病毒学病毒感染与细胞凋亡
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病毒感染与细胞凋亡
细胞凋亡的含义
概念：是由一系列基因控制并受复 杂信号调节的细胞自然死亡 的现象。
多细胞生物的一种生理性细胞死亡的过程； 凋亡过程中，细胞的形态变化是特有的； 凋亡过程中需要基因表达和蛋白质合成，特
别是酶的合成。
细胞凋亡和细胞程序性死亡
从严格的词学意义上来说，细胞程序性死亡与细胞凋亡是 有很大区别的。 细胞程序性死亡的概念是个功能性概念，描述在一个 多细胞生物体中某些细胞死亡是个体发育中的一个预定的， 并受到严格程序控制的正常组成部分。 细胞凋亡则是一个形态学的概念，描述一件有着一整 套形态学特征的与坏死完全不同的细胞死亡形式。
Caspase家族
Caspase属于半胱氨酸蛋白酶，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，使细胞不可逆的走向 死亡。它们均有以下特点：①活性中心富含半胱 氨酸；②对底物天冬氨酸部位有特异水解作用， 所以命名为caspase（ cysteine-containing aspartate-spicific protease ），方便起见本文称之 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。
Fas介导的细胞凋亡
富含半胱氨酸
死亡结构域 death effector domain
线粒体参与的细胞凋亡
BID
效应阶段
Caspase 可激活名叫CAD（caspase-activated Dnase）的核酸酶， CAD能在核小体的连接区将其切断，形成约为200bp整数倍的核酸片段。 正常情况下CAD存在于胞质中，并且与抑制因子ICAD/DFF-45蛋白结合， 不能进入细胞核。Caspase活化后可以降解ICAD/DFF-45，释放出CAD， 使它进入细胞核降解DNA。
细胞程序性死亡是细胞之间信号传导的 结果之一。环境和发育的刺激通过配体和 受体之间的相互作用传递到胞内，即配体 携带的信号通过与穿膜细胞受体胞外区域 的结合反应到受体的胞内区域，完成信号 由胞外到胞质的传递，然后开始胞内一系 列蛋白质与蛋白质之间的复杂作用，最后 导致凋亡的发生。
凋亡的过程
信号传递阶段 ➢ 死亡信号的探测 • 胞外信号（配体与受体的特异结合） • 胞内信号（毒素、射线引起的损伤或病毒 感染） ➢ 下游死亡机制的传递
分为两类：一类为执行者
（executioner或effector），如caspase-3、6、 7，它们可直接降解胞内的结构蛋白和功能
蛋白，引起凋亡，但不能通过自催化 （autocatalytic）或自剪接的方式激活；另 一类为启动者（initiator），如caspase-8、 9，收到信号后，能通过自剪接而激活，然 后引起caspase级联反应，如caspase-8可依 次激活caspase-3、6、7
减小、固缩→ 固缩性 坏死
散在的小集聚，呈絮状
积聚在核膜下，呈半月 状
肿胀，尤以内质网明显 崩解
仍保持完整，未崩解
破坏，酶外溢
保持完整，酶不外溢
细胞胞浆裂解成许多碎 细胞破裂、溶解、残屑 片（ 凋亡小体 ），被
被巨噬细胞吞噬 邻近细胞或巨噬细胞吞 噬
引起周围组织炎症反应
不引起周围组织炎症反 应
分子生物学机制
效应阶段 Caspase的激活最终造成细胞死亡。
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
凋亡的激活途径
Fas介导的细胞凋亡 线粒体参与的细胞凋亡
Apaf-1
Apaf-1被称为凋亡酶激活因子-1（apoptotic protease activating factor-1），在线粒体参与的凋亡途径中具有重 要作用，该基因敲除后，小鼠神经细胞过多，脑畸形发育。
Apaf-1含有3个不同的结构域：①CARD（caspase recruitment domain）结构域，能召集caspase-9；②ced-4 同源结构域，能结合ATP/dATP；③C端结构域，含有色 氨酸/天冬氨酸重复序列，当细胞色素c结合到这一区域后， 能引起Apaf-1多聚化而激活。Apaf-1具有激活Caspase-3的 作用，而这一过程又需要细胞色素c和caspase-9参与。 Apaf-1/细胞色素c复合体与ATP/dATP结合后，Apaf-1就 可以通过其CARD结构域召集caspase-9，形成凋亡体 （apoptosome），激活caspase-3，启动caspase级联反应。
