細(xì)胞凋亡與疾病教案

教案動(dòng)胞內(nèi)預(yù)存的死亡程序，而發(fā)生的受基因調(diào)控的、耗能的、主動(dòng)的細(xì)胞死亡形式。引致細(xì)胞凋亡的因素很多，如理化學(xué)因素、生物因素、炎癥介質(zhì)，甚至是生長(zhǎng)因子或激素的撤退等。細(xì)胞凋亡過(guò)程分為：凋亡信號(hào)的承受、胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、凋亡基因激活、細(xì)胞凋亡的執(zhí)行和凋亡細(xì)胞的去除等階段。本章介紹了細(xì)胞凋亡的生理/病理意義；主要的誘導(dǎo)劑與抑制劑，凋亡的形態(tài)、生化轉(zhuǎn)變及其發(fā)生氣制；此外，還介紹了凋亡相關(guān)疾病及其發(fā)生氣制。第一節(jié)概 述一、凋亡概念及生理、病理學(xué)意義概念體內(nèi)外因素觸發(fā)胞內(nèi)預(yù)存死亡程序，而導(dǎo)致的細(xì)胞死亡過(guò)程，稱為細(xì)胞凋亡(apoptosis)，又稱程序性細(xì)胞死亡(programmedcelldeath,PCD凋亡與PCD是兩個(gè)不同的概念。前者是形態(tài)學(xué)概念〔如染色質(zhì)邊集,DNA梯狀條帶等〕；后者是功能性概念。生理/病理學(xué)意義――－防范功能：細(xì)胞有序凋亡，在胚胎發(fā)生、發(fā)育、成熟過(guò)程中，發(fā)揮重要作用；準(zhǔn)時(shí)去除受損、突變、年輕細(xì)胞及無(wú)功能細(xì)胞，進(jìn)展體細(xì)胞數(shù)量的平衡調(diào)整，維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定；細(xì)胞受內(nèi)外環(huán)境因素作用而發(fā)生細(xì)胞損傷/使這些細(xì)胞發(fā)生凋亡，有利于防止自身免疫性疾病或腫瘤的發(fā)生?！?〕凋亡過(guò)程失調(diào)，可使生物體內(nèi)環(huán)境紊亂，成為多種疾病的根源。細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的比較細(xì)胞壞死 細(xì)胞凋亡性質(zhì)

ATP

弱刺激，非隨機(jī)發(fā)生主動(dòng)過(guò)程，有蛋白合成，耗ATP形態(tài)變化 細(xì)胞腫脹,細(xì)胞構(gòu)造全面 細(xì)胞器相對(duì)完整,細(xì)胞皺溶解、破壞 縮，核固縮DNA電泳 DNA彌散性降解電泳呈DNA片段化，電泳呈“梯”狀條片狀 帶炎癥反響 裂開(kāi)，局部炎癥反溶酶體相對(duì)完整，局部無(wú)炎癥應(yīng) 反響

無(wú) 有無(wú) 有一.細(xì)胞凋亡過(guò)程凋亡誘導(dǎo)因素作用于細(xì)胞，到細(xì)胞凋亡，分四階段：凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)〔如：Ca2+、cAMP、神經(jīng)酰胺等〕，再經(jīng)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，激活后續(xù)凋亡程序。凋亡基因激活需酶類及其相關(guān)物質(zhì)。凋亡的執(zhí)行細(xì)胞凋亡的主要執(zhí)行者，是核酸內(nèi)切酶和Caspases。前者破壞細(xì)胞生命活動(dòng)所必需的指令；后者導(dǎo)致細(xì)胞構(gòu)造的去組裝。凋亡細(xì)胞的去除凋亡細(xì)胞，可被鄰近的吞噬細(xì)胞或其他細(xì)胞所吞噬。二.凋亡細(xì)胞的主要變化形態(tài)學(xué)轉(zhuǎn)變胞漿脫水，胞膜空泡化；核固縮：胞體縮??；出芽：指內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張并與胞膜融合，在胞膜外表形成芽狀突起；染色質(zhì)邊集：凋亡晚期，染色質(zhì)高度濃縮融合成團(tuán)，呈月形或馬蹄形分布于核膜周邊；凋亡小體形成：凋亡細(xì)胞的特征性形態(tài)學(xué)轉(zhuǎn)變。此時(shí)，胞膜皺縮內(nèi)陷，分割包裹胞內(nèi)〔包括胞核和胞漿〕諸種組分，形成泡狀小體。電鏡顯示：其由透亮空泡和不透光的濃密的核碎片兩局部組成。小體形成后，迅即被部近細(xì)胞吞噬、消化。凋亡過(guò)程中，無(wú)細(xì)胞內(nèi)容物的外漏，因而沒(méi)有局部炎癥反響。生化轉(zhuǎn)變〔1〕內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶激活該酶正常狀況下以無(wú)活性形式，存在于胞核內(nèi)。胞內(nèi)凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)激活后，Ca2+/Mg2+增加其活性，而Zn2+則抑制其活性。