醫(yī)學(xué)精品課件細(xì)胞凋亡和細(xì)胞自噬2014

1、 史 娟醫(yī)科院基礎(chǔ)所 新科研樓607E-mail: shijuantt細(xì)胞凋亡和細(xì)胞自噬2021/7/16 星期五12021/7/16 星期五2Outline1. History of apoptosis research2. Characterization of apoptosis3. Physiological Significances4. Apoptosis Signaling Pathways5. Regulation of Apoptosis6. Apoptosis and Autophagy2021/7/16 星期五3第一節(jié) 凋亡的研究歷史1842 Carl Voget Ini

2、tial observation that cell death in part of normal development1972 Kerr, Wyllie and Currie- - introduced term apoptosis to describe cell death with a set of common morphological features - Cell deletion was controlled under physiological conditions in adults - Deregulation could lead to many disease

3、s - Morphologically identical to developmental CD and distinct from accidental cell death2021/7/16 星期五41980 Wyllie Biochemical changes in apoptotic morphology: - DNA fragmentation -Requires expression of death genes1988 Bcl-2 was found to be anti-apoptotic1991 ced genes were identified in C. elegan1

4、992 Fas/APO-1/CD95 was identified1993 A role of p53 in regulation of apoptosis was described Fas ligand was identified ICE was found to be homolog of ced-3 in mammalian IAPs were identified1994 The role of mitochondria during apoptosis1996 The role of caspases during apoptosis Release of cytochrome

5、c from mitochondria during apoptosis was discovered1997 Apafs were identified 2021/7/16 星期五5 Nobel Prize 2002 in Physiology and Medicine Sydney Brenner John E. Sulston Robert H. Horvitz for their discoveries concerninggenetic regulation of organ development and programmed cell death2021/7/16 星期五6“Ge

6、netic control of programmed cell death in the nematode Caenorhabditis elegans”“You can observe a lot by watching.” Y. Berra2021/7/16 星期五7第二節(jié) 凋亡細(xì)胞的特征 2021/7/16 星期五8凋亡(apoptosis)的形態(tài)學(xué)特征為染色質(zhì)凝集、邊緣化，細(xì)胞皺縮，細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)的磷脂酰絲氨酸外翻，細(xì)胞出泡形成凋亡小體。細(xì)胞凋亡受到一系列相關(guān)基因的嚴(yán)格調(diào)控。程序性細(xì)胞死亡（programmed cell death，PCD），即是指細(xì)胞在一定的生理或病理?xiàng)l件下，遵循自身

7、的程序，主動(dòng)結(jié)束其生命的過程，這種死亡由基因決定的。大多數(shù)程序性細(xì)胞死亡，呈現(xiàn)細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)特征。2021/7/16 星期五9NecrosisApoptosis2021/7/16 星期五10細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死在形態(tài)上的主要區(qū)別 細(xì)胞凋亡 細(xì)胞壞死發(fā)生條件 多為生理性 病理性（偶然刺激） 單個(gè)細(xì)胞丟失 成群細(xì)胞死亡細(xì)胞膜 發(fā)泡，完整 破裂，不完整細(xì)胞器 結(jié)構(gòu)保留 破壞細(xì)胞核 核凝集斷裂 核破碎溶解 染色質(zhì)均一濃縮細(xì)胞 皺縮形成凋亡小體 細(xì)胞膨脹而溶解 被鄰近正常和巨噬細(xì)胞吞噬 殘余碎片被巨噬細(xì)胞吞噬炎癥反應(yīng) 無，不釋放內(nèi)容物 有，釋放內(nèi)容物2021/7/16 星期五11細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死在生物

