分子生物学-6细胞凋亡
细胞凋亡的原理
细胞凋亡的原理
细胞凋亡是一种正常的细胞死亡过程，它在维持机体组织稳态和功能的平衡中起到重要作用。
细胞凋亡的原理涉及一系列复杂的信号传导机制。
细胞凋亡可以通过两种途径进行，即外源性或内源性途径。
在外源性途径中，细胞接受到外界环境的特定信号，如细胞因子、药物或细胞凋亡诱导信号，从而激活细胞凋亡途径。
而内源性途径则是由细胞内部的不适应因素或基因异常导致。
无论通过哪种途径，细胞凋亡一般包括两个主要的信号通路，即凋亡启动信号通路和凋亡执行信号通路。
在凋亡启动信号通路中，一些关键调节因子如凋亡诱导信号、受体激活和受体聚集等，会导致关键蛋白酶半活化，从而进一步激活凋亡执行信号通路。
凋亡执行信号通路是细胞凋亡的关键过程。
在这个通路中，蛋白酶家族主要包括半活化的半胱天冬酶样蛋白酶（caspase）
在内的一些酶类分子被激活，最终导致细胞核DNA和细胞膜
破坏，细胞发生明显的核浸润、胞质凝固和细胞外囊泡形成，最终细胞被分解为小颗粒，并很快被巨噬细胞摄取，防止了炎症反应的引发。
细胞凋亡的调控是一个复杂的过程，受到众多因素的影响。
一些调节因子如Bcl-2家族蛋白、p53蛋白和中性凋亡特异性酶-
1（ICE-1等）等，对细胞凋亡的调控起到至关重要的作用。
通过细胞凋亡的精确调控，机体可以保持组织的相对平衡，能
够清除老化、受损或异常细胞，同时也能够对病原体和恶性细胞做出反应。
细胞凋亡
多发性硬化症
3.病毒感染
AIDS
Gp120糖蛋白-CD4结合→ CD4+细胞凋亡 Fas基因表达↑ HIV -感染→ CD4+细胞→合胞体形成 T细胞激活→AICD 巨噬细胞→TNF分泌↑ HIV -感染→tat蛋白表达→ CD4+细胞 产生氧自由基 AICD：激活诱导细胞死亡
细 胞 凋 亡
凋 亡 细 胞 清 除
Caspases活化 ∶ 巨噬细胞 ↓ 吞噬、分解 凋亡小体形成
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
细胞膜
凋亡相关 基因激活
细胞核
凋亡过程Ⅰ
（二）细胞凋亡的调控
1. 细胞凋亡相关因素
提高AI（凋亡指数）/PI（增殖指数）是肿瘤 治疗的目标。
2. 自身免疫病—胸腺负选择机制失调
T细胞在胸腺发育过程中的正负选择
正选择：与非已抗原-MHC抗原结合的TCR 的单阳性细胞保留存活，进入外周T细胞库 负选择：与自身抗原-MHC抗原结合的TCR 的双阳性细胞通过细胞凋亡被清除 负选择失调→多发性硬化症、胰岛素依赖性糖
9.炎症反应
局部炎症反应
局部无炎症反应
细胞凋亡与坏死的比较
坏死
强刺激
凋亡
弱刺激
ATP(-) 溶酶体释出，炎症反应
ATP 细胞吞噬，无炎症反应
四. 细胞凋亡的过程及调控
（一）细胞凋亡的过程
凋 亡 诱 因 凋 亡 信 号 转 导
cAMP Ca2+ 神经酰胺
受体
死 亡 信 号
凋 亡 基 因 激 活
细胞凋亡的分子机制——调节细胞凋亡的相关基因
细胞凋亡的分子机制——调节细胞凋亡的相关基因摘要：细胞死亡是生命过程中的一个组成部分，它有两种不同的方式，即坏死(necro sis) 和细胞凋亡(apop to sis) 。
近年来，随着分子生物学研究的进展，生物学家逐渐认识到细胞凋亡具有特殊的生物学意义，由此形成了新的研究热点。
本文介绍了细胞凋亡的分子机制，即细胞凋亡的基因调控，着重就细胞凋亡的相关基因及其作用作了综述。
关键词：基因细胞凋亡基因调节 1 细胞凋亡的基本问题1972 年，Kerr等首先用“细胞凋亡”这一术语描述了一种不同于坏死的”生理性细胞”死亡的方式，他们强调指出，细胞凋亡不是一种随机的过程，它具有严格的形态学特征。
细胞凋亡又称程序性细胞死亡(programmed cell death，PCD)，但目前普遍认为，二者在概念上是有区别的，前者是形态学上的概念，后者是功能上的概念。
1.1细胞凋亡的形态学变化细胞凋亡的形态学是，细胞核浓缩，染色质密度增高并凝聚在核膜周边；细胞胞浆浓缩，细胞体积变小，内质网膨胀，形成膨胀小泡，线粒体和溶酶体等细胞器聚积，但结构无明显变化;随后，浓缩的细胞核内的染色质片断化，细胞膜逐渐内陷，将细胞分割为多个具有膜包裹的、可迅速被临近的实质细胞或巨噬细胞所吞噬的细胞凋亡小体。
细胞凋亡通常存在于单个细胞，巨噬细胞对它的吞噬以及凋亡细胞的迁移并不引起炎症反应，这是它区别于坏死的最重要的特征。
1.2细胞凋亡的生化改变细胞凋亡与细胞坏死在形态学上的区别是由于发生过程中分子机制不同而决定的。
实际上，细胞凋亡就是某些基因调控下的一系列生化活动，包括以下几个方面。
1.2.1核酸内切酶活化1980年，W yllie以糖皮质激素诱导新生大鼠胸腺细胞凋亡的体外实验模型，研究了细胞凋亡过程中内源性核酸内切酶活性的变化。
发现当细胞凋亡时，细胞核内的核酸内切酶活化，并将核内的DNA链切成缺口，使核内的DNA片断化，片断化后的DNA片在琼脂糖凝胶电泳上呈现特殊的梯状电泳图谱。
细胞凋亡的研究方法
