细胞凋亡与疾病课件

细胞凋亡与疾病

apoptosis＆disease

一、概述

细胞是组成机体的基本单位，其生命过程包括增殖、分化和凋亡。细胞通过分裂增加细胞的数量；通过分化形成在形态和功能上各异的细胞,组成不同的组织和器官；通过凋亡确保胚胎正常发育和内环境稳定。因此，细胞增殖、分化和凋亡都是主动而有序的生命过程，任何一个环节发生变化均可引起疾病。

研究历史：

长期以来，生命科学的研究重点是细胞的增殖与分化，即细胞如何“活”的问题。20世纪80年代后期，免疫学研究发现，在胸腺中大量细胞死亡（凋亡），是一种选择性地去除自身反应T细胞的过程。如果这种凋亡受阻，自身反应T细胞不能清除，就会产生自身免疫病。20世纪90年代以来，对细胞凋亡的研究成为生命科学的重要课题，即研究细胞如何“死”的问题。

细胞凋亡的概念

凋亡（apoptosis）一词来自希腊语，apo指分离，ptosis指落下，Apoptosis即花瓣或树叶的枯落。1972年Kerr等人首先提出了细胞凋亡的概念：细胞凋亡（apoptosis）是由基因调控的主动而有序的细胞死亡，又称程序性细胞死亡（programmedcelldeath,PCD）。

细胞凋亡的意义：

1.清除无用、多余的细胞。

2.清除受损、突变或衰老的细胞。

二、细胞凋亡的生物学特征

（一）形态学特征1.细胞核的变化核固缩、核染色质凝聚、边集，最后解离形成核碎片。2.细胞质的变化细胞表面微绒毛消失，并逐渐与周围细胞脱离。胞质脱水、体积缩小、空泡化；内质网不断扩张并与胞膜融合，形成膜表面的芽状突起，即出芽（buding）。

胞膜皱缩内陷，分割胞质，形成具有完整膜结构、内含细胞器和/或核碎片的凋亡小体（apotosisbody），它是凋亡细胞特征性的形态学改变。溶酶体膜相对完整，故无局部炎症反应。空泡化固缩出芽胞膜内陷凋亡小体凋亡细胞的形态学改变

（二）生化特征

1.DNA的片段化即DNA双链片段化断裂。其断裂部位发生在染色质核小体的连接部，此处易受内源性核酸内切酶的攻击而断裂。

DNase

DNA链上每隔200个核苷酸就有1个核小体，当核酸内切酶在核小体连接部切开DNA时，即可形成180～200bp或其整倍数的DNA片段。这些片段在琼脂糖凝胶电泳中可呈特征的阶梯状条带，是判断细胞凋亡的客观指标之一。

在正常情况下，内源性核酸内切酶以无活性的形成存在于细胞核内。如被激活就可切断染色质DNA。

核酸内切酶(无活性)

Ca2+Mg2+

核酸内切酶(有活性)切开DNA(核小体连接部)2.蛋白质降解凋亡蛋白酶(caspases)即半胱天冬蛋白酶，其中Caspases8、9、10起凋亡启动子作用，Caspases3、6、7、9、12起凋亡效应子作用，能分解细胞蛋白，起凋亡执行器作用。

凋亡蛋白酶原死亡信号+受体（受体激活途径）死亡信号损伤线粒体（线粒体激活途径）凋亡蛋白酶凋亡蛋白酶(caspases)作用(1)水解蛋白质，分割胞质，形成凋亡小体(2)灭活凋亡抑制物（Bcl-2）(3)参加凋亡级联反应，水解凋亡相关活性蛋白细胞坏死与凋亡的区别—————————————————————————————————————————————————————————

坏死凋亡性质诱导因素强烈刺激，严重损伤较弱刺激，轻度损伤形态变化DNA降解炎症反应基因调控细胞结构全面溶解、破坏、成群细胞死亡胞膜及细胞器相对完整,形成凋亡小体,个别细胞死亡不规则,电泳不呈梯状分布规则,电泳呈梯状分布溶酶体破裂，局部有炎症反应溶酶体相对完整，局部无炎症反应有,主动而有序的有控降解病理性细胞死亡生理性或病理性细胞死亡无,被动而无序的随机降解蛋白质合成无有

三、细胞凋亡过程与调控（一）细胞凋亡过程（四个阶段）1.凋亡信号转导2.凋亡基因激活3.凋亡的执行（由DNase

和caspases执行）4.凋亡细胞的清除。凋亡过程Ⅰ受体cAMPCa2+神经酰胺凋亡相关基因激活信号转导细胞膜细胞核凋亡诱导因素+Dnase激活Caspases激活死亡信号凋亡过程Ⅱ执行凋亡凋亡细胞的清除Dnase激活Caspases激活凋亡过程小结+受体cAMPCa2+神经酰胺凋亡诱导因素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信号转导基因激活执行凋亡凋亡细胞的清除

