细胞凋亡、自噬、坏死
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一、细胞凋亡、自噬、坏死概念
细胞死亡是指细胞因受严重损伤而累及胞核时，呈现代谢停止、结构破坏和
功能丧失等不可逆性变化，其一般分为程序性细胞死亡和非程序细胞死亡，细胞
凋亡(apoptosis)和自噬(autophagy)属于前者，细胞坏死(necrosis)属于后者。
细胞凋亡是一个主动的通过调控一系列基因的活化和表达等使细胞自动结
植物）中，为细胞生长代谢提供必要的大分子物质和能量，并清除细胞内过剩或
有缺陷的细胞器。
细胞坏死是一个被动的因极端的物理化学因素或严重的病理性刺激引起的
细胞损伤和死亡。细胞坏死的结局与细胞凋亡类似，坏死过程中细胞膜通透性增
高，致使细胞肿胀，细胞器变形或肿大，染色质随机降解，早期核无明显形态学
变化，最后细胞破裂；另外坏死的细胞膜发生渗漏，导致细胞内容物释放到胞外，
从而引起炎症反应；在愈合过程中常伴随组织器官的纤维化，形成瘢痕。而未得
到及时清除的凋亡细胞也会发生胞膜破裂溶解、胞浆外泄并引发炎症反应的现
象，即发生继发性坏死，这在体外培养细胞及巨噬细胞发生功能障碍的机体中较
为常见。近期有研究表明，细胞坏死可能是细胞“程序性死亡”的另一种形式，
具有包括引发炎症反应在内的重要生理功能。当细胞凋亡不能正常发生而细胞必
束生命的过程。从形态学上看，首先细胞变圆，随即与周围细胞脱离；细胞失去
微绒毛，胞浆浓缩，内质网扩张呈泡状并与细胞膜融合，核染色质密度增高，凝
聚在核膜周边；然后核染色质断裂为大小不等的片段，与某些细胞器如线粒体聚
集在一起，被反折的细胞膜包围。从外观上看，细胞表面产生了许多泡状或芽状
突起；接着这些突起逐渐分隔，形成单个的凋亡小体(apoptotic body)；最后凋亡
细胞坏死
四、检测方法 细胞凋亡检测方法在之前已经讲过，此处就不列举了。 细胞自噬检测方法： 1.电镜观察：在透射电子显微镜下，可以观察到自噬的特征性变化即自噬泡及自 噬溶酶体形成的全过程．首先在肿胀变形的细胞器周围出现双层膜空泡状结构， 继而包裹待降解物质形成自噬体，随后与溶酶体融合形成自噬溶酶体
重度缺乏
炎症反应
无
可诱发
可诱发
特征蛋白
Caspase 3, Bcl-2, cathepsin B, P13K, DAP
cytochrome C, mTOR, LC3, DAP
DAP
生理意义
生物体发育，抵御 提供营养，是细胞 引起炎症反应，
外 界 不 良 因 子 的 凋亡途径的补充 抵 御 外 界 不 良 因
须死亡时，坏死作为凋亡的“替补”方式被采用。
二、区别
细胞凋亡
细胞自噬
细胞坏死
诱因
生理条件下的基 营养缺乏或激素 极端的物理化学
因调控
诱导
因素或严重的病
理性刺激
细胞形态
细胞缩小
细胞产生空泡
细胞膨大、变形
细胞膜ຫໍສະໝຸດ Baidu
起 泡 形 成 凋 亡 小 膜结构完整
膜结构遭破坏
体，磷脂酰丝氨酸
外翻，膜结构完整
细胞器
完整
小体被邻近的正常细胞吞噬并消化。
细胞自噬，是真核生物中进化保守的对细胞内物质进行周转的重要过程。自
噬，即自体吞噬，是一种存在于正常细胞和病态细胞中的非选择性降解机制，是
细胞内长寿蛋白降解的主要途径。它的主要作用是在应激状态下一些损坏的蛋白
或细胞器被双层膜结构的自噬小泡包裹后，送入溶酶体（动物）或液泡（酵母和
