细胞凋亡与免疫

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(2).线粒体通路
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(3).线粒体通路的调控机制

Bcl-2家族（B cell lymphoma/leukemia-2）
因该家族成员可通过改变外膜通透性而调控 线粒体活化，故该途径也称为Bcl-2介导的线粒体 途径。 Bcl-2家族已发现15个成员，所有Bcl-2家族 成员均含有1个或多个BH结构域。





功能：抑制Caspase8结合到DISC上，从而抑制 起始Caspase激活。
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4.2 线粒体途径
(1).基本环节：



释放caspase活化因子 细胞色素C：细胞色素C+Apaf-1+ AIF（凋亡诱导因子） Caspase3
caspase9
凋亡体

Apaf-1：凋亡蛋白酶活化因子
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一
细胞凋亡概述
1. 基本概念及生物学意义：
凋亡（apoptosis）一词于1972年Kerr（英国阿伯丁 大学病理学教授）引入，是一个希腊语合成词,原意指 花瓣或树叶的自然脱落（Apo脱落＋ptosis飘零 =Apoptosis）。
基本概念：细胞凋亡是一个“形态学”概念，是对细 胞超微结构观察的基础上得出的特指一种由基因控制、 形态学特征与坏死截然不同的自主性细胞死亡方式。
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细胞凋亡与细胞程序性死亡
如烟草蛾节间肌肉细胞、哺乳动物某些神经元 和红细胞，它们的程序性死亡是以非凋亡的方式进 行。 有时由外源性理化因子刺激诱发的细胞死亡， 形态上似凋亡，但并不是由细胞内原装程序所引发 ，也不能称为程序性细胞死亡（如放疗后肿瘤组织 坏死等）。 因此细胞凋亡只是程序性死亡的特殊方式。


有意义的是CAD只在ICAD存在时才能合成并显示活 性，因而ICAD对CAD的活化与抑制是必需的。
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破坏细胞结构

Caspase可直接破坏细胞结构：如裂解核纤层 核纤层（Lamin）是由核纤层蛋白通过聚合作用而 连成头尾相接的多聚体，由此形成核膜的骨架结构，使 染色质（chromatin）得以形成并进行正常的排列。 在细胞发生凋亡时，核纤层蛋白作为底物被 Caspase裂解，从而使核纤层蛋白崩解，导致细胞染色 质的固缩。
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根据结构和功能分为两类： 抗凋亡/促增殖成员：包括 Bcl-2、 Bcl-xl 等。 机制：可阻止线粒体外膜通透化，从而阻止

细胞色素C的释放，抑制细胞凋亡。 促凋亡成员：包括Bid、Bim、Bad等“BH3only” 蛋白质和Bax、Bak、Bok等“多BH”蛋白质
机制：影响APAF1的功能 影响线粒体的结构与功能
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IAP（inhibitor
of apoptosis，细胞凋亡抑制因子）
IAP超家族的成员较多，共同的特征是含有一个 或多个７０个氨基酸的重复序列（BIR），类似于 zinc指状的结构。 BIR功能域和之间的连接区域介导对caspase的 抑制作用，而环指状结构则具有泛素化蛋白连接酶的 作用，介导caspase-３和-７的泛素化降解作用。

细胞凋亡的生物学意义：
近年来对细胞凋亡的研究日渐重视，现代研究结果表明： 细胞凋亡不仅是认识细胞死亡过程的基础，而且在胚胎发 育、造血、免疫、乃至肿瘤形成中都有极为重要的作用。
1. 确保正常的生长发育(development )：清除无用 、多余的细胞。 2. 维持内环境稳定(maintenance of homeostasis) ：清除受损、突变或衰老的细胞。 3. 发挥积极的防御功能(defense reaction)：清除 病毒感染细胞等对机体有害的细胞。
☆ 细胞凋亡的研究是近年来生命科学中发展起来的 热点课题。早期基于形态学和生物化学，近期则是 基于分子生物学技术从基因调控、信号转导等方面 研究。
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主要内容

细胞凋亡概述（基本概念、意义、
生物学特征、调节、信号传递等）


细胞凋亡与免疫生理 细胞凋亡与免疫病理 细胞凋亡的检测方法 细胞凋亡研究相关展望
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影响核酸的结构与功能