一、定性和定量研究只定性的研究方法：常规琼脂糖凝胶电泳、脉冲场倒转琼脂糖凝胶电泳、形态学观察（普通光学显微镜、透射电镜、荧光显微镜）进行定量或半定量的研究方法：各种流式细胞仪方法、原位末端标记法、 ELISA 定量琼脂糖凝胶电泳。
二、区分凋亡和坏死可将二者区分开的方法：琼脂糖凝胶电泳，形态学观察（透射电镜是是区分凋亡和坏死最可靠的方法）， Hoechst33342/PI 双染色法流式细胞仪检测， AnnexinV/PI 双染色法流式细胞仪检测等。
不能将二者区分开的方法：原位末端标记法、PI 单染色法流式细胞仪检测等。
三、样品来源不同选择组织：主要用形态学方法 (HE 染色，透射电镜、石蜡包埋组织切片进行原位末端标记，ELISA 或将组织碾碎消化做琼脂糖凝胶电泳 ) 。
四、细胞凋亡检测1、早期检测 :1)PS(磷脂酰丝氨酸 ) 在细胞外膜上的检测2)细胞内氧化还原状态改变的检测3)细胞色素 C 的定位检测4)线粒体膜电位变化的检测2、晚期检测：细胞凋亡晚期中，核酸内切酶在核小体之间剪切核DNA，产生大量长度在180-200 bp 的DNA片段。
对于晚期检测通常有以下方法：1)TUNEL(末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP缺口末端标记 )2)LM-PCRLadder ( 连接介导的 PCR检测 )3)Telemerase Detection ( 端粒酶检测 )3、生化检测：1）典型的生化特征：DNA片段化2）检测方法主要有：琼脂糖凝胶电泳、原位末端标记（TUNEL）等3） TUNEL（末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP缺口末端标记）4）通过 DNA末端转移酶将带标记的dNTP （多为 dUTP）间接或直接接到DNA片段的 3’ -OH端，再通过酶联显色或荧光检测定量分析结果。
可做细胞悬液、福尔马林固定或石蜡处理的组织、细胞培养物等多种样本的检测。
4、 LM-PCRLadder ( 连接介导的PCR检测 )当凋亡细胞比例较小以及检测样品量很少（如活体组织切片）时，直接琼脂糖电泳可能观察不到核 DNA的变化。
细胞凋亡实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除细胞凋亡实验报告篇一：实验14细胞凋亡的诱导和检测实验14细胞凋亡的诱导和检测20世纪60年代人们注意到细胞存在着两种不同形式的死亡方式：凋亡（apoptosis）和坏死（necrosis）。
细胞坏死指病理情况下细胞的意外死亡，坏死过程细胞膜通透性增高，细胞肿胀，核碎裂，继而溶酶体、细胞膜破坏，细胞内容物溢出，细胞坏死常引起炎症反应。
细胞凋亡apoptosis一词来源于古希腊语，意思是花瓣或树叶凋落，意味着生命走到了尽头，细胞到了一定时期会像树叶那样自然死亡。
凋亡是细胞在一定生理或病理条件下遵守自身程序的主动死亡过程。
凋亡时细胞皱缩，表面微绒毛消失，染色质凝集并呈新月形或块状靠近核膜边缘，继而核裂解，由细胞膜包裹着核碎片或其他细胞器形成小球状凋亡小体凸出于细胞表面，最后凋亡小体脱落被吞噬细胞或邻周细胞吞噬。
凋亡过程中溶酶体及细胞膜保持完整，不引起炎症反应。
细胞凋亡时的生化变化特征是核酸内切酶被激活，染色体DnA被降解，断裂为50～300kb长的DnA片段，再进一步断裂成180～200bp整倍数的寡核苷酸片断，在琼脂糖凝胶电泳上呈现“梯状”电泳图谱(DnALadder)。
细胞凋亡在个体正常发育、紫稳态维持、免疫耐受形成、肿瘤监控和抵御各种外界因素干扰等方面都起着关键性的作用。
1．细胞凋亡的检测方法凋亡细胞具有一些列不同于坏死细胞的形态特征和生化特征，据此可以鉴别细胞的死亡形式。
细胞凋亡的机制十分复杂，一般采用多种方法综合加以判断，同时不同类型细胞的凋亡分析方法有所不同，方法选择依赖于具体的研究体系和研究目的（表？）。
表凋亡的检测方法（引自DL斯佩克特等，20XX）形态学观察方法：利用各种染色法可观察到凋亡细胞的各种形态学特征：（1）DApI时常用的一种与DnA结合的荧光染料。
借助于DApI染色，可以观察细胞核的形态变化。
（2）giemsa染色法可以观察到染色质固缩、趋边、凋亡小体形成等形态。
细胞凋亡
AO-EB染色法
活细胞核呈黄绿色荧光，胞质呈红色荧光。凋亡细胞核染色质 呈黄绿色浓聚在核膜内侧，可见细胞膜呈泡状膨出及凋亡小体。
Hoechst33258染色法/Hoechst33342染 色法
原理: Hoechst33258及Hoechst33342两者均 为特异性DNA染料，但在pH2.0环境下优先与 RNA结合
细胞凋亡与细胞坏死的形态学比较
凋亡的生化反应
主要是细胞核的DNA被核酸内切酶在核小 体单位之间降解，产生若干大小不一的寡 核苷酸片段，在琼脂糖凝胶电泳上呈现 DNA“梯形带”，这些区带由180~200个碱 基对整数倍的寡核苷酸片段组成。
