第9章细胞凋亡与疾病课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,细胞凋亡与疾病,Apoptosis and Diseases,新疆医科大学,病理生理学教研室,买买提祖农,第一节 概述,细胞死亡的模式,Necrosis=细胞意外性死亡,Apoptosis=细胞自发性死亡,坏死性死亡：,由于某些外界因素导致细胞急速的病理性死亡。,细胞凋亡（apoptosis)：,由体内外因素触发细胞内,预存,的死亡,程序,而导致的细胞死亡过程。,1972年，,英国阿伯丁,（Aberdeen）,大学的病理学家,Kerr等学者首次较详细的描述了细胞凋亡的形态学改变,随后经,阿伯丁大学的希腊语系教授,Cormack,命名为,Apoptosis,apo:离开 ptosis:落下,又称为,程序性细胞死亡,（programmed cell death,PCD）,Apoptosis=花瓣或树叶枯落,2002年诺贝尔生理学或医学奖,的3位获奖者,利用,线虫,作为研究对象，先后发现了,“程序性细,胞死亡”,是由基因控制,的，并发现了与之相关的,一些基因，证实了人体内也存在相应的基因。,对这些基因的研究，有助于研究针对癌症、艾,滋病和老年痴呆症等疾病的新疗法。,线虫通身透明，观察十分容易。是唯一一个身体中的所有细胞能被逐个盘点并各归其类的生物。它的幼虫含有556个体细胞和2个原始生殖细胞，最常见的雌雄同体成虫成熟后含有959个体细胞和2000个生殖细胞，而较少见的雄性成虫则只有1031个体细胞和1000个生殖细胞。线虫的生命周期很短，从生到死的全过程只有3天半,区 别,坏 死,凋 亡,性 质,病理性，非特异性,生理性或病理性，特异性,诱导因素,强烈刺激，随机发生,较弱刺激，非随机发生,基因调控,无,有,DNA电泳,弥散性降解，电泳成均一,DNA,片状,DNA,片段化，电泳呈梯状条带,形态变化,细胞结构全面溶解，破坏、细胞肿胀,细胞膜及细胞器相对完整细胞皱缩，核固缩,炎症反应,溶酶体破裂，局部炎症反应,溶酶体相对完整，局部无炎症反应,凋亡小体,无,有,生化特点,被动过程，无新蛋白合成，不耗能,主动过程，新蛋白合成，耗能,1、确保组织器官正常发育、生长,凋亡的生理学意义,通过凋亡可以清除多余的、失去功能价值的细胞。,例如：人胚胎肢芽发育过程中指（趾）间组织，通过细胞凋亡机制而被逐渐消除，形成指（趾）间隙。,2、维持内环境稳定,清除受损、突变或衰老的细胞。,清除针对自身抗原的T淋巴细胞，维持免疫系统功能的稳定。,3、发挥积极的防御功能,例如当机体受到病毒感染时，受感染的细胞发生凋亡，使DNA发生降解，整合于其中的病毒DNA也随之被破坏，因而阻止了病毒的复制。,第二节 细胞凋亡的过程与调控,一、细胞凋亡的大致过程,从细胞受到凋亡诱导因素的作用到细胞凋亡大致可分为以下四个阶段：,凋亡诱导因素,+,受体,cAMP、钙离子、神经酰胺,死亡信号,凋亡相关基因激活,DNase激活、Caspase激活,巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞,凋亡信号转导,凋亡基因激活,细胞凋亡执行,凋亡细胞的清除,细胞凋亡的过程,（一）细胞凋亡的形态学改变,（二）细胞凋亡的生化改变,1.DNA片断化,是细胞凋亡的关键性结局,“梯”状条带,2.内源性核酸内切酶激活及其作用,Ca2+,Mg2+,DNA,Zn2+,内源性核酸内切酶,Ladder pattern,(endogenous nuclease),“梯”状条带,3.Caspase(凋亡蛋白酶）激活,Caspase全名为,含半胱氨酸的天冬氨酸特异水解,酶,（cysteine-containing aspartate-specific protease,caspase,),是一组对底物门冬氨酸部位有特异水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶（已发现14种）。