8、化學(xué)方面的主要區(qū)別 細(xì)胞凋亡 細(xì)胞壞死基因調(diào)節(jié) 由凋亡相關(guān)基因調(diào)控 與基因調(diào)控?zé)o關(guān)發(fā)生條件 多為生理性 病理性（偶然刺激） 能量 需要能量 不需要能量新的基因轉(zhuǎn)錄 有 無大分子合成 需要 不需要Caspase 依賴性 不依賴DNA 降解為180-200bp DNA隨機(jī)性降解成為任意 的整數(shù)倍的DNA Ladder 長(zhǎng)度的片段細(xì)胞膜 磷脂酰絲氨酸外翻2021/7/16 星期五12Morphology of Apoptotic Cell2021/7/16 星期五13ApoptosisNecrosisApoptosis VS. Necrosis2021/7/16 星期五142021/7/16 星期五

9、15第三節(jié) 細(xì)胞凋亡的生理學(xué) 病理學(xué)意義 2021/7/16 星期五16保證個(gè)體正常發(fā)育：蝌蚪成蛙、昆蟲蛻變、淋巴細(xì)胞陽性和陰性選擇、表皮和指（趾）甲的形成等。維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定：清除衰老細(xì)胞、DNA損傷的細(xì)胞等。如果機(jī)體對(duì)受損、突變或者衰老的細(xì)胞不能及時(shí)清除話，就會(huì)干擾內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。防御功能：清除被病原體感染的細(xì)胞等。生理學(xué)意義2021/7/16 星期五17保證個(gè)體正常發(fā)育：蝌蚪成蛙、昆蟲蛻變、淋巴細(xì)胞陽性和陰性選擇、表皮和指（趾）甲的形成等。2021/7/16 星期五18 Sculpting the digits in the developing mouse paw by apoptosis.

10、 Tissue remodeling. 2021/7/16 星期五19脊椎動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育2021/7/16 星期五20CTL殺傷靶細(xì)胞。2021/7/16 星期五21免疫細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡:95%的細(xì)胞凋亡 胸腺細(xì)胞成熟過程中的凋亡 陽性選擇 陰性選擇激活誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡：（activation-induced cell death，AICD）CTL誘導(dǎo)靶細(xì)胞的凋亡： 穿孔素介導(dǎo)的靶細(xì)胞凋亡 Fas介導(dǎo)的靶細(xì)胞凋亡 2021/7/16 星期五22lymphoid progenitor (CLP)double negative (DN)double positive (DP)Apoptosis

11、 and survival during T lymphocyte development2021/7/16 星期五23Apoptosis and survival during B lymphocyte development2021/7/16 星期五24物理因素：X-射線、熱休克等；化學(xué)因素：過氧化氫、乙醇、8氯腺苷、氨 甲蝶呤、苯丁酸氮芥、三尖杉酯堿等；生物因素：某些細(xì)胞因子表達(dá)水平變化、蛋白分 子的激活、修飾、降解或構(gòu)象改變、 活性氧的產(chǎn)生等。Apoptosis Inducers2021/7/16 星期五25 病原體侵染；誘導(dǎo)凋亡HIV抑制凋亡Poxvirus細(xì)胞凋亡不足腫瘤，自身免疫

12、疾??；細(xì)胞凋亡過度神經(jīng)退行性疾?。ˋD，帕金森癥）、心肌梗塞、 再生障礙性貧血、骨組織壞死。病理學(xué)意義2021/7/16 星期五26HIV infection causes apoptosis2021/7/16 星期五27接受凋亡信號(hào)蛋白水解酶（caspases）的活化凋亡的級(jí)聯(lián)反應(yīng)凋亡調(diào)控分子間的相互作用第四節(jié) 細(xì)胞凋亡的信號(hào)傳遞2021/7/16 星期五28細(xì)胞外部刺激信號(hào)介導(dǎo)的死亡受體信號(hào)傳遞途徑(extrinsic)細(xì)胞內(nèi)部的信號(hào)傳遞途徑 (intrinsic or mitochondrial) 2021/7/16 星期五29連接分子（ adaptor）：具有一些特殊的功能結(jié)構(gòu)域，如