2.单丹（磺）酰戊二胺(ＭＤＣ)染色法：MDC 是自噬发生过程中分析分子水平机 制的一种非特异的检测自噬体方法。ＭＤＣ是自噬囊泡示踪剂，能与自噬囊泡膜 上的 ATG8 特异性结合，因此其阳性结构可代表自噬囊泡，在荧光显微镜下可观 察自噬囊泡的数量. 3.特异蛋白或信号通路 Western blot 检测：自噬形成时，胞浆型 LC3 会酶解掉一 小段多肽形成 LC3-I，LC3-I 跟磷脂酰乙醇胺即脑磷脂(PE)结合转变为（自噬体） 膜型（即 LC3-II），这两种形式在正常细胞中都是存在的，而发生自噬的细胞中 LC3-II 会有明显的增加，因而可检测 LC3-II 的表达。另外，可检测以下信号通 路蛋白： 依赖 mTOR（哺乳动物雷帕霉素靶点）途径的自噬 1）PI3K-AKT-mTOR 信号通路 2）AMPK-TSC 1/2-mTOR 信号通路 其它的信号通路 1）3-甲基腺嘌呤（3-MA）通过抑制 Class ⅢPI3K 的活性抑制自噬。 2）beclin1 和 UVRAG 作为正调控子，抗凋亡因子 bcl-2 作为负调控子共同参与 组成 ClassⅢPI3 复合物调控自噬。 3）GTP 结合的 G 蛋白亚基 Gαi3 抑制自噬；GDP 结合的 Gαi3 蛋白活化自噬。 4）死亡相关蛋白激酶（death-associated proteinlinase,DAPK）和 DAPK 相关蛋白 激酶（DAPK-related protein kinase-1,DRP-1）诱导自噬。 5）PKA、casein 激酶 Ⅱ、MAP 激酶、calcium 途径也在自噬错综复杂的调控网 格中，但其机制还不甚清楚。 细胞坏死检测方法： 1.电镜观察：在透射电子显微镜下，可以观察到坏死细胞体积及细胞器肿胀，细 胞核稀疏成网状，细胞膜破裂引起内容物外溢等现象。 2.凝胶电泳检测：提取 DNA，可观察到 DNA 电泳条带呈弥散状，而非规则的梯 状条带。 3.Annexin V-FITC/PI 双染检测法：之前通常采用此方法对凋亡细胞与坏死细胞加 以鉴别。凋亡早期，磷脂酰丝氨酸外翻，但膜具有完整性，因此凋亡细胞呈 Annexin V 单标阳性。坏死细胞膜不具完整性，呈 Annexin V 和 PI 双染阳性，但是近来
干扰
子
三、细胞通路
细胞凋亡
细胞自噬：自噬主要是通过 ULK complex 磷酸化 Beclin-1，激活脂酶 VPS34，诱 导了细胞自噬发生，因此可以通过 ULK complex 和 Beclin-1 的相关基因的抑制 剂来抑制自噬的形成，包括的靶点有 MAP kinases, JNK1, ERK 和 p38。同时， 细胞自噬还涉及了多种信号通路，如哺乳动物雷帕霉素靶点 mTOR 信号通路， 是依赖 mTOR 的相关信号通路形成自噬的重要途径。另外，其它信号通路中， 如 3-甲基腺嘌呤（3-MA）可以通过抑制 Class Ⅲ PI3K 的活性抑制自噬；GTP 结合的 G 蛋白亚基 Gαi3 抑制自噬；GDP 结合的 Gαi3 蛋白活化自噬；死亡相 关 蛋 白 激 酶 （ death-associated protein linase,DAPK ） 和 DAPK 相 关 蛋 白 激 酶 （DAPK-related protein kinase-1,DRP-1）诱导自噬。PKA、casein 激酶 Ⅱ、MAP 激酶、calcium 途径也在自噬错综复杂的调控网格中，但其机制还不甚清楚。
被 双 层 膜 结 构 的 变形或肿大
自噬泡包裹，最终
被溶酶体或液泡
消化
染色质
凝聚、破裂
无典型特征
解体
DNA
断 裂 为 大 小 不 等 细胞死亡时，随机 随机降解
的片段
降解
特异酶
Caspase 活化
自 噬 体 包 裹 的 物 溶酶体酶释
质被
放到胞质中
溶酶体酶水解消
化
ATP 缺乏能否促发 中度缺乏
中度缺乏
