细胞凋亡疾病课件
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细胞凋亡
琼脂糖凝胶电泳中可呈特征的阶梯状条带，是判
断细胞凋亡的客观指标之一。
DNA 'ladder
endonucleolytic
DNA fragmentation nucleosome core histone
DNA
chromatin
180bp
Detection of DNA fragmentation
亡程序而导致细胞死亡过程，又称程序性细胞死亡
（programmed cell death ,PCD）。
Cell death These electron micrographs show cells that have died by (A) necrosis or (B and C) apoptosis. The cells in (A) and (B) died in a culture dish, whereas the cell in (C) died in a developing tissue and has been engulfed by a neighboring cell.
分布：造血细胞、上皮细胞、淋巴细胞、多 种瘤细胞。 BCL-2 家族：抗凋亡的Bcl-2、Bcl-XL、Mc1-1等。 促凋亡的Bad、Bax、Bak、Bid等。
Bcl-2 family members
Chan and Yu (2004). Clin. Exp. Pharm. Phys. 31:119-28
2.细胞质的变化: 细胞表面微绒毛消失，并逐渐 与周围细胞脱离。 胞质脱水、体积缩小、空泡化；内 质网不断扩张并与胞膜融合，形成膜表面的芽状突起， 即出芽（buding）。
(二) 细胞凋亡时的主要变化
细胞凋亡的形态学变化
《细胞凋亡信号通路》课件
细胞增殖与细胞凋亡的平衡
研究细胞凋亡与细胞增殖之间的平衡关系，理解其在组织发育和肿瘤形成中的作用。
细胞凋亡与自噬的相互作用
探索细胞凋亡与自噬之间的相互影响，揭示其在维持细胞稳态和疾病发展中的作用。
细胞凋亡与细胞信号转导通路的关系
解析细胞凋亡与其他信号转导通路之间的联系和相互作用，为药物研发提供新的靶点。
01
02
03
肿瘤细胞通过抑制细胞凋亡信号通路，逃逸机体免疫监视，实现恶性增殖。
细胞凋亡信号通路的异常与肿瘤的发生、发展密切相关，为肿瘤的诊断和治疗提供了新的思路。
针对肿瘤细胞中细胞凋亡信号通路的异常，开发新型抗肿瘤药物和治疗策略，具有重要的临床意义。
神经退行性疾病如阿尔茨海默病、帕金森病等，其发病机制与细胞凋亡信号通路的异常密切相关。
神经元细胞的凋亡是神经退行性疾病发生发展的重要病理过程，对神经元细胞的保护和凋亡的抑制是治疗神经退行性疾病的重要方向。
研究细胞凋亡信号通路在神经退行性疾病中的作用，有助于深入理解疾病的发病机制，为治疗提供新的思路和方法。
心肌细胞的凋亡可以导致心肌功能减退、心室重构等病理改变，进一步加重心血管疾病的发展。
细胞凋亡的调控机制
CATALOGUE
03
基因突变与细胞凋亡
基因突变可以影响细胞凋亡的敏感性，一些基因的突变可以促进或抑制凋亡过程。
基因组稳定性与细胞凋亡
基因组的稳定性对于细胞的生存和凋亡具有重要意义，某些基因与维持基因组稳定性相关，从而影响细胞凋亡。
基因表达调控
基因表达的改变是细胞凋亡的重要调控方式之一，某些基因在凋亡过程中被激活或抑制，从而影响细胞命运。
线粒体通路概述：线粒体通路是一种由线粒体释放的凋亡相关分子介导的凋亡信号转导通路。当细胞受到某些刺激时，线粒体会释放出凋亡相关分子，如细胞色素C和Smac等，这些分子会进一步激活下游的caspase级联反应，导致细胞凋亡。
细胞凋亡与疾病
细胞凋亡与疾病第一节概述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称为细胞凋亡〔apoptosis〕，也称为程序性细胞死亡(programmed cell death, PCD )。
