细胞生物学-第16章-细胞死亡与细胞衰老

（2） Caspase 的激活及其级联效应
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（2） Caspase 的激活及其级联效应
Nat Rev Mol Cell Biol, 2010, 11(9): 621-632
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细胞凋亡与坏死的比较
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三、自噬性细胞死亡
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Find-me and eat-me signal
J. Exp. Med., 2010, 207(9): 1807-1817
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4. 穿孔蛋白－颗粒酶介导的细胞凋亡
动物发育过程中的细胞凋亡
动物蜕变过程中幼体器官的缩小和退化 （如蝌蚪尾的消失等）也是通过细胞凋亡来实现的
高等哺乳类动物指（趾）间蹼的消失、颚 融合、肠管腔道的形 成、视网膜发育等过程都必须有细胞凋亡的参与
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（四）细胞凋亡的分子机制
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（二）细胞凋亡的检测方法
6. 检测细胞膜成分变化
– 检测磷脂酰丝氨酸的外翻
– 检测caspases 的激活
– 检测Cyt c 的释放
– 检测线粒体膜电位的变化等
“eat me” signal is the presence of phosphatidylserine molecules in the outer leaflet of PM of apoptotic cells.
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编
细胞生物学（第4版）
第16章 细胞死亡与细胞衰老
Copyright © 高等教育出版社 2011
Homeostasis 稳态
Apoptosis
Mitosis
细胞增殖和细胞死亡对生物体具有同样重要的意义
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（三）细胞凋亡的生理学及医学意义
• 细胞凋亡在正常发育、自稳态的维持、免疫耐受的 形成、肿瘤监控等过程中均发挥重要作用
– 确保正常发育、生长 – 维持内环境稳定 – 发挥积极的防御功能
• 凋亡失调：不恰当激活或抑制；过度凋亡导致疾病
– AIDS：HIV诱导淋巴细胞凋亡 – 自身免疫疾病：激活的淋巴细胞凋亡缺陷 – 癌症：凋亡缺陷 – 老年痴呆/中风：过多神经细胞凋亡
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（二）细胞凋亡的检测方法
2. DNA电泳
– 凋亡时，细胞内特异性核酸 内切酶活化，染色质DNA 在 核小体间被特异性切割， DNA 降解成 180～200 bp 或 其整数倍片段
细胞凋亡的典型特征——DNA 梯状条带（DNA ladders）
两位华人科学家
Junying Yuan, Ph.D. 袁钧瑛
Xiaodong Wang, Ph.D. 王晓东
https://yuan.med.harv ard.edu/
发现哺乳动物细胞中Ced3的同源蛋 白白介素-1β 转换酶
http://www.nibs.ac.cn/ind ex.php?act=view&id=20
（1）死亡受体起始的外源途径
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（2）线粒体起始的内源途径
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Caspase 依赖性细胞凋亡信号途径
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Nature Reviews Immunology, 2002, 2, 735-747
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5. 生死抉择：细胞凋亡的调控
营养因子
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生存因子通过调节Bcl-2 家族成员的活性及表达抑 制细胞凋亡的发生
二、细胞坏死
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细胞凋亡与坏死的形态特征
Fig. 1 TEM of a necrotic cell Fig. 2 TEM of an apoptotic (A)
and a normal (N) cell Fig. 3 SEM of a necrotic cell Fig. 4 SEM of an apoptotic cell
效应caspases 还通过切割细胞 骨架蛋白使细胞的骨架体系发生 结构变化，便于细胞改变形态以 及形成凋亡小体等
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2. Caspase依赖性细胞凋亡途径
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1. Caspase (Cysteine aspartic acid specific protease)
• caspases 是一组存在于细胞质中具有类似结构的蛋白酶 • 它们的活性位点均包含半胱氨酸残基，能 够特异地切割
靶蛋白天冬氨酸残基后的肽键。因此， caspases 称之为 天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解酶 • caspases 负责选择性地切割某些蛋白质，切割的结果是 使靶蛋白活化或失活，而非完全降解 • caspases通常以无活性酶原形式存在于细胞质中
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（二）细胞凋亡的检测方法 3. DNA 断裂的原位末端标记法
