细胞凋亡疾病

核酸内切酶与caspase之间的相互关系 因果关系：核酸内切酶由caspase激活 协同关系：是凋亡的主要执行者
核酸内切酶切断DNA caspase水解细胞的蛋白结构
3．谷氨酰胺转移酶 （TGases）的作用：
钙依赖性的酶家族，促进谷氨酰 胺与赖氨酸残基之间交联，形成稳定 的框架，使内容物保持在凋亡小体内 而不释放到细胞间隙。在TGases高表 达的细胞，发生细胞膜的凹陷、皱缩
细胞凋亡与疾病
apoptosis and disease
细胞坏死:(necrosis) 细胞死亡
细胞凋亡:(apoptosis) 细胞凋亡是由体内外因素触发 细胞内预存的死亡程序而导致的 细胞死亡。
细胞凋亡的其它名称：
程序性细胞死亡（PCD) 基因指令性细胞死亡 生理性细胞死亡 自然发生细胞死亡 细胞舍生（cell suicide)
l 核小体（nucleosome）：一种串珠状结构，由核心颗粒和 连结线DNA两部分组成。 – ①每个核小体单位包括约200bp的DNA、一个组蛋白核 心和一个H1； – ②由H2A、H2B、H3、H4各两分子形成八聚体，构成核 心颗粒； – ③ DNA 分 子 以 左 手 螺 旋 缠 绕 在 核 心 颗 粒 表 面 ， 80bp，共1.75圈，约146bp，两端被H1锁合；
三、细胞凋亡的调控：
（一）细胞凋亡相关因素：
1、诱导性因素：凋亡程序的启动者
（1）激素和生长因子失衡：GC （2）理化因素：射线、高温、强酸碱、抗癌药 （3）免疫性因素：细胞毒T淋巴细胞 （4）微生物学因素：细菌、病毒、毒素
细胞凋亡的诱导因素
诱导因素
凋亡细胞类型
射线
多种细胞
GC
淋巴细胞
TGF-β1
老年性痴呆、IRI
第二节 细胞凋亡过程与调控
一、细胞凋亡的大致过程：
l凋亡信号转导 l凋亡基因激活 l细胞凋亡的执行 l凋亡细胞的清除
凋亡诱导因素
↓
受体
↓
cAMP、Ca2+、神经酰胺
↓
死亡信号
↓
凋亡相关基因激活
↓
DNase激活 、Caspases激活
↓ 巨噬细胞吞噬，分解凋亡细胞
二、凋亡时细胞的主要变化：
肝细胞
TNF
靶细胞
CTL
靶细胞
抗癌药
癌细胞
HIV
CD4＋淋巴细胞
2、抑制性因素：
细胞因子（IL-2、神经生长因子） 激素（ACTH、睾丸酮、雌激素） 病毒（腺病毒、EB病毒、牛痘病 毒） 其他：Zn2+、半胱氨酸蛋白酶抑制剂
（二）细胞凋亡信号的转导
凋亡诱导因素→细胞→细 胞凋亡信号→信号转导途 径→激活凋亡程序→细胞 凋亡
P53
wtP53基因编码的P53蛋白为DNA结合 蛋白，对损伤的DNA可启动修复或凋 亡，是一种受到广泛重视的抑癌（促 凋亡）基因。
“分子警察”
Bax
Bax与Bcl-2有高度的同源性。
Bax蛋白质分子在细胞中以二聚 体形式或与Bcl-2蛋白质分子形成 异种二聚体形式存在。
Bax的过表达可以拮抗Bcl-2的促 进细胞增殖及抑制细胞凋亡的作用
丝、苏氨酸残基磷酸化
细胞凋亡
3、Fas百度文库白／Fas配体信号系统
Fas是跨膜蛋白，为细胞表面受体，其 胞内部分与TNF受体相似，与NGF受体高度 同源。在胸腺、肝、心、肾组织表达丰富
FasL为Fas蛋白的配体，主要在激活 的T淋巴细胞、NK细胞、眼和睾丸中表达
活化的T淋巴细胞表面的FasL与靶细 胞上的Fas结合，启动细胞凋亡
Bcl-2抗凋亡的主要机制：
①直接的抗氧化应激 ②抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质，
如：细胞色素C、凋亡诱导因子（AIF） ③抑制促凋亡调节蛋白Bax、Bak的细胞毒作用 ④抑制凋亡蛋白酶（caspases）的激活：
阻断Apaf的功能 ⑤维持细胞钙稳态：阻断Ca2+ 从内质网释放
EIB
腺病毒5型编码的早期即刻蛋白B
–Ced-3和 Ced-4的作用是诱发凋亡； –Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用。
抑制凋亡基因： Bcl-2 EIB IAP 促进凋亡基因：Fas Bax ICE P53 双向调控基因： c-myc Bclx
Bcl-2 B细胞淋巴瘤/白血病-2
（B cell lymphoma/leukemia-2）
1、内源性核酸内切酶激活 DNA的片段化 依赖二价金属离子的核酸内切酶 Ca2＋／Mg2＋激活 Zn2＋抑制 非依赖二价金属离子的核酸内切酶
内源性核酸内切酶激活：
凋亡因素→受体→信号转导→酶激活→DNA水解
凋亡诱导因素激活内源性核酸内切酶 DNA双链在核小体连接部断裂
形成180－200bp或其整数倍的片段 电泳呈特征性的“梯”状条带
