1病理生理學教研室周琴細胞凋亡2概述細胞凋亡的調控機制細胞凋亡調控異常與疾病細胞凋亡與疾病的防治教學內容及目的重點概述3概述細胞凋亡(apoptosis)-----指在體內外因素誘導下，由基因嚴格調控而發生的自主性細胞有序死亡。特點：主動過程程序性細胞死亡4④①②③④①②③核酸內切酶③受體細胞凋亡過程清除5核固縮或碎裂凋亡小體形成

(apoptosisbody)胞膜空泡化(blebbing)出芽(budding)細胞皺縮染色質邊集炎癥反應無炎癥反應ApoptosisbodynecrosisReleaseofintracellularcontentsInflammationapoptosis細胞腫脹細胞結構全面破壞細胞凋亡的形態學改變67CTL腫瘤細胞CTL正在誘導腫瘤細胞凋亡MembraneblebbingFIGURE3

SEMofanecroticcell.Numerouslesionsappearonthecellsurface.

(originalmagnification:x5,000)FIGURE4

SEMofanapoptoticcell.Surfaceblebbingisevident.

(originalmagnification:x5,000)壞死與凋亡細胞的掃描電鏡9細胞膜：空泡化、出芽細胞質：胞質濃縮、細胞器變化(內質網和線粒體)細胞核：染色質邊集，核碎片凋亡小體（Apoptoticbody）形成

細胞凋亡形態學改變胞膜空泡化、出芽現象染色質邊集凋亡小體細胞凋亡發生過程動畫13細胞凋亡的生化改變內源性核酸內切酶的激活DNA片段化DNA雙鏈在核小體連接區被核酸內切酶切割而斷裂成180-200bp或其整倍數的片段。凋亡蛋白酶caspase的激活14核小體30nm染色質的基本結構DNA片段長度約為180-200bp酶切點15細胞凋亡的生化改變內源性核酸內切酶的激活DNA片段化DNA雙鏈在核小體連接區被核酸內切酶切割而斷裂成180-200bp或其整倍數的片段。電泳呈特征性的“梯”狀條帶DNA斷裂與“梯狀條帶”(1)DNA斷裂與“梯狀條帶”(2)18“梯”狀條帶(ladderpattern)壞死條帶19細胞凋亡的生化改變:內源性核酸內切酶的激活凋亡蛋白酶caspase的激活滅活凋亡抑制蛋白分解與細胞骨架構成相關的蛋白直接作用于細胞結構使之解體瓦解核結構成核碎片含半胱氨酸的天冬氨酸特異水解酶

(cysteine-containingaspartate-specificprotease)細胞凋亡與壞死的區別★——————————————————比較項目——————————————————————————————————————壞死凋亡apoptosis概述1.性質2.誘導因素強烈刺激，隨機發生較弱刺激，非隨機發生3.生化特點4.形態變化5.DNA電泳6.炎癥反應7.凋亡小體8.基因調控被動過程，無新蛋白合成，不耗能主動過程，有新蛋白合成，耗能細胞結構全面溶解、破壞、細胞腫脹胞膜及細胞器相對完整，細胞皺縮，核固縮彌散性降解，電泳呈均一DNA片狀DNA片段化（180-200bp），電泳呈“梯”狀條帶溶酶體破裂，局部炎癥反應溶酶體相對完整，局部無炎癥反應有病理性，非特異性生理性或病理性，特異性無有無21細胞凋亡的生理意義確保正常發育、生長維持內環境穩定發揮積極的防御功能

生理性凋亡病理性凋亡凋亡過度凋亡不足凋亡過度與不足并存

疾病22APOPTOSISINSECT23正在發育中的石蛙242526細胞凋亡異常與疾病概述細胞凋亡的調控機制細胞凋亡調控異常與疾病細胞凋亡與疾病的防治27凋亡相關基因激活DNase激活、Caspases激活巨噬細胞吞噬分解凋亡細胞悉尼·布雷諾爾羅伯特·霍維茨約翰·蘇爾斯頓2002年諾貝爾生理與醫學獎獲得者細胞凋亡大致過程+cAMP、Ca2+、神經酰胺死亡信號凋亡誘導因素受體凋亡信號轉導