严格来说，凋亡与PCD 是有区别的，前者是形态学概念〔如染色质着边及DNA梯状条带等〕，后者是功能性概念〔不一定存在上述形态学变化〕。
但是在一般情况下，这两个名词常被通用。
细胞死亡有两种不同形式，一种是坏死〔necrosis〕，通常由严重损伤因素〔如：毒物中毒、严重缺血、缺氧、强酸、强碱、强大电流等〕所致，正常组织细胞不发生细胞坏死。
另一种是细胞凋亡，这是由病理学家Kerr等人在1972年提出的一个不同于坏死的细胞死亡的新概念。
凋亡一词源于希腊文，其意义为“花瓣或树叶的枯落〞。
细胞凋亡作为一种生理性、主动的细胞死亡方式，在许多方面与坏死有显著的差异〔见表2-1〕。
表2-1 细胞凋亡与坏死比较凋亡坏死1.性质生理或病理性，特异性病理性，非特异性2.诱导因素较弱刺激，非随机发生强烈刺激，随机发生3.生化特点主动过程，有新蛋白合成、耗能被动过程，蛋白分解、不耗能细胞肿胀、细胞结构全面溶解、破坏4.形态变化胞膜及细胞器相对完整，细胞皱缩，核固缩有DAN碎片、无序5.DNA电泳DNA片段化呈梯形〔180-200bp的倍数〕6.炎症反响无有7.凋亡小体有有8.基因调控有无凋亡作为一种生理过程，主要具有三个方面的作用：①确保正常发育、生长。
机体的发育、生长过程并不仅仅与细胞的增殖与分化有关，凋亡在器官、组织的形成、成熟过程中也发挥了重要作用。
它可以去除多余的、失去功能价值的细胞。
例如：人胚胎肢芽发育过程中指〔趾〕间组织，通过细胞凋亡机制而被逐渐消除，形成指〔趾〕间隙；②维持内环境稳定。
受损、突变或衰老的细胞如果存留体内就可能干扰机体功能，甚至演变为多种疾病〔如肿瘤〕。
为了维持内环境的稳定，机体必须及时将这些细胞去除，去除这些细胞的主要方式就是凋亡。
《细胞凋亡是程序性细胞死亡》 讲义
《细胞凋亡是程序性细胞死亡》讲义一、细胞凋亡的概念细胞凋亡，又被称为程序性细胞死亡，是一种在多细胞生物中普遍存在的、由基因调控的细胞主动死亡过程。
与细胞坏死这种被动的、不受控制的细胞死亡方式不同，细胞凋亡是一个高度有序且精确调控的过程，对于生物体的正常发育、维持细胞数量的平衡以及清除受损或不需要的细胞具有至关重要的意义。
想象一下，我们的身体就像一个庞大而复杂的城市，细胞则是城市中的居民。
在这个城市中，随着时间的推移，一些居民会因为各种原因需要离开，比如他们的工作已经完成，或者他们的存在对城市的正常运转产生了不利影响。
细胞凋亡就像是这个城市中一种有序的“居民迁移”机制，确保城市的稳定和健康。
二、细胞凋亡的特征细胞凋亡具有一系列明显的特征，这些特征可以帮助我们将其与其他形式的细胞死亡区分开来。
首先，在形态学上，凋亡的细胞会发生明显的变化。
细胞会逐渐萎缩，细胞质浓缩，细胞核也会发生固缩和碎裂。
细胞膜表面会出现一些特殊的结构，如磷脂酰丝氨酸外翻，这就像是细胞给自己贴上了一个“待清除”的标签，以便被巨噬细胞等吞噬细胞识别和吞噬。
其次，从生化角度来看，细胞凋亡过程中会激活一系列特定的酶，其中最关键的是 caspases 家族的蛋白酶。
这些酶就像是细胞内部的“剪刀”，能够特异性地切割许多重要的蛋白质，导致细胞的结构和功能崩溃。
另外，细胞凋亡还会引起 DNA 的断裂。
这种断裂不是随机的，而是发生在特定的位点，形成长度约为 180-200 个碱基对的 DNA 片段，这在凝胶电泳中会呈现出独特的“梯状条带”。
三、细胞凋亡的调控机制细胞凋亡的发生受到严格的调控，就像一个精密的时钟，由多种基因和信号通路共同参与。
其中，Bcl-2 家族是一类重要的调控蛋白。
这个家族中的成员可以分为两类：一类是抗凋亡蛋白，如 Bcl-2 本身，它们能够阻止细胞凋亡的发生；另一类是促凋亡蛋白，如Bax 和Bak，它们则促进细胞凋亡。
这两类蛋白之间的平衡决定了细胞是否会进入凋亡程序。
细胞凋亡异常和疾病培训课件
细胞凋亡异常和疾病
12
线粒体通透性转换孔 (permeability transition pore，PTP)
■正常情况关闭
■开放后可导致ΔΨm下降而诱发凋亡
细胞凋亡异常和疾病
13
■细胞凋亡的信号转导
1.死亡受体介导的凋亡通路