,最早发现人类中与线虫,ced-3,同源的基因是,ICE,，即：白介素,-1,转换酶（,Interleukin-1-converting enzyme,）基因,即线虫凋亡基因（CED-3）与哺乳动物凋亡基因（ICE）在功能上相似，结构上同源。,ICE,家族成员,A,：,蓝色参与,炎症反应，,红色,为执行者，,绿色,为启动者；,B,：,caspase-3,的结构模型；,C,：,caspase-3,的活化过程,Caspase作用机制,1、灭活细胞凋亡抑制物（如Bcl-2）,2、水解细胞的蛋白质结构、调亡小体的形成,3、参与凋亡的级联反应,例如：,Caspase-3酶原,Caspase-9,Caspase-3,三、细胞凋亡的调控,（一）细胞凋亡相关因素,包括：,诱导性因素是凋亡程序的启动者,抑制性因素具有抑制凋亡作用,1.诱导性因素,激素、生长因子失衡,缺乏或过多都会导致细胞凋亡，例如：强烈应激糖皮质激素 淋巴细胞凋亡。,理化因素,：,射线、高温、强酸、强碱、乙醇、抗癌药物等。如三氧化二砷（白砒），促进白血病细胞凋亡。,免疫性因素：,如细胞毒,T,淋巴细胞可分泌粒酶，引起靶细胞发生凋亡。,微生物学因素：,例如,HIV,感染时，大量,CD4+,淋巴细胞凋亡。,2.抑制性因素,细胞因子,如,IL-2、,神经生长因子等。,激素,（,ACTH、,雌激素、睾丸酮）,药物,如苯巴比妥、半胱氨酸蛋白酶抑制剂,病毒,EB,病毒、牛痘病毒,CrmA,等,（二）细胞凋亡信号转导,1、多样性,2、偶联性,3、同一性,4、多途性,系统特点,凋亡信号转导系统,是连接凋亡诱导因素与核DNA片段化断裂及细胞结构蛋白降解的中间环节,目前主要细胞凋亡信号转导系统有：,1.胞内Ca,2+,信号系统,2.cAMP/PKA信号系统,3.Fas蛋白/Fas配体信号系统,4.神经酰胺信号系统,5.二酰甘油/蛋白激酶C(PKC)信号系统,6.酪氨酸蛋白激酶(PTK)信号系统,Fas,FADD,Caspaes8,Caspase3,凋亡,生长因子、信号、Fas抗体,引起的信号传导大致通过FADD区,（Fas-association with death domain protein,),（三）凋亡相关基因,正常细胞,细胞凋亡,促进 ICE、BAX,Fas,、,Wtp53,抑制,Bcl-2,mtP53,EIB,IAP,C-myc、Bclx,双向调控基因,Bcl-2 是 B细胞淋巴瘤/白血病-2,(,B cell lymphoma/leukemia-2,)的缩写,1.Bcl-2,抑制凋亡基因,细胞内分布,：线立体内膜、细胞膜内表面、内质网、核膜,细胞分布：,造血细胞、上皮细胞、淋巴细胞、神经细胞、,多种瘤细胞,Bcl-2的高表达能阻止多种凋亡诱导因素所引发的细胞凋亡。,Bcl-2抗凋亡的机制,1）直接的,抗氧化,2）抑制,线粒体,释放促凋亡的蛋白质,如细胞色素C,3）抑制促凋亡调节蛋白Bax、Bak的细胞毒作用,4）抑制caspase的激活,5）维持细胞,钙稳态,2.P53,野生型P53(wtP53),基因编码的P53蛋白对细胞凋亡,有促进作用,是一种DNA结合蛋白,具有转,录激活作用。,突变性P53(mtP53),基因编码的P53蛋白对细胞凋亡,有抑制作用。,人类肿瘤一半以上具有P53基因突变或缺失。,G1（,RNA、蛋白质合成）,S,（DNA复制阶段）,G2,M,G1,S,G2,M,监控,wtP53,染色体有缺陷,wtP53,CIP的表达、DNA修复机制的启动,细胞凋亡启动,CIP,(CDK-interacting protein-1,CDK是cyclin dependent kinase),3.Fas,Fas是TNFR 和 NGF受体家族的细胞表面分子，Fas蛋白与Fas配体结合后，会激活caspase，导致靶细胞走向凋亡。