医学研究生病理生理资料-细胞凋亡(交)

细胞凋亡与疾病南昌大学基础医学院病理生理学教研室蔡震宇细胞凋亡与疾病/学习要点1、细胞凋亡：

概念与区别、生理意义、病理意义、凋亡过程与调控、凋亡协同机制、细胞凋亡的特征；２、凋亡相关性疾病：

1.凋亡不足：肿瘤、自身免疫病；即病理意义

2.凋亡过度：心肌缺血、心力衰竭、AD

3.不足与过度并存：AS、AIDS

凋亡概念的来由与认识过程1、60年代Keer发现：皱缩性坏死，呈渐进性死亡过程；2、70年代Keer..Wyllie发现：有凋亡小体形成，且尤如树叶.花朵凋落凋谢而得名，并阐明了其生理学意义；3、80年代Wyllie进一步发现：凋亡细胞核DNA独特的裂解方式，即形成寡核苷酸。细胞死亡的概念.特点与区别1、凋亡：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，又称程序性细胞死亡，即基因指导下的细胞死亡。2、坏死：强烈因素的直接作用，导致细胞膜损伤，细胞器肿胀变性，核固缩、核碎裂、核溶解，最终整个细胞崩解.自溶。3、凋亡特点：自然、固有、有序、生理、主动、耗能、有新蛋白质合成、无炎、受基因调控的“自杀”过程。

4、凋亡特征：

形态特征：染色质边集、凋亡小体形成；

生化特征：DNA片段化，即形成寡核苷酸，片段为200bp整数倍；凝胶电泳“梯带”。

区别坏死凋亡诱导因素生化特点细胞形状形态变化染色质DNA电泳炎症反应基因调控潜伏期强烈刺激，病理被动过程，无新蛋白合成，不耗能形成碎片细胞结构全面溶解、破坏、细胞肿胀稀疏、松散、呈絮状弥散性降解，电泳呈均一片状，即“拖带”溶酶体破裂，局部炎症反应无(“他杀”)事件较弱刺激，生理、病理主动过程，有新蛋白合成，耗能形成凋亡小体胞膜及细胞器相对完整细胞皱缩，核固缩致密、固缩、边聚或中聚DNA片段化（180-200bp）电泳呈“梯”状条带溶酶体相对完整，局部无炎症反应有（“自杀”）过程凋亡的生理意义1、确保生长、发育和成形：

通过清除多余的、无功能价值的细胞；2、维持内环境稳定：

及时清除.更新受损的、突变的和衰老的细胞；3、防御功能：

降解受病毒感染的宿主细胞DNA，以阻止病毒的复制。Normalfunctionsofapoptosis(1)Deletingstructuresthatarenolongerrequirede.g.regressionofthetadpoletail(2)Sculpting(3)Adjustingcellnumbersindevelopingtissues,e.g.thenervoussystemNGFNGFNGFtargetcellsdevelopingneuronsNGFNGFNGFtargetcells凋亡相关性疾病/即病理意义

1.凋亡不足：肿瘤、自身免疫病；

2.凋亡过度：心肌缺血、心力衰竭、AD

3.不足与过度并存：AS、AIDS(一)凋亡不足疾病

1、肿瘤

凋亡依据

A.细胞数总量动态平衡，即死亡数与存活数平衡；

B.前列腺癌、结肠癌等肿瘤组织中Bcl-2基因高表达，而突变型p53增多，则肺癌发生率高；

C.4-6Gy低剂量照射16小时后，人急性T细胞白血病有效；高温.高热43度，

30分钟肿瘤细胞有效；切除睾丸对前列腺癌有效。

肿瘤类型Bcl-2基因过度表达频率(%)

结肠-直肠癌92

咽癌85

骨髓癌80

乳腺癌70

非何杰金淋巴瘤65-70

胃癌60-70

前列腺癌30-60

神经母细胞瘤30-35

肺癌(小细胞肺癌)20(80)Bcl-2基因在不同类型的肿瘤中过度表达的频率(%)

人类肿瘤p53基因突变热点和频率肿瘤型突变频率（%）突变热点肿瘤型突变频率（%）突变热点肺癌56157，248，273前列腺癌30不确定结肠癌50175，245，248，273肝细胞癌45249食道癌45不确定胶质癌25175、248卵巢癌44273乳腺癌22175、248、273胰腺癌44273子宫内膜癌22248皮肤癌44248、278甲状腺癌13248、273胃癌41不确定白血病12175、248头颈鳞癌37248宫颈癌7273膀胱癌34280软组织肉瘤31不确定细胞增殖异常DNA病毒:SV40、HPV、腺病毒等P53蛋白失活