Caspase可作用于几种与细胞骨架调节有关的酶或蛋白，改变细胞结 构。除此之外，Caspase还wenku.baidu.com灭活或下调与DNA修复有关的酶、mRNA 剪切蛋白和DNA交联蛋白。
吞噬
凋亡相关的基因和蛋白
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。
一般认为凋亡和程序性死亡两个概念可以交互使用，具有 同等意义。
凋亡形态特征
Apoptosis “叶子凋落”
左，正常胸腺细胞；右，凋亡胸腺细胞
凋亡形态特征
受累范围 细胞膜
细胞体积 核染色质
细胞器 溶酶体
后期
炎症反应
坏死
细胞凋亡
多为连续的大片细胞
多为单个细胞
完整性受到破坏
仍保持完整性
增大、细胞肿胀
Bcl-2家族
Bcl-2为凋亡抑制基因，是膜的整合蛋白。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家族成员都含有1-4个Bcl-2同源结构域（BH1-4）， 并且通常有一个羧端跨膜结构域(transmembrane region ,TM)。其中BH4是抗凋亡蛋白所特有的结构域， BH3是与促进凋亡有关的结构域。根据功能和结构可将 Bcl-2基因家族分为两类，一类是抗凋亡的（antiapoptotic），如：Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1；一类是 促进凋亡的（pro-apoptotic），如：Bax、Bak、Bad、 Bid、Bim，在促凋亡蛋白中还有一类仅含BH3结构，如 Bid、Bad。
Caspase可直接破坏细胞结构，如裂解核纤层，核纤层（Lamina）是由 核纤层蛋白通过聚合作用而连成头尾相接的多聚体，由此形成核膜的骨 架结构，使染色质（chromatin）得以形成并进行正常的排列。在细胞发 生凋亡时，核纤层蛋白作为底物被Caspase在一个近中部的固定部位所裂 解，从而使核纤层蛋白崩解，导致细胞染色质的固缩。
细胞凋亡的含义
概念：是由一系列基因控制并受复 杂信号调节的细胞自然死亡 的现象。
多细胞生物的一种生理性细胞死亡的过程； 凋亡过程中，细胞的形态变化是特有的； 凋亡过程中需要基因表达和蛋白质合成，特
别是酶的合成。
细胞凋亡和细胞程序性死亡
从严格的词学意义上来说，细胞程序性死亡与细胞凋亡是 有很大区别的。 细胞程序性死亡的概念是个功能性概念，描述在一个 多细胞生物体中某些细胞死亡是个体发育中的一个预定的， 并受到严格程序控制的正常组成部分。 细胞凋亡则是一个形态学的概念，描述一件有着一整 套形态学特征的与坏死完全不同的细胞死亡形式。
Caspase家族
Caspase属于半胱氨酸蛋白酶，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，使细胞不可逆的走向 死亡。它们均有以下特点：①活性中心富含半胱 氨酸；②对底物天冬氨酸部位有特异水解作用， 所以命名为caspase（ cysteine-containing aspartate-spicific protease ），方便起见本文称之 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。
Fas介导的细胞凋亡
富含半胱氨酸
死亡结构域 death effector domain
线粒体参与的细胞凋亡
BID
效应阶段
Caspase 可激活名叫CAD（caspase-activated Dnase）的核酸酶， CAD能在核小体的连接区将其切断，形成约为200bp整数倍的核酸片段。 正常情况下CAD存在于胞质中，并且与抑制因子ICAD/DFF-45蛋白结合， 不能进入细胞核。Caspase活化后可以降解ICAD/DFF-45，释放出CAD， 使它进入细胞核降解DNA。
细胞程序性死亡是细胞之间信号传导的 结果之一。环境和发育的刺激通过配体和 受体之间的相互作用传递到胞内，即配体 携带的信号通过与穿膜细胞受体胞外区域 的结合反应到受体的胞内区域，完成信号 由胞外到胞质的传递，然后开始胞内一系 列蛋白质与蛋白质之间的复杂作用，最后 导致凋亡的发生。