,4.C-myc、Bcl-x,双向调节基因,C-,myc是一种癌基因 能诱导细胞增殖，也能诱导细胞凋亡，取决于细胞接受何种信号以及细胞所处的生长环境。,Bcl-x基因可翻译出两种蛋白Bcl-XL和Bcl-Xs,抑制凋亡,促进凋亡,第三节 细胞凋亡发生机制,氧 化 损伤,钙稳态失调,线粒体损伤,一、氧化损伤,活性氧,生物大分子氧化损伤,氧化应激(oxidative stress),细胞凋亡,活性氧,P53激活,NAD耗竭,DNA的损伤,聚ADP核糖合成酶,Ca,2+,/Mg,2+,依赖的核酸内切酶激活,活化NF-,k,B AP1,线粒体膜的通透性,升高,细胞膜通透性改变,膜结构的破坏,Ca,2+,内流,氧化应激引起细胞凋亡的可能机制,ATP,二、钙稳态失衡,名 称,功 能,核酸内切酶,DNA降解,钙蛋白酶,细胞骨架破坏，细胞皱缩,谷氨酰胺转移酶,胞浆蛋白交联,蛋白激酶C,离子通道改变，G蛋白磷酸化，cAmP升高,细胞内钙依赖性酶激活,钙稳态失调在细胞凋亡中的作用,1、激活钙依赖蛋白酶核酸内切酶,2、激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的,转录,3、在ATP的配合下使DNA链舒展,4、激活谷氨酰胺转移酶，在肽链间形成共价键，,使蛋白质分子间发生交联，形成凋亡小体,三、线粒体损伤,在凋亡期间，线粒体超微结构基本正常，但其功能已发生改变，如线粒体内膜同透性增加，内膜跨膜电位（,m）,下降。,线粒体内外膜之间的通透性转换孔（permeability transition pore,PTP)-具有调节献礼体统透性作用。,m,PTP打开,膜通透性,(-),(+),(+),(+),(+),(-),(-),(-),Bcl-2,PTP开放,Apaf+Cyt.c,Caspase-9酶原,Caspase-9,Caspase-3酶原,Caspase-3,蛋白水解,DNA断裂,核酸内,切酶激活,无活性核酸内切酶,Caspase抑制剂,Ca2+,NO,缺血,缺氧,活性氧,m下降,AIF,细胞凋亡,线粒体,第四节 细胞凋亡与疾病,细胞凋亡不足,细胞凋亡过度,细胞凋亡不足与过度并存,肿瘤、自身免疫病,心力衰竭、AD、AIDS,动脉粥样硬化,一、细胞凋亡不足,肿瘤的发病途径,细胞增殖过度,细胞凋亡受抑,细胞死亡不足,细胞存活死亡,肿瘤的发生,Bcl-2,mtP53,自身免疫病,凋亡不足，未能有效清除自身免疫性T细胞，产生自身免疫性疾病。,二、细胞凋亡过度,（一）心血管疾病,1.缺血与缺血-再灌注损伤,有如下特点：,缺血早期以细胞凋亡为主，晚期以细胞坏死为主；,在梗死灶的中央通常以细胞坏死为主，梗死灶周,边部分以细胞凋亡为主；,轻度缺血以细胞凋亡为主，重度缺血通常发生坏死；,在一定时间范围内，缺血-再灌注损伤时发生的细胞,凋亡比同时间的单纯缺血更严重；,急性、严重的心肌缺血以心肌坏死为主，而慢性、,轻度的心肌缺血则发生在细胞凋亡。,心肌缺血与缺血-再灌注损伤引起细胞凋亡的机制,体内实验证明，应用SOD可显著减少缺血-再灌注引,起的心肌细胞凋亡，提示有与氧化激有关。,缺血或缺氧可引起心肌细胞死亡受体Fas显著上调，,使心肌细胞有可能通过与FasL(Fas)配体反应而导致细胞凋亡。,实验证明，缺氧可增加p53基因的转录，因此心肌,缺血所引起的细胞凋亡可能与p53基因的激活有关。,神经无退行性疾病,如阿尔茨海姆病(Alzheimer disease,AD)，帕金森病（Parkinson disease）病，多发性硬化症等,阿尔茨海默病(AD),病毒感染,HIV AIDS,HIV感染导致CD,4,+,淋巴细胞发生凋亡,gp120 糖蛋白,合胞体形成,Fas基因表达上调,T细胞激活,动脉粥样硬化,凋亡过度内皮细胞,凋亡不足平滑肌细胞,细胞凋亡在疾病防治中的意义,利用凋亡相关因素,FAS/FASL信号系统,干预凋亡信号转导,调节凋亡相关基因,控制凋亡相关酶学机制,核酸内切酶,防止线粒体跨膜电位,环胞霉素A,