1）死亡配体：属于TNF超家族，如TNF-α、Fas配体。 2）死亡受体：可与相应配体结合，传递细胞凋亡信
3）作用：●灭活凋亡抑制物 ●分解核膜下板层结构（lamins） ●分解细胞骨架相关活性蛋白
●瓦解核结构成碎片
细胞凋亡异常和疾病
18
■细胞凋亡的基因调控
1.抑制凋亡基因，如Bcl-2、Bcl-XL等
Bcl-2（B细胞淋巴瘤/白血病-2基因）
1）特点： 是第一个被确认的抑制凋亡基因； 主要分布在线粒体内膜、细胞膜内表面等。
阻断凋亡抑制蛋白
凋亡
细胞凋亡异常和疾病
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■细胞凋亡的执行
1.Caspase（Asp特异的半胱氨酸蛋白酶） 1）Caspase家族简介
●富含半胱氨酸。 ●第一个被发现的是Caspase1，也被称为ICE。 ●有14个家族成员（1998），分别是Caspase1-14 。
细胞凋亡异常和疾病
17
2）分型：启动型caspase-8～10 效应型 caspase-3、6、7
27
⒈肿瘤
㈠ 细胞凋亡不足
●肿瘤发生的主要途径是增殖过度、凋亡不足； ●抑制凋亡基因Bcl-2基因过高表达→凋亡衰减（前列腺癌）； ●促凋亡基因如p53基因突变或缺失，肿瘤发生率↑。
细胞凋亡异常和疾病
28
2.病毒感染性疾病
■病毒逃避宿主防御机制：灭活P53、ICE、表达 Bcl-2或Bcl-2样蛋白。
“基础病理学课件-细胞损伤和细胞凋亡”
机械性细胞损伤
由物理外力导致的细胞损伤，如挤压、割伤 等。
化学性细胞损伤
由化学物质引起的细胞损伤，如酸碱灼伤。
细胞损伤的原因与发病机制
氧化应激
引起细胞内氧化还原平衡紊乱， 导致细胞损伤。
炎症反应
免疫系统的应激性反应，也可 造成细胞损伤。
遗传突变
基因突变可导致细胞功能异常 和损伤。
毒性物质
暴露于有毒物质中可引起细胞 损伤。
溶血常由外界因素引起，坏死则可由多种原因造成。
凋亡细胞的形态学变化
细胞收缩
凋亡细胞变为较小的圆形或椭圆形。
核固缩
细胞核变小、浓缩。
细胞碎片化
细胞分裂成多个小的凋亡体。
细胞凋亡的发生原因和调控机制
1
发生原因
DNA损伤、细胞周期异常、炎症、免
调控机制
2
疫系统调节等。
细胞凋亡的促进和抑制因子的平衡。
3
化学物质引起细胞损伤的机制
1
直接损伤
通过与细胞成分相互作用，导致损伤。
间接损伤
2
引发氧化应激、炎症反应等，导致细
胞损伤。
3
致突变性损伤
导致基因突变和细胞功能异常。
细胞缺氧引起的损伤与其机制
1 缺氧导致能量不足
阻碍细胞产生足够的 ATP。
2 阻断电子传递
3 缺氧激活信号通路
导致氧化磷酸化链断裂， 影响氧化还原平衡。
基础病理学课件——细胞 损伤和细胞凋亡
本课件将介绍细胞损伤的不同类型、原因及发病机制，还将探讨细胞凋亡的 形态学变化、发生原因和调控机制，以及细胞凋亡与疾病、免疫系统的关系。 同时讨论细胞损伤的预防和治疗。
细胞损伤的类型
生理性细胞损伤
细胞凋亡与细胞衰老课件
2 Caspase依赖性细胞凋亡
Caspase的发现和秀丽隐杆线虫程序性细胞死亡研究 有关。 秀丽隐杆线虫是研究PCD的理想材料（1mm长，透 明，3.5天即可有合子发育成熟，细胞总共产生1090个 细胞，其中131个凋亡）。 控制线虫PCD的基因有：Ced-3、Ced-4和Ced-9等。 哺乳动物中线虫相关基因（蛋白）研究发现10多种 Caspase。 – Ced-3和Ced-4诱发凋亡； – Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用。 其中Caspase1与线虫Ced-3同源。负责白介素活化， 调节免疫，亦有促使细胞凋亡功能。
Bcl-2基因家族（B-cell lymphoma gene 2 family)
含有1-4个Bcl-2同源结构域（Bcl-2 homology）（BH14）。分两类：抗凋亡蛋白（anti-apoptotic protein)和 促凋亡蛋白（pro-apoptotic protein)。 • 促凋亡蛋白能引起线粒体外膜通透性改变，导致cyt c释放，引起凋亡。 • Bcl-2相当于线虫的ced9。主要定位于线粒体膜、也 存在于ER和外核膜，拮抗促凋亡蛋白的功能。