凋亡的过程
信号传递阶段 ➢ 死亡信号的探测 • 胞外信号（配体与受体的特异结合） • 胞内信号（毒素、射线引起的损伤或病毒 感染） ➢ 下游死亡机制的传递
分为两类：一类为执行者
（executioner或effector），如caspase-3、6、 7，它们可直接降解胞内的结构蛋白和功能
蛋白，引起凋亡，但不能通过自催化 （autocatalytic）或自剪接的方式激活；另 一类为启动者（initiator），如caspase-8、 9，收到信号后，能通过自剪接而激活，然 后引起caspase级联反应，如caspase-8可依 次激活caspase-3、6、7
减小、固缩→ 固缩性 坏死
散在的小集聚，呈絮状
积聚在核膜下，呈半月 状
肿胀，尤以内质网明显 崩解
仍保持完整，未崩解
破坏，酶外溢
保持完整，酶不外溢
细胞胞浆裂解成许多碎 细胞破裂、溶解、残屑 片（ 凋亡小体 ），被
被巨噬细胞吞噬 邻近细胞或巨噬细胞吞 噬
引起周围组织炎症反应
不引起周围组织炎症反 应
分子生物学机制
效应阶段 Caspase的激活最终造成细胞死亡。
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
凋亡的激活途径
Fas介导的细胞凋亡 线粒体参与的细胞凋亡
Apaf-1
Apaf-1被称为凋亡酶激活因子-1（apoptotic protease activating factor-1），在线粒体参与的凋亡途径中具有重 要作用，该基因敲除后，小鼠神经细胞过多，脑畸形发育。
Apaf-1含有3个不同的结构域：①CARD（caspase recruitment domain）结构域，能召集caspase-9；②ced-4 同源结构域，能结合ATP/dATP；③C端结构域，含有色 氨酸/天冬氨酸重复序列，当细胞色素c结合到这一区域后， 能引起Apaf-1多聚化而激活。Apaf-1具有激活Caspase-3的 作用，而这一过程又需要细胞色素c和caspase-9参与。 Apaf-1/细胞色素c复合体与ATP/dATP结合后，Apaf-1就 可以通过其CARD结构域召集caspase-9，形成凋亡体 （apoptosome），激活caspase-3，启动caspase级联反应。
Caspase可作用于几种与细胞骨架调节有关的酶或蛋白，改变细胞结 构。除此之外，Caspase还wenku.baidu.com灭活或下调与DNA修复有关的酶、mRNA 剪切蛋白和DNA交联蛋白。
吞噬
凋亡相关的基因和蛋白
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。
一般认为凋亡和程序性死亡两个概念可以交互使用，具有 同等意义。
凋亡形态特征
Apoptosis “叶子凋落”
左，正常胸腺细胞；右，凋亡胸腺细胞
凋亡形态特征
受累范围 细胞膜
细胞体积 核染色质
细胞器 溶酶体
后期
炎症反应
坏死
细胞凋亡
多为连续的大片细胞
多为单个细胞
完整性受到破坏
仍保持完整性
增大、细胞肿胀
Bcl-2家族
Bcl-2为凋亡抑制基因，是膜的整合蛋白。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家族成员都含有1-4个Bcl-2同源结构域（BH1-4）， 并且通常有一个羧端跨膜结构域(transmembrane region ,TM)。其中BH4是抗凋亡蛋白所特有的结构域， BH3是与促进凋亡有关的结构域。根据功能和结构可将 Bcl-2基因家族分为两类，一类是抗凋亡的（antiapoptotic），如：Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1；一类是 促进凋亡的（pro-apoptotic），如：Bax、Bak、Bad、 Bid、Bim，在促凋亡蛋白中还有一类仅含BH3结构，如 Bid、Bad。
Caspase可直接破坏细胞结构，如裂解核纤层，核纤层（Lamina）是由 核纤层蛋白通过聚合作用而连成头尾相接的多聚体，由此形成核膜的骨 架结构，使染色质（chromatin）得以形成并进行正常的排列。在细胞发 生凋亡时，核纤层蛋白作为底物被Caspase在一个近中部的固定部位所裂 解，从而使核纤层蛋白崩解，导致细胞染色质的固缩。