細(xì)胞凋亡與疾病

1、會(huì)計(jì)學(xué)1細(xì)胞凋亡與疾病細(xì)胞凋亡與疾病(apoptosis)：由內(nèi)外源因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)由內(nèi)外源因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)預(yù)存的死亡程序預(yù)存的死亡程序而導(dǎo)致的而導(dǎo)致的細(xì)胞死亡過(guò)程。細(xì)胞死亡過(guò)程。 程序性細(xì)胞死亡程序性細(xì)胞死亡 programmed cell death，PCD Sydney Brenner 1/3 of the prize United Kingdom The Molecular Sciences Institute Berkeley, CA, USA b. 1927(in Union of South Africa)H. Robert Horvit 1/3 of the prize USA M

2、assachusetts Institute of Technology (MIT) Cambridge, MA, USA b. 1947John E. SulstonUnited Kingdom The Wellcome Trust Sanger Institute Cambridge, United Kingdom b. 1942THE 2002 NOBEL PRIZE WINNER布雷內(nèi)慧眼識(shí)線(xiàn)蟲(chóng)布雷內(nèi)慧眼識(shí)線(xiàn)蟲(chóng) 凋亡基因凋亡基因線(xiàn)蟲(chóng)細(xì)胞譜系線(xiàn)蟲(chóng)細(xì)胞譜系壞死壞死凋亡凋亡正常細(xì)胞正常細(xì)胞 壞死壞死 凋亡凋亡 性質(zhì)性質(zhì)病理性、非特異性病理性、非特異性生理性或病理性，特異性生理性或病理性，特異

3、性 誘導(dǎo)因素誘導(dǎo)因素強(qiáng)烈刺激，隨機(jī)發(fā)生強(qiáng)烈刺激，隨機(jī)發(fā)生較弱刺激，非隨機(jī)發(fā)生較弱刺激，非隨機(jī)發(fā)生 生化特點(diǎn)生化特點(diǎn)被動(dòng)過(guò)程，無(wú)新蛋白質(zhì)合成，被動(dòng)過(guò)程，無(wú)新蛋白質(zhì)合成，不耗能不耗能主動(dòng)過(guò)程，有新蛋白質(zhì)合成，主動(dòng)過(guò)程，有新蛋白質(zhì)合成，耗能耗能 DNADNA電泳電泳 形態(tài)變化形態(tài)變化彌散性降解，電泳呈均一彌散性降解，電泳呈均一DNADNA片狀片狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)全面溶解、破壞、細(xì)胞結(jié)構(gòu)全面溶解、破壞、細(xì)胞腫脹細(xì)胞腫脹DNADNA片段化（片段化（180-200 bp180-200 bp），），電泳呈電泳呈“梯梯”狀條帶狀條帶胞膜及細(xì)胞器相對(duì)完整胞膜及細(xì)胞器相對(duì)完整, ,細(xì)胞皺縮，核固縮細(xì)胞皺縮，核固縮 炎癥反

4、應(yīng)炎癥反應(yīng)溶酶體破裂，局部炎癥反應(yīng)溶酶體破裂，局部炎癥反應(yīng)溶酶體相對(duì)完整，局部無(wú)炎癥溶酶體相對(duì)完整，局部無(wú)炎癥反應(yīng)反應(yīng) 凋亡小體凋亡小體無(wú)無(wú)有有 基因調(diào)控基因調(diào)控?zé)o無(wú)有有淋巴細(xì)胞凋亡各期形態(tài)學(xué)變化概概 述述Morphological features of Morphological features of apoptosisapoptosisMembrane blebbingScanning electron micrographsof apoptotic bodiesH1核心顆粒核心顆粒連接區(qū)連接區(qū)180-200 bp內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶2+2+ 2+核小體核小體每個(gè)核小體中包