Fas诱导的细胞凋亡外源途径 （细胞表面死亡受体介导的细胞凋亡通路）
① 死亡信号（肿瘤坏死因子）与死亡受体结合（TNF的受体 Fas）三聚化； ② 死亡受体结合胞内的DD区（Death domain）与接头蛋白 FADD的DD区结合 ③ FADD N端通过DED区（death effector domain）与原Caspase8蛋白结合，促进Caspase-8 聚集形成死亡信号诱导复合体。 ④ Caspase-8自剪切活化，激活Caspase-3、Caspase-7；Caspase3激活Caspase-6。 ⑤ Caspase切割降解关键性蛋白，包括结构蛋白、蛋白激酶、 转录调控蛋白和周期蛋白、核纤层蛋白等等）。Caspase还可降 解Dnase 的抑制蛋白，释放Dnase，降解DNA。 ⑥ 细胞凋亡
第十二章 细胞凋亡和疾病精品文档
大致过程如下：
刺激 signal+Receptor
DG升高
PKC activited
TOPOⅠ
TOPOII磷酸化
DNase作用
目前有四种以上的DNase，DNaseI,
DNaseII, DUC18, NUC1, Dnase r, NUC40, NUC58等，钙镁离子可激活，锌 离子，EDTA，DEPC等可抑制其活性。
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 基因激活细胞核源自死亡信号信 号 转 导
Dnase激活
Caspases激活
流式细胞术检测HL60细胞周期及凋亡
Control
Apoptosis :5.6% S: 31% G2+M: 14%
ATRA+3d
Apoptosis :14.5% S: 44% G2+M: 11%
ATRA+5d
Apoptosis :37.4.% S: 53% G2+M: 7%
2，生化改变： ① 凋 亡 性 核 酸 内 切 酶 （ apoptotic endonuclease）激活： 70年代有人发现正常细胞中存在 Ca++、 Mg依赖性核酸内切酶，是一种双链DNA 内 切 酶 ， 可 将 DNA 切 割 成 180200bp(185bp)小片段或其倍数，研究发现 内源性核酸内切酶可能与TOPO异构酶有 关，TOPOI、TOPOII→在DNA上产生单 链和双链缺口并消除染色质DNA的力，但 不具备内切酶活性，使染色质解旋→内切 酶易接近切割点。
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– 糖皮质激素→小鼠胸腺细胞 →染色质DNA特征 性降解
• 内容:
– “半胱天冬酶”（cysteine-containing aspartatespecific protease, Caspase ）
– 内源性核酸内切酶(DNase) 和DNA片段化
Caspase 的分类
类型
成员
生物学特性
起始Caspase Caspase-2,8,9,10
细胞凋亡与疾病
2002年诺贝尔生理与医学奖获得者
罗伯特·霍维茨，悉尼·布雷内，约翰·苏尔斯顿
凋亡 (Apoptosis)
在体内外因素的诱导下，由基因严格调控 而发生的自主性细胞有序死亡。
Kerr, Wyllie and Currie “Apoptosis, a basis biological phenomenon with wide-ranging implication in tissue kinetics.” (Br J Cancer 1972)
染色质 细胞形状 生化特点
DNA电泳
炎症反应 基因调控
潜伏期
坏死
病理性，非特异性 强烈刺激、随机发生 细胞肿胀、细胞结构
全面溶解、破坏 稀疏、分散、呈絮状
裂解成碎片 被动、无新蛋白合成
不耗能 随机降解， 电泳呈弥散条带
有 无 无
凋亡
生理或病理性，特异性 弱刺激、非随机发生 细胞膜及细胞器相对完整、 细胞皱缩、核固缩