核小体上的DNA双链长度为140bp，核小体之间是 长度为50~60bp的DNA链和组蛋白H1组成的连接区。 核小体和连接区组成核心核小体亚单位，总长度为 180~200bp。 在凋亡时核酸内切酶活化，在连接区特异性切断 DNA链，因此形成的DNA片段的长度总是核心核小 体亚单位DNA长度， 180~200bp整倍数，这个长度 即是核小体重复单位的大小。
由于凋亡小体具有完整的膜结构，不出现 溶酶体酶等细胞内涵物外泄，故不引起炎 症反应和次级损伤。 ·
细胞坏死的形态学特征
膜通透性增加，细胞外形发生不规则变化， 内质网扩张，核染色质不规则位移，进而 线粒体及核肿胀，溶酶体破坏，细胞膜破 裂，细胞质的内容物外溢，引起严重的炎 症反应。坏死的细胞常常是成群的细胞一 起丢失。
凋亡细胞DNA的电泳图
坏死与凋亡的区别
细胞坏死
细胞凋亡
死亡原因 外界伤害所致的被动 生理病理条件下由基因控
死亡
制的
死亡过程 膜通透性增高、细胞 质膜整合性好、核凝集、 溶解、早期核无变化 出现凋亡小体
什么是细胞凋亡？细胞凋亡的形态学及生物化学改变,及其分子生物学基础
什么是细胞凋亡？细胞凋亡的形态学及生物化学改变，及其分子生物学基础细胞凋亡是指由于某种刺激，细胞主动地走向死亡的过程。
这是一个自然的、可控制的细胞死亡方式，不会对周围的细胞造成损害，同时对于个体的正常生长发育以及维护内部稳态非常重要。
一、细胞凋亡的形态学改变细胞凋亡的形态学改变可以分为四个阶段：1. 收缩期：细胞体积缩小，胞浆变得均匀致密。
2. 凋亡体形成期：在核DNA断裂后，细胞内会出现许多较大的凋亡小体，形成独立的球形空泡。
3. 凋亡体成熟期：凋亡小体逐渐增大，细胞颗粒、嗜酸性颗粒、溶酶体等被逐一崩解。
4. 色素消失期：通过吞噬细胞，凋亡小体渐渐消失，只有一些色素残留。
二、细胞凋亡的生物化学改变1. 膜磷脂转移酶（PLC）：促进胞内相对富含磷酸脂的一侧向细胞凋亡因子信号的传递。
2. 一氧化氮合酶（iNOS）：以胞内的抗氧化物质作为底物产生一氧化氮，增加细胞凋亡因子对细胞膜外受体的敏感性。
3. 半胱氨酸脱氢酶（CAS）。
抑制根除细胞的去饱和脂肪酸产生，从而增加活性氧的水平。
三、细胞凋亡的分子生物学基础细胞凋亡通路中的分子具有分子分化性。
细胞凋亡分子包括凋亡蛋白酶、Bcl-2蛋白家族、PI3K/Akt信号通路、MAPK信号通路以及p53等关键蛋白。
在这些蛋白的发挥作用的过程中，蛋白的抑制作用和促进作用都非常重要。
细胞凋亡不仅仅是一个细胞失活、损失、死亡的过程，而是一个非常重要的机制，对于维护生命健康有着非常关键的作用。
通过对于细胞凋亡形态学及生物化学改变、分子生物学基础的深入学习，在很大程度上可以帮助人们更好地了解细胞凋亡，这对于循证医学等领域的发展也有着非常重要的意义。
分子生物学名词解释
名词解释1. 基因（gene）：2. 结构基因（structural gene）：3. 断裂基因（split gene）：4. 外显子（exon）:5. 内含子（intron）:6. 多顺反子RNA（polycistronic/multicistronic RNA）:7. 单顺反子RNA（monocistronic RNA）:8. 核不均一RNA（heterogeneous nuclear RNA, hnRNA）:9. 开放阅读框（open reading frame, ORF）:10. 密码子（codon）:11. 反密码子（anticodon）:12. 顺式作用元件（cis-acting element）:13. 启动子（promoter）:14. 增强子（enhancer）:15. 核酶（ribozyme）16. 核内小分子RNA（small nuclear RNA, snRNA）17. 信号识别颗粒（signal recognition partic le, SRP）18. 上游启动子元件（upstream promoter element）19. 同义突变（same sense mutation）20. 错义突变（missense mutation）21. 无义突变（nonsense mutation）22. 移码突变（frame-shifting mutation）23. 转换（transition）24. 颠换（transversion）（三）简答题1. 顺式作用元件如何发挥转录调控作用？2. 比较原核细胞和真核细胞mRNA的异同。
3. 说明tRNA分子的结构特点及其与功能的关系。
4. 如何认识和利用核酶？5. 若某一基因的外显子发生一处颠换，对该基因表达产物的结构和功能有什么影响？6. 举例说明基因突变如何导致疾病。
（四）论述题1. 真核生物基因中的非编码序列有何意义？2. 比较一般的真核生物基因与其转录初级产物、转录成熟产物的异同之处。
细胞生物学技术-细胞凋亡
例：强烈应激反应 糖皮质激素
淋巴细胞凋亡
病原体：细菌、病毒等。例：HIV
（2）抑制因素（抑制细胞凋亡）
CD4+T细胞凋亡
细胞生长因子：如IL-2 、神经生长因子
激素 例：ACTH
