细胞凋亡

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细胞坏死（necrosis）：
定义：指是细胞受到外界强 烈理化或生物等因素作用， 而引起细胞无序变化的死亡 过程。 表现： 1.为细胞 胀大； 2.细胞膜破裂，内容物外溢； 3.核变化较慢，DNA降解不 充分； 4. 引起局部炎症反应。
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细胞癌变
细胞由于受到致癌因子的作用，不能正常地完成细胞分裂，而变成
细胞癌变
与基因的关 受突变基因 受基因控制 受基因控制 系 控制 影响因素 由遗传机制 理化、生物 受各种不利 决定的程序 以及病毒等 因素影响 性调控 致癌因子
对机体的影 对机体无害 对机体有害 对机体有害 响
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细胞凋亡与细胞坏死的区别
项目
细胞膜 染色质 细胞器 细胞体积
细胞凋亡
保持完整，一直到形成凋 亡小体 凝集在核膜下，呈半月状 无明显变化 固缩变小 有，被邻近细胞或巨噬细 胞吞噬 受基因控制 DNA电泳呈梯状分布 （180~200bp 的倍数）
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凋亡信号转导
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一、死亡受体通路
是指细胞膜表面的某些蛋白质能与携带凋亡信号的专
一性配基结合，并迅速将凋亡信号转导至细胞内而诱 导细胞凋亡。
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死亡受体通路
死亡受体与配体结合后，发生寡聚化或构型改变，并
与连接分子的DD相互结合，使凋亡信号得以进一步传 递。死亡受体与配体结合后，发生寡聚化或构型改变， 并与连接分子的DD相互结合，使凋亡信号得以进一步 传递。死亡受体与连接分子结合后导致细胞内半胱氨 酸蛋白酶原（procaspase ）募集，进而形成死亡诱导 信号复合体（death inducing signaling complex DISC）。细胞内caspase-8和caspase-10在 DISC中通过 自身的剪接作用被激活，进而使caspase-3和caspase-7 被激活，而caspase-3又可激活caspase-6，如此启动了 caspase的级联反应，最终导致细胞凋亡（ Ashkenazi 等，1998 ； Creagh 等， 2003 ）。
调控的凋亡基因在接受死亡信号后，开始按预定程序启动，
并合成执行凋亡所需的各种酶类和相关物质。目前在哺乳 动物中已鉴定出至少15种Bcl-2促进和抑制细胞凋亡蛋白。 促进细胞凋亡的：Bax、Bak、BokBcl-xS、Bag、Bid、Hrk、 BNIP3、Biml\EGL、Blk和Bad； 抑制细胞凋亡的：Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w、Mcl-1、Bfl-1、 Brg-1和A1。 双向调控基因：c-myc，bclx 促进和抑制细胞凋亡的Bcl-2家族成员可以与线粒体结合抑 制其释放细胞色素C，发挥抗细胞凋亡作用。 研究表明：当Bcl-2/ Bax> Bax/ Bax时，细胞趋于活，当 Bcl-2/ Bax<Bax/ Bax，细胞趋于凋亡。
有研究结果发现，在凋亡细胞线粒体上存在另一种离
子通道，这可能解释了某些细胞的细胞色素C在凋亡 早期释放，而线粒体膜通透性转运孔未发生变化的现 象。
了不受有机物控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞的过程。

癌细胞的一些主要特征： 1 无限增殖 2 接触抑制现象丧失 3 癌细胞间粘着性减弱 4 易于被凝集素凝集 5 粘壁性下降 6 细胞骨架结构紊乱 7 产生新的膜抗原 8 对生长因子需要量降低
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项目
细胞凋亡
细胞坏死
DR是一类跨膜蛋白，属肿瘤坏死因子受体（ TNFR）
超家族成员。 DR 有： TNFR -1（CD120a,P55）、 Fas （CD98 、 Apo-1）、 DR3 （ Apo-3、 WSL-1、 TRAMP、 LARD ）、 DR4 （ TRAIL-R1）和DR5 （ Apo-2、 TRAIL-R2 ）。前３ 种受体相应的配体分别为 TNF 、 FasL （ CD95L）和Apo-3L （ DR3L ），后两种均为 Apo-2L（ TRAIL ）；
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细胞衰老（cell aging）
是指细胞在执行生命活动过程中，随着时间的推移，
细胞增殖与分化能力和生理功能逐渐发生衰退的变化 过程。
细胞的生命历程都要经过未分化、分化、生长、成熟、
衰老和死亡几个阶段。衰老死亡的细胞被机体的免疫 系统清除，同时新生的细胞也不断从相应的组织器官 生成，以弥补衰老死亡的细胞。