– 转移酶介导的dUTP 缺口末端标记测定法（TUNEL） – 脱氧核糖核苷酸末端转移酶 – 能对DNA 分子 断裂缺口中的3′-OH 进行原位标记 – 凋亡细胞的核DNA 断裂后产 生3′-OH 末端，因此可借
建立了细胞凋亡内源途径的模型
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3. Caspase非依赖性的细胞凋亡
• 凋亡诱导因子 （apoptosis
inducing factor， AIF） • 限制性内切核酸
酶G
Biochemistry (Moscow), 2005, 70, (2): 231-239
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细胞凋亡使得神经细胞与靶细胞的数量相匹配
发育过程中神经细胞的数量较靶细胞多。靶细胞通过分泌存活因子来调节神 经细胞的数ຫໍສະໝຸດ Baidu。不能获得足够存活因子的神经细胞发生凋亡，使得剩下的神 经细胞与靶细胞的数量相当
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（二）细胞凋亡的检测方法 4. 彗星电泳法
正常细胞的核无DNA 断裂泳动时保持圆球形 凋亡细胞中的DNA 降解片段在电场中泳动速度较快，细胞核呈现出慧星式图案
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（二）细胞凋亡的检测方法 5. 流式细胞分析
左图：正常细胞周期 右图：地塞米松 处理的细胞在G1峰左侧可见一典型的凋亡峰型（亚二倍体峰）
• 动物细胞的凋亡诱导因子大致分为： ① 物理性因子：包括射线（紫外线、γ射线 等），较
温和的温度刺激（如热激、冷激）等
② 化学及生物因子：包括活性氧基团和分子（超氧自
由基、羟 自由基、H2O2）、钙离子载体、VK3、视黄酸、 细胞毒素、 DNA 和蛋白质合成的抑制剂（如环已亚胺）、 正常生理 因子（激素，细胞生长因子等）的失调，以及 凋亡因子 如肿瘤坏死因子α（ tumor necrosis factor α, TNFα）处理等
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（二）细胞凋亡的检测方法
细胞凋亡早期，位于细胞 膜内侧的磷脂酰丝氨酸 （PS）迅速翻转到细胞膜 外侧，使得PS 暴露在细胞 膜表面，可以用PS 与抗凝 血剂Annexin V 的相互作用 检测外翻的PS
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（1） Caspase 分类及其结构
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Caspase 家族成员及其在细胞凋亡过程中的功能
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内源性caspases 抑制因子
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p53 通过激活凋亡正调节因子的转录来促进凋亡，同时还能 够抑制抗凋亡因子的转录
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（一）细胞凋亡的特征 1. 凋亡的起始 2. 凋亡小体的形成 3. 吞噬
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（二）细胞凋亡的检测方法 1. 形态学观察——染色法
– 台盼蓝；DAPI；吉姆萨染色法等
DAPI 染色显示凋亡细胞的染色质凝集 A. 正常细胞核 B. 凋亡细胞核
（2） Caspase 的激活及其级联效应
效应caspases 对底物的切割 使得细胞呈现出凋亡的一系列 形态学和分子生物学特征。可 以分为被活化和失活两大类：
被caspase 活化的代表分子是 caspases 激活的核酸酶CAD
被caspase 失活的分子都在维护 细胞正常状态中发挥关键作用
1. 细胞凋亡（apoptosis） 2. 坏死 （necrosis） 3. 自噬性细胞死亡（autophagic cell death）
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一、细胞凋亡
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细胞死亡的分类
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本章主要内容
细胞死亡
细胞凋亡 细胞坏死 自噬性细胞死亡
细胞衰老
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第一节 细胞死亡
• 细胞死亡是指细胞生命活动的结束 • 细胞死亡的方式：
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（四）细胞凋亡的分子机制
• 动物细胞凋亡的阶段：
– 接受凋亡信号； – 凋亡相关分子的活化； – 凋亡的执行； – 凋亡细胞的清除
• 动物细胞凋亡的途径
– Caspase依赖性和不依赖于Caspase的细胞凋亡
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2002年诺贝尔生理学或医学奖
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模式生物：秀丽隐杆线虫 C. elegans
透明，长仅1mm，体细胞959个 1090 cells - 131 cells death = 959 cells
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助一种可观测的标记物如荧 光素对单个凋亡细胞核或 凋亡小体进行原位染色
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（二）细胞凋亡的检测方法 3. DNA 断裂的原位末端标记法
原位末端标记法显示斑马鱼胚胎发育过程中的细胞凋亡
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