肾上腺皮质细胞凋亡
其他：如Zn2+、药物、某些病毒等
11
细胞凋亡信号的转导
凋亡诱导因素 作用于 细胞 转化为 凋亡信号 胞内信号转导途径 激活细胞死亡程序
➢ （3）凋亡小体的形成。核膜核仁破碎，核染色质断裂为大小 不等的片段，与某些细胞器如线粒体一起聚集，为反折的细 胞膜所包围；
➢ （4）凋亡小体逐渐被周围专职或非专职吞噬细胞吞噬。
7
细胞凋亡DNA的片段化
8
细胞凋亡的过程及机理
➢ 接受凋亡信号
➢ 凋亡调控分子间的相互作用
➢ 蛋白水解酶（caspases）的活化
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细胞内氧化还原状态改变的检测
• 当细胞内GSH的排除非常活跃时，细胞液就由还原环境转为氧 化环境，这可能导致了凋亡早期细胞线粒体膜电位的降低，从 而使细胞色素C（三羧酸循环中的重要组分）从线粒体内转移 到细胞液中，启动凋亡效应器caspase的级联反应。
• 由于 GSH与氧化还原作用及线粒体功能密切相关，此项检测除 了对研究细胞凋亡的起始非常有用外，还可用于心脏病、中风 等疾病治疗的研究。但有些细胞如：HeLa 和3T3细胞凋亡时没 有明显的GSH水平的变化，不能用此法检测。
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线粒体膜势能（DYmt）的检测
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Caspase家族的结构与分类
ICE亚类Caspase蛋白酶：ICE（白介素1转换酶） 是单核细胞来源的参与成熟的一种蛋白酶，参与 凋亡，但不起主要作用： Caspase-1，Caspase-4， Caspase-5， Caspase-11，Caspase-12，Caspase13， Caspase-14。
细胞凋亡
1. 大分子染色体DNA片段的测定 细胞凋亡的早期,染色体断裂成为50~300kbp长的 DNA大片段。所有超过一定分子量大小的双链DNA分子 在琼脂糖凝胶中的迁移速度相同。线性DNA的双螺旋半 径超过凝胶半径时，即达到分辨力的极限。此时凝胶不 再按分子量的大小来筛分DNA，DNA像通过弯管一样， 以其一端指向电场一极而通过凝胶，这种迁移模式称之 为"爬行"。因此，细胞凋亡早期产生的50~300kbp长的 DNA大片段不能用普通的琼脂糖凝胶电泳来分离。通常 采用脉冲电泳技术可圆满地解决这一问题。
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检测膜电位。
四、DNA片断化检测 细胞凋亡时主要的生 化特征是其染色质发生浓缩, 染色质DNA在核小 体单位之间的连接处断裂, 形成50~300kbp长的 DNA大片段, 或180~200bp整数倍的寡核苷酸片 段, 在凝胶电泳上表现为梯形电泳图谱(DNA ladder)。细胞经处理后，采用常规方法分离提纯 DNA，进行琼脂糖凝胶和溴化乙啶染色，在凋 亡细胞群中可观察到典型的DNA ladder。如果细 胞量很少，还可在分离提纯DNA后，用32P-ATP 和脱氧核糖核苷酸末端转移酶（TdT）使DNA标 记，然后进行电泳和放射自显影，观察凋亡细 胞中DNA ladder的形成。
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细胞凋亡机制的分子生物学研究
细胞凋亡机制的分子生物学研究细胞凋亡是一种程序性死亡方式，可以通过一系列分子生物学事件来实现。
凋亡通常发生在细胞发生变异或需要被清除的场合。
它是细胞自我调节机制的一个组成部分，有助于维持生态平衡，避免疾病和癌症的发生发展。
本文将介绍几种重要的细胞凋亡机制和它们的分子生物学研究进展。
1. 线粒体介导的凋亡线粒体介导的凋亡是一种重要的凋亡机制。
在这个过程中，细胞释放了一些有害分子，如细胞色素C和活性氧负离子等。
这些活性分子被认为可以引起DNA损伤和丝裂原体的激活，导致细胞死亡，从而保证身体的健康。
以往的研究表明，线粒体介导的凋亡是由Bcl-2家族蛋白控制的。
这些蛋白在细胞内重要的作用是抑制线粒体介导的凋亡。
同时，Bax和Bak等2个蛋白则起到促进凋亡的作用。
近年来的研究还发现，小的肽分子也可以调节Bcl-2家族蛋白的活性和表达。
这些发现对于开发新的肿瘤治疗手段具有重要的意义。
2. 凋亡诱导因子途径凋亡诱导因子途径是通过活化细胞内的凋亡相关酶（caspase）来促进细胞死亡。
这种途径的活性通常通过配体及其受体之间的结合来激活。
如一些在细胞凋亡中起到重要作用的受体有Fas受体，TNF-α受体和TNF-相关凋亡诱导配体-（TRAIL）受体等。
这些受体通过结合相应的配体从而活化该途径的协同转录因子。
最近的研究表明，凋亡诱导因子途径还与一些激素信号通路和代谢途径相关。
这些研究成果为我们了解细胞凋亡的分子机制奠定了基础。