13、DD、DED、CARD等，同種結(jié)構(gòu)域間具有相互結(jié)合的傾向2021/7/16 星期五30The TNF and TNFR superfamiliesAggarwal BB。Nat Rev Immunol. 2003，3(9):745-562021/7/16 星期五31CRD：Cys-rich repeats extracellular DD： death domain cytoplasmic essential2021/7/16 星期五322021/7/16 星期五33Structure of Death Receptors胞外區(qū)結(jié)構(gòu)相似，有多個(gè)富含半胱氨酸保守序列；胞內(nèi)區(qū)均有特殊死亡功能區(qū)（約

14、90個(gè)氨基酸殘基組成的基序, death domain, DD）；死亡功能區(qū)無任何酶活性，但可與具有相似死亡結(jié)構(gòu)域的蛋白結(jié)合。2021/7/16 星期五34Mechanisms of TRAIL Functioning Two functional death receptors (DR4/DR5) Three decoy receptors (DcR1, DcR2 & OPG) Homotrimer； Capase cascade2021/7/16 星期五35APP binds DR6 to trigger axon degenerationand neuron death via dist

15、inct caspasesNikolaev A, et al. Nature. 2009;457(7232):981-9.2021/7/16 星期五36Caspase 1 ICECaspase 2 ICH-1/Nedd-2Caspase 3 CPP32/YamaCaspase 4 TX ICH-2 ICErel IICaspase 5 ICErel III TyCaspase 6 Mch-2Caspase 7 Mch-3Caspase 8 MACH FLICE Mch-5Caspase 9 ICE/LAP6 Mch-6Caspase 10 Mch-4 FLICE-2Caspase 11 ICH

16、3Caspase 12 ER apoptosis-specificCaspase 13 ERICECaspase 14 MICECaspase 15Caspase 16Caspase 17Caspase 18Caspases: cysteine aspartic acid specific protease “C” = cysteine, “asp” = cleave after Asp; family of proteases with similar amino acid sequence, structure, substrate specificity2021/7/16 星期五37根據(jù)

17、Caspase 家族成員之間大小亞單位的同源性, 可將他們分為3 組: 炎癥組（inflammatory mediators）:Caspase1,4,5,12,13,14 凋亡起始組（apoptotic initiators）：Caspase2,8,9,10 凋亡效應(yīng)組（apoptotic executioners）：Caspase3,6,7DED: death effector domainCARD: caspase recruitment domain 2021/7/16 星期五38Structure and Function of CaspasesDED: death effector

18、domainsCARD: caspase recruitment domains2021/7/16 星期五39 Caspases are produced as zymogensLavrik IN, J Clin Invest. 2005;115:2665-722021/7/16 星期五40Scheme of procaspase-8 processing at the CD95 DISC Lavrik IN, J Clin Invest. 2005;115:2665-722021/7/16 星期五41Mechanisms of Caspase Activation自活化(autoactiva

19、tion)是指部分Caspase 酶原具有在高濃度或局部高濃度時(shí)形成寡聚復(fù)合體可自身激活自身的特性。主要為凋亡起始組成員,。轉(zhuǎn)活化（transactivation）是已激活的起始Caspase 激活其它Caspase 酶原的方式。非Caspase 蛋白酶活化是Caspase 酶原激活的另一方式。例如Granzyme B。2021/7/16 星期五42Activation model of caspases2021/7/16 星期五43How caspases kill ICAD&CAD(the inhibitor of Caspase- activated DNase) Lamins, cau

20、sing lamina to collapse and contributing to chromatin condensation. Cytoskeletons, cell junctions Deregulation of protein activity2021/7/16 星期五442021/7/16 星期五452021/7/16 星期五46Regulation of Caspases Gene expression Phosphorylation, nitrosylation a. Inactivation of human caspase-9 by Akt; b. Direct in

21、hibition of caspase activity through active site nitrosylation Bcl-2 protein family: pro- vs. anti-; Caspase inhibitors: a.痘苗病毒CrmA and p35; b. FLIPs; c. IAPs2021/7/16 星期五47Dual Functions of Caspase-8Expression and phosphorylation state of caspase-8 in tumors: prognostic marker or to pharmacological