Caspase可作用于多种与DNA、RNA功能有关的蛋白： 如灭活或下调与DNA修复有关的酶、mRNA剪切 蛋白和DNA交联蛋白。 由于DNA的作用，这些蛋白功能被抑制，使细 胞的增殖与复制受阻并发生凋亡。
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4.1 死亡受体的信号转导
(1).参与死亡受体信号转导的接头蛋白： （死亡结构域蛋
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Tissue remodeling.
Sculpting the digits in the developing mouse paw by apoptosis.
Elimination of transitory organs and tissues.
The resorption of the tadpole tail at the time of its metamorphosis into a frog occurs by apoptosis.
特定位点被水解去除N-端前肽，然后再在大小亚
基之间切割释放大小亚基，并进而形成两两组成
的有活性的四聚体,
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Caspase的效应机制
凋亡细胞的特征性表现： 包括 DNA 裂解为 200bp 左
右的片段，染色质浓缩，细胞膜活化，细胞皱缩，最 后形成由细胞膜包裹的凋亡小体，然后，这些凋亡小 体被其他细胞所吞噬。
细胞凋亡 与 免疫
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引言
☆细胞凋亡是一种普遍存在的生物学过程 ，它与细
胞增殖、细胞分化都是最重要的生命现象，正是由 于细胞增殖、细胞分化、细胞调亡的相互联系、相 互制约的关系，才保证了生物体的正常发育。
☆正常凋亡过程受阻或某种原因所致不正常的细胞 凋亡，都会使机体出现病症。因此对细胞凋亡的研 究有助于某些疾病的阐明与治疗。
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Caspase家族的特点：

以酶原的形式存在，需要活化：
同源活化和异源活化,活化后形成四聚体
的蛋白水解酶，发挥生物学作用

C端同源区存在半胱氨酸激活位点
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Caspase活化机制：

Caspase的活化是有顺序的多步水解的过程，虽
然分子各异，但是它们活化的过程相似。

首先在caspase前体的N-端前肽和大亚基之间的
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3. 细胞凋亡的诱导和抑制因素
物理性因子，包括射线（紫外线， 射线等），较温 和的温度刺激（如热激，冷激）等； 化学及生物因子：包括活性氧基团和分子，激素，细 胞生长因子，肿瘤坏死因子（TNF）等。 DNA和蛋白质合成的抑制剂等。
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4.免疫相关的凋亡信号转导

接受凋亡信号
凋亡调控分子间的相互作用 蛋白水解酶（caspases）的活化 凋亡的级联反应
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细胞凋亡时的形态学变化
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细胞凋亡与细胞坏死
细胞凋亡 生理及弱刺激 单个细胞丢失 保持到晚期 减少、固缩 凝聚成半月形 无明显变化 保持完整 形成凋亡小体 有控降解 一般需要 有 不引起炎症反应 生理死亡方式 细胞坏死 强烈刺激 成群细胞死亡 早期即丧失 增大肿胀 稀疏成网状 肿涨破坏 破坏外溢 破裂成碎片 随机降解 不需要 无 引起炎症反应 病理死亡方式 17




Morphological Changes (细胞生物学详讲) 第一阶段：胞体缩小与周围细胞失去联系，细胞器变 致密，核体积缩小，核仁消失，染色质浓集于核膜内 表面下，形成新月形致密小块。 第二阶段：染色体断裂，核膜与细胞膜均内陷，包裹 胞内成分(胞浆、细胞器、碎裂的染色质及核膜)形成 “泡”样结构，此为“凋亡小体”。最后，整个细胞 均裂解成这种“小体”。 第三阶段：凋亡小体被邻近的巨噬、上皮细胞等识别、 吞噬、消化。上述三个阶段维持时间很短，通常在几 分钟、十几分钟内即可完成。