Annexin V 和 PI 双染也被认为是凋亡晚期，因而此方法也不是太准确。
细胞死亡是指细胞因受严重损伤而累及胞核时，呈现代谢停止、结构破坏和
功能丧失等不可逆性变化，其一般分为程序性细胞死亡和非程序细胞死亡，细胞
凋亡(apoptosis)和自噬(autophagy)属于前者，细胞坏死(necrosis)属于后者。
细胞凋亡是一个主动的通过调控一系列基因的活化和表达等使细胞自动结
植物）中，为细胞生长代谢提供必要的大分子物质和能量，并清除细胞内过剩或
有缺陷的细胞器。
细胞坏死是一个被动的因极端的物理化学因素或严重的病理性刺激引起的
细胞损伤和死亡。细胞坏死的结局与细胞凋亡类似，坏死过程中细胞膜通透性增
高，致使细胞肿胀，细胞器变形或肿大，染色质随机降解，早期核无明显形态学
变化，最后细胞破裂；另外坏死的细胞膜发生渗漏，导致细胞内容物释放到胞外，
从而引起炎症反应；在愈合过程中常伴随组织器官的纤维化，形成瘢痕。而未得
到及时清除的凋亡细胞也会发生胞膜破裂溶解、胞浆外泄并引发炎症反应的现
象，即发生继发性坏死，这在体外培养细胞及巨噬细胞发生功能障碍的机体中较
为常见。近期有研究表明，细胞坏死可能是细胞“程序性死亡”的另一种形式，
具有包括引发炎症反应在内的重要生理功能。当细胞凋亡不能正常发生而细胞必
束生命的过程。从形态学上看，首先细胞变圆，随即与周围细胞脱离；细胞失去
微绒毛，胞浆浓缩，内质网扩张呈泡状并与细胞膜融合，核染色质密度增高，凝
聚在核膜周边；然后核染色质断裂为大小不等的片段，与某些细胞器如线粒体聚
集在一起，被反折的细胞膜包围。从外观上看，细胞表面产生了许多泡状或芽状
突起；接着这些突起逐渐分隔，形成单个的凋亡小体(apoptotic body)；最后凋亡
细胞坏死
四、检测方法 细胞凋亡检测方法在之前已经讲过，此处就不列举了。 细胞自噬检测方法： 1.电镜观察：在透射电子显微镜下，可以观察到自噬的特征性变化即自噬泡及自 噬溶酶体形成的全过程．首先在肿胀变形的细胞器周围出现双层膜空泡状结构， 继而包裹待降解物质形成自噬体，随后与溶酶体融合形成自噬溶酶体
重度缺乏
炎症反应
无
可诱发
可诱发
特征蛋白
Caspase 3, Bcl-2, cathepsin B, P13K, DAP
cytochrome C, mTOR, LC3, DAP
DAP
生理意义
生物体发育，抵御 提供营养，是细胞 引起炎症反应，
外 界 不 良 因 子 的 凋亡途径的补充 抵 御 外 界 不 良 因
须死亡时，坏死作为凋亡的“替补”方式被采用。
二、区别
细胞凋亡
细胞自噬
细胞坏死
诱因
生理条件下的基 营养缺乏或激素 极端的物理化学
因调控
诱导
因素或严重的病
理性刺激
细胞形态
细胞缩小
细胞产生空泡
细胞膨大、变形
细胞膜ຫໍສະໝຸດ Baidu
起 泡 形 成 凋 亡 小 膜结构完整
膜结构遭破坏
体，磷脂酰丝氨酸
外翻，膜结构完整
细胞器
完整
小体被邻近的正常细胞吞噬并消化。
细胞自噬，是真核生物中进化保守的对细胞内物质进行周转的重要过程。自
噬，即自体吞噬，是一种存在于正常细胞和病态细胞中的非选择性降解机制，是
细胞内长寿蛋白降解的主要途径。它的主要作用是在应激状态下一些损坏的蛋白
或细胞器被双层膜结构的自噬小泡包裹后，送入溶酶体（动物）或液泡（酵母和