3. 内源性Bcl-2抑制蛋白介导的凋亡内源性Bcl-2抑制蛋白是另一种调节凋亡的重要机制。
这些蛋白可以与Bcl-2家族蛋白竞争地绑定，从而使Bax和Bak等蛋白保持在不活化的状态下。
这些蛋白在疾病的治疗中具有一定的作用。
最近的研究表明，除了内源性Bcl-2抑制蛋白外还有一些其他的蛋白质可以和这些蛋白相互作用。
例如，最近的一项研究发现，一种名为BNIP3的蛋白可与Bcl-2家族的阻拦和活化蛋白相互作用，从而调节细胞的凋亡。
细胞凋亡
Caspase的效应机制
凋亡细胞的特征性表现，包括DNA裂解为 200bp左右的片段，染色质浓缩，细胞膜活化，细 胞皱缩，最后形成由细胞膜包裹的凋亡小体，然 后，这些凋亡小体被其他细胞所吞噬。 破坏细胞抗凋亡因素 破坏细胞结构 影响核酸的结构与功能
破坏细胞抗凋亡因素
正常活细胞因核酸酶处于无活性状态，这是由于核酸酶和抑制物结合在 一起，如抑制物被破坏，核酸酶即可激活，引起DNA片段化。现知 caspase可以裂解这种抑制物而激活核酸酶，因而把这种酶称为Caspase 激活的脱氧核糖核酸酶（caspase-activated deoxyribonulease CAD）， 而把它的抑制物称为ICAD。有意义的是CAD只在ICAD存在时才能合成并 显示活性，因而ICAD对CAD的活化与抑制是必需要的。
细胞凋亡DNA的片段化
凋亡相关因素
诱导性因素：激素和生长因子失衡 理化因素：高温、强酸、强碱、抗癌药物 免疫性因素 微生物学因素：细菌、病毒 抑制性因素:细胞因子：IL-2，神经生长因子 某些激素 某些二价金属阳离子、药物 凋亡的基因调控 抑制凋亡基因：Bcl-2，EIB， IAP 促进凋亡基因：P53，Bax，ICE 双向调控基因：c-myc，Bcl-x
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
(一) 细胞凋亡的膜受体通路
FASL+FAS
+FADD
凋亡诱导复合物（DISC） 胞质中游离的caspase8聚集到这个复合物上
细胞有足够caspase8
细胞凋亡和自噬的生物学机制
细胞凋亡和自噬的生物学机制细胞凋亡和自噬作为细胞死亡的两种主要形式，是分子生物学和细胞生物学中的热门研究领域。
它们主要用于保持生物体的正常功能和维持细胞组织的平衡。
本文将深入探讨细胞凋亡和自噬的生物学机制。
细胞凋亡是细胞死亡的一种形式，常见于从代谢活跃的细胞到压力、感染或疾病损伤等引发的细胞死亡。
细胞凋亡可以通过两种途径发生，一种是通过外源性途径例如凋亡信号作用因子(Apoptotic signaling molecules)如TNF-α, FasL, TRAIL等的调控发生；另一种是通过内源性途径如线粒体信号通路而发生。
线粒体信号通路是细胞凋亡的常见机制之一，是指通过线粒体内部发生的化学反应刺激细胞凋亡的过程。
它通常包括Bcl-2家族蛋白的凋亡和线粒体的毁灭，最终导致半胱氨酸天冬酶(caspase)的激活，从而引发凋亡。
自噬是由肺泡吞噬体(Autophagosome)形成的细胞吞噬机制、通过肺泡吞噬体吞噬细胞成分如蛋白质、RNA等储存物质，然后将它们在细胞的溶酶体进行降解。
自噬主要有三个阶段：膜生成、吞噬和降解。
膜生成阶段是指通过PI3K刺激，VPS34活化，使原始泡膜（Phagophore）形成；吞噬阶段是嵌合泡膜（Phagophore）在肺泡膜（Lisosome）与小体膜（Vacuole）形成肺泡吞噬体;降解阶段是指肺泡内产生酸性环境，使得肺泡吞噬体内成分被降解。
细胞凋亡和自噬有相似点和不同点。
它们都是细胞死亡的重要形式，维持生物组织平衡和正常功能。
然而，它们的发生机制和性质不同。
细胞凋亡主要通过细胞内外刺激，导致形态学改变；而自噬主要通过活性氧合成，细胞色素合成通道和荷尔蒙的调节参与，导致细胞吞噬成分被降解。
研究细胞凋亡和自噬的生物学机制是科学家解决人类疾病和药物研发的重要领域。
一些疾病，如癌症，心血管疾病，代谢性疾病等在细胞凋亡和自噬的调节和失调方面进行研究。
同时，针对细胞凋亡和自噬的药物也越来越多，已被应用于许多疾病的治疗中。
细胞凋亡及其影响因素的分子生物学研究
细胞凋亡及其影响因素的分子生物学研究细胞凋亡，俗称细胞自杀，是一种正常的细胞死亡方式。
它是由一系列信号通路和分子机制调节的高度有序程序的结果，与机体的发育、免疫、生殖、代谢等过程密切相关。
对于细胞凋亡的研究不仅有助于理解机体的正常生理活动，还可以为治疗癌症、自身免疫性疾病等疾病提供重要的理论依据和治疗手段。
细胞凋亡的信号通路主要包括内、外两条途径，即细胞内部机制和细胞外部环境条件影响。
内部途径包括谷胱甘肽-半胱氨酸代谢途径、线粒体途径、死亡受体途径和内源性损伤途径。
其中，线粒体途径是最重要的信号传递通路。
线粒体途径的启动需要Bcl-2家族、BH3-only蛋白和协同作用的凋亡调节蛋白，当这些因素出现异常时，谷胱甘肽-半胱氨酸代谢途径也会被触发，最终导致细胞凋亡。
外部途径主要包括细胞因子、药物、辐射等环境因素引起的凋亡信号传递通路。