22、ly stimulate caspase-8 processing for tumor therapyFrisch SM Cancer Res 2008; 68:4491-32021/7/16 星期五48Signal Transduction by death receptorsAshkenazi A. Nat Rev Cancer. 2002;2(6):420-302021/7/16 星期五49Immunol Cell Biol (2006) 84, 87982021/7/16 星期五50 Intrinsic Signaling Pathway Activation requires: -

23、Cytochrome c release - ATP/dATP - Apaf-1 - Cyt c/Apaf-1/procaspase- 9/ATP(dATP) apoptosome - Caspase-9 activation Extrinsic Signaling Pathway Activation requires: - death receptor - adaptor proteins(FADD/ TRADD) - DISC (death-inducing signaling complex ) - Caspase-8/10 activation2021/7/16 星期五51Centr

24、al role of mitochondria in apoptosis- 線粒體跨膜通道 (permeability transition pore , PT孔) 的開放- 線粒體跨膜電位下降，Cyt c 釋放- Cyt c/Apaf-1/procaspase- 9/dATP apoptosome- Caspase級(jí)聯(lián)- Smac釋放2021/7/16 星期五52Structure of Apaf-1Apaf-1: apoptotic protease activating factor-1 2021/7/16 星期五532021/7/16 星期五54Inflammasome in infl

25、ammation2021/7/16 星期五552021/7/16 星期五56Finkel, Science. 2001; 292(5517):624-626. 線粒體PT孔主要由位于內(nèi)膜的腺苷轉(zhuǎn)位因子ANT和位于外膜的電壓依賴性陰離子通道VDAC等蛋白所組成，PT孔開放會(huì)引起線粒體跨膜電位下降和cyt c、凋亡因子AIF等釋放。Bcl-2家族蛋白對(duì)于PT孔的開放和關(guān)閉起關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，促凋亡蛋白Bax等可以通過與ANT或VDAC的結(jié)合介導(dǎo)PT孔的開放，而抗凋亡類蛋白如Bcl-2、Bcl-xL等則可通過與Bax競(jìng)爭(zhēng)性地與ANT結(jié)合，或者直接阻止Bax與ANT、VDAC的結(jié)合來發(fā)揮其抗凋亡效應(yīng)。2

26、021/7/16 星期五57Synergism between extrinsic and intrinsic death pathways by caspase-processed Bid Cross-talk and integration between death-receptor and mitochondrial pathwaysUnder some conditions cross-talk is minimalthe two pathways operate independentlyCaspase processing of Bid induces translocation

27、 of processed Bid to mito, where it promotes cytochrome c releaseHengartner, Nature 407: 770, 20002021/7/16 星期五582021/7/16 星期五59Stefan J. Riedl Nature Reviews Molecular Cell Biology 5, 897-907Pathways to cell death in C.elegans, Fruitflies and mammals 2021/7/16 星期五60Bcl-2基因家族IAP家族FLIP家族其他：HSP、NF-kBP

28、53第五節(jié) 細(xì)胞凋亡的基因表達(dá)調(diào)控2021/7/16 星期五612021/7/16 星期五62Apoptosis Regulators in Bcl-2 Family2021/7/16 星期五63Bcl-2亞家族：抑制細(xì)胞凋亡的發(fā)生，結(jié)構(gòu)上擁有保守的BH1BH4的結(jié)構(gòu)域和跨膜區(qū), BH1與BH2結(jié)構(gòu)域是抗凋亡蛋白必備的結(jié)構(gòu)域，同時(shí)在同源或異源性二聚體和離子通道 的形成中發(fā)揮重要的作用，主要包括Bcl-2、Bcl-XL、Bcl-W和Mcl-1等；Bax亞家族：促進(jìn)細(xì)胞凋亡，結(jié)構(gòu)上缺乏BH4結(jié)構(gòu)域，只含BH1BH3和跨膜區(qū)，包括 Bax、Bak、Bok；BH3亞家族：促進(jìn)細(xì)胞凋亡，結(jié)構(gòu)上僅具有1個(gè)