2.单丹（磺）酰戊二胺(ＭＤＣ)染色法：MDC 是自噬发生过程中分析分子水平机 制的一种非特异的检测自噬体方法。ＭＤＣ是自噬囊泡示踪剂，能与自噬囊泡膜 上的 ATG8 特异性结合，因此其阳性结构可代表自噬囊泡，在荧光显微镜下可观 察自噬囊泡的数量. 3.特异蛋白或信号通路 Western blot 检测：自噬形成时，胞浆型 LC3 会酶解掉一 小段多肽形成 LC3-I，LC3-I 跟磷脂酰乙醇胺即脑磷脂(PE)结合转变为（自噬体） 膜型（即 LC3-II），这两种形式在正常细胞中都是存在的，而发生自噬的细胞中 LC3-II 会有明显的增加，因而可检测 LC3-II 的表达。另外，可检测以下信号通 路蛋白： 依赖 mTOR（哺乳动物雷帕霉素靶点）途径的自噬 1）PI3K-AKT-mTOR 信号通路 2）AMPK-TSC 1/2-mTOR 信号通路 其它的信号通路 1）3-甲基腺嘌呤（3-MA）通过抑制 Class ⅢPI3K 的活性抑制自噬。 2）beclin1 和 UVRAG 作为正调控子，抗凋亡因子 bcl-2 作为负调控子共同参与 组成 ClassⅢPI3 复合物调控自噬。 3）GTP 结合的 G 蛋白亚基 Gαi3 抑制自噬；GDP 结合的 Gαi3 蛋白活化自噬。 4）死亡相关蛋白激酶（death-associated proteinlinase,DAPK）和 DAPK 相关蛋白 激酶（DAPK-related protein kinase-1,DRP-1）诱导自噬。 5）PKA、casein 激酶 Ⅱ、MAP 激酶、calcium 途径也在自噬错综复杂的调控网 格中，但其机制还不甚清楚。 细胞坏死检测方法： 1.电镜观察：在透射电子显微镜下，可以观察到坏死细胞体积及细胞器肿胀，细 胞核稀疏成网状，细胞膜破裂引起内容物外溢等现象。 2.凝胶电泳检测：提取 DNA，可观察到 DNA 电泳条带呈弥散状，而非规则的梯 状条带。 3.Annexin V-FITC/PI 双染检测法：之前通常采用此方法对凋亡细胞与坏死细胞加 以鉴别。凋亡早期，磷脂酰丝氨酸外翻，但膜具有完整性，因此凋亡细胞呈 Annexin V 单标阳性。坏死细胞膜不具完整性，呈 Annexin V 和 PI 双染阳性，但是近来
干扰
子
三、细胞通路
细胞凋亡
细胞自噬：自噬主要是通过 ULK complex 磷酸化 Beclin-1，激活脂酶 VPS34，诱 导了细胞自噬发生，因此可以通过 ULK complex 和 Beclin-1 的相关基因的抑制 剂来抑制自噬的形成，包括的靶点有 MAP kinases, JNK1, ERK 和 p38。同时， 细胞自噬还涉及了多种信号通路，如哺乳动物雷帕霉素靶点 mTOR 信号通路， 是依赖 mTOR 的相关信号通路形成自噬的重要途径。另外，其它信号通路中， 如 3-甲基腺嘌呤（3-MA）可以通过抑制 Class Ⅲ PI3K 的活性抑制自噬；GTP 结合的 G 蛋白亚基 Gαi3 抑制自噬；GDP 结合的 Gαi3 蛋白活化自噬；死亡相 关 蛋 白 激 酶 （ death-associated protein linase,DAPK ） 和 DAPK 相 关 蛋 白 激 酶 （DAPK-related protein kinase-1,DRP-1）诱导自噬。PKA、casein 激酶 Ⅱ、MAP 激酶、calcium 途径也在自噬错综复杂的调控网格中，但其机制还不甚清楚。
被 双 层 膜 结 构 的 变形或肿大
自噬泡包裹，最终
被溶酶体或液泡
消化
染色质
凝聚、破裂
无典型特征
解体
DNA
断 裂 为 大 小 不 等 细胞死亡时，随机 随机降解
的片段
降解
特异酶
Caspase 活化
自 噬 体 包 裹 的 物 溶酶体酶释
质被
放到胞质中
溶酶体酶水解消
化
ATP 缺乏能否促发 中度缺乏
中度缺乏
Annexin V 和 PI 双染也被认为是凋亡晚期，因而此方法也不是太准确。