破坏细胞抗凋亡因素
破坏细胞结构 影响核酸的结构与功能

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破坏细胞抗凋亡因素

正常活细胞内核酸酶处于无活性状态。这是由于核 酸酶和抑制物结合在一起（如抑制物被破坏，核酸 酶即可激活，引起DNA片段化）。 现知caspase可以剪切裂解这种抑制物而激活核酸 酶，因而把这种酶称为Caspase激活的脱氧核糖核 酸酶（caspase-activated deoxyribonulease CAD），而把它的抑制物称为ICAD。
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(2).死亡受体通路
FASL+FAS
受体多聚化 和构像改变
+FADD
死亡受体/配体 /FADD/Caspase8或10
凋亡诱导复合物（DISC） 胞质中游离的caspase8聚集到这个复合物上
细胞有足够caspase8 死亡受体活化， 细胞凋亡
细胞caspase8浓度不够 tBid从胞质到线粒体 CtyC 释放



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免疫相关的凋亡信号途径

死亡受体介导的信号途径


线粒体途径
颗粒酶B途径(CTL特有)
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死亡受体通路、线粒体通路
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Байду номын сангаас
细胞凋亡涉及的共同通路

其中膜受体和线粒体途径均通过激活含半胱氨 酸的天冬氨酸酶（Caspase）剪切胞内底物 （ Caspase不可逆有限水解底物的级联放大反应
细胞凋亡参与皮肤更新
2. 细胞凋亡的生物学特征


形态学变化 生物化学变化
胞内Ca++浓度增高 DNA片段化 大分子的合成(凋亡相关蛋白质及RNA合成） tTG（组织转谷氨酰胺酶）的积累并达到较高 的水平。
一种依赖钙离子的酶，当凋亡起始时， Ca++浓度上升，从而使tTG活化。其 作用是保持凋亡小体的完整性，防止 有害物质的逸出。 14
特征 诱导因素 受累范围 膜完整性 细胞体积 染色质 细胞器 溶酶体 细胞形状 基因组DNA 大分子合成 基因调控 后果 意义
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DNA 'ladder
endonucleolytic
DNA fragmentation nucleosome core histone
DNA
chromatin
180bp
白death domain protein）

TRADD：TNF受体相关死亡结构域蛋白 TNF+TNFRI（死亡结构域）+ TRADD 细胞凋亡

FADD：Fas相关死亡结构域蛋白 FasL+Fas （死亡结构域） +FADD 细胞凋亡

RIP：受体相互作用蛋白
CRADD：含有死亡结构域的caspase和RIP接头蛋白 MADD：活化MAP激酶的死亡结构域蛋白

1972年，Kerr,Wylle和Curry在许多正常组织 中观察到一种与经典的细胞坏死形态特征不同 的现象：细胞收缩、细胞碎片、散在不完整细 胞等，据此，他们首次提出apoptosis一词。 国内常译为细胞凋亡、细胞凋落、细胞凋谢、 细胞衰亡等，多数学者倾向于“细胞凋亡”。 强调这一过程是一种自然的生理学过程。

ICE亚类Caspase蛋白酶：ICE是单核细胞来源的参
与成熟的一种蛋白酶，参与凋亡但不起主要作用；


Caspase1，Caspase4， Caspase5， Caspase11 Caspase12，Caspase13， Caspase14。 凋亡启动亚类Caspase蛋白酶（上游Caspase）： Caspase8， Caspase2， Caspase 9，Caspase10。 凋亡效应亚类Caspase蛋白酶（下游Caspase）： Caspase3， Caspase6， Caspase7
细胞凋亡与细胞程序性死亡
细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）
PCD最初是1956年发育生物学中提出的概念，是个功能 性概念，一般指生理性细胞死亡。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。 细胞凋亡和程序性死亡具有非常密切地关系。大多数 情况下程序性细胞死亡是以凋亡的方式进行，但并不是所 有的程序性死亡都采取凋亡的方式。
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切割Bid 线粒体途径
FasL/
/Fas
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(3).死亡受体途径的调控机制

FLIP [FADD-like-IL-1β-convertingenzyme(FLICE) inhibitory protein]
近年发现的含DED的凋亡抑制蛋白 广泛存在于真核生物、哺乳动物细胞和病毒中 包括：病毒基因编码的FLIP(v-FLIP) 细胞FLIP(c-FLIP):c-FLIPS或c-FLIPL
过程），导致凋亡特有的生化和形态学改变。
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细胞凋亡涉及的共同通路

Caspase：含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白酶，水 解底物天冬氨酸C端肽键，因此又称之为 Caspases(取英文Cysteine C，aspartic acid ，Asp ，proteases的词头)
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Caspase家族的结构与分类