5、含每個(gè)核小體中包含180-200bp左右左右DNA片段片段染色質(zhì)中的染色質(zhì)中的DNA雙螺旋鏈雙螺旋鏈,等距離纏繞組蛋白形成核心顆粒，各顆粒之間為為帶有等距離纏繞組蛋白形成核心顆粒，各顆粒之間為為帶有H1組蛋白組蛋白連接區(qū)連接區(qū)DNA，這種組成染色質(zhì)的重復(fù)結(jié)構(gòu)單位就是，這種組成染色質(zhì)的重復(fù)結(jié)構(gòu)單位就是核小體核小體。 電泳法檢測(cè)凋亡電泳法檢測(cè)凋亡DNA Ladder+necrosisapoptosisDNA電泳Caspases分類(lèi)分類(lèi)Caspases 8，9，10能能激活效應(yīng)子激活效應(yīng)子- 啟動(dòng)型啟動(dòng)型Caspases 3，6，7能分解細(xì)胞蛋白能分解細(xì)胞蛋白- - 效應(yīng)型效應(yīng)型效應(yīng)型效應(yīng)型啟動(dòng)型啟

6、動(dòng)型 Caspase 家族家族 A凋亡誘導(dǎo)因素凋亡誘導(dǎo)因素受體或直接作用受體或直接作用死亡信號(hào)死亡信號(hào)凋亡相關(guān)基因激活凋亡相關(guān)基因激活DNaseDNase激活激活CaspasesCaspases激活激活巨噬巨噬細(xì)胞細(xì)胞吞噬吞噬分解分解凋亡凋亡細(xì)胞細(xì)胞 或或繼發(fā)性壞死繼發(fā)性壞死誘導(dǎo)期誘導(dǎo)期執(zhí)行期執(zhí)行期消亡期消亡期細(xì)胞凋亡的分期細(xì)胞凋亡的分期信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡誘凋亡誘導(dǎo)因素導(dǎo)因素受體受體cAMPCa2+神經(jīng)酰胺神經(jīng)酰胺（第二信使）（第二信使）胞內(nèi)信胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑途徑啟動(dòng)預(yù)定啟動(dòng)預(yù)定凋亡程序凋亡程序凋亡相關(guān)凋亡相關(guān)基因激活酶基因激活酶合成合成核酸內(nèi)切酶激活核酸內(nèi)切酶激活CaspasesCa

7、spases激活激活DNADNA切割切割細(xì)胞解體細(xì)胞解體凋凋亡亡基因激活基因激活執(zhí)行凋亡執(zhí)行凋亡清除清除細(xì)胞凋亡過(guò)程細(xì)胞凋亡過(guò)程2 2、病理性凋亡信號(hào)：、病理性凋亡信號(hào)：有害因素種類(lèi)、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間有關(guān)有害因素種類(lèi)、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間有關(guān)n氧化應(yīng)激的作用：氧化應(yīng)激的作用：羥自由基、活性氧羥自由基、活性氧n死亡受體的激活：死亡受體的激活：TNFTNF受體基因超家族，膜蛋白受體基因超家族，膜蛋白+ +配體配體 凋亡凋亡n線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)和功能的變化：線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)和功能的變化：通透性轉(zhuǎn)換孔通透性轉(zhuǎn)換孔 線(xiàn)粒體膜電位線(xiàn)粒體膜電位n鈣穩(wěn)態(tài)失衡：鈣穩(wěn)態(tài)失衡：蛋白、磷脂、核酸內(nèi)切酶蛋白、磷脂、核酸內(nèi)切酶 激活子激活子(

8、二二) 細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)1 1死亡受體通路死亡受體通路死亡受體死亡受體 TNFR、Fas、DR3、DR4、DR5等是一類(lèi)通過(guò)等是一類(lèi)通過(guò)與相應(yīng)配體與相應(yīng)配體結(jié)合，傳遞細(xì)胞結(jié)合，傳遞細(xì)胞凋亡凋亡信號(hào)信號(hào)的的細(xì)胞膜蛋白細(xì)胞膜蛋白。通路（通路（pathway） 由胞外由胞外TNF超家族的超家族的死死亡配體亡配體引發(fā)引發(fā)（TNF-a、FasL、TWEAK、TRAIL）TRAIL: TNF-related apoptosis inducing ligand 腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體 TWEAK : tumor necrosis factor-like