29、保守的BH3同源結(jié)構(gòu)域，主要包括Bad、 Bim、Bid和Bik等。Structure and Function of Bcl-2 Family ProteinsValentijn AJ, Biochem Soc Trans. 2004;32(Pt3):421-52021/7/16 星期五64Bcl-2 family-mediated apoptosisAntiapoptotic members: BCL-2, BCL-XL, A1, MCL-1, etc.Proapoptotics: BID, BAD, BIM, BIK, BMF, NOXA, PUMA, etc.2021/7/16 星期五

30、65Models for interaction between BH3-only proteins, BAX/BAK-like proteins and pro-survival BCL-2-family members in signalling in apoptosis.Strasser A.Nat Rev Immunol. 2005;5(3):189-200. 2021/7/16 星期五66Small molecules convert anti-death factors into pro-death factorsnature chemical biology 2008 12(4)

31、:7222021/7/16 星期五672021/7/16 星期五68Inhibitors of apoptosis proteins (IAPs)IAP (XIAP, c-IAP-1, c-IAP-2, Survivin, Livin): to bind with pro-caspase and inhibit the activation of caspases;IAP inhibitors：Smac/DIABLO (second mitochondria-derived activator of caspase/direct IAP-binding protein with low pH)

32、, to bind with IAPs and activate caspase-9Omi/HtrA22021/7/16 星期五69Structure of BIR domain-containing IAPsRiedl SJ, Nat Rev Mol Cell Biol. 2004;5(11):897-907. BIR一般由80個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成,全稱為桿狀病毒IAP重復(fù)序列( baculoviral IAP repeat),為IAP 抑制細(xì)胞凋亡所必需的，也是所有IAP家族蛋白共有的結(jié)構(gòu)域。事實(shí)上含BIR結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)在許多真核生物中都可以見到，但并不是所有含BIR結(jié)構(gòu)域的蛋白都能夠抑制凋亡

33、。 RING結(jié)構(gòu)是存在于部分IAP蛋白羧基末端的鋅指樣結(jié)構(gòu)單元。這種鋅指樣結(jié)構(gòu)具泛素酶活性,能夠促進(jìn)caspase的降解,參與凋亡抑制作用。 少數(shù)IAP分子存在CARD結(jié)構(gòu),是位于IAP分子BIR結(jié)構(gòu)和鋅指結(jié)構(gòu)之間的一段序列,目前尚未證明CARD結(jié)構(gòu)與抑制凋亡有關(guān)。2021/7/16 星期五70Molecular mechanism of IAP-mediated inhibition of effector caspases.Reial SJ et al., Nat Rev Mol Cell Biol. 2004 Nov;5(11):897-907. 2021/7/16 星期五71the M

34、ultiple mechanisms of IAPsJesenberger V, Nat Rev Mol Cell Biol. 2002;3(2):112-21 2021/7/16 星期五72Krammer PH, Nat Rev Immunol. 2007;7(7):532-42. Structure of cFLIP (FLICE inhibitor protein) familyDED domain 2021/7/16 星期五73Regulation of NF-kB activation by cFLIP 2021/7/16 星期五74Mathew R, Clin Cancer Res

35、. 2006;12(12):3648-51.2021/7/16 星期五75Regulation of NF-kB on cell survival and apoptosis2021/7/16 星期五76熱激蛋白(heat shock protein，HSP) 除參與細(xì)胞內(nèi)一些重要蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象、穩(wěn)定性及激酶活性調(diào)節(jié)之外，HSP另一重要生理功能是對(duì)應(yīng)激狀態(tài)下的細(xì)胞提供保護(hù)。近年來的研究證實(shí)HSP蛋白家族的重要成員如HSP90、HSP70及HSP27等可以直接作用于細(xì)胞的抗凋亡機(jī)制2021/7/16 星期五77J Clin Invest. 2005;115(10):26332639.HSP a