• 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
死亡受体的激活途径
主要信号传导通路
• 死亡受体通路 (外凋亡通路)
CTL
肿瘤细胞
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
发挥积极的防御功能
发挥积极的免疫防御功能
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
• 生理性凋亡 • 病理性凋亡
– 凋亡不足
• 肿瘤、自身免疫性疾病
– 凋亡过度
• 艾滋病、老年性痴呆
– 凋亡不足+凋亡过度
• 动脉粥样硬化
凋亡的诱导和抑制因素
诱导因素
➢细胞核
•染色质浓缩、边集，核碎片
正常胸腺细胞
染色质边集
核碎片
凋亡小体和吞噬细胞
凋亡小体和吞噬细胞
凋亡形态学变化小结
• 细胞的死亡方式
➢凋亡 ➢坏死
➢严重损伤因素（中毒，严重缺血、缺氧，强酸碱， 强电流）所致，正常组织不发生细胞坏死
➢自噬 (autophagy)
性质 诱导因素 形态变化
– 凋亡不足 – 凋亡过度 – 凋亡不足+凋亡过度
线虫（Caenorhabditis elegans）
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
Normal development
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
确保正常生长发育 确保正常生长发育
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
维持内环境稳定
• IAP 家族
– 抑制Caspase-3,7,9
• AIF(凋亡诱导因子)
凋亡的转归
• 凋亡细胞的识别与吞噬
磷脂酰丝氨酸外翻 （PS externalization）
吞噬细胞识别“食我”信号 后吞噬凋亡细胞
细胞凋亡与疾病
凋亡不足
肿瘤 自身免疫病 病毒感染
凋亡过度
凋亡不足+凋亡过度
心血管疾病： •心肌缺血
Bcl-2相关X蛋白（Bax）
同源二聚体 异源二聚体
p53
• 抑癌基因 • DNA结合蛋白 • “分子警察”
• 促进凋亡:
– 通过调节Bc1-2↓和 Bax↑基因的表达来影响 细胞凋亡的。
– ↑Cyto-C释放,激活 Caspase
• c-myc
– 生长因子存在: 细胞增殖 – 生长因子缺乏:细胞凋亡
Caspase的激活方式
32-53KDa
Procaspase-3 N Asp
Asp
C
Prodomain P20
P10
cleavage
N
P20 /P10
heterodimer
caspase-3 Active site
(P20 /P10)2
Caspase3 的剪切活化方式
内源性核酸内切酶(DNase)的激活和DNA片段化
激素和生长因素失调 理化因素 免疫性因素
微生物学因素 其他：缺血缺氧
抑制因素
细胞因子 某些激素 其他：金属离子、药物、 病毒
凋亡的分期
诱导期
受
诱 导 因 素
体 或 直 接 作
死 亡 信 号
用
执行期
凋
亡
相
DNase (+)
关 基
(核酸内切酶)
因 Caspase (+)
的 (凋亡蛋白酶)
激
活
消亡期
巨
噬
细
胞 吞 噬 分 解 凋
或
继 发 性 坏 死
亡
细
胞
发生机制及其转归
• 主要信号转导通路
– 死亡受体通路 – 线粒体通路
• 重要酶学变化 • 细胞凋亡的相关基因
主要信号传导通路
• 死亡受体通路 (外凋亡通路)
– 死亡因子及受体 • TNF/ TNFR • FasL(CD95L)/Fas
死亡受体的激活途径
– 死亡因子及受体 • TNF/ TNFR • FasL(CD95L)/Fas
• 线粒体途径 (内凋亡通路)
线粒体通透性转换孔
（mitochondrial permeability transition pore, mPTP ）
mPTP: 正常情况下→绝大多数呈关闭状态 应激→开放.