2、自身免疫病A.概念：自身抗原遭受自身抗体或致敏T淋巴细胞的攻击，造成组织器官损伤。B.机制：正选择将针对非己抗原-MHC抗原的TcR单阳性细胞保留下来；负选择则通过凋亡机制将针对自身抗原-MHC抗原的TcR双阳性细胞清除掉。C.应用：糖皮质激素是治疗自身免疫性疾病的有效药，其机制是诱导那些异常存活的自身免疫性T细胞凋亡。(二)凋亡过度疾病1、心肌缺血A.意义：坏死无法逆转，而凋亡可以干预，价值重大；B.特点：早期、周边、轻度、慢性缺血，以凋亡为主；晚期、中央、重度、急性缺血，则以坏死为主；C.机制：缺血.缺氧导致Fas受体显著上调、p53基因转录激活、氧化应激。2、心力衰竭A.意义：心肌细胞数量的变化对心衰发生发展的影响，价值重大；B.互为因果：心衰时，缺血缺氧、氧化应激、细胞因子、负荷过重可诱导细胞凋亡；而细胞凋亡又可加重心力衰竭，心肌凋亡指数高达35%；C.应用：阻断信号和通路可以干预凋亡。(三)不足与过度并存1、动脉粥样硬化血脂导致内皮细胞凋亡过度，平滑肌细胞凋亡不足；促进平滑肌细胞凋亡防止其过度增殖是抗AS的新思路。2、AIDSCD4淋巴细胞凋亡过度，而肿瘤细胞凋亡不足。该“死”的细胞不死，而不该“死”的细胞死了！细胞凋亡的过程与调控+cAMP、Ca2+、神经酰胺死亡信号凋亡诱导因素受体DNase激活、Caspases激活巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞一、凋亡的过程1凋亡信号转导

凋亡相关基因激活2凋亡基因激活

3凋亡的执行

4凋亡细胞清除

全过程数分钟至数小时，皆有负调控因子，精确严密；每秒可达数百万个！

(一）细胞凋亡的相关因素

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

细胞凋亡异常二、凋亡的调控CTL肿瘤细胞CTL正在诱导肿瘤细胞凋亡凋亡诱导因素四句话1、大多数凋亡有明确的诱因，极少数为自发的；2、引起损伤.坏死.凋亡的因素没有特异性，即凡能引起损伤的因素都可诱导细胞凋亡，关键在于“界定值”；3、同一种诱因作用于不同的细胞，其结果可以不同；如：动脉粥样硬化-血脂。4、同一种诱因作用于不同的疾病时期，其结果可以不同；如：心力衰竭-负荷。

(二）第二信使物质/即死亡信号A.神经酰胺：TNF、射线、Fas抗原→受体变构/激活→膜鞘磷脂酶（SMase）激活→SMase水解→神经酰胺；B.Ca2+

：磷脂酶C（PLC）激活→膜磷脂水解→甘油二酯DG→内质网→释放Ca2+

；C.cAMP：腺苷酸环化酶（AC）激活→cAMP

(三）凋亡信号转导系统A.概念：

凋亡信号转导系统是连接凋亡诱导因素与DNA片段化及细胞结构蛋白降解的中间环节。B.特征：1.多样性：不同的细胞有不同的信号转导系统；2.偶联性：死亡信号与增殖信号在转导途径某些节点上有交叉、有偶联；3.同一性：不同的诱导因素但通过同一途径触发细胞凋亡；如：TNF.电离辐射.Fas抗原→神经酰胺信号途径。4.多途性：同一诱导因素经多条途径触发凋亡。如：糖皮质激素凋亡淋巴细胞→神经酰胺、Ca2+

、cAMP信号系统。(四）凋亡相关基因1、抑凋亡基因/癌基因/存活基因:

Bcl-2、EIB、IAP2、促凋亡基因/抑癌基因/自杀基因/凋亡基因：

p53基因、Fas/FasL、Bax、ICE3、双向调控基因:

C-myc、Bclx

A

、Bcl-2----Bcelllymphoma/leukemia-2

Bcl-2蛋白主要分布在线粒体内膜、细胞内膜表面、内质网、核膜等处，并具有高效阻抑射线、化学药物等引发的细胞凋亡；

Bcl-2基因广泛存在于造血细胞、上皮细胞、淋巴细胞、神经细胞以及多种瘤细胞中，因此具有促进细胞存活的功能；

Bcl-2的功能是延长细胞的寿命，而不是刺激细胞的增殖1.BcL-2家族分子

一类呈抗凋亡作用:

BcL-2、BcL-w、BcL-XL、BFL-1、

Brag-1、MCL-1、AI。

另一类呈现促凋亡作用：

Bax、Bak、Bok、BcL-Xs、Bad、Bid、Bik、

Hrk、Bim等。

BcL-2基因家族成员自身或彼此之间有形成二聚体或多聚体的能力，BcL-2家族的蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与凋亡。

B、

BcL-2的同源基因和蛋白质/家族分子C、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，如:Cyt.C及AIF；③抑制促凋亡的调节蛋白Bax、Bak的细胞毒作用；④抑制Caspases激活；⑤维持细胞钙稳态。2.Fas/

FasL

Fas

抗原属肿瘤坏死因子受体（TNFR)家族成员，Fas配体（FasL)属TNF家族成员。Fas是跨膜蛋白，由胞外区(157aa)，穿膜区(17aa)及胞浆区(145aa)组成。Fas胞浆区一段60～70氨基酸序列与TNFR胞浆区高度同源，并介导细胞死亡，称之为死亡基因。Fas较广泛地分布于多种类型的细胞。FasL与其受体Fas结合导致细胞凋亡。

Fas/FasL即死亡受体通路死亡受体TNFR、FasR、DR3、DR4、DR5等是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的跨胞膜蛋白。死亡通路（pathway）细胞凋亡异常FSALFADDPro-caspase-8Caspase-8Caspase-3Pro-caspase-3细胞凋亡生长因子、信号、Fas抗体FasRFADD（Fas-associateddeathdomain）；DD（deathdomain）；DED（deatheffectordomain）。DEDDEDDD细胞增殖异常

▲突变型P53

易发生细胞癌变

致变剂检测点检查功能↓遗传不稳定性复制忠实性↓■3.P53基因

▲野生型P53(分子警察)进入S期

DNA损伤修复成功

G1/S检查停顿G1期损伤DNA修复修复失败细胞凋亡下调bcl-2表达、激活bax

基因P53

【P53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。

C-myc是一种癌基因，它能诱导细胞增殖，也能诱导细胞凋亡，具有双向调控作用。C-myc蛋白作为重要的调控转录调节因子，在生长因子充足时激活细胞增殖基因；反之激活凋亡基因。

4、C-myc基因(五）凋亡相关酶的激活1、内源性核酸内切酶(DNase)2、凋亡蛋白酶Caspases

内源性核酸内切酶(DNase)A.作用：执行染色体切割任务，攻击目标为核小体之间的连接区；B.类型：金属离子依赖型，如：Ca/Mg、Zn；金属离子非依赖型，如：AIF；C.形式：以无活性的形式存在于细胞核内，凋亡诱导因素不能直接激活它，需要经过一系列胞内信号转导环节方能激活。

凋亡蛋白酶

Caspases概念:是一组对底物为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；13个家族成员；激活:线粒体释放Apaf+Cyt.C→激活Caspases；作用：A.灭活凋亡抑制物，如:Bcl-2蛋白；

B.水解结构蛋白→细胞解体→凋亡小体形成；

C.凋亡级联反应，如:下图Pro-caspase-2caspase-2Pro-caspase-6Caspase-6Pro-caspase-7caspase-7Pro-caspase-9ICAD（抑制性CAD）CAD（caspase活化DNA酶）CDA进入细胞核内降解DNA细胞凋亡剪切细胞内结构蛋白caspase-9

caspases的级联反应Caspase-3Pro-caspase-3细胞凋亡异常

凋亡的触发机制/即协同机制

1．氧化应激

2．钙超载

3．线粒体损伤细胞凋亡异常1．氧化应激（Oxidationdamage）概念:

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。机制:

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。细胞凋亡异常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。2.钙超载引起凋亡机制细胞凋亡细胞凋亡异常3.线粒体损伤在细胞凋亡中的作用影响:

凋亡期间线粒体超微结构基本正常，但其功能早已发生显著