36、nd apoptosis2021/7/16 星期五78P53 & apoptosisp53主要功能是監(jiān)視細(xì)胞基因組DNA的完整性。 如有損傷，p53可以感知這些損傷，可以促使細(xì)胞停留在G1 期，進(jìn)行DNA損傷修復(fù)，避免錯(cuò)誤DNA的進(jìn)一步復(fù)制。同時(shí)， p53可以促進(jìn)DNA修復(fù)蛋白的轉(zhuǎn)錄合成，從而促進(jìn)細(xì)胞對(duì)DNA損 傷進(jìn)行修復(fù)，確保遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性。 一旦這種修復(fù)無法完成，p53將促進(jìn)一系列凋亡相關(guān)蛋白的表 達(dá)，例如Bax、PUMA、Noxa、Fas,從而有效的誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡， 清除受損的細(xì)胞，防止細(xì)胞癌化2021/7/16 星期五79A model for p53 regulation 2021/

37、7/16 星期五802021/7/16 星期五81association of TP53 mutations and clinical outcome in selected cancer types2021/7/16 星期五82Selected oncogenic properties of mutant p53 and their underlying mechanisms2021/7/16 星期五83Interplay of the nuclear and cytoplasmic functions of p53 in apoptosis2021/7/16 星期五842021/7/16

38、星期五852021/7/16 星期五86p53 and metabolism. Karen H. Vousden & Kevin M. RyanWhen mutants gain new powers: news from the mutant p53 field. Ran Brosh & Varda RotterTumour suppression by p53: a role for the DNA damage response? David W. MeekThe expanding universe of p53 targets. Daniel Menendez, Alberto In

39、ga & Michael A. Resnickp53 and E2f: partners in life and death. Shirley Polager & Doron GinsbergThe first 30 years of p53: growing ever more complex. Arnold J. Levine & Moshe Orenp53 ancestry: gazing through an evolutionary. lens Wan-Jin Lu, James F. Amatruda & John M. Abrams2021/7/16 星期五87Heiko Her

40、meking, Cancer Cell, 2007,414-8p53 Enters the MicroRNA World2021/7/16 星期五88Suzuki HI, et al. Nature. 2009 Jul 23;460(7254):529-33.Modulation of microRNA processing by p53P53 WT p53-/- after treatment for 8 or 24 h with 0.2 g ml-1 doxorubicin2021/7/16 星期五89Regulation of miRNA biosynthesis by p53Heiko

41、 Hermeking, Nature Reviews Cancer 2012,12,613-6262021/7/16 星期五90Regulation of p53 pathway by miRNA network2021/7/16 星期五91Apoptotic signalling pathways and the involvement of miRNA regulation2021/7/16 星期五922021/7/16 星期五932021/7/16 星期五942021/7/16 星期五95細(xì)胞凋亡的檢測(cè)2021/7/16 星期五96針對(duì)凋亡不同階段特征的檢測(cè)方法 1 早期檢測(cè) PS(磷脂

42、酰絲氨酸)在細(xì)胞外膜上的檢測(cè) 細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)改變的檢測(cè) 細(xì)胞色素C的定位檢測(cè) 線粒體膜電位變化的檢測(cè)2 晚期檢測(cè) TUNEL（Terminal deoxynucleotidyl transferase- mediated dUTP nick-end-labeling） LM-PCR Ladder (連接介導(dǎo)的PCR檢測(cè)) Telemerase Detection (端粒酶檢測(cè)) 3mRNA水平的檢測(cè) 2021/7/16 星期五97針對(duì)不同位置的凋亡特征的檢測(cè)方法 細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)檢測(cè)方法凋亡細(xì)胞的光學(xué)顯微鏡和倒置顯微鏡觀察凋亡細(xì)胞的熒光顯微鏡和共聚焦激光掃描顯微鏡觀察凋亡細(xì)胞的電子顯微鏡觀