• 凋亡诱导因子
– 细胞色素C （cytochrome C, Cyto-C）
– 凋亡诱导因子（apoptosis inducing factor, AIF） – 凋亡蛋白酶激活因子（apoptosis protease
activating factor, Apaf）
重要酶学变化
• Wyllie （1980） :
配体+受体
受体三聚体化
•受体死亡结构域 •受体相关的死亡结构域蛋白
•Procaspase-8
DISC
caspase-8
Apoptosis
DISC: death inducing signaling complex
死亡结构域蛋白 (death domain protein）
• TRADD：TNF受体相关死亡结构域蛋白 – TNF+TNFR1（死亡结构域）+ TRADD—细胞凋亡
动脉粥样硬化（AS）
•缺血-再灌注损伤 血液系统疾病：
•贫血，再障，慢性嗜 中性粒细胞减少
细胞凋亡不足
• 肿瘤
凋亡受抑制、死亡不足是肿瘤发生的新途径。
• 肿瘤组织中Bcl-2基因高表达 • p53基因突变或缺失→肿瘤的发生率↑ • 诱导凋亡→抗肿瘤，如化疗、放疗
细胞凋亡不足
• 自身免疫病
– 自身免疫性淋巴细胞凋亡不足. – 糖皮质激素对自身免疫病有效
生如夏花之绚烂，死若秋叶之静美
形态学变化
• 光镜
• 电镜
光镜
形态学变化
➢细胞膜
•胞膜突出，表面皱褶和微绒毛消失
形态学变化
➢细胞膜
•胞膜突出，表面皱褶和微绒毛消失 •胞膜空泡化 •出芽现象
电子显微镜
空泡化与出芽
出芽
形态学变化
➢细胞膜 ➢细胞质
•脱水、浓缩、空泡化 •线粒体和内质网扩张，溶酶体膜完整
• 内源性核酸内切酶(DNase)
– ICAD: Caspase 激活的DNase的抑制物 – CAD: Caspase 激活的DNase
• 在核小体连接区将DNA链切开，形成180200个核苷酸或其整数倍的片段。
CAD：caspase激活的DNA酶（caspase-பைடு நூலகம்ctivated DNase） ICAD：caspase激活的DNA酶抑制物
效应Caspase
Caspase-3,6,7
与炎症相关的 Caspase
Caspase-1,4,5,11~14
启动凋亡
•凋亡的执行者 •水解特定蛋白质
•炎症信号产生 •免疫调节
Caspase作用的底物
DNA酶抑制物（ICAD）
水解核纤层蛋白和骨架蛋白 •水解其他caspase •水解抗凋亡基因：Bcl-2
致密、固缩、边聚 形成凋亡小体
主动、新蛋白合成 耗能
DNA片段化（180-200bp）， 电泳呈“梯”状条带 无 有 数小时
“梯状”条带
DNA片段化（琼脂糖凝胶电泳）
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
• 生理性凋亡
– 确保正常生长发育 – 维持内环境稳定 – 发挥积极的免疫防御功能
• 病理性凋亡
“梯状”条带
DNA片段化（琼脂糖凝胶电泳）
细胞凋亡的相关基因
抑制凋亡基因 促进凋亡基因 双向调控基因
Bcl-2，IAP
Bax，AIF， bid, wtP53
c-myc
Bcl-2的抗凋亡机制
• 稳定线粒体功能抑制促凋亡蛋白的释放 • 结合Apaf-1和Caspase9，阻止Caspase级联反应
细胞凋亡过度
• 心肌缺血与缺血-再灌注损伤
– 既有心肌坏死，也存在心肌细胞凋亡
• 心力衰竭
– 阻断诱导信号或信号转导通路，可以减少心肌 细胞数量的减少，维持和改善心功能
• 内容:
– “半胱天冬酶”（cysteine-containing aspartatespecific protease, Caspase ）
– 内源性核酸内切酶(DNase) 和DNA片段化
Caspase 的分类
类型
成员
生物学特性
起始Caspase Caspase-2,8,9,10
细胞凋亡与疾病
2002年诺贝尔生理与医学奖获得者
罗伯特·霍维茨，悉尼·布雷内，约翰·苏尔斯顿
凋亡 (Apoptosis)
在体内外因素的诱导下，由基因严格调控 而发生的自主性细胞有序死亡。
Kerr, Wyllie and Currie “Apoptosis, a basis biological phenomenon with wide-ranging implication in tissue kinetics.” (Br J Cancer 1972)