（二）细胞凋亡的调控1.细胞凋亡的诱导因素与抑制因素

(1)诱导因素（启动细胞凋亡）

理化因素：电离辐射、高温、强酸、强碱、细胞毒性抗癌药等。

激素和生长因子失衡：二者过多或缺乏均可应起细胞凋亡。例：强烈应激反应糖皮质激素淋巴细胞凋亡。

病原体：细菌、病毒等。例：HIVCD4+T细胞凋亡。

(2)抑制因素（抑制细胞凋亡）

细胞生长因子：如IL-2、神经生长因子。

激素例：ACTH肾上腺皮质细胞凋亡。

其他：如Zn2+、药物、某些病毒等。

2.细胞凋亡信号的转导

凋亡诱导因素作用于细胞转化为凋亡信号胞内信号转导途径激活细胞死亡程序细胞凋亡（DNA片段化及蛋白解体）。

凋亡信号转导系统的特点：（1）多样性：即不同种类的细胞有不同的信号转导系统。（2）偶联性：即死亡信号的转导系统与细胞增殖、分化过程中的信号转导系统在某些环节上有交叉、偶联。同一个信号，在不同条件下既可引起凋亡，也可引起增殖。

（3）同一性：即不同的凋亡诱导因素可通过同一信号转导系统引起细胞凋亡。（4）多途性：即同一凋亡诱导因素，可通过多条信息转导途径引起的细胞凋亡。3.细胞凋亡的相关基因。（1）抑制凋亡基因：Bcl-2、EIB、IAP等。

Bcl-2(B-celllymphoma/leukemia-2)基因：分布：造血细胞、上皮细胞、淋巴细胞、多种瘤细胞。功能：抑制多种凋亡诱导因素（如电离辐射、化学药物）所引起的细胞凋亡。机制：*直接抗氧化而抑制细胞调亡；*抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质；*抑制促凋亡调节蛋白的细胞毒作用；*抑制凋亡蛋白酶的激活；*维持细胞钙稳态。（2）促进凋亡基因：p53、ICE、Fas、Bax等。野生型p53基因——编码p53蛋白，故名。功能：促使恶性肿瘤细胞、衰老细胞或损伤较重的细胞凋亡，修复受损的细胞（分子警察）。

机制：射线、毒素DNA损伤+P53蛋白启动DNA修复机制DNA修复启动细胞凋亡机制细胞凋亡P53基因突变后反而抑制细胞凋亡,值得注意。

（3）双向调控基因：C.myc

双向调节：诱导细胞增殖（有生长因子）诱导细胞凋亡（无生长因子）四、细胞凋亡的发生机制(一)氧化应激与自由基的损伤作用1.氧自由基对DNA损伤导致聚ADP核糖转移酶活化和P53基因的激活。前者引起NAD快速耗竭，

ATP

大量消耗，使细胞凋亡。后者具有促进细胞凋亡的功能。

2.氧自由基攻击细胞膜上不饱和脂肪酸，引起脂质过氧化直接造成细胞膜损伤，导致细胞凋亡。3.氧化应激可激活Ca2+/Mg2+

依赖的核酸内切酶及活化核转录因子如NF-kB，诱导细胞凋亡。4.氧化应激引起细胞膜结构的破坏，使Ca2+

内流增加，诱导细胞凋亡。(二)钙稳态失衡1.激活Ca2+/Mg2+

依赖的核酸内切酶，降解DNA链；2.激活谷氨酰胺转移酶，催化细胞内肽链间的酰基转移，在肽链间形成共价键，使细胞骨架蛋白分子间发生广泛交联，有利于凋亡小体形成。

(三)线粒体损伤线粒体功能受损，导致ATP不足，引起跨膜电位下降、氧自由基的产生、胞内pH值下降及Ca2+

浓度升高均可启动细胞凋亡。

3.激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；4.Ca2+在ATP的配合下使DNA链舒展，暴露出核小体之间的连接区内的酶切位点，有利DNA内切酶切割DNA。

五、细胞凋亡与疾病（一）细胞凋亡不足1.肿瘤细胞增殖过度、细胞凋亡不足。实验研究：

P53基因（促凋亡基因）缺失或突变Bcl-2基因（抑制凋亡基因）表达过度临床应用：放疗、化疗诱导瘤细胞凋亡

细胞凋亡不足肿瘤2.自身免疫病机体对自身抗原发生免疫应答自身组织损伤。针对自身抗原免疫细胞凋亡不足自身免疫病。例：SLE、1型糖尿病、类风湿性关节炎、多发性硬化症、慢性甲状腺炎。临床应用：糖皮质激素诱导自身免疫性淋巴细胞凋亡。（二）细胞凋亡过度1.心血管疾病（1）急性心肌梗死，坏死与凋亡同时存在

（2）心力衰竭与心肌细胞功能异常及凋亡有关实验研究：心肌细胞肥大压力负荷心力衰竭