细胞凋亡的机理

Sydney Brenner
H. Robert Horvitz John E. Sulston
（一）细胞凋亡相关基因
细胞凋亡的调控涉及许多基因，包括一些与细 胞增殖有关的原癌基因和抑癌基因。其中研究 较多的有 ICE 、Apaf-1 、Bcl-2 、Fas/APO-1 、 c-myc 、p53 、ATM 等。
凋亡
诱导 +受体 因素
cAMP Ca 2+ 神经酰胺
信号转导
ห้องสมุดไป่ตู้
apoptosis 凋亡过程与调控
死 亡 信 号
DNase 激活 Caspases 激活
执行凋亡
凋亡相关基因激活
基因激活
巨噬细胞吞噬 分解凋亡细胞 凋亡细胞的清除
凋亡过程
凋亡诱导因素 +
受体
apoptosis 凋亡过程与调控
细胞膜
cAMP Ca2+ 神经酰胺
凋亡相关 基因激活
细胞核
死亡信号
信 号 转 导
Dnase 激活
Caspases 激活
凋亡过程Ⅰ
Caspases 激活 DNase 激活
凋亡执行
apoptosis 凋亡过程与调控
凋亡细胞的 清除
凋亡过程Ⅱ
? 线虫 Caenorhabditis elegans 是研究个体发育和细胞 程序性死亡的理想材料（生命周期短，细胞数量少）。
BcL-2抗凋亡机制：
直接抗氧化 抑制线粒体释放促凋亡蛋白质 抑制凋亡调节蛋白的细胞毒作用 抑制凋亡蛋白酶的激活 维持细胞钙稳态
3．p53
? 是一种抑癌基因，其生物学功能是在G期监 视DNA的完整性。如有损伤，则抑制细胞 增殖，直到DNA 修复完成。如果DNA 不能 被修复，则诱导其调亡。
? p53是一种肿瘤抑制基因（gene）。在所有恶性肿瘤中， 50% 以上会出现该基因的突变。由这种基因编码的蛋白质 （protein）是一种转录（transcription）因子，其控制 着细胞分裂周期的启动。许多有关细胞健康的信号向p53 蛋白发送。关于是否开始细胞分裂就由这个细胞决定。如 果这个细胞受损，又不能得到修复，则p53 蛋白将参与启 动过程，使这个细胞在细胞凋亡（apoptosis）中死去。 有p53 缺陷的细胞没有这种控制，甚至在不利条件下继续 分裂。像所有其它肿瘤抑制因子一样，p53 基因在正常情 况下对细胞分裂起着减慢或监视的作用。
丧失监视DNA损伤的功能
4．myc
? 在许多人类恶性肿瘤细胞中都发现有cmyc的过度表达，它能促进细胞增殖、抑 制分化。 在凋亡细胞中c-myc也是高表达， 作为转录调控因子，一方面它能激活那些 控制细胞增殖的基因，另一方面也激活促 进细胞凋亡的基因，给细胞两种选择：增 殖或凋亡。当生长因子存在、Bcl-2 基因表 达时，促进细胞增殖，反之细胞凋亡。
? 1．Caspase家族
Caspase属于半胱氨酸蛋白酶 ，相当于线虫中的 ced-3 ，这些蛋白酶是引起细胞凋亡的关键酶， 一旦被信号途径激活，能将细胞内的蛋白质降解， 使细胞不可逆地走向死亡。它们均有以下特点： ①酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲和性；②总是 在天冬氨酸之后切断底物，所以命名为 caspase 又称之为凋亡酶；③都是由两大、两小亚基组成 的异四聚体，大、小亚基由同一基因编码，前体
①DNA受损激活P53基因
膜通透性↑ Ca 内流↑ DNase
②生物膜损伤
ΔΨm↓
脂质过氧化产物↑
③多聚ADP核糖合成酶活化，NAD＋耗竭，ATP 大量消耗
④可活化NF-kB 、AP-1，加速细胞凋亡相关的一些基因表达
㈡ 钙稳态失衡
Ca 2＋作为许多细胞生命活动的第二信使，在细胞凋亡中 的作用也倍受关注，凋亡发生时胞浆中Ca 2＋ ↑，并激活 凋亡过程中的关键酶类，其诱导细胞凋亡的机制为：
被切割后产生两个活性亚基 。
Caspase 如何杀死细胞？
? 使抑制凋亡因子失活， 如CAD/ICAD
? 破坏细胞结构，如 Lamina
? 将调节区与催化区分 离，使蛋白失活，如 Gelsolin
? Gelsoin为一种重要的肌动蛋白结合蛋白 质, 最早是从兔肺巨噬细胞提取液中分离得 到的一种Ca2 +依赖性肌动蛋白纤维切断和
? 线虫神经系统由 302个细胞组成。这些细胞来自于 407 个前体细胞。也就是说105个细胞发生了程序性死亡。
? 控制线虫细胞凋亡的基因主要有 3个Ced-3 、Ced-4 和 Ced-9
– Ced-3和 Ced-4的作用是诱发凋亡； – Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用。
2002年10月7日英国人悉尼·布雷诺尔、美国人罗伯特·霍 维茨和英国人约翰·苏尔斯顿，因在细胞程序性死亡方面的 研究获诺贝尔生理与医学奖。
封顶蛋白。未分化和增殖力强的癌细胞系 该蛋白水平很低，而在高分化和不增殖的 细胞系该蛋白高表达。
2．Bcl-2家族
? Bcl-2为凋亡抑制基因，是膜的整合蛋白， 其功能相当于线虫中的ced-9。现已发现至 少19个同源物，它们在线粒体参与的凋亡 途径中起调控作用，能控制线粒体中细胞 色素c等凋亡因子的释放。
（二） 可诱导细胞凋亡的途径
? 氧化损伤 ? 钙稳态失衡 ? 线粒体损伤
㈠氧化损伤
1.氧化应激（ oxidative stress ）的概念
------指机体活性氧产生过多或抗氧化能力下降，活性氧的清除不足， 导致活性氧在体内积聚并引起氧化损伤的病理过程。
氧化损伤的后果之一就是诱导凋亡。
2.氧化应激引起细胞凋亡的可能机制：
①激活 Ca 2＋ /Mg 2＋ 依赖的DNase
? 细胞中抑制癌变的基因“p53”会判断DNA变异的程度， 如果变异较小，这种基因就促使细胞自我修复，若DNA 变异较大，“p53”就诱导细胞凋亡。
P53基因
促进凋亡基因
?wtP53
——修复受损的 DNA，如修复失败则诱导细胞凋亡
射线，毒素 P53蛋白 +
分 子 警 细胞凋亡 察
?突变的P53
失活的P53
双向调控基因
C-myc
C-myc 是一种癌基因，是调控细胞周期的主要基因。 编码的蛋白是 DNA结合蛋白，调控基因转录，在 GF充 足时主要激活介导细胞增殖的基因；反之激活凋亡基
因。
Bcl-x
是1933年发现的一类与Bcl-2相关基因。 Bcl-xl——抑制细胞凋亡。 Bcl-xs——促进细胞凋亡。