细胞凋亡
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凋亡的调控
一个难点 凋亡的信号转导通路
caspase激活的
DNA酶（CAD）
凋亡蛋白酶激活 的DNA酶抑制物 （ICAD）
核 纤 层 蛋 白 L a m in 在 核 内 的 结构和位置
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，如Cyto-c和AIF 抑制Bax和Bak的促凋亡作用 抑制caspase的激活 维持细胞钙稳态
2. P53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 + 细胞凋亡 分 子 警 察
细胞凋亡
死亡受体的激活
钙稳态失衡
TNF-α、抗CD3抗体、TCDD等 胞浆[Ca2+] ↑ ■激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶，降解DNA链；
■激活谷氨酰胺转移酶，促使细胞骨架分子之间发生广泛交联，有利
于凋亡小体形成； ■激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；
■在ATP参与下，暴露出核小体之间的连接区，有利于DNA内切酶切
突变的P53
失活的P53
丧失监视DNA损伤的功能
P53的抗凋亡机制
★DNA结合蛋白，调控基因的转录 ★激活线粒体途径
3.C-myc、Bcl-x
有生长因子
诱导细胞增殖
C-myc
一种癌基因
无生长因子
（转录调节因子）
诱导细胞凋亡
Bcl-XL
抑制细胞凋亡
Bcl-x
Bcl-Xs 促进细胞凋亡
（五）吞噬细胞对凋亡的识别与吞噬
Fas配体+Fas蛋白 Fas配体+Fas蛋白 Fas蛋白激活
神经鞘磷脂 酶活性↑
Fas-FADD-Procaspase8 (DISC)
神经酰胺
Caspase家族活化
通过Ca2+稳态失衡
细胞凋亡
2．线粒体介导的凋亡通路
（1）线粒体信号转导通路的提出
（2）线粒体内的凋亡因子
1、Cyt.C 2、AIF【apoptosis
二、简史
1885年，Flemming第一个描述有关细胞凋亡的特征 （染色质浓缩形成半月形）
1951年，Glucksman提出脊椎动物胚胎在发 育过程中存在PCD 1965年，John Kerr提出固缩性细胞坏死 的概念 1972年，Kerr,Wyllie提出细胞凋亡的概念 1980年，Wyllie发现“DNA ladder”
疱疹病毒、腺病毒等
心肌梗塞
再灌注损伤、脑卒中
5.心衰
肝衰
细胞凋亡不足与肿瘤的发生
p53突变在许多肿瘤中存在
细胞凋亡不足与病毒性疾病
宿主利用细胞凋亡介导感染细胞 自杀，结束病毒复制。 病毒感染时 病毒在逃避宿主防御机制时形成抑制 感染细胞凋亡机制。 灭活p53 病毒及产物 抗凋亡机制 高表达Bcl-2或Bcl-2样蛋白 灭活caspase
凋亡小体
凋亡小体
㈡ 细胞凋亡的生化改变
Ca 2+ /Mg 2+ ① 核酸内切酶激活 Zn 2+
②
DNA片断化
③
caspase激活
灭活凋亡抑制物 水解活性蛋白
水解结构蛋白
三、凋亡与坏死的比较
细胞凋亡与坏死的形态变化
细胞坏死
细胞凋亡
坏死
坏死炎细胞浸润
细胞凋亡与坏死的DNA电泳条带
细胞凋亡与细胞坏死的比较(一)
DNA ladder
1986年，Robert Horvitz等发现线虫中 CED-3,4促凋亡基因
）
1996年，发现线粒 体释放Cyt.c引起细 胞凋亡
2000年，发现线粒 体释放Smac引起细 胞凋亡
Smac ,second mitochondria-derived activator of caspase
细胞凋亡不足与自身免疫疾病
自身免疫特征是自身抗原受到自身抗体 或致敏T细胞攻击，导致自身组织器官损伤 和破坏。此类疾病发生可能与免疫系统在发 育过程中未能将针对自身抗原的免疫细胞以 细胞凋亡方式有效清除有关。
细胞凋亡过度
细胞凋亡与AIDS
• HIV CD4＋淋巴细胞凋亡