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可诱导线粒体膜通透性转运孔开放的３种因素：线粒
体内钙离子超载、自由基对线粒体膜的氧化性损伤和 产生的能量水平下降。
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二、线粒体通路
细胞色素C 进入细胞质后，在 ATP 或 d ATP 的共同作
用下与凋亡蛋白酶活化因子 I（apoptotic protease activating factor-1 Apaf-1）羧基端的 WD-40重复序列 结合形成多聚复合物。多聚复合物通过 Apaf-1氨基末 端的caspase募集区（ caspase recruitment domainCARD）募集细胞质中的caspase-9前体，并使 其剪切活化，进一步激活效应caspase-7和caspase-3 ， 启 动 caspase级 联 反 应，最 终 引 发 细 胞 凋 亡 （ Twiddy 等，2004 ）。
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细胞凋亡的过程
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1.凋亡信号转导
当细胞内外的凋亡诱导因素（激素、生长因子、理化
因素、免疫、微生物等）与作用的细胞死亡受体结合 后，细胞产生复杂的生化反应，并形成与凋亡有关的 启动信号（死亡信号）：Ca2+、Camp、神经酰胺。
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2.凋亡基因激活，表达相关酶类 和其他物质
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3.凋亡的执行
被激活的凋亡基因表达出的一组细胞凋亡执行者——
凋亡蛋白酶被激活（至少有13个成员）——使细胞的 结构全面解体。 例如：核酸内切酶——执行染色质DNA切割，彻底破 坏细胞的生物命令系统。
Байду номын сангаас
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4.出现细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻 （由细胞膜内侧转向膜外侧）， 膜反折包裹胞内物（染色质断裂 成片段），形成凋亡小体被吞噬
用以结合它们的相关配体。胞质区由一同源氨基酸残 基组成，有蛋白质水解功能，称为“死亡区域” （death domain， DD ）。
死亡效应区域：连接分子除具有和凋亡受体胞质区相
类似的“死亡区域”外，还具有“死亡效应区域” （death effector domain,DED）。
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死亡受体（death receptor,ＤＲ）
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死亡受体：
目前发现8中死亡受体，其中TNF受体1和Fas均通过其
配体而被激活起作用。Fas和TNF-α可以活化死亡复合 体，然后由死亡复合体激活一系列的上游细胞凋亡执 行者——凋亡蛋白酶，再由他激活下游的细胞凋亡执 行者——凋亡蛋白酶来执行促使细胞凋亡的作用。
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死亡区域：DR细胞外部含有一段富含半胱氨酸的区域，
⑤蛋白含量明显减少，因为内源性蛋白酶被激活； ⑥在胸腺细胞，凋亡发生在G0 期；
⑦前进光散射减少和直角散射不变（HL-60细胞）或增加
（胸腺细胞）。
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细胞凋亡的形态学变化
1.细胞质：内质网肿胀、积液
形成液泡；
2.细胞核：染色质逐渐凝集
成新月状，且嗜碱性增强， 最终细胞核裂解为由核膜包 裹的碎片；


（Hengartner等，1994）。 CED-３是一种蛋白酶，激活的CED-３可以水解靶蛋白从而使细 胞凋亡。 抑制细胞凋亡机制： ①直接与CED-３结合，抑制CED-３的活性，从而阻止细胞凋亡； ②结合CED-４，使CED-４和CED-３复合物处于无活性状态， 从而抑制细胞凋亡（Cecconi等，1998）。凋亡信号会引起CED９从上述复合物上解离下来，激活CED-３并最终引发细胞凋亡 （ Nicholson等，1995）。 与秀丽新小杆线虫相比，哺乳动物的凋亡有一整套的基因家族； 其中 caspases与CED-３同源，Apaf-1与CED-４同源，Bcl-2与 CED-９的结构和功能相似（Ashkenazi等，1998 ）。
信号通过相应的信号传导通路传到细胞内并激活靶分子而 产生细胞效应，引发细胞凋亡。细胞凋亡的调控过程发生 紊乱会导致发育不正常或发生疾病。
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相关概念
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相关概念