例如，Fas蛋白、TNF-α受体等受体在接受到信号后，能够引起细胞凋亡。
当前，有许多分子因素已被证实与细胞凋亡密切相关。
其中，Bcl-2家族蛋白、p53、PARP酶等蛋白被认为是调节细胞凋亡的关键因素。
Bcl-2家族蛋白是一类重要的细胞凋亡调节蛋白。
其中Bcl-2、Bcl-xL等抗凋亡成员可抑制线粒体膜通透性转化，并维持细胞存活，而Bax、Bid等促凋亡成员则可促进线粒体膜通透性变化，引起细胞凋亡。
此外，BH3-only蛋白也是Bcl-2家族蛋白的一种，它只含有一个BH3结构域，能够直接结合抗凋亡成员，在其促凋亡作用的同时也调节其抑制凋亡作用。
p53是一种常见的转录因子，它在细胞受到DNA损伤等刺激时能够被激活。
在此过程中，p53可扮演转录因子的角色，激发下游基因的表达，包括Bax、Puma、Noxa等促凋亡基因的表达，促进细胞凋亡。
此外，p53还能够促进氧化应激反应，防止细胞发生爆发性的氧化应激反应。
PARP酶是多聚腺苷酸核苷酸聚合酶的缩写，它能够在DNA损伤发生后通过介导DNA修复和DNA缺陷信号传递等机制调节后续的凋亡、细胞增殖、炎症反应等生物学过程。
细胞凋亡综述
综述：细胞凋亡人体内的细胞注定是要死亡的，有些死亡是生理性的，有些死亡则是病理性的，有关细胞死亡过程的研究，近年来已成为生物学、医学研究的一个热点，到目前为此，人们已经知道细胞的死亡起码有两种方式，即细胞坏死与细胞凋亡。
细胞坏死是早已被认识到的一种细胞死亡方式，而细胞凋亡则是近年逐渐被认识的一种细胞死亡方式。
细胞凋亡是细胞的一种基本生物学现象，在多细胞生物去除不需要的或异常的细胞中起着必要的作用。
它在生物体的进化、内环境的稳定以及多个系统的发育中起着重要的作用。
细胞凋亡不仅是一种特殊的细胞死亡类型，而且具有重要的生物学意义及复杂的分子生物学机制。
凋亡是多基因严格控制的过程。
这些基因在种属之间非常保守，如Bcl-2家族、caspase 家族、癌基因如C-myc、抑癌基因P53等，随着分子生物学技术的发展对多种细胞凋亡的过程有了相当的认识，但是迄今为止凋亡过程确切机制尚不完全清楚。
而凋亡过程的紊乱可能与许多疾病的发生有直接或间接的关系。
如肿瘤、自身免疫性疾病等，能够诱发细胞凋亡的因素很多，如射线、药物等。
细胞凋亡的研究历史1．细胞凋亡概念的形成1965年澳大利亚科学家发现，结扎鼠门静脉后，电镜观察到肝实质组织中有一些散在的死亡细胞这些的溶酶体并未被破坏，显然不同于细胞坏死。
这些细胞体积收缩、染色质凝集从其周围的组织中脱落并被吞噬机体无炎症反应。
1972年Kerr等三位科学家首次提出了细胞凋亡的概念，宣告了对细胞凋亡的真正探索的开始，在此之前，关于胚胎发育生物学、免疫系统的研究，肝细胞死亡的研究都为这一概念的提出奠定了基础。
2．细胞凋亡的形态学及生物化学研究阶段：（1972-1987）1）利用光镜和电镜对形态学特征进行了详细的研究。
2）染色体DNA的降解：细胞凋亡的一个显著特征就是细胞染色质的DNA降解。
3）RNA/蛋白质大分子的合成。
4）钙离子变化，细胞内钙离子浓度的升高是细胞发生凋亡的一个重要条件。
细胞凋亡的分子机制
凋亡基本的分子机制及其发现
C. elegans细胞凋亡的分子机制 ydneyBrenner将C. elegans作为模型动物 为凋亡研究提供绝好材料 John E. Sulston完成C. elegans细胞谱系 绘制,使研究凋亡分子机制成为可能 H. RobertHorvitz对凋亡分子机制的阐明
悉尼·布雷内将C. elegans作为模型动物 为凋亡研究提供绝好材料
1974年,悉尼·布雷内发表了他学术生涯中第一篇 重要论文“The genetics of Caenorhabditis elegans”,在这篇文章 中,他报道了用C. elegans作为模型动物考察基因对神经系统的分化发 育以及对生物行为调控的分子机制。悉尼·布雷内指出C. elegans作为 模型动物有诸多的优点: ( 1)自然存在的C. elegans有自我受精的雌雄 共体( hermaphrodite)和雄性体(male)两种形态,其中雌雄共体细胞核 内有5对常染色体和一对性染色体XX,雄性体有5对常染色体和一条性 染色体X,这对于杂交实验进行基因定位很有利; ( 2) C. elegans成虫体 长1毫米,便于显微镜观察; (3) C. elegans在20℃条件下生活周期为3. 5天,从受精卵发育为成虫经历L1～4共四个阶段,在琼脂糖培养基上以 大肠杆菌( E. coli)喂养可以使其大量生长繁殖,这样就可以在较短时间 里获得大量不同表型的动物以供研究。B renner用乙基甲烷磺酸盐 ( Ethyl methanesulphonate, EMS)做突变剂筛检出了约300种与C. elegans形态和行为有关的突变体,涉及约100个不同的基因。同年 Brenner还与John E. Sulston合作对C. elegans的DNA做了测定.