凋亡过度与心血管疾病
梗死的心肌
※细胞膜的变化 微绒毛消失 空泡化(blebbing) 出芽(budding) ※细胞质的变化 脱水 固缩(condensation) ※细胞核的变化 染色质边集(margination) ※凋亡小体(apoptosis body)
微绒毛消失
膜空泡化 出芽
膜出芽现象
胞质脱水 固缩
染色质边集
胞膜皱缩内陷，分割包裹胞浆（内含DNA物质 及细胞器），形成泡状小体称为凋亡小体 （apoptosis body）
★吞噬细胞凝集素的作用
★血小板反应蛋白介导吞噬
★磷脂酰丝氨酸受体的作用
（五） 细胞凋亡调控异常与疾病
1、 细胞凋亡的生理意义
★确保正常生长发育 ★维持机体内环境稳定 ★发挥积极的防御功能
2、细胞凋亡失调
细胞凋亡不足 1.癌症: 细胞凋亡过度 1.AIDS病
淋巴瘤 乳腺癌 前列腺癌等 2.神经退行形病变: 2.自身免疫疾病: 红斑狼疮 3.病毒感染 风湿性关节炎 老年性痴呆、帕金森病等 3.再生障碍性贫血 4.缺血性损伤
非caspase依赖 性的内源性核 酸切酶
caspase依赖性 的内源性核酸 切酶（CAD）
CAD的激活过程
（四）细胞凋亡基因的调控
抑制凋亡基因：Bcl-2，IAP
促进凋亡基因：wtP53，Bax 双向调控基因：c-myc
1. Bcl-2家族
Bcl-2亚家族：抗凋亡作用 3个亚家族 Bax亚家族 促凋亡作用 BH3亚家族
inducing factor】
3、SMAC 【second
mitochondria-derived activator of caspase 】
线粒体途径
Ca2+ NO 缺血 缺氧 活性氧
Smac阻断凋亡抑制蛋白（IAPs）作用
PTP开放 △m↓
Cyt.c +
Apaf-1 ATP
AIF
激活核酸内切酶
割DNA。
细胞凋亡
（二）细胞凋亡信号转导
1、死亡受体介导的凋亡通路
死亡配体（细胞外） TNF-a、FasL
死亡受体（细胞膜）Fas、TNFR、DR3-5
死亡受体通路
死亡配体＋受体 受体的三聚化
死亡诱导信号复合体
（死亡受体-接头蛋白- procaspase8）
caspase家族的活化
Fas蛋白/Fas配体信号系统
王晓东 美国科学院院士
第二节
细胞凋亡过程与调控
过程
诱导期 效应期 降解期
凋 亡 相 关 因 素
信 号 转 导
凋 亡 相 关 基 因 激 活
酶 激 活
底 物 降 解
二、凋亡时细胞的主要变化
★
形态学改变 生化改变
★
形态学特征：
空泡化
固缩
出芽 边集
凋亡时细胞的形态学改变
凋亡小体
㈠细胞凋亡的形态学改变
生物及化学毒素、病毒感染、射线、 应激、化疗药物、营养缺乏及功能负荷过度
氧化应激
死亡受体激活
线粒体结构 和功能改变
钙稳态失衡
细胞凋亡
氧 化 应 激
DNA受损
生物膜损伤
激活P53 基因
激活Ca+、 激活NF-κB、 Mg2+依 AP-1 活化多聚ADP 脂质过氧 线粒体 膜通透 赖性核 核糖合成酶 化产物↑ 损伤 性增加 酸内切 加速细胞 酶 凋亡相关 NAD耗竭 基因表达 线粒体通 Ca2+内 透性增加 流增多 ATP减少 ΔΨm↓ 激活DNase
apoptosome Cyt.c Apaf-1活化
Cyt.c Apaf-1活化
CARD
+
Pro-caspase-9
Caspase-9 Pro-Caspase-3 Caspase-3
凋 亡
3、两条细胞凋亡途径的信号转导网络
（三）细胞凋亡的执行 1.Caspases
cysteine-containing aspartate-specific protease
C a sp as es 的 分 类及其 功能
Caspase功能
①灭活细胞凋亡抑制物 ②核纤层(lamina)蛋白 ③细胞骨架蛋白 ④其它caspases
2.内源性核酸内切酶
作用：切割染色质DNA； 特点：Ca2+/Mg2+增强活性，Zn2+抑制其活性。
凋亡细胞DNA 断裂类型
高分子量的 DNA片段 180bp或其 整数倍的 DNA片段
坏 死
1.性 质