凋亡基因激活

凋亡的執行

凋亡細胞清除

28

細胞凋亡的調控

凋亡信號凋亡信號轉導

凋亡相關基因激活

細胞凋亡的執行

凋亡細胞的清除?誘導期效應期降解期29凋亡信號生理性凋亡信號激素或生長因子的直接作用：

糖皮質激素→淋巴細胞凋亡谷氨酸→

皮質神經元凋亡

TNF、TGF-β→

多種細胞凋亡病理性凋亡信號激素或生長因子的間接作用：

睪丸發育不良→

睪丸酮↓→

前列腺上皮細胞凋亡腺垂體功能異常→

ACTH↓

→

腎上腺皮質細胞凋亡30誘導性因素理化因素：射線、化療藥微生物學因素：細菌、病毒（HIV）免疫性因素：CTL

抑制性因素病理性凋亡信號化學促癌物質：苯、甲醛、Zn2+病毒：EB病毒人類乳頭狀瘤病毒（HPV）31細胞凋亡的誘導與抑制

誘導因素抑制因素1、激素與生長因子：1、生長因子：糖皮質激素IL-2IL-2去除神經生長因子2、理化因素：2、某些激素：強酸、強堿、乙醇ACTH

抗癌藥物睪丸酮高溫、射線雌激素3、免疫性因素：3、某些藥物：細胞毒T淋巴細胞Caspase抑制劑4、生物學因素：基因轉錄抑制劑細菌、病毒蛋白翻譯抑制劑5、細胞因子：4、EB病毒

TNF-α、IFN-γ人類乳頭狀瘤病毒32

細胞凋亡的過程與調控

凋亡信號凋亡信號轉導

凋亡相關基因激活

細胞凋亡的執行

凋亡細胞的清除?細胞凋亡信號的轉導(transduction)死亡受體介導的凋亡通路內質網介導的凋亡通路線粒體介導的凋亡通路死亡受體介導的凋亡通路3334死亡受體--是一類通過與相應配體結合，傳遞細胞凋亡信號的膜受體，屬于TNF受體基因超家族成員，包括：Fas、TNFR1、DR3、4、5配體：TNF-α、Fas配體、DR配體等死亡受體介導的凋亡通路(外凋亡通路)英文縮寫35死亡受體介導的凋亡通路死亡受體介導的凋亡通路3637Fas細胞膜FasL腫瘤壞死因子受體家族Caspase-1降解H1組蛋白DNA暴露酶切位點胞外抗Fas抗體、免疫細胞表面的FasL及可溶性FasL等神經鞘磷脂酶活性神經酰胺激活蛋白激酶caspases級聯反應Ca2+信號系統核酸內切酶細胞凋亡38細胞凋亡信號的轉導(transduction)死亡受體介導的凋亡通路線粒體介導的凋亡通路(內凋亡通路)由非死亡受體依賴的凋亡信號啟動（如：射線、化療藥、微生物、細胞因子和生長因子缺乏等）是最重要的細胞凋亡信號轉導途徑之一！39線粒體內外膜間通透性轉換孔(PTP)開放

線粒體膜通透性增大

凋亡啟動因子釋放

細胞凋亡凋亡誘導因素線粒體跨膜電位(ψm)？線粒體介導的凋亡通路射線、化療藥、Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等40線粒體介導的凋亡通路Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等41線粒體介導的凋亡通路Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等42線粒體介導的凋亡通路Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等43細胞凋亡信號的轉導(transduction)死亡受體介導的凋亡通路內質網應激(ERS)介導的凋亡通路線粒體介導的凋亡通路44內質網應激(ERS)介導的凋亡通路內質網應激

激活Caspase-12Ca2+失衡氧化應激Pr加工運輸障礙細胞凋亡45內質網應激(ERS)介導的凋亡通路內質網應激正確折疊的蛋白質在內質網腔內過度蓄積激活NF-κB內質網過度負荷反應(EOR)膽固醇缺乏固醇調節元件結合蛋白質(SREBP)通路調節的反應未折疊或者錯誤折疊蛋白質在內質網腔內蓄積未折疊蛋白質反應(UPR)細胞凋亡46熱休克預處理可能通過調節BIM抑制內質網應激誘導的細胞凋亡。最新研究進展

47Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等死亡受體通路線粒體通路小結48Pro-caspase-2caspase-2Pro-caspase-6Caspase-6Pro-caspase-7caspase-7Pro-caspase-9ICAD（抑制性CAD）CAD（caspase活化DNA酶）CDA進入細胞核內降解DNA細胞凋亡剪切細胞內結構蛋白caspase-9Activationofcaspase-3（共同通路）Caspase-3Pro-caspase-3細胞凋亡異常49細胞凋亡異常c-FLIP:cellularFas-associateddeathdomain-likeIL-1beta-convertingenzymeinhibitoryprotein50

細胞凋亡的過程與調控

凋亡信號凋亡信號轉導

凋亡相關基因激活

細胞凋亡的執行

凋亡細胞的清除?51凋亡誘導因素信號轉導啟動凋亡程序凋亡雙向調控基因C-myc抑制凋亡基因Bcl-2Bcl-XLIAP家族-促進凋亡基因wtp53BaxAIF+

凋亡的調控基因52Bcl-2家族

即B細胞淋巴瘤/白血病-2基因(Bcelllymphoma/leukemia-2，Bcl-2)抗凋亡：Bcl-2亞

家族（Bcl-2、Bcl-XL等）促凋亡：Bax亞家族（Bax、Bcl-Xs等）BH3亞家族（Bim、Bad、Bid、Bik等）

即:BH3-only樣蛋白廣泛分布在多種細胞的線粒體內膜、細胞膜內表面、內質網、核膜等處53

Bcl-2抗凋亡機制:抑制促凋亡性調節蛋白(Bax等)抑制caspases的激活抗氧化作用抑制線粒體釋放促凋亡的蛋白維持細胞鈣穩態54Bcl-2表達高低有何臨床意義？去除神經生長因子神經細胞迅速凋亡

淋巴細胞性白血病患者外周淋巴細胞Bcl-2陽性率高達20%預表達Bcl-2

高表達Bcl-2癌細胞對射線和抗癌藥物不敏感，預后差野生型（wtp53）促凋亡突變型（mutp53）抗凋亡p53基因（抑癌基因）“分子警察”5556細胞凋亡修復失敗細胞阻滯于G1期缺陷的DNAwtP53CDI表達修復成功細胞周期“分子警察”?wtP53促凋亡機制:57wtP53介導的凋亡反應模式P53BaxBcl-2Caspase-9Caspase3,6,7蛋白溶解細胞凋亡Cyto-CATPApaf-1線粒體BidFas

DR5Caspase-8,10銜接子抑制磷酸酯酶相關基因④②③①58wtP53過表達會如何？

有研究采用血管球囊損傷+高膽固醇喂養+wtp53基因斑塊外膜注射，構建了斑塊破裂家兔模型，表明p53基因過表達引發斑塊不穩定的主要機制是促進細胞凋亡，同時加重了炎癥反應。59

對細胞凋亡具有雙向調節作用C-myc增殖

有GF凋亡無GFC-myc(原癌基因)60凋亡抑制蛋白（IAP）家族

IAP家族：是一組具有BIR(baculoviralIAPrepeat)結構和抑制細胞凋亡作用的蛋白。在人類已發現有6種IAP蛋白。IAP蛋白家族通過抑制caspase-3,7,9等的活性抑制凋亡。調亡誘導因子（AIF）是一種具有谷胱苷肽還原酶樣折疊的黃素蛋白。其促凋亡的機制：①產生活性氧，激活線粒體通路；