43、察細(xì)胞膜相關(guān)凋亡檢測(cè)線粒體相關(guān)凋亡檢測(cè)胞漿蛋白相關(guān)凋亡檢測(cè)Caspase(半胱天冬氨酸酶)活性檢測(cè)凋亡相關(guān)的非Caspase蛋白酶檢測(cè)胞漿其他蛋白活性檢測(cè)細(xì)胞核相關(guān)凋亡檢測(cè)其他2021/7/16 星期五98細(xì)胞凋亡的檢測(cè)方法簡(jiǎn)述 一、細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)檢測(cè) 二、磷脂酰絲氨酸外翻分析（Annexin V法） 三、 DNA片斷化檢測(cè) 四、 TUNEL法 五、 Caspase-3活性的檢測(cè) 六、 WB檢測(cè) 2021/7/16 星期五99Morphology of Apoptotic Cell凋亡誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)人肺癌細(xì)胞株A549發(fā)生凋亡，hoechst 33258染色2021/7/16 星期五100DNA

44、 fragmentation and the appearance of “DNA ladder”2021/7/16 星期五1012021/7/16 星期五10222021/7/16 星期五1032021/7/16 星期五104Apoptotic HeLa cells were stained with FITC-AnnexinV+PI2021/7/16 星期五105Annexin V-FITC FluorescencePI Fluorescence Time course of apoptosis in TF-1 cells cultured in GM-CSF-free medium202

45、1/7/16 星期五1062021/7/16 星期五1072021/7/16 星期五1082021/7/16 星期五1092021/7/16 星期五1102021/7/16 星期五111第六節(jié) 凋亡與自噬2021/7/16 星期五112Various Models of Cell Death2021/7/16 星期五113Classification of cell death according to the nuclear morphology of the dying cellNature Immunology 4, 416 - 423 (2003)2021/7/16 星期五114Cla

46、ssification of cell death according to caspase activationNecrosisCDCD: Apoptosis, Mitotic Catastrophe, Model of Apoptosis-like, Anoikis CICD: Autophagy, Paraptosis, Oncosis, Model of Necrosis-like2021/7/16 星期五115Apoptosis and Autophagy自噬（autophagy）：就其本義而言就是自己吃自己，指細(xì)胞在營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)靠消化自身細(xì)胞器而獲得能量以度過饑荒的行為。然而，在后來

47、的研究中發(fā)現(xiàn)自噬并不只是細(xì)胞的一個(gè)生存策略，同時(shí)也是細(xì)胞死亡的一種方式。如在Parkinsons 和Alzheimers 疾病病變的細(xì)胞中，經(jīng)?？梢钥吹郊?xì)胞自噬的現(xiàn)象。自噬則是利用溶酶體對(duì)細(xì)胞自身體內(nèi)的部分細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器進(jìn)行一系列降解的過程。它的顯著特征是形成大量自體吞噬小泡。自噬過程中的細(xì)胞骨架雖然解聚，但并不像凋亡過程那樣發(fā)生明顯的細(xì)胞骨架降解?！皊elf-killing” “self-eating”2021/7/16 星期五116J Clin Invest. 2005 Oct;115(10):2679-88. 2021/7/16 星期五117 自噬現(xiàn)象最早在哺乳動(dòng)物中的研究是由Ashfo

48、rd和Porten于1962年通過電子顯微鏡在人的肝細(xì)胞中觀察到，但直到1997年日本科學(xué)家Yoshinori Ohsumi小組在酵母菌中發(fā)現(xiàn)自噬相關(guān)基因（autophagy related gene, Atg），對(duì)自噬的研究才有新的進(jìn)展。2021/7/16 星期五118誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生自噬的因素：饑餓、生長(zhǎng)因子缺乏、微生物感染、細(xì)胞器損傷、蛋白質(zhì)折疊錯(cuò)誤或聚集、DNA損傷、放療、化療等等2021/7/16 星期五119自噬的特性：1）自噬是細(xì)胞消化掉自身的一部分，初一看似乎對(duì)細(xì)胞不利。事實(shí)上，細(xì)胞正常情況下很少發(fā)生自噬，除非有誘發(fā)因素的存在。細(xì)胞外的：如外界中的營(yíng)養(yǎng)成分、缺血缺氧、生長(zhǎng)因子的濃度