分子生物学细胞凋亡
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第一个被发现的caspase 是 caspase-1,即哺乳类的ICE (1992,1993), 后来证明ICE与炎症有关而在细胞的死亡中没有明显作用。 线虫的 CDE-3和ICE有一定的同源性。
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Caspase 8的激活，需要FADD( Fas associated protein with death domain)
APOPTOSIS
caspase↑ ↓
H1组蛋白
神经酰胺 ④ ↓
SPP↑ ↓
AP-1↑ ↓
S期(抗凋)
MAPK ↑
MAPKK ↑
Raf-1 ↑
Ras ↑
PTK ↑
× ⑥
↓ 分化
PKC ↑
⑤ 二酰甘油
糖皮质激素
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研究较多的系统：
凋亡信号转导系统特点
① 多样性：不同种类的细胞系统不同 ② 偶联性：与增殖分化的信号系统交叉偶联 ③ 同一性：多因素，共用同一系统触发 ④ 多途性：同一诱导因素启动多条信号转导途径
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③
①
腺苷酸环化酶←钙调素← Ca2+
↓
↓
②cA↓MP↑
谷氨酰胺转移酶 ↓
PKA↑
转录因子
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③在凋亡级联反应中水解相关活性蛋白：使其获得或丧失功能 如灭活或下调DNA修复有关的酶，mRNA剪切蛋白等。
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三、细胞凋亡过程与调控
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（一）细胞凋亡的过程
细胞凋亡
细胞凋亡细胞凋亡是指由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，所以也常常称为细胞编程性死亡［１］（ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄｃｅｌｌｄｅａｔｈ，ＰＣＤ）。
具体指细胞遇到内、外环境因子刺激时，受基因调控启动的自杀保护措施，包括一些分子机制的诱导激活和基因编程，通过这种方式去除体内非必需的细胞或即将发生特化的细胞。
例如，蛙的个体发育过程中，四肢的形成过程中尾巴消失等现象，都涉及细胞的自动死亡。
细胞凋亡是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。
细胞凋亡与细胞坏死不同，细胞凋亡不是一件被动的过程，而是主动过程，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用；它并不是病理条件下，自体损伤的一种现象，而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。
细胞发生凋亡时，就像树叶或花的自然凋落一样，对于这种生物学观察，借用希腊“Apoptosis”来表示，意思是像树叶或花的自然凋落，可译为细胞凋亡。
人体内的细胞注定是要死亡的，有些死亡是生理性的，有些死亡则是病理性的，有关细胞死亡过程的研究，近年来已成为生物学、医学研究的一个热点，到目前为此，人们已经知道细胞的死亡起码有两种方式，即细胞坏死与细胞凋亡（apoptosis）。
细胞坏死是早已被认识到的一种细胞死亡方式，而细胞凋亡则是近年逐渐被认识的一种细胞死亡方式。
细胞凋亡是细胞的一种基本生物学现象，在多细胞生物去除不需要的或异常的细胞中起着必要的作用。
它在生物体的进化、内环境的稳定以及多个系统的发育中起着重要的作用。
细胞凋亡不仅是一种特殊的细胞死亡类型，而且具有重要的生物学意义及复杂的分子生物学机制。
凋亡是多基因严格控制的过程。
这些基因在种属之间非常保守，如Bcl-2家族、caspase家族、癌基因如C-myc、抑癌基因P53等，随着分子生物学技术的发展对多种细胞凋亡的过程有了相当的认识，但是迄今为止凋亡过程确切机制尚不完全清楚。
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Caspase 8的激活，需要FADD( Fas associated protein with death domain)
Caspase 9 激活，需要通过CARD（caspaserecruitment domain)、Apaf-1、细胞色素c、 ATP等多个因子的参与。
细胞色素C、 Apaf-1和procaspase 9 组成 了 “Apoptosome”
apoptosis 凋亡过程与调控
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
染色质边集
正常
凋亡
胸腺细胞
A comparison of normal and apoptotic T-cells.
胸腺细胞
正常 凋亡
（二）细胞凋亡的生化改变
Ca 2+ /Mg 2+ ① 核酸内切酶激活 Zn 2+
Ca2+↑
活化 转录因子
2．cAMP/PKA信号系统（cAMP为第二信使）
依据： ①双丁酰cAMP可引起培养的髓样白血病细胞 及胸腺细胞凋亡 ②糖皮质激素使cAMP上升 cAMP↑→激活PKA→使靶蛋白某些氨基酸 （苏、丝AA）残基磷酸化→改变蛋白质功能
3．Fas蛋白/Fas配体信号系统
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
究获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。
他们不但发现在生物的器官发育过程中存在细胞程
序性死亡，而且阐明了细胞程序性死亡过程中的基因规律。
Sydney Brenner
H. Robert Horvitz John E. Sulston
死
凋 亡
细胞皱缩，核固缩 胞膜/细胞器相对完整 有 片段化（180-200bp） 电泳呈“梯”状条带 相对完整 局部无炎症反应
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
细胞凋亡的特征是细胞由于降解酶，主要是水 解酶（蛋白酶与核酸酶）的作用，在近乎正常 的细胞质膜内趋向死亡。这与坏死时细胞质膜 早期破损不同。 在细胞凋亡过程中，质膜脂双层丧失二侧不对 称性，磷脂酰丝氨酸暴露于细胞表面，从而导 致被吞噬。
（三）线虫(C.elegant)中的细胞程序性死亡
隐杆秀丽线虫 （Caenorhabditis elegans, C elegans） 低等蠕虫，虫体透明， 易于观察体内细胞形态 的变化。
线虫: 成体959个细胞, 但在发育过程中有 131个细胞会注定发生PCD PCD发生时间:1h 左右 参与线虫PCD的基因，目前已知的有14个
经典凋亡模型
Apoptosis is all around us
（四）生理性细胞凋亡的作用
1.
确保正常发育、生长 在器官、组织的形成、成熟中发挥作用
多余细胞的清除
(细胞团
具备复杂结构的组织器官)
生理性细胞凋亡的作用
2.