②促進Cyto-C和AIF的釋放；

③具有不依賴caspase的DNA酶切活性，

使DNA形成大分子量片段，50kb或300kb。61

細胞凋亡的過程與調控

凋亡信號凋亡信號轉導

凋亡相關基因激活

細胞凋亡的執行

凋亡細胞的清除62--凋亡相關基因按預定程序激活執行凋亡所需的各種酶類內源性核酸內切酶凋亡蛋白酶Caspases組織型轉谷氨酰胺酶需鈣蛋白酶Calpain可使肌動蛋白、纖維連接蛋白和粘附蛋白Ⅱ等交聯形成僵硬不溶的蛋白，使內容物留在凋亡小體內參與酶的活化和膜的再塑631、Caspase屬于半胱氨酸蛋白酶家族，14個成員(Caspase1-14)。大小亞基結合（二聚體）

caspase活化（四聚體）■結構特點

Pro-caspase：NH2末端結構域、20KD亞基、10KD亞基

剪切

細胞凋亡的執行啟動型：caspase-2、8～10效應型：caspase-3、6、7促炎型：caspase-1、4、5、11、12、13、1464caspase的主要作用是：①激活其他caspase；②滅活凋亡抑制物(如Bcl-2)；③分解細胞骨架蛋白；④分解核纖層蛋白（lamina）；⑤水解ICAD，從而使CAD瓦解核結構；652、內源性核酸內切酶內源性核酸內切酶以無活性的形式存在于細胞核內，Ca2+和Mg2+能激活此酶的活性，Zn2+則顯著抑制其活性在核小體連接部切開DNA時，即可形成180~200bp或其整倍數的片斷

66

細胞凋亡的過程與調控

凋亡信號凋亡信號轉導

凋亡相關基因激活

細胞凋亡的執行

凋亡細胞的清除?單核細胞衍生的巨噬細胞

吞噬凋亡小體68凋亡細胞的清除---轉歸吞噬細胞受體對凋亡細胞識別（凋亡細胞有死亡標記）吞噬細胞凝集素：識別細胞表面糖類TSP受體：由血小板反應蛋白介導磷脂酰絲氨酸受體：磷脂酰絲氨酸①清除垂死的細胞或細胞殘體；②阻斷垂死細胞或細胞殘體內容物釋放；③抑制炎癥反應；④調控巨噬細胞的細胞吞噬殺傷能力；⑤調節免疫反應。意義：吞噬細胞識別吞噬凋亡細胞的機制70

凋亡信號凋亡信號轉導凋亡相關基因激活細胞凋亡的執行凋亡細胞的清除小結：生理性凋亡信號病理性凋亡信號死亡受體介導的凋亡通路線粒體介導的凋亡通路內質網介導的凋亡通路相關基因激活執行凋亡所需的各種酶類內源性核酸內切酶

凋亡蛋白酶caspases等吞噬細胞凝集素的作用血小板反應蛋白介導吞噬磷脂酰絲氨酸受體的作用71細胞凋亡異常發生機制氧化損傷鈣穩態失衡線粒體損傷死亡受體的激活72超氧陰離子（O2-·）羥自由基（OH.）過氧化氫（H2O2）等氧化損傷電離輻射等氧自由基生物大分子氧化損傷細胞凋亡異常發生機制氧化應激(oxidativestress)73氧化應激致細胞凋亡的機制:引起鈣穩態失衡及線粒體損傷促進凋亡基因的表達激活Ca2+/Mg2+依賴的核酸內切酶損傷DNA，激活P53基因脂質過氧化作用損傷細胞膜74鈣穩態失衡胞內Ca2+濃度升高TNF-α,抗CD3抗體等細胞凋亡■激活Ca2+/Mg2+依賴的核酸內切酶，降解DNA鏈；■激活谷氨酰胺轉移酶，促使細胞骨架分子之間發生廣泛交聯，有利于凋亡小體形成；■激活核轉錄因子，加速細胞凋亡相關基因的轉錄；■在ATP參與下，暴露出核小體之間的連接區，有利于DNA內切酶切割DNA。75Ca2+、

