及细胞器相对完整细胞皱缩，核固缩弥散性降解，电泳呈均一DNA片状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，特异性无有无ComparisonbetweennecrosisandapoptosisContentsIntroduction

Pathogenesis:regulatedmechanismApoptosisanddiseaseRegulationofapoptosisintreatment

Introduction细胞凋亡的调控凋亡相关基因激活

凋亡诱导因素

凋亡信号转导诱导期-------------------效应期-------降解期（一）凋亡信号（Signalsofapoptosis）PhysiologicalapoptoticsignalsDirecteffectsofhormones/cytokines:GC、TNFIndirecteffectsofhormones/cytokines:deficiencyofACTH/androgen/estrinPathologicalapoptoticsignalsInducefactors:Physical/chemicalfactors,microorganism;stress;chemotherapymedicinesInhibitoryfactors：Chemicalcarcinogens;virus(EBvirus,humanpapillomavirus

hpv)诱导性因素：GC腺苷GC-R腺苷-RT细胞-R激活剂毒素化疗cAMP↑Ca++↑抑制性因素：R生长因子/白介素PKC↑基因表达↑DNAase活化切割DNA(-)细胞核细胞质(1)Oxidativestress

MechanismsofapoptosisinducedbyPathologicalapoptoticsignals

(2)Theactivationofdeathreceptors(3)Mitochondriondamage(4)Calciumdyshomeostasis恶性网络学说氧化损伤钙稳态失衡线粒体损伤细胞凋亡细胞凋亡的调控凋亡相关基因激活

凋亡诱导因素凋亡信号转导诱导期-------------------效应期-------降解期1.

Faspathway凋亡诱导因素死亡受体/配体的表达、结合Caspase-8活化Caspase-3活化apoptosisBid活化线粒体通路活化㈡信号转导（Transductionofapoptoticsignal

）Fas诱发凋亡的方式：Fas配体＋Fas蛋白+神经鞘磷脂酶(SMase)神经鞘磷脂(SM)神经酰胺(CER)＋蛋白激酶DNA断裂细胞凋亡抗Fas抗体或TNF与Fas蛋白结合＋ICE样的Caspase组蛋白降解染色体松弛DNA链舒展酶切位点暴露Fas蛋白激活Ca2+信号系统传递死亡信息PTP----permeabilitytransitionporeApaf----apoptosisproteaseactivatedfactorCyt.C----cytochromeCAIF----apoptosisinducementfactorSmac/Diablo----inhibitionofIAPs/caspase-3,7,92.Mitochondrialpathway1.

Faspathway㈡信号转导（Transductionofapoptoticsignal

）线粒体PTP开放生长因子缺乏钙沉积Bcl-2/Bcl-xCytCApaf-1AIF激活caspasesROS缺血缺氧ROS激活DNaseapoptosisERStressROSGRP78↑Boyce,(2006)13,363–373APOPTOSISCaspase-12JNKGADD153/CHOP2.Mitochondrialpathway3.Endoplasmicreticularpathway1.

Faspathway㈡信号转导（Transductionofapoptoticsignal

）细胞凋亡的调控凋亡执行相关基因激活

凋亡诱导因素凋亡信号转导1.凋亡蛋白酶（Caspases，cysteine-containingaspartate-specificprotease

）(Caspases9)(三）凋亡执行（Theexecutionofapoptosis

）EffectorcaspasesInitiatorcaspases使抑制凋亡因子失活，如CAD/ICAD

CAD:CaspasesactivateddexyribonucleaseICAD:Inhibitorofcaspasesactivateddexyribonuclease破坏细胞结构，如核纤层（Lamina）下调参与细胞骨架调控的蛋白质的活性，如GelsolinCaspase如何杀死细胞？2.核酸内切酶（Endogenousnuclease）Signaltransduction

normal--noactivityExecuteCuttingDNA1.凋亡蛋白酶（Caspases）(三）凋亡执行（Theexecutionofapoptosis

）抑制凋亡基因：Bcl-2、EIB、IAP促进凋亡基因:Fas、Bax、P53、ICE双向调控基因:c-myc、Bcl-x(四）Genes

relatedtoApoptosis1、BcL-2

（B

celllymphoma/leukemia-2,BcL-2)Anti-apoptosisgene229aa（Mice236）

Innermitochondrialmembrane;Endoplasmicreticulum;Nuclearmembrane;Intracellularmembrane撤除生长因子撤除生长因子Bcl-2质粒细胞培养实验发现抗氧化抑制促凋亡蛋白淋巴细胞性白血病外周淋巴细胞20%Bcl-2（+）预后不佳Bcl-2抗氧化抑制线粒体释放促凋亡蛋白Bax、Bak的细胞毒作用Caspases激活维持钙稳态Bcl-2的作用机制P53基因若DNA有缺陷若修复失败凋亡检查点功能G1期阻止进入细胞周期启动修复机制2.P533.C-myc细胞增殖细胞凋亡

生长因子（+）生长因子（-）C-myc基因表达Bcl-x抑制凋亡Bcl-xlBcl-xs3.Bcl-x促进凋亡(五）Identifyandphagocytose1、Lectin+monosaccharide2、TSP(血小板反应蛋白）3.TheecstrophyofPS(磷脂酰丝氨酸外翻)ContentsIntroductionPathogenesis:regulatedmechanismApoptosisanddiseaseRegulationofapoptosisintreatment§3Apoptosisanddisease§3ApoptosisanddiseaseSignificanceofApoptosis

Apoptosisanddisease

Apoptosisdeficient

ApoptosisexcessApoptosisdeficiencyandexcessiveapoptosisSignificanceofApoptosisRemovecellstoensurenormaldevelopment

MaintenancehomeostasisDefensefunction

并指SignificanceofApoptosisRemovecellstoensurenormaldevelopment

MaintenancehomeostasisDefensefunction

不仅揭示了“死”的秘密，而且是理解“生”的需要！livingapoptosisApoptosisdeficient

ApoptosisexcessApoptosisdeficiencyandexcessiveapoptosis

Apoptosisanddisease(一)Apoptosisdeficient

TcellMHC3.Autoimmunedisease

PositiveselectionNegativeselection

apoptosisliving1．

Tumor：genesis,growth,metastasis2．

Virusinfection：HIV,EB,cardiovasculardisease：

（1）myocardialischemiaandreperfusioninjury

(Oxidativestress,Fas,p53)心肌梗死灶坏死为主凋亡为主慢性、轻度早期单纯缺血晚期急性、重度缺血-再灌注中央周边(二)Excessiveapoptosis神经-内分泌失调氧化应激负荷过重细胞因子缺血缺氧心肌细胞凋亡心肌细胞数目↓心衰发生、发展机制之一(二)Excessiveapoptosiscardiovasculardisease

（1）IRI

（2）Heartfailure

cardiovasculardisease

Neurodegenerative

diseaseAlzheimerdisease(AD)(二)Excessiveapoptosiscardiovasculardisease

Neur-regression

diseaseVirusinfection(二)Excessiveapoptosis

AIDS

HIVFasgeneup-regulationSymplasmformgp120TatproteinexcretionCytokine(TNF)↑CD4+TlymphocyteapoptosisImmunefunctionaldefect（AIDS）(三)ApoptosisdeficiencyandexcessiveapoptosisAtherosclerosis(AS)：endotheliumApoptosis↑smoothmuscleApoptosis↓（proliferation↑>Apoptosis↑