病理生理學課件-凋亡

細胞凋亡入門細胞凋亡是一個復雜而精密的過程，對維持生物體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定至關重要。本課程將深入探討細胞凋亡的機制、調(diào)控和意義。細胞凋亡的定義程序性細胞死亡凋亡是一種受基因調(diào)控的主動細胞死亡過程。有序過程細胞以有序、可控的方式逐步瓦解。生理意義在胚胎發(fā)育、組織更新和免疫反應中發(fā)揮重要作用。細胞凋亡的特點細胞皺縮細胞體積減小，形態(tài)變得不規(guī)則。染色質凝集核染色質凝聚成塊狀，貼附于核膜內(nèi)側。DNA斷裂染色體DNA被核酸酶降解成特征性片段。膜完整性保持細胞膜長時間保持完整，避免內(nèi)容物泄漏。細胞凋亡的形態(tài)學改變1細胞收縮細胞體積減小，細胞器密度增加。2染色質凝聚核染色質凝聚成新月形，貼附于核膜。3細胞膜起泡細胞表面出現(xiàn)不規(guī)則突起，形成凋亡小體。4細胞碎裂細胞最終分裂成多個被膜包裹的凋亡小體。細胞凋亡的分子機制蛋白酶級聯(lián)反應Caspase蛋白酶家族是凋亡執(zhí)行的核心。它們以不活性前體形式存在，被激活后引發(fā)一系列蛋白水解反應。線粒體參與線粒體釋放細胞色素c等促凋亡因子，觸發(fā)Caspase激活。線粒體外膜通透性增加是關鍵事件。細胞凋亡通路概述外源性通路由細胞表面死亡受體激活，如Fas和TNF受體。內(nèi)源性通路由線粒體介導，受Bcl-2家族蛋白調(diào)控。執(zhí)行階段兩條通路匯聚，激活效應Caspase，導致細胞死亡。外源性凋亡通路1死亡受體結合配體2接頭蛋白招募3死亡誘導信號復合物形成4Caspase-8激活5效應Caspase激活外源性通路由細胞表面死亡受體激活，通過蛋白相互作用傳遞凋亡信號。Fas/FasL信號通路Fas受體屬于腫瘤壞死因子受體超家族，在多種細胞表面表達。FasLFas配體，主要由活化的T細胞和NK細胞表達。FADD接頭蛋白，連接Fas受體與Caspase-8。Caspase-8起始Caspase，被激活后引發(fā)下游Caspase級聯(lián)反應。TNF-α信號通路1TNF-α結合受體TNF-α與TNFR1結合，引發(fā)受體三聚化。2TRADD招募TRADD接頭蛋白被招募到受體復合物。3FADD和RIP結合TRADD進一步招募FADD和RIP蛋白。4Caspase-8激活形成的復合物激活Caspase-8，啟動凋亡過程。內(nèi)源性凋亡通路線粒體中心作用線粒體是內(nèi)源性通路的關鍵調(diào)控者。細胞色素c釋放線粒體釋放細胞色素c是關鍵事件。Bcl-2家族調(diào)控Bcl-2家族蛋白調(diào)控線粒體外膜通透性。Caspase-9激活細胞色素c與Apaf-1結合，激活Caspase-9。線粒體通路應激信號如DNA損傷、氧化應激等觸發(fā)線粒體通路。Bax/Bak激活促凋亡Bcl-2家族成員被激活并插入線粒體外膜。線粒體外膜通透性增加形成孔道，促進細胞色素c等因子釋放。凋亡小體形成細胞色素c與Apaf-1、Caspase-9形成復合物。Caspase級聯(lián)激活激活的Caspase-9進一步激活下游效應Caspase。P53誘導細胞凋亡轉錄依賴途徑上調(diào)促凋亡基因如Bax、PUMA、Noxa下調(diào)抗凋亡基因如Bcl-2轉錄非依賴途徑直接與線粒體外膜Bcl-2家族蛋白相互作用促進Bax/Bak的寡聚化胞吞作用介導的凋亡1凋亡細胞表面變化磷脂酰絲氨酸外翻，暴露于細胞表面。2吞噬細胞識別巨噬細胞等通過特定受體識別凋亡細胞。3吞噬過程吞噬細胞包裹并內(nèi)化凋亡細胞。4細胞降解凋亡細胞在吞噬細胞內(nèi)被溶酶體降解。細胞凋亡的調(diào)控促凋亡因素DNA損傷、氧化應激、生長因子缺失等可誘導凋亡?？沟蛲鲆蛩厣L因子、細胞外基質附著等可抑制凋亡。Bcl-2家族包含促凋亡和抗凋亡成員，調(diào)控線粒體通路。IAP家族抑制Caspase活性，阻止凋亡執(zhí)行。凋亡抑制基因-Bcl-2家族Bcl-2典型抗凋亡蛋白，定位于線粒體外膜。