2.诱 因 3.基因调控
凋 亡
生理性/病理性，特异性
较弱刺激，非随机发生 有 主动过程 有新蛋白合成 耗能
病理性，非特异性
强烈刺激，随机发生 无 被动过程 无新蛋白合成 不耗能
4.生化特点
细胞凋亡与细胞坏死的比较(二)
坏 死
5.形态改变 6.凋亡小体 7.DNA变化 8.溶酶体改变 9.炎症反应
梗死区边缘心肌有细胞凋亡的发生
细胞凋亡与神经退行性疾病
大脑的退行性变
第四节 凋亡在疾病防治中的意义 ★合理利用凋亡的相关因素 ★干预凋亡信号转导 ★调节凋亡相关因子 ★控制凋亡相关的酶
★防止线粒体跨膜电位的下降
小结
几个概念 两个重点 一个难点
几个概念
细胞凋亡 凋亡小体
两个重点 细胞凋亡与坏死的比较
含半胱氨酸的天冬氨酸特异蛋白水解酶
又称为凋亡蛋白酶
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
■ 结构特点
活化过程
剪切
Pro-caspase： NH2末端结构域、 20KD亚基、 10KD亚基
大小亚基结合（二聚体）
caspase活化（异四聚体）
Caspses的分类
启动型（Caspase-8 , -9, -10）
Caspases
效应型（Caspase -3,-6,-7）
第八章 凋亡异常与疾病
第一节 概述
– 蝌蚪尾的消失
– 脊椎动物的神 经系统的发育
– 发育过程中手 和足的成形过 程
apoptosis
一、细胞凋亡的概念（apoptosis）
细胞凋亡是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，是程序性细胞死亡（programmd cell death．PCD）的形式之一。
凋 亡
细胞皱缩，核固缩 胞膜/细胞器相对完整
有
细胞肿胀 结构溶解，破坏
无
弥散性降解 电泳呈均一片状
破裂 局部炎症反应
片段化（180-200bp） 电泳呈“梯”状条带
相对完整 局部无炎症反应
四、细胞凋亡调控
（一）凋亡信号
某些激素和细胞因子直接作用
生理性凋 亡信号
某些激素和细胞因子间接作用
病理性凋亡信号
一个难点 凋亡的信号转导通路
caspase激活的
DNA酶（CAD）
凋亡蛋白酶激活 的DNA酶抑制物 （ICAD）
核 纤 层 蛋 白 L a m in 在 核 内 的 结构和位置
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，如Cyto-c和AIF 抑制Bax和Bak的促凋亡作用 抑制caspase的激活 维持细胞钙稳态
2. P53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 + 细胞凋亡 分 子 警 察
细胞凋亡
死亡受体的激活
钙稳态失衡
TNF-α、抗CD3抗体、TCDD等 胞浆[Ca2+] ↑ ■激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶，降解DNA链；
■激活谷氨酰胺转移酶，促使细胞骨架分子之间发生广泛交联，有利
于凋亡小体形成； ■激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；
■在ATP参与下，暴露出核小体之间的连接区，有利于DNA内切酶切
突变的P53
失活的P53
丧失监视DNA损伤的功能
P53的抗凋亡机制
★DNA结合蛋白，调控基因的转录 ★激活线粒体途径
3.C-myc、Bcl-x
有生长因子
诱导细胞增殖
C-myc
一种癌基因
无生长因子
（转录调节因子）
诱导细胞凋亡
Bcl-XL
抑制细胞凋亡
Bcl-x
Bcl-Xs 促进细胞凋亡
（五）吞噬细胞对凋亡的识别与吞噬
Fas配体+Fas蛋白 Fas配体+Fas蛋白 Fas蛋白激活
神经鞘磷脂 酶活性↑
Fas-FADD-Procaspase8 (DISC)
神经酰胺
Caspase家族活化
通过Ca2+稳态失衡
细胞凋亡
2．线粒体介导的凋亡通路
（1）线粒体信号转导通路的提出
（2）线粒体内的凋亡因子