9、weak inducer of apoptosis 腫瘤壞死因子樣弱凋亡因子腫瘤壞死因子樣弱凋亡因子死亡受體介導(dǎo)的凋亡通路死亡受體介導(dǎo)的凋亡通路銜接蛋白銜接蛋白死亡效應(yīng)域死亡效應(yīng)域 DED死亡受體介導(dǎo)的通路死亡受體介導(dǎo)的通路CD95LCD95(Fas/APO-1)-ligand銜接蛋白銜接蛋白 死亡效應(yīng)域死亡效應(yīng)域 DED death effector domainc-FLIP: cellular Fas-associated death domain-like IL-1 beta-converting enzyme inhibitory proteinDeath receptor pathw

10、ayCAD: caspase激活的脫氧核糖核酸酶激活的脫氧核糖核酸酶+ 神經(jīng)酰胺神經(jīng)酰胺 24hPC12 cell大鼠腎上腺大鼠腎上腺嗜鉻細(xì)胞瘤嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞細(xì)胞 死亡細(xì)胞的核碎片死亡細(xì)胞的核碎片神經(jīng)細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞 +NGF 去除去除 NGF誘導(dǎo)因素誘導(dǎo)因素凋亡啟動(dòng)因子釋出凋亡啟動(dòng)因子釋出（細(xì)胞色素（細(xì)胞色素C，Apaf，AIF）跨膜電位跨膜電位（ mm）PTP開(kāi)放開(kāi)放通透性通透性線(xiàn)粒體損傷線(xiàn)粒體損傷PTP-permeability transition pore 通透性轉(zhuǎn)換孔通透性轉(zhuǎn)換孔Apaf-apoptosis protease activating factor 凋亡蛋白酶激活因子凋亡蛋

11、白酶激活因子Cyt.C-cytochrome C 細(xì)胞色素細(xì)胞色素CAIF- apoptosis inducing factor 凋亡誘導(dǎo)因子凋亡誘導(dǎo)因子DNA 斷裂斷裂核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶(激活激活)核酸內(nèi)切酶核酸內(nèi)切酶(無(wú)活性無(wú)活性)(+)Caspase inhibitor (-)AIF(+)蛋白質(zhì)水解蛋白質(zhì)水解APOPTOSISBcl-2(-)(-)(-)2+IschemiaHypoxiaROSMtmPTPApaf + Cyt.CCaspase-9 酶原酶原Caspase-9Caspase-3 酶原酶原Caspase-3(+)(+) 線(xiàn)粒體損傷介導(dǎo)的凋亡通路線(xiàn)粒體損傷介導(dǎo)的凋亡通路3.內(nèi)

12、質(zhì)網(wǎng)通路內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通路(endoplasmic reticulumial pathway)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激感受蛋白應(yīng)激感受蛋白第一個(gè)被確認(rèn)的抑制凋亡基因第一個(gè)被確認(rèn)的抑制凋亡基因v229aa構(gòu)成（鼠構(gòu)成（鼠236）v分布在線(xiàn)粒體內(nèi)膜，細(xì)胞內(nèi)膜表面等處分布在線(xiàn)粒體內(nèi)膜，細(xì)胞內(nèi)膜表面等處 Bcl-2B細(xì)胞淋巴瘤細(xì)胞淋巴瘤/白血病白血病-2基因基因(Bcelllymphoma/leukemia-2,Bcl-2)P53 野生型誘導(dǎo)凋亡野生型誘導(dǎo)凋亡DNA損傷損傷P53CIP(-)G1SDNA修復(fù)修復(fù)apoptosisFasFasLBax Bcl-2vCIP-cyclin dependent kinase