NO、缺血、缺氧及活性氧等死亡受體通路線粒體通路線粒體損傷76凋亡信號轉導凋亡相關基因激活細胞凋亡的執行凋亡細胞的清除凋亡誘導因素(+)細胞凋亡異常發生機制氧化損傷鈣穩態失衡線粒體損傷死亡受體的激活77細胞凋亡異常與疾病概述細胞凋亡的調控機制細胞凋亡調控異常與疾病細胞凋亡與疾病的防治78細胞凋亡異常與疾病細胞凋亡不足細胞凋亡過度細胞凋亡不足與過度并存“該死的細胞沒死”“不該死的細胞死了”

表：與細胞凋亡異常相關的疾病

凋亡不足凋亡過度腫瘤肝癌、惡性血液腫瘤、乳腺癌、發育異常氣管-食管瘺、房（室）間隙缺膀胱癌、肺癌、膠質瘤、前列腺癌等損、唇（腭）裂、短肢畸形、尿道下裂及多囊腎等、先天性消化Alsheimer病、Parkinson病、肌萎發育異常道、膽道、肛門狹窄或閉鎖、動脈導CNS縮性側索硬化癥、色素性視網膜病，管未閉、兩性畸形、甲狀舌骨囊腫等脊肌肉萎縮、早老性癡呆系統性紅斑狼瘡、糖尿病、類風濕免疫系統性關節炎、橋本甲狀腺炎、多發性的免疫系統免疫缺陷病、AIDS硬化癥等

80細胞凋亡不足腫瘤“該死的細胞沒死”凋亡抑制細胞癌變增殖失控腫瘤形成調控凋亡相關信號的異常誘導凋亡相關信號轉導通路的障礙實施凋亡相關基因表達的異常執行凋亡相關酶活性的異常腫瘤細胞凋亡不足的機制：Fas-R↓Caspase和核酸內切酶等活性異常82

EGF與EGFR結合，導致受體胞內區酪氨酸激酶區激活，從而激活眾多的下游信號通路。其中最主要的信號傳導通路包括Ras/Raf/MEK/ERK信號通路和磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（又稱Akt）信號通路。P53、P27↓EGFREGF乳腺癌乳腺癌的治療83PI3K85%濾泡狀和20%彌漫性B細胞淋巴瘤染色體t（14;18）易位腫瘤發生細胞凋亡速率↓bcl-2基因高表達（乳腺癌、肝癌、膀胱癌、肺癌、B細胞淋巴瘤、神經母細胞瘤、白血病、前列腺癌等也存在Bcl-2高水平表達）存在調節P53的穩定性、細胞內定位或（和）活性發生異常

p53表達或功能存在缺陷細胞凋亡速率↓腫瘤發生

（50%以上惡性腫瘤中存在P53異常）■bcl-2基因過表達■

p53基因缺失或突變86病毒感染性疾病細胞凋亡不足“該死的細胞沒死”腫瘤凋亡促進基因的P53失活凋亡抑制基因bcl-2的過表達滅活ICE痘病毒產生ICE的抑制物自身免疫病87細胞凋亡過度心血管疾病心肌缺血與缺血-再灌注損傷“不該死的細胞死了”■特點①缺血早期以凋亡為主，晚期以細胞的壞死為主。②在梗死灶的中心以壞死為主，梗死灶周邊以凋亡為主；③輕度缺血以凋亡為主，重度缺血以壞死為主；■機制①氧化應激、②FasR通路、③p53基因的轉錄增加。88細胞凋亡過度心血管疾病心肌缺血與缺血-再灌注損傷心力衰竭病毒感染HIV感染SARS冠狀病毒感染神經元退行性疾病阿爾茨海默氏病帕金森氏病等“不該死的細胞死了”AIDS:是由HIV感染引起的一種傳染性疾病。其關鍵的發病機制是CD4+淋巴細胞被選擇性破壞。HIV導致CD4+淋巴細胞凋亡與下列因素有關：（1）gp120糖蛋白的表達---觸發CD4+T細胞發生凋亡（2）Fas基因表達的上調（3）細胞因子的分泌---TNF-α、IL-4、IL-10↑（4）