該酶可作用于染色質(zhì)DNADNADNA的片段化在內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶作用下，DNA斷裂形成180-200bp或其整倍數(shù)的片段。這些片段在瓊脂糖凝膠電泳中，呈特征性的“梯”狀條帶圖譜，是推斷細(xì)胞凋亡發(fā)生的指標(biāo)之一。凋亡蛋白酶(caspases)的激活凋亡蛋白酶，是一組對(duì)底物天冬氨酸有特異水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶。細(xì)胞凋亡中，其主要作用是：滅活細(xì)胞凋亡抑制物；水解細(xì)胞的蛋白質(zhì)構(gòu)造，導(dǎo)致細(xì)胞解體，形成凋亡小體；凋亡級(jí)聯(lián)反響中，水解相關(guān)活性蛋白，使該蛋白獲得或喪失某種生物學(xué)功能。三.細(xì)胞凋亡的調(diào)控〔一〕細(xì)胞凋亡相關(guān)因素分為誘導(dǎo)性因素和抑制性因素兩類：誘導(dǎo)性因素：皮質(zhì)激素或生長(zhǎng)因子過(guò)多；理化因素如抗癌藥物、射線、高溫等；免疫性因素，如細(xì)胞毒T抑制性因素：某些激素(ACTH、睪丸酮、雌激素〕或細(xì)胞因子(IL-2,神經(jīng)生長(zhǎng)因子等〕削減，苯巴比妥、半胱氨酸蛋白酶抑制劑、EB〔二〕細(xì)胞凋亡信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)是連接凋亡誘導(dǎo)因素與核DNA斷裂及細(xì)胞構(gòu)造蛋白降解的一系列中間環(huán)節(jié)。特點(diǎn)有：多樣性：不同種類的細(xì)胞，有不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)；有關(guān)聯(lián)；同一性：不同凋亡誘導(dǎo)因素，可經(jīng)同一信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，觸發(fā)凋亡；多途性：同一凋亡誘導(dǎo)因素，可經(jīng)多信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，觸發(fā)細(xì)胞凋亡?！踩臣?xì)胞凋亡相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)胞內(nèi)Ca2+信號(hào)系統(tǒng)其次信使Ca2+傳遞凋亡信號(hào)。胞內(nèi)[Ca2+]上升，觸發(fā)細(xì)胞調(diào)亡；cAMP/PKA其次信使cAMP,激活cAMP依靠的PKA，使靶蛋白某些氨基酸殘基磷酸化，通過(guò)轉(zhuǎn)變蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；Fas/FasFas蛋白是細(xì)胞膜上的跨膜蛋白。作為膜受體，既可和某些細(xì)胞外表的Fas配體結(jié)合，也可和抗Fas抗體結(jié)合，從而啟動(dòng)細(xì)胞凋亡。機(jī)制Fas配體或抗FasFas使神經(jīng)鞘磷脂酶活性上升，分解神經(jīng)鞘磷脂產(chǎn)生其次信使神經(jīng)酰胺，通過(guò)神經(jīng)酰胺信號(hào)系統(tǒng)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；FasFas可激活I(lǐng)CE樣caspase,使DNA鏈更易被切割；Ca2信號(hào)系統(tǒng)FasCa2+信號(hào)系統(tǒng)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡;神經(jīng)酰胺信號(hào)系統(tǒng)二酰甘油〔DAG〕/蛋白激酶C(PKC)信號(hào)系統(tǒng)PLC作用于磷脂酰肌醇和磷脂酰膽堿產(chǎn)生DAG。DAGPKC的內(nèi)源性激活物，其PKC?1與凋亡有關(guān)。酪氨酸蛋白激酶信號(hào)系統(tǒng)某些GF或細(xì)胞因子與受體結(jié)合后，激活酪氨酸蛋白激酶，使其靶蛋白上的酪氨酸磷酸化而促進(jìn)細(xì)胞分化，負(fù)調(diào)控細(xì)胞凋亡。５.凋亡相關(guān)基因依據(jù)功能分為三類：凋亡抑制基因：主要有Bcl-2等；凋亡促進(jìn)基因：主要有Fas、Bax、P53、ICE等；雙向調(diào)控基因：主要有c-myc等。Bc1-2 是B細(xì)胞淋巴瘤／白血病-2基因的縮寫(xiě)形式，是第一個(gè)被確認(rèn)的抑制Bcl-2蛋白主要分布于細(xì)胞膜內(nèi)外表、線粒體內(nèi)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核膜等處。