49、等細(xì)胞內(nèi)的：代謝壓力、衰老或破損的細(xì)胞器、折疊錯(cuò)誤或聚集的蛋白質(zhì)等由于這些因素的經(jīng)常性存在，因此細(xì)胞保持了一種很低的基礎(chǔ)的自噬活性以維持自穩(wěn)。2）自噬過程很快，被誘導(dǎo)后8min即可觀察到自噬體形成，2h后自噬溶酶體基本降解消失。這有利于細(xì)胞快速適應(yīng)惡劣環(huán)境。3）自噬的可誘導(dǎo)特性：表現(xiàn)在2個(gè)方面，第一是自噬相關(guān)蛋白的快速合成，這是準(zhǔn)備階段。第二是自噬體的快速大量形成，這是執(zhí)行階段。4）批量降解：這是與蛋白酶體降解途徑的顯著區(qū)別5）自噬的保守性：由于自噬有利于細(xì)胞的存活，因此無論是物種間、還是各細(xì)胞類型之間，自噬都普遍被保留下來。2021/7/16 星期五1202021/7/16 星期五121Au

50、tophagy pathway and its role in cellular adaptation to nutrient deprivationLevine B, Nature. 2007;446(7137):745-7.2021/7/16 星期五122Regulation of the Autophagic Pathway2021/7/16 星期五123Autophagy in Health and Disease2021/7/16 星期五124自噬和腫瘤雙刃劍與凋亡（在腫瘤細(xì)胞中一般都存在缺限）不同，自噬是被優(yōu)先保留的。自噬基因敲除的動(dòng)物自發(fā)腫瘤增多，相反自噬基因敲除后，增加了化療、

51、放療、免疫治療的敏感性。2021/7/16 星期五125自噬與腫瘤1）腫瘤細(xì)胞本身就具有高代謝的特點(diǎn)，對(duì)營(yíng)養(yǎng)和能量的需求比正常細(xì)胞更高，但腫瘤微環(huán)境往往不能如意，如腫瘤發(fā)生初始期到血管發(fā)生之前、腫瘤長(zhǎng)大發(fā)生血管崩塌時(shí)、腫瘤細(xì)胞脫離原發(fā)灶游走時(shí)等都會(huì)出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)不足或供應(yīng)中斷，而此時(shí)提高自噬活性可以有助于度過這一危機(jī)。2）當(dāng)化療、放療后，腫瘤細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生大量的破損細(xì)胞器、損壞的蛋白質(zhì)等有害成分，而此時(shí)提高自噬活性可及時(shí)清除這些有害物質(zhì)，并提供應(yīng)急的底物和能量為修復(fù)受損DNA贏得時(shí)間和條件。3）由于自噬減少了腫瘤細(xì)胞在代謝應(yīng)激時(shí)發(fā)生壞死的機(jī)會(huì)，而對(duì)于腫瘤細(xì)胞群體而言，需要一部分細(xì)胞發(fā)生壞死，以引發(fā)適度的炎癥（有利于血管的長(zhǎng)入、吸引免疫細(xì)胞分泌生長(zhǎng)因子等）。研究發(fā)現(xiàn)，很多類型的腫瘤在代謝應(yīng)激時(shí)會(huì)“組成性”活化PI3K信號(hào)以抑制自噬。2021/7/16 星期五126對(duì)不同的細(xì)胞，自噬的作用可能不同。相同的細(xì)胞在不同的外部因素作用時(shí)，自噬的作用可能不同。在腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段，自噬的作用可能不同。 腫瘤生長(zhǎng)的早期階段自噬增強(qiáng)，是由于此時(shí)腫瘤的血管化作用不足，癌細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)供給有限，需要通過自噬為自身提供營(yíng)養(yǎng)。 腫瘤進(jìn)入發(fā)展階段后基因變異積累，使包括 Beclin 1在內(nèi)的眾多抑癌基因失活，自噬活力降低。對(duì)單個(gè)細(xì)胞和對(duì)整個(gè)腫瘤阻滯的作用可能不同。自噬功能不全的細(xì)胞易于壞死，但是壞死組織產(chǎn)生的細(xì)胞因