1、Cyt.C 2、AIF【apoptosis
二、简史
1885年，Flemming第一个描述有关细胞凋亡的特征 （染色质浓缩形成半月形）
1951年，Glucksman提出脊椎动物胚胎在发 育过程中存在PCD 1965年，John Kerr提出固缩性细胞坏死 的概念 1972年，Kerr,Wyllie提出细胞凋亡的概念 1980年，Wyllie发现“DNA ladder”
疱疹病毒、腺病毒等
心肌梗塞
再灌注损伤、脑卒中
5.心衰
肝衰
细胞凋亡不足与肿瘤的发生
p53突变在许多肿瘤中存在
细胞凋亡不足与病毒性疾病
宿主利用细胞凋亡介导感染细胞 自杀，结束病毒复制。 病毒感染时 病毒在逃避宿主防御机制时形成抑制 感染细胞凋亡机制。 灭活p53 病毒及产物 抗凋亡机制 高表达Bcl-2或Bcl-2样蛋白 灭活caspase
凋亡小体
凋亡小体
㈡ 细胞凋亡的生化改变
Ca 2+ /Mg 2+ ① 核酸内切酶激活 Zn 2+
②
DNA片断化
③
caspase激活
灭活凋亡抑制物 水解活性蛋白
水解结构蛋白
三、凋亡与坏死的比较
细胞凋亡与坏死的形态变化
细胞坏死
细胞凋亡
坏死
坏死炎细胞浸润
细胞凋亡与坏死的DNA电泳条带
细胞凋亡与细胞坏死的比较(一)
DNA ladder
1986年，Robert Horvitz等发现线虫中 CED-3,4促凋亡基因
）
1996年，发现线粒 体释放Cyt.c引起细 胞凋亡
2000年，发现线粒 体释放Smac引起细 胞凋亡
Smac ,second mitochondria-derived activator of caspase
细胞凋亡不足与自身免疫疾病
自身免疫特征是自身抗原受到自身抗体 或致敏T细胞攻击，导致自身组织器官损伤 和破坏。此类疾病发生可能与免疫系统在发 育过程中未能将针对自身抗原的免疫细胞以 细胞凋亡方式有效清除有关。
细胞凋亡过度
细胞凋亡与AIDS
• HIV CD4＋淋巴细胞凋亡
凋亡过度与心血管疾病
梗死的心肌
※细胞膜的变化 微绒毛消失 空泡化(blebbing) 出芽(budding) ※细胞质的变化 脱水 固缩(condensation) ※细胞核的变化 染色质边集(margination) ※凋亡小体(apoptosis body)
微绒毛消失
膜空泡化 出芽
膜出芽现象
胞质脱水 固缩
染色质边集
胞膜皱缩内陷，分割包裹胞浆（内含DNA物质 及细胞器），形成泡状小体称为凋亡小体 （apoptosis body）
★吞噬细胞凝集素的作用
★血小板反应蛋白介导吞噬
★磷脂酰丝氨酸受体的作用
（五） 细胞凋亡调控异常与疾病
1、 细胞凋亡的生理意义
★确保正常生长发育 ★维持机体内环境稳定 ★发挥积极的防御功能
2、细胞凋亡失调
细胞凋亡不足 1.癌症: 细胞凋亡过度 1.AIDS病
淋巴瘤 乳腺癌 前列腺癌等 2.神经退行形病变: 2.自身免疫疾病: 红斑狼疮 3.病毒感染 风湿性关节炎 老年性痴呆、帕金森病等 3.再生障碍性贫血 4.缺血性损伤
非caspase依赖 性的内源性核 酸切酶
caspase依赖性 的内源性核酸 切酶（CAD）
CAD的激活过程
（四）细胞凋亡基因的调控
抑制凋亡基因：Bcl-2，IAP
促进凋亡基因：wtP53，Bax 双向调控基因：c-myc
1. Bcl-2家族
Bcl-2亚家族：抗凋亡作用 3个亚家族 Bax亚家族 促凋亡作用 BH3亚家族
inducing factor】
3、SMAC 【second
mitochondria-derived activator of caspase 】
线粒体途径
Ca2+ NO 缺血 缺氧 活性氧
Smac阻断凋亡抑制蛋白（IAPs）作用
PTP开放 △m↓
Cyt.c +
Apaf-1 ATP
AIF
激活核酸内切酶
割DNA。
细胞凋亡
（二）细胞凋亡信号转导
1、死亡受体介导的凋亡通路
死亡配体（细胞外） TNF-a、FasL
死亡受体（细胞膜）Fas、TNFR、DR3-5
死亡受体通路
死亡配体＋受体 受体的三聚化
死亡诱导信号复合体