染色质 细胞形状 生化特点
DNA电泳
炎症反应 基因调控
潜伏期
坏死
病理性，非特异性 强烈刺激、随机发生 细胞肿胀、细胞结构
全面溶解、破坏 稀疏、分散、呈絮状
裂解成碎片 被动、无新蛋白合成
不耗能 随机降解， 电泳呈弥散条带
有 无 无
凋亡
生理或病理性，特异性 弱刺激、非随机发生 细胞膜及细胞器相对完整、 细胞皱缩、核固缩
• 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
死亡受体的激活途径
主要信号传导通路
• 死亡受体通路 (外凋亡通路)
CTL
肿瘤细胞
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
发挥积极的防御功能
发挥积极的免疫防御功能
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
• 生理性凋亡 • 病理性凋亡
– 凋亡不足
• 肿瘤、自身免疫性疾病
– 凋亡过度
• 艾滋病、老年性痴呆
– 凋亡不足+凋亡过度
• 动脉粥样硬化
凋亡的诱导和抑制因素
诱导因素
➢细胞核
•染色质浓缩、边集，核碎片
正常胸腺细胞
染色质边集
核碎片
凋亡小体和吞噬细胞
凋亡小体和吞噬细胞
凋亡形态学变化小结
• 细胞的死亡方式
➢凋亡 ➢坏死
➢严重损伤因素（中毒，严重缺血、缺氧，强酸碱， 强电流）所致，正常组织不发生细胞坏死
➢自噬 (autophagy)
性质 诱导因素 形态变化
– 凋亡不足 – 凋亡过度 – 凋亡不足+凋亡过度
线虫（Caenorhabditis elegans）
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
Normal development
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
确保正常生长发育 确保正常生长发育
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
维持内环境稳定
• IAP 家族
– 抑制Caspase-3,7,9
• AIF(凋亡诱导因子)
凋亡的转归
• 凋亡细胞的识别与吞噬
磷脂酰丝氨酸外翻 （PS externalization）
吞噬细胞识别“食我”信号 后吞噬凋亡细胞
细胞凋亡与疾病
凋亡不足
肿瘤 自身免疫病 病毒感染
凋亡过度
凋亡不足+凋亡过度
心血管疾病： •心肌缺血
Bcl-2相关X蛋白（Bax）
同源二聚体 异源二聚体
p53
• 抑癌基因 • DNA结合蛋白 • “分子警察”
• 促进凋亡:
– 通过调节Bc1-2↓和 Bax↑基因的表达来影响 细胞凋亡的。
– ↑Cyto-C释放,激活 Caspase
• c-myc
– 生长因子存在: 细胞增殖 – 生长因子缺乏:细胞凋亡
Caspase的激活方式
32-53KDa
Procaspase-3 N Asp
Asp
C
Prodomain P20
P10
cleavage
N
P20 /P10
heterodimer
caspase-3 Active site
(P20 /P10)2
Caspase3 的剪切活化方式
内源性核酸内切酶(DNase)的激活和DNA片段化
激素和生长因素失调 理化因素 免疫性因素
微生物学因素 其他：缺血缺氧
抑制因素
细胞因子 某些激素 其他：金属离子、药物、 病毒
凋亡的分期
诱导期
受
诱 导 因 素
体 或 直 接 作
死 亡 信 号
用
执行期
凋
亡
相
DNase (+)
关 基
(核酸内切酶)
因 Caspase (+)
的 (凋亡蛋白酶)
激
活
消亡期
巨
噬
细
胞 吞 噬 分 解 凋
或
继 发 性 坏 死
亡
细
胞
发生机制及其转归
• 主要信号转导通路
– 死亡受体通路 – 线粒体通路
• 重要酶学变化 • 细胞凋亡的相关基因
主要信号传导通路
• 死亡受体通路 (外凋亡通路)
– 死亡因子及受体 • TNF/ TNFR • FasL(CD95L)/Fas
死亡受体的激活途径
– 死亡因子及受体 • TNF/ TNFR • FasL(CD95L)/Fas
• 线粒体途径 (内凋亡通路)
线粒体通透性转换孔
（mitochondrial permeability transition pore, mPTP ）
mPTP: 正常情况下→绝大多数呈关闭状态 应激→开放.