其主要抗凋亡機(jī)制為：①直接抗氧化；②抑制線粒體促凋亡蛋白質(zhì)的釋放;③抑制促凋亡調(diào)整蛋白Bax、Bak的細(xì)胞毒;④抑制凋亡蛋白酶的激活;⑤維持細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)定作用。P53野生型P53誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；突變型P53P53P53是一種DNAG1功能，負(fù)責(zé)檢查染色體DNA覺(jué)察有缺陷DNA，就刺激CIP的表達(dá)，阻擋細(xì)胞進(jìn)入S期，并啟動(dòng)細(xì)胞修復(fù)機(jī)制；假設(shè)修復(fù)失敗，則啟動(dòng)細(xì)胞調(diào)亡機(jī)制，因此野生型P53被稱為“分子警察”。c-myc,Bcl-x;癌基因c-myc，能雙向誘導(dǎo)/調(diào)整細(xì)胞增殖和凋亡。其功能，取決于激活的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和細(xì)胞外環(huán)境〔GFs〕。Bcl-x可翻譯出兩種蛋白Bcl-xL、Bcl-xs。前者抑制細(xì)胞凋亡；后者促進(jìn)細(xì)胞凋亡。一．氧化損傷氧自由基造成生物大分子氧化損傷，氧化應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。氧自由基引起的DNA損傷，激活P53基因，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；氧自由基引起的DNA損傷，活化聚ADP核糖合成酶，引起NADH/ATP消耗，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；氧自由基引起生物膜脂質(zhì)過(guò)氧化，損傷細(xì)胞膜，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；生物膜脂質(zhì)過(guò)24氧化應(yīng)激，激活Ca2+/Mg2+依靠的核酸內(nèi)切酶，使DNA斷裂；氧化應(yīng)激，引起細(xì)胞膜通透性增加，使Ca2+內(nèi)流增加，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；氧化應(yīng)激，引起線拉體膜通透性增加和膜電位變化，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；活化核轉(zhuǎn)錄因子NF-KB和AP-1，加速細(xì)胞凋亡相關(guān)基因的表達(dá)，誘發(fā)細(xì)胞調(diào)亡。二.鈣穩(wěn)態(tài)失衡鈣穩(wěn)態(tài)失衡的機(jī)制，包括：激活Ca2+/Mg2+依靠的核酸內(nèi)切酶，降解DNA鏈；激活谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶，催化細(xì)胞內(nèi)蛋白肽鏈間的?；D(zhuǎn)移，促使細(xì)胞骨架蛋白分子間交聯(lián)，利于凋亡小體形成；激活核轉(zhuǎn)錄因子，加速細(xì)胞凋亡相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄；促使DNADNA三.線粒體損傷正常狀況下，線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔〔PTP)，多數(shù)關(guān)閉；而凋亡誘導(dǎo)因素使線粒體跨膜電位降低時(shí)，PTP開(kāi)放，導(dǎo)致線粒體膜通透性增大，使細(xì)胞凋亡啟動(dòng)因子如：細(xì)胞色素C、凋亡蛋白酶激活因子(Apaf)、凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)等，從線粒體釋放。細(xì)胞色素C與Apafcaspase-9;AIFcaspase-3水解Bcl-2有恢復(fù)線粒體跨膜電位和調(diào)制PTP放細(xì)胞凋亡啟動(dòng)因子，切斷細(xì)胞凋亡級(jí)聯(lián)反響中的關(guān)健環(huán)節(jié)，有很強(qiáng)的抗凋亡作用。細(xì)胞凋亡是機(jī)體維持細(xì)胞群體數(shù)量穩(wěn)態(tài)的重要方式。細(xì)胞凋亡失調(diào)〔凋亡缺乏或／和凋亡過(guò)度〕，可成為某些疾病的重要發(fā)病機(jī)制。一.細(xì)胞凋亡缺乏細(xì)胞凋亡相對(duì)缺乏，細(xì)胞生>死，導(dǎo)致細(xì)胞群體的數(shù)量穩(wěn)態(tài)破壞，使病變細(xì)胞特別增多或病變組織體積增大，導(dǎo)致器官功能特別。