维持内环境的稳定
清除受损、衰老和突变的细胞
(针对自身抗原T细胞的清除、子宫内膜周期性剥脱)
cAMP Ca2+ 神经酰胺
Caspases活化 ∶ 巨噬细胞 ↓ 吞噬、分解 凋亡小体形成
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
凋亡过程与调控
细胞膜
凋亡相关 基因激活 细胞核
凋亡过程Ⅰ
apoptosis 凋亡过程与调控
（一）细胞凋亡研究简史
1． 凋亡概念的形成
• 细胞凋亡(apoptosis)，是1972年由Kerr等建议 用来描述伴随细胞死亡的一系列形态学上固定的 变化形式的。 • “凋亡”一词来自希腊语，apo意为“分离”， ptosis指花瓣或树叶的脱落， • “凋亡”是由这两个词组合而成，意指细胞凋亡 的形态类似秋天花瓣或树叶的凋落一样
凋亡
3.细胞程序性死亡
细胞程序性死亡（programmed cell death，
PCD）是一种基因指导的细胞自我消亡方式。
PCD和细胞凋亡的区别在以下方面： PCD是功能性概念，凋亡是形态学概念。 大多数PCD的最终结果是细胞凋亡，但细胞凋亡 并非都是程序化的。 PCD存在于胚胎发育过程中。
③
① 腺苷酸环化酶←钙调素← Ca2+ ↓ ↓ ② cAMP↑ 谷氨酰胺转移酶 ↓ ↓ PKA↑ 转录因子
APOPTOSIS
caspase↑ ↓ H1组蛋白 神经酰胺 ④ ↓ SPP↑ ↓ AP-1↑ ↓ S期(抗凋)
×
MAPK ↑ MAPKK ↑ Raf-1 ↑ Ras ↑ PTK ↑ ⑥
称CD95，APO-1，是由325个氨基 酸组成的受体分子 配体诱导受体三聚体化，然后在细胞膜 上形成凋亡诱导复合物， Fas分子胞内段带有特殊的死亡结构域 （DD, death domain）。死亡结构域相聚 成簇，吸引了胞浆中另一种带有相同死 亡结构域的蛋白FADD。 FADD是死亡信号转录中的一个连接蛋白， 它由两部分组成：C端（DD结构域）和N 端（DED）部分。
细胞凋亡 Apoptosis
主要内容
概述 细胞凋亡的形态学变化和生化改变
细胞凋亡的过程与调控
细胞凋亡的发生机制
细胞凋亡在疾病防治中的意义
细胞凋亡（科普诗）
似秋叶的凋零， 告别生命之辉煌； 那难以计数的攻击、诱导， 轻启着道道程序， 逼细胞步步走向生命的末端； 啊，活性氧处处肆虐， 钙波涛惊石裂岸， 线粒体把生命之光一点一点拧淡;
3． 凋亡蛋白酶（caspases）的激活及 其作用
是一组对底物天冬氨酸部位有特异水解作用， 其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶（cysteinecontaining aspartate-spicific protease） 至少有13个成员
第一个被发现的caspase 是 caspase-1,即哺乳类 的ICE (1992,1993), 后来证明ICE与炎症有关而在细胞的死亡中没 有明显作用。 线虫的 CDE-3和ICE有一定的同源性。
抑制性因素
金属阳离子 (Zn2+ ) 药物 (苯巴比妥/ 半胱氨酸酶抑制剂) 病毒 EB病毒/牛痘病毒
2.细胞凋亡信号的转导
凋亡信号转导系统特点
① ② ③ ④
多样性：不同种类的细胞系统不同 偶联性：与增殖分化的信号系统交叉偶联 同一性：多因素，共用同一系统触发 多途性：同一诱导因素启动多条信号转导途径
（二）细胞死亡的方式
细胞坏死 细胞凋亡 细胞程序性死亡
1.细胞坏死(necrosis)
是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反应 早期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀 溶酶体破裂,细胞内容物流出, 引起炎症
坏死
坏死炎细胞浸润
2.细胞凋亡(apoptosis)
•细胞凋亡的概念： 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 • 细胞凋亡的特点： ①细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体； ②凋亡小体内有结构完整的细胞器； ③溶酶体活性不增加 ④内切酶活化，DNA片断化，凝胶电泳图谱呈梯状
细胞凋亡与细胞坏死的比较(一)
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
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
THE NOBEL DIPlOMA
2002年诺贝尔医学与生理学颁奖仪式，瑞典斯德哥尔 摩音乐厅。
Sydney Brenner receiving his Nobel Prize from His Majesty the King at the Stockholm Concert Hall. Photo: Hans Mehlin, Nobel e-Museum
③在凋亡级联反应中水解相关活性蛋白：使其 获得或丧失功能 如灭活或下调DNA修复有关的酶，mRNA剪切 蛋白等。
三、细胞凋亡过程与调控
（一）细胞凋亡的过程
凋 亡 诱 因 凋 亡 信 号 转 导
受体
死 亡 信 号
凋 亡 基 因 激 活
DNase活化 ↓ DNA片断
细 胞 凋 亡
凋 亡 细 胞 清 除
2．细胞凋亡的形态学及生物化学研究阶段：（19721987） 1977年:人们注意到在生理或病理性刺激条件下，淋巴 细胞发育过程中的凋亡现象。 1980年:Wyllie研究胸腺细胞在糖皮质激素作用下引致的 细胞凋亡变化，总结并建立了细胞凋亡的共同形态学特 征，包括核固缩和DNA降解成寡核苷酸片段等 3．细胞凋亡的分子生物学研究阶段，最近几年 1989年: 0wen及其研究小组在研究胸腺细胞阴性选择过 程中证明了信号传递物质对PCD的调控作用。 1991年:Ellis首先发现了线虫(C.elegans)体内Ced-3、4两 个基因与PCD的发生密切相关，随后逐渐发现了多种参 与PCD的正相调节基因和负相调节基因 4．细胞凋亡的临床应用基础研究阶段 细胞凋亡的研究，其生命力在于最终能够有利于疾病机 制的阐明，以及新疗法的探索及问世。
危难中的细胞啊， 你沉稳不乱， DNA片片切割， 化云梯直通天堂； 细胞体分团相聚， 把生命的凝重浓集在小体上； 分别了朝夕相处的伙伴， 再见了快乐美好的时光； 这一切的一切又融入临近的胞体， 腾出的空间再写生命的篇章。