• 凋亡诱导因子
– 细胞色素C （cytochrome C, Cyto-C）
– 凋亡诱导因子（apoptosis inducing factor, AIF） – 凋亡蛋白酶激活因子（apoptosis protease
activating factor, Apaf）
重要酶学变化
• Wyllie （1980） :
配体+受体
受体三聚体化
•受体死亡结构域 •受体相关的死亡结构域蛋白
•Procaspase-8
DISC
caspase-8
Apoptosis
DISC: death inducing signaling complex
死亡结构域蛋白 (death domain protein）
• TRADD：TNF受体相关死亡结构域蛋白 – TNF+TNFR1（死亡结构域）+ TRADD—细胞凋亡
动脉粥样硬化（AS）
•缺血-再灌注损伤 血液系统疾病：
•贫血，再障，慢性嗜 中性粒细胞减少
细胞凋亡不足
• 肿瘤
凋亡受抑制、死亡不足是肿瘤发生的新途径。
• 肿瘤组织中Bcl-2基因高表达 • p53基因突变或缺失→肿瘤的发生率↑ • 诱导凋亡→抗肿瘤，如化疗、放疗
细胞凋亡不足
• 自身免疫病
– 自身免疫性淋巴细胞凋亡不足. – 糖皮质激素对自身免疫病有效
生如夏花之绚烂，死若秋叶之静美
形态学变化
• 光镜
• 电镜
光镜
形态学变化
➢细胞膜
•胞膜突出，表面皱褶和微绒毛消失
形态学变化
➢细胞膜
•胞膜突出，表面皱褶和微绒毛消失 •胞膜空泡化 •出芽现象
电子显微镜
空泡化与出芽
出芽
形态学变化
➢细胞膜 ➢细胞质
•脱水、浓缩、空泡化 •线粒体和内质网扩张，溶酶体膜完整
• 内源性核酸内切酶(DNase)
– ICAD: Caspase 激活的DNase的抑制物 – CAD: Caspase 激活的DNase
• 在核小体连接区将DNA链切开，形成180200个核苷酸或其整数倍的片段。
CAD：caspase激活的DNA酶（caspase-பைடு நூலகம்ctivated DNase） ICAD：caspase激活的DNA酶抑制物
效应Caspase
Caspase-3,6,7
与炎症相关的 Caspase
Caspase-1,4,5,11~14
启动凋亡
•凋亡的执行者 •水解特定蛋白质
•炎症信号产生 •免疫调节
Caspase作用的底物
DNA酶抑制物（ICAD）
水解核纤层蛋白和骨架蛋白 •水解其他caspase •水解抗凋亡基因：Bcl-2
致密、固缩、边聚 形成凋亡小体
主动、新蛋白合成 耗能
DNA片段化（180-200bp）， 电泳呈“梯”状条带 无 有 数小时
“梯状”条带
DNA片段化（琼脂糖凝胶电泳）
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
• 生理性凋亡
– 确保正常生长发育 – 维持内环境稳定 – 发挥积极的免疫防御功能
• 病理性凋亡
“梯状”条带
DNA片段化（琼脂糖凝胶电泳）
细胞凋亡的相关基因
抑制凋亡基因 促进凋亡基因 双向调控基因
Bcl-2，IAP
Bax，AIF， bid, wtP53
c-myc
Bcl-2的抗凋亡机制
• 稳定线粒体功能抑制促凋亡蛋白的释放 • 结合Apaf-1和Caspase9，阻止Caspase级联反应
细胞凋亡过度
• 心肌缺血与缺血-再灌注损伤
– 既有心肌坏死，也存在心肌细胞凋亡
• 心力衰竭
– 阻断诱导信号或信号转导通路，可以减少心肌 细胞数量的减少，维持和改善心功能