（死亡受体-接头蛋白- procaspase8）
caspase家族的活化
Fas蛋白/Fas配体信号系统
王晓东 美国科学院院士
第二节
细胞凋亡过程与调控
过程
诱导期 效应期 降解期
凋 亡 相 关 因 素
信 号 转 导
凋 亡 相 关 基 因 激 活
酶 激 活
底 物 降 解
二、凋亡时细胞的主要变化
★
形态学改变 生化改变
★
形态学特征：
空泡化
固缩
出芽 边集
凋亡时细胞的形态学改变
凋亡小体
㈠细胞凋亡的形态学改变
生物及化学毒素、病毒感染、射线、 应激、化疗药物、营养缺乏及功能负荷过度
氧化应激
死亡受体激活
线粒体结构 和功能改变
钙稳态失衡
细胞凋亡
氧 化 应 激
DNA受损
生物膜损伤
激活P53 基因
激活Ca+、 激活NF-κB、 Mg2+依 AP-1 活化多聚ADP 脂质过氧 线粒体 膜通透 赖性核 核糖合成酶 化产物↑ 损伤 性增加 酸内切 加速细胞 酶 凋亡相关 NAD耗竭 基因表达 线粒体通 Ca2+内 透性增加 流增多 ATP减少 ΔΨm↓ 激活DNase
apoptosome Cyt.c Apaf-1活化
Cyt.c Apaf-1活化
CARD
+
Pro-caspase-9
Caspase-9 Pro-Caspase-3 Caspase-3
凋 亡
3、两条细胞凋亡途径的信号转导网络
（三）细胞凋亡的执行 1.Caspases
cysteine-containing aspartate-specific protease
C a sp as es 的 分 类及其 功能
Caspase功能
①灭活细胞凋亡抑制物 ②核纤层(lamina)蛋白 ③细胞骨架蛋白 ④其它caspases
2.内源性核酸内切酶
作用：切割染色质DNA； 特点：Ca2+/Mg2+增强活性，Zn2+抑制其活性。
凋亡细胞DNA 断裂类型
高分子量的 DNA片段 180bp或其 整数倍的 DNA片段
坏 死
1.性 质
2.诱 因 3.基因调控
凋 亡
生理性/病理性，特异性
较弱刺激，非随机发生 有 主动过程 有新蛋白合成 耗能
病理性，非特异性
强烈刺激，随机发生 无 被动过程 无新蛋白合成 不耗能
4.生化特点
细胞凋亡与细胞坏死的比较(二)
坏 死
5.形态改变 6.凋亡小体 7.DNA变化 8.溶酶体改变 9.炎症反应
梗死区边缘心肌有细胞凋亡的发生
细胞凋亡与神经退行性疾病
大脑的退行性变
第四节 凋亡在疾病防治中的意义 ★合理利用凋亡的相关因素 ★干预凋亡信号转导 ★调节凋亡相关因子 ★控制凋亡相关的酶
★防止线粒体跨膜电位的下降
小结
几个概念 两个重点 一个难点
几个概念
细胞凋亡 凋亡小体
两个重点 细胞凋亡与坏死的比较
含半胱氨酸的天冬氨酸特异蛋白水解酶
又称为凋亡蛋白酶
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
■ 结构特点
活化过程
剪切
Pro-caspase： NH2末端结构域、 20KD亚基、 10KD亚基
大小亚基结合（二聚体）
caspase活化（异四聚体）
Caspses的分类
启动型（Caspase-8 , -9, -10）
Caspases
效应型（Caspase -3,-6,-7）
第八章 凋亡异常与疾病
第一节 概述
– 蝌蚪尾的消失
– 脊椎动物的神 经系统的发育
– 发育过程中手 和足的成形过 程
apoptosis
一、细胞凋亡的概念（apoptosis）
细胞凋亡是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，是程序性细胞死亡（programmd cell death．PCD）的形式之一。
凋 亡
细胞皱缩，核固缩 胞膜/细胞器相对完整
有
细胞肿胀 结构溶解，破坏
无
弥散性降解 电泳呈均一片状
破裂 局部炎症反应
片段化（180-200bp） 电泳呈“梯”状条带
相对完整 局部无炎症反应
四、细胞凋亡调控
（一）凋亡信号
某些激素和细胞因子直接作用
生理性凋 亡信号
某些激素和细胞因子间接作用
病理性凋亡信号