13、interacting protien-1增殖增殖凋亡凋亡磷脂酰絲氨酸外翻磷脂酰絲氨酸外翻細(xì)胞凋亡與疾病細(xì)胞凋亡與疾病已知的凋亡相關(guān)性疾病已知的凋亡相關(guān)性疾病腫瘤、自身免疫性疾病、腫瘤、自身免疫性疾病、病毒感染等病毒感染等Bcl-2Bcl-2表達(dá)表達(dá)P53P53突變或缺失突變或缺失發(fā)生發(fā)生發(fā)展發(fā)展轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移增殖強(qiáng)；凋亡弱增殖強(qiáng)；凋亡弱增殖不強(qiáng)；但凋亡減弱增殖不強(qiáng)；但凋亡減弱凋亡反應(yīng)低下減弱凋亡反應(yīng)低下減弱治療：誘導(dǎo)分化，促使凋亡治療：誘導(dǎo)分化，促使凋亡從發(fā)病學(xué)上，細(xì)胞凋亡實(shí)際是機(jī)體天然的抗癌機(jī)制之一。從發(fā)病學(xué)上，細(xì)胞凋亡實(shí)際是機(jī)體天然的抗癌機(jī)制之一。T cell產(chǎn)生針對(duì)自身成分的致敏產(chǎn)生針對(duì)自身

14、成分的致敏T T細(xì)胞或自身抗體細(xì)胞或自身抗體Systemic lupus erythematosus, SLE系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者存在系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者存在凋亡產(chǎn)物清除障礙凋亡產(chǎn)物清除障礙，未被及時(shí)清除的凋亡小體未被及時(shí)清除的凋亡小體釋放出核小體釋放出核小體，從而刺激機(jī)體產(chǎn)生相應(yīng)的從而刺激機(jī)體產(chǎn)生相應(yīng)的自身抗體自身抗體，誘發(fā)自身免疫。誘發(fā)自身免疫。 AIDS、神經(jīng)退行性疾病、神經(jīng)退行性疾病、心肌缺血心肌缺血/ /再灌注損傷再灌注損傷合胞體合胞體AICD效靶效應(yīng)效靶效應(yīng)HIVApoptosis bodySignal substance細(xì)胞水平細(xì)胞水平CD4+CD4+2Rgp120-Fas-RTNF

15、M OFRTat受體、分子水平受體、分子水平Host cellCD4+cell Fas凋亡指數(shù)凋亡指數(shù)( (凋亡細(xì)胞核數(shù)凋亡細(xì)胞核數(shù) / / 每每100100個(gè)細(xì)胞核個(gè)細(xì)胞核) )心衰時(shí)心衰時(shí): : 達(dá)達(dá)35.535.5 ( N: 0.20.4% )( N: 0.20.4% )本章目的要求1. 1. 掌握細(xì)胞凋亡的相關(guān)概念。掌握細(xì)胞凋亡的相關(guān)概念。2. 2. 掌握細(xì)胞凋亡的過(guò)程、生化改變、調(diào)控。掌握細(xì)胞凋亡的過(guò)程、生化改變、調(diào)控。3. 3. 熟悉細(xì)胞凋亡調(diào)控異常與疾病。熟悉細(xì)胞凋亡調(diào)控異常與疾病。概概 述述Morphological features of Morphological features of apoptosisapoptosisMembrane blebbingH1核心顆粒核心顆粒連接區(qū)連接區(qū)180-200 bp內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶2+2+ 2+(二二) 細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)1 1死亡受體通路死亡受體通路死亡受體死亡受體 TNFR、Fas、DR3、DR4、DR5等是一類(lèi)通過(guò)等是一類(lèi)通過(guò)與相應(yīng)配體與相應(yīng)配體結(jié)合，傳遞細(xì)胞結(jié)合，傳遞細(xì)胞凋亡凋亡信號(hào)信號(hào)的的細(xì)胞膜蛋白細(xì)胞膜蛋白。通路（通路（pathway） 由胞外由胞外TNF超家族的超家族的死死亡配體亡配體引發(fā)引發(fā)（