腫瘤腫瘤發(fā)生氣制：細(xì)胞凋亡受抑/凋亡減弱，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞存活時(shí)間延長(zhǎng)，存活〉死亡，腫瘤細(xì)胞數(shù)目的凈增長(zhǎng)加大。爭(zhēng)論覺(jué)察：多種腫瘤組織,Bcl-2基因的表達(dá)>>四周正常組織；P53基因突變或缺失時(shí)腫瘤發(fā)生率明顯增加。自身免疫病(如,“自身免疫性T細(xì)胞凋亡缺乏”所致〕T正選擇：對(duì)非己抗原，有高度親和力的T細(xì)胞存活；通過(guò)負(fù)選擇：與自身抗原，有高度親和力的T細(xì)胞凋亡/，使針對(duì)自身抗原的T細(xì)胞存活并增殖，并攻擊自身組織將導(dǎo)致自身免疫病。二.細(xì)胞凋亡過(guò)度〔一〕心血管疾病心肌缺血與缺血-再灌注損傷 心肌細(xì)胞死亡形式：壞死+凋亡。心肌細(xì)胞凋亡性損傷特點(diǎn)：凋亡①缺血:早期

壞死①缺血:晚期②梗死灶:周邊 ②梗死灶:中心③心肌缺血:慢性/輕度 ③心肌缺血:急性/重度④缺血-再灌注損傷》單純?nèi)毖?④---〔肯定時(shí)間范圍內(nèi)〕其細(xì)胞凋亡的機(jī)制，包括：①Fas上調(diào)↑，F(xiàn)asFasL反響；②P53/缺氧)；③氧化應(yīng)激:SOD---缺血-再灌注損傷，心肌細(xì)胞凋亡↓。心力衰竭〔凋亡指數(shù)ApoptoticIndex上升〕，造成心肌數(shù)量削減，心肌舒縮力量降低?！捕成窠?jīng)元退行性疾病阿爾茨海默氏病〔Alzheimer”disease,AD〕、帕金森氏病〔Parkingson”disease〕有關(guān)致病因素〔如氧自由基〕作用于神經(jīng)元，引起Ca2+內(nèi)流增加，然后激活與β-淀粉樣蛋白合成有關(guān)的基因，β-淀粉樣蛋白含量增加，導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡。〔三〕病毒〔HIV〕感染HIV感染細(xì)胞后，可經(jīng)不同機(jī)制誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。宿主細(xì)胞：gp120120感染HIVgp120,與CD4十淋巴細(xì)胞外表gp120受體結(jié)合,觸發(fā)CD4十淋巴細(xì)胞凋亡；tatHIV感染細(xì)胞產(chǎn)生tat蛋白,進(jìn)人CD4十淋巴細(xì)胞，并誘導(dǎo)其產(chǎn)生氧自由基，增加FasCD4十淋巴細(xì)胞：自身攻擊：慢性HIV感染時(shí)，CD4十淋巴細(xì)胞可作為效應(yīng)細(xì)胞，直接攻擊未感染靶細(xì)胞CD4十淋巴細(xì)胞，誘導(dǎo)產(chǎn)生凋亡。激活誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡〔AICD〕:HIV感染可激活CD4十淋巴細(xì)胞，家之GFs削減，可致CD4十淋巴細(xì)胞AICD〔凋亡〕；FasHIV感染，可使CD4十淋巴細(xì)胞Fas其凋亡敏感性；合胞體形成：受HIV感染CD4十淋巴細(xì)胞，可融合成合胞體或多核巨細(xì)胞，其形成過(guò)程中或形成后可發(fā)生凋亡。單核-巨噬細(xì)胞：HIV感染的單核-巨噬細(xì)胞分泌TNF增多，與TNFR-1CD4十淋巴細(xì)胞產(chǎn)生氧自由基，通過(guò)氧化應(yīng)激觸發(fā)細(xì)胞凋亡。三.凋亡缺乏與凋亡過(guò)度并存致病因素作用時(shí)，細(xì)胞類型差異，可表現(xiàn)：細(xì)胞凋亡缺乏+凋亡過(guò)度。動(dòng)脈粥樣硬化(AS):AS內(nèi)皮細(xì)胞凋亡過(guò)度：LDL上升、血小板激活、AT-II、高血壓等因素，促使內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，利于脂質(zhì)AS血管平滑肌細(xì)胞凋亡缺乏：增殖活性上升占主導(dǎo)地位：>抵抗平滑肌細(xì)胞過(guò)度增殖(防止血管壁增厚，血管平滑肌細(xì)胞凋亡也增加)。一.合理利用凋亡相關(guān)因素細(xì)胞的凋亡。二.干預(yù)凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)應(yīng)用藥物、凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)中的酶類/代謝產(chǎn)物等，干預(yù)凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進(jìn)該凋亡的細(xì)胞凋亡，抑制不該凋亡的細(xì)胞凋亡，用于調(diào)亡相關(guān)疾病的治療。三.調(diào)整凋亡相關(guān)基因承受分子生物學(xué)方法，掌握凋