细胞凋亡的机理

①激活Ca2＋ /Mg2＋ 依赖的DNase ②激活谷氨酰胺转移酶（GTase），促进凋亡细 胞中蛋白广泛交联，有利于凋亡小体的形成 ③激活Ca2＋ 敏感的蛋白酶
凋亡过程与调控
细胞膜
凋亡相关 基因激活
细ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ核
凋亡过程Ⅰ
apoptosis 凋亡过程与调控
Caspases激活 DNase激活 凋亡执行 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）。
• 线虫神经系统由 302 个细胞组成。这些细胞来自于 407
• 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：
①DNA受损激活P53基因 膜通透性↑ Ca内流↑ DNase
apoptosis 凋亡过程与调控
凋亡 诱导 +受体 因素 信号转导 DNase激活 Caspases激活 执行凋亡
cAMP Ca2+ 神经酰胺
死 亡 信 号
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
apoptosis
凋亡诱导因素 +
受体 cAMP Ca2+ 神经酰胺 死亡信号 信 号 转 导 Dnase激活 Caspases激活
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
Ca2＋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Ca2＋ ↑，并激活 凋亡过程中的关键酶类，其诱导细胞凋亡的机制为：
促进凋亡基因
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
突变的P53
失活的P53
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c-myc 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。
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。
• 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，前体被 切割后产生两个活性亚基。
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。
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。
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。 • 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。
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 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。
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。
（二） 可诱导细胞凋亡的途径