1.细胞程序性死亡（PCD）： 是个发育学概念，描述在 一个多细胞生物体中某些 细胞死亡是个体发育中的 一个预定的，并受到严格 程序控制的正常组成部分。 2.细胞凋亡（apoptosis）： 指为维持内环境稳定，由 内在遗传机制控制的细胞 自主性有序死亡。
①直接抗氧化 ②抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质 ③抑制促凋亡的Bax、Bak细胞毒作用 ④抑制Cascades激活 ⑤维持细胞钙稳态，抑制Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶
对DNA链的降解。
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细胞凋亡的基本机制
促进凋亡的CED-3 、 CED-４和抑制凋亡的CED-９
目录
一 二 三 四 五 六
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• 研究背景
• 相关概念 • 细胞凋亡信号通路 • 结论 • 展望 • 参考文献
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研究背景
细胞凋亡是生物界广泛存在的一种基本生命现象，是多细
胞生物调控生物体的发育、细胞更新和维持内环境稳定的 一种重要机制。
在体内，细胞凋亡的发生和进行受到精确调控，各种凋亡
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5.凋亡小体消失
凋亡小体被邻近的细胞或巨噬细胞识别吞食消化。该
过程一般较快，从凋亡开始到凋亡小体形成不过几分 钟时间，整个凋亡过程大约持续几个小时。
从细胞凋亡的过程看，细胞凋亡是一个主动由基因决
定的细胞程序化或自行结束生命的过程。
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抑制凋亡基因bcl-2抗凋亡机制：
细胞坏死
被损 呈絮状 肿胀、内质网崩解 肿胀变大 无，细胞自溶，残余碎片 被巨噬细胞吞噬 被动进行 DNA碎片、无序
凋亡小体
调节过程 电泳
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细胞凋亡的特征：
①由于细胞核酸内切酶激活，使DNA特征性荧光染色减少； ②细胞质膜完整； ③线粒体仍有跨膜电位；
④保留了AIP依赖的溶酶体质子泵；
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二、线粒体通路
然而，也有研究结果表明，细胞色素 C 在线粒体膜通
透性转运孔开放前就已经释放出来（Ly等，2003； Waterhouse 等， 2002 ），这说明细胞色素C从线粒 体的释放过程，不仅依赖于调节线粒体膜通透性转运 孔机制，还存在其它释放机制。
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二、线粒体通路
3.细胞膜：细胞结点不再连
接，细胞膜因为变得更活跃 而发生内陷；这些变化都将 导致细胞裂解为由细胞膜包 裹细胞内容物的凋亡小体。
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细胞凋亡生物化学变化
1)DNA的片段化 细胞染色体的DNA降解，所产生的不同长度的DNA片
段约为180-200bp的整倍数，而这正好是缠绕组蛋白寡 聚体的长度，提示染色体DNA恰好是在核小体与核小 体的连接部位被切断，产生不同长度的寡聚核小体片 段，实验证明，这种DNA的有控降解是一种内源性核 酸内切酶作用的结果，该酶在核小体连接部位切断染 色体DNA，这种降解表现在琼脂糖凝胶电泳中就呈现 特异的梯状Ladder图谱，而坏死呈弥漫的连续图谱。
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细胞凋亡电泳图
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超声波碎裂细胞电泳图
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细胞凋亡生物化学变化
2) 大分子合成 细胞凋亡的生化改变不仅仅是DNA的有控降解，在细
胞凋亡的过程中往往还有新的基因的表达和某些生物 大分子的合成作为调控因子。如TFAR-19是在细胞凋 亡时高表达一种分子；在糖皮质激素诱导鼠胸腺细胞 凋亡过程中，加入RNA合成抑制剂或蛋白质合成抑制 剂即能抑制细胞凋亡的发生。
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二、线粒体通路
线粒体通路主要与线粒体膜通透性转运孔的开放有关。
研究结果发现，各种促凋亡刺激，如氧化作用、细胞 毒性药物刺激、热刺激和电离辐射等，均可引起线粒 体膜通透性转运孔的结构发生变化而开放，进而使线 粒体膜的通透性增加（Godbole 等，2003 ），最终导 致细胞色素C和凋亡诱导因子（apoptosis inducing factor AIF）等蛋白从线粒体释放到细胞质中 （Duchen 等，2004 ）。