反式激活蛋白(Tat)產生↑（5）T細胞的激活（6）合胞體、多核巨細胞的形成---CD4+T細胞損耗（7）在HIV慢性感染階段，受感染的CD4+淋巴細胞可作為效應細胞誘導未受感染的CD4+淋巴細胞凋亡。90HIV通過gp120糖蛋白刺激CD4+淋巴細胞凋亡91Tat(多向性)誘導產生氧自由基，上調Fas表達保護T細胞、上皮C、神經C免于凋亡增強病毒復制起始促凋亡抗凋亡CD4+淋巴細胞產生Tat增多的作用92細胞凋亡不足與過度并存動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS)致病因素血管內皮細胞凋亡過度平滑肌細胞凋亡相對不足粥樣硬化灶形成93細胞凋亡異常與疾病概述細胞凋亡的調控機制細胞凋亡調控異常與疾病細胞凋亡與疾病的防治94細胞凋亡在疾病防治中的意義防治思路凋亡不足凋亡過度凋亡誘導因素凋亡信號轉導凋亡相關基因激活細胞凋亡的執行誘導細胞凋亡抑制細胞凋亡(+)氧化損傷鈣穩態失衡線粒體損傷(-)(-)95細胞凋亡在疾病防治中的意義合理利用凋亡相關因素用外源性TNF誘導白血病細胞凋亡治療白血病用神經生長因子治療阿爾茨海默氏病96細胞凋亡在疾病防治中的意義合理利用凋亡相關因素干預凋亡信號轉導用阿霉素刺激腫瘤細胞表達Fas，促使腫瘤細胞凋亡用環胞霉素A阻抑線粒體跨膜電位下降和防止PTP開放防止細胞凋亡97細胞凋亡在疾病防治中的意義合理利用凋亡相關因素干預凋亡信號轉導調節凋亡相關基因向腫瘤細胞導入野生型p53基因，促使腫瘤細胞凋亡98細胞凋亡在疾病防治中的意義合理利用凋亡相關因素干預凋亡信號轉導調節凋亡相關基因控制凋亡相關的酶用鋅抑制核酸內切酶和caspases

的活性治療AD和AIDS用鈣阻滯劑抑制核酸內切酶和

caspases防治缺血再灌注損傷習題1.“分子警察”指的是

A.EIBB.BaxC.野生型P53D.Fas2.下列哪項不是心肌缺血與缺血-再灌注損傷的細胞凋亡特點A.在梗死灶的中央以壞死為主，梗死灶周邊以凋亡為主B.肺缺血早期以細胞凋亡為主，晚期以細胞壞死為主C.輕度缺血以細胞凋亡為主，重度缺血以細胞壞死為主D.急性缺血以細胞凋亡為主，慢性缺血以細胞壞死為主CD3.細胞凋亡最顯著的形態學特征是A．胞漿脫水，胞膜迅速空泡化B．內質網與胞膜融合，形成表面芽狀突起C．核質高度濃縮成團，染色質邊集D．胞膜內陷，分割胞漿，形成凋亡小體4.雙向調節細胞凋亡的基因是A．Fas

B．野生型p53

C．Bcl-2D．c-mycDD5.細胞凋亡的主要執行者是A.caspasesB.內源性核酸外切酶C.過氧化氫酶D.超氧化物歧化酶6.清除體內受損、突變、衰老細胞的主要方式是A.細胞凋亡B.細胞壞死C.肝臟處理D.免疫調理AA7.下列哪項不屬于細胞凋亡的范疇

A.青春期胸腺的萎縮

B.針對自身抗原的T淋巴細胞的清除

C.心肌梗死時梗死灶周邊細胞的死亡

D.燒傷8.關于細胞凋亡，下列哪項是錯誤的

A.細胞凋亡是由基因控制的細胞死亡

B.細胞凋亡時局部無炎癥反應

C.細胞凋亡的特征性形態學改變是凋亡小體

D.細胞凋亡是一個不耗能的過程DD9.關于細胞凋亡下列說法哪項不正確A、細胞凋亡是由內外因素觸發預存的死亡程序的過程B、局部有炎癥反應C、凋亡過程受基因調控D、細胞凋亡也是一生理過程10.下列哪種基因的激活能抑制凋亡

A.野生型P53B.Bcl-2C.FasD.BaxB