Bcl-xL與Bcl-2功能類似，廣泛表達于多種組織。Mcl-1半衰期短，可快速響應細胞存活信號。A1/Bfl-1主要在造血系統(tǒng)和內(nèi)皮細胞中表達。Bcl-2家族蛋白的結構與功能結構域BH1-4結構域：決定蛋白功能跨膜結構域：定位于細胞器膜功能分類抗凋亡蛋白：Bcl-2,Bcl-xL等促凋亡蛋白：Bax,Bak等BH3-only蛋白：Bid,Bim等Bax和Bak的作用機制1激活BH3-only蛋白或其他凋亡信號激活Bax和Bak。2構象改變Bax和Bak發(fā)生構象變化，暴露疏水區(qū)域。3線粒體定位Bax從細胞質轉位到線粒體外膜。4寡聚化Bax和Bak在線粒體外膜上形成寡聚體。5孔道形成寡聚體形成跨膜孔道，增加線粒體外膜通透性。IAP家族蛋白的作用直接抑制CaspaseIAP通過其BIR結構域與Caspase結合，抑制其活性。E3泛素連接酶活性某些IAP可將泛素連接到Caspase，促進其降解。調(diào)節(jié)NF-κB信號部分IAP參與NF-κB通路激活，促進細胞存活。拮抗促凋亡因子IAP可結合并抑制Smac/DIABLO等促凋亡蛋白。凋亡信號通路的交叉調(diào)控外源性通路死亡受體激活可通過Bid蛋白影響線粒體通路。內(nèi)源性通路線粒體通路可增強外源性通路的信號。共同執(zhí)行階段兩條通路最終匯聚于效應Caspase的激活。細胞周期與凋亡的關系細胞周期檢查點DNA損傷等異常可觸發(fā)細胞周期阻滯。若修復失敗，細胞可能進入凋亡。共同調(diào)控因子p53等蛋白既調(diào)控細胞周期，又參與凋亡調(diào)控。Cyclin依賴性激酶在特定情況下可促進凋亡。凋亡與腫瘤發(fā)生的關系1正常細胞凋亡2凋亡抑制3異常細胞積累4基因突變積累5腫瘤形成凋亡抑制是腫瘤發(fā)生的關鍵步驟之一。正常凋亡可清除潛在的癌細胞，而凋亡受抑可導致異常細胞存活和增殖。腫瘤細胞逃避凋亡的機制抗凋亡蛋白過表達如Bcl-2、Bcl-xL上調(diào)。促凋亡基因失活如p53突變或缺失。死亡受體通路異常如Fas表達下調(diào)。IAP蛋白過表達抑制Caspase活性。凋亡與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關系神經(jīng)退行性疾病如阿爾茨海默病、帕金森病中，神經(jīng)元異常凋亡是關鍵病理過程。腦卒中缺血再灌注損傷可誘發(fā)神經(jīng)元凋亡，加重腦損傷。癲癇反復發(fā)作可導致特定腦區(qū)神經(jīng)元凋亡，影響認知功能。脊髓損傷繼發(fā)性損傷中，神經(jīng)元和少突膠質細胞凋亡加重功能喪失。神經(jīng)系統(tǒng)疾病中凋亡的機制1氧化應激自由基攻擊線粒體，觸發(fā)內(nèi)源性凋亡通路。2鈣離子超載激活鈣依賴性蛋白酶，導致細胞骨架破壞。3興奮性毒性過度的谷氨酸受體激活引發(fā)神經(jīng)元凋亡。4蛋白質錯誤折疊異常蛋白聚集誘導內(nèi)質網(wǎng)應激和凋亡。心血管疾病中的細胞凋亡心肌梗死缺血再灌注損傷可誘發(fā)心肌細胞凋亡，導致心肌收縮功能下降。缺氧激活HIF-1α，觸發(fā)線粒體凋亡通路。心力衰竭持續(xù)的機械應力和神經(jīng)內(nèi)分泌激活可導致心肌細胞凋亡，加速心室重構。β-腎上腺素受體過度激活是重要機制之一。炎癥反應與細胞凋亡炎癥因子誘導凋亡TNF-α等炎癥因子可直接激活外源性凋亡通路。凋亡細胞清除巨噬細胞吞噬凋亡細胞，釋放抗炎因子如IL-10。炎癥解決凋亡細胞的及時清除有助于炎癥反應的消退。異常凋亡與慢性炎癥凋亡細胞清除不足可導致繼發(fā)性壞死，加重炎癥。免疫系統(tǒng)與細胞凋亡T細胞選擇胸腺中自反應T細胞通過凋亡被清除。免疫應答終止活化的淋巴細胞通過凋亡維持免疫穩(wěn)態(tài)。細胞毒性CTL和NK細胞通過誘導靶細胞凋亡發(fā)揮作用。自身免疫凋亡異?？赡軐е伦陨砜乖┞?，引發(fā)自身免疫。細胞凋亡的臨床應用1腫瘤治療開發(fā)靶向凋亡通路的藥物，如Bcl-2抑制劑。2神經(jīng)保護抑制病理性神經(jīng)元凋亡，用于腦卒中等疾病治療。3器官移植減少缺血再