(inhibitor of apoptosis IAP)的蛋白家族。 l 已鉴定的人类IAP家族成员有5种，其中，1997
年由Ambrosini等鉴定的存活蛋白(survivin) 是IAP家族参与癌症发生的最有力证据。
Fas
fas又称作APO-1，属TNF受体和NGF受体家族。 l 1993年人白细胞分型国际会议统一命名为CD95。 l fas基因编码产物为分子量45KD的跨膜蛋白。 l Fas蛋白与Fas配体组成Fas系统，二者的结合导致靶
细胞走向凋亡。
Fas诱导的细胞凋亡
l Fas 与 配 体 （ 如 TNF ）结 合 发 生 三 聚 化，使胞内的DD区（Death domain） 与接头蛋白FADD的DD区结合。
l FADD N 端 通 过 DED 区 （ death effector domain）与Caspase-8前体 蛋白和CAP3结合，激活Caspase-8 。
及凋亡小体的形成。
4．细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻：
正常时：磷脂酰丝氨酸多分布在膜内层 凋亡早期：磷脂酰丝氨酸翻到膜外层 Annexin-Ⅴ作为探针可结合磷脂酰丝氨酸， 标记出早期凋亡的细胞
（二）细胞凋亡的生化改变：
1、内源性核酸内切酶激活 DNA的片段化 2、Caspase的激活 蛋白质降解 3、谷氨酰胺转移酶激活 核小体形成 4．细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻
1、胞内Ca2+信号系统：
GC诱导胸腺细胞凋亡时，［ Ca2+］i 升高B淋巴细胞内［ Ca2+］ 可诱导其凋亡 降低细胞内［ Ca2+］可阻止细胞凋亡
2、cAMP/PKA信号系统
双丁酰cAMP可引起髓样白血病细胞或
胸腺细胞凋亡
GC Ca2+／钙调素系统 腺苷酸环化酶
cAMP
PKA 激活
靶蛋白
细胞分布：造血细胞、上皮细胞、淋巴细胞、 神经细胞、多种瘤细胞
细胞内分布： bcl-2 能够编码 bcl-2α（26KD）和 bcl-2β（22KD）两种蛋白质，是膜的整合蛋白， 主要存在于线粒体外膜、核膜及部分内质网中。
Bcl-2与CED-9同源，Bcl-2高表达能抑制多种 凋亡诱导因素所引发的细胞凋亡。
（earlyimmediate protein B, EIB）
是一种重要的凋亡抑制基因， 其主要是通过阻断p53介导的细胞 凋亡机制而促进细胞存活。
IAP “细胞凋亡抑制剂”
(inhibitor of apoptosis ，IAP）
l 20世纪90年代后期相继在病毒和真核生物中 鉴定了40种以上被称为“细胞凋亡抑制剂”
具有长的N端原结构域，激活后切割并活 化下游的caspase分子
②效应子caspase： caspase-3,6,7
具有短的N端原结构域或缺如，被激活后 能分解细胞蛋白
（3）caspase的激活
凋亡诱导因素
启动子caspase 下游caspase分子 效应子caspase
（4）caspase在凋亡中的主要作用：
凋亡信号转导系统的特点：
1．多样性 细胞不同转导系统不同 2．偶联性 凋亡和增殖、分化的转导系
统在某些环节有交叉、偶联。 3．同一性 不同的凋亡诱导因素可通过
同一信号转导系统触发凋亡 4．多途性 同一凋亡诱导因素可通过多
条信号转导途径触发凋亡
细胞凋亡信号转导系统的类型：
1、胞内Ca2+信号系统： 2、cAMP/PKA信号系统 3、Fas蛋白／Fas配体信号系统 4、神经酰胺信号系统 5、二酰甘油／PKC信号系统 6、酪氨酸蛋白激酶信号系统
第一节 概述
summarize
一、细胞死亡的两种方式比较：
二、细胞凋亡的生物学意义
1．确保正常发育、生长
形成器官、组织的正常形态。
2．维持内环境稳定
清除受损、衰老、突变细胞。
3．发挥积极的防御作用
防止病毒复制。
细胞凋亡与疾病发生机制的新认识
该死的细胞不死 肿瘤、自身免疫性疾病
不该死的细胞死了
（三）凋亡相关基因
l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）。 l线虫神经系统由302个细胞组成。这些细胞来自于 407个前体细胞。也就是说105个细胞发生了程序性死 亡。 l控制线虫细胞凋亡的基因主要有3个Ced-3、Ced-4和 Ced-9
Bcl-x
Bcl-XL抑制细胞凋亡，可 使细胞在细胞生长因子撤除之 后，不发生凋亡。
Bcl-XS促进细胞凋亡，通 过抑制Bcl-2的过表达而诱发细 胞凋亡。
抑制凋亡基因： Bcl-2 EIB IAP 促进凋亡基因：Fas Bax ICE P53 双向调控基因： c-myc Bclx
第三节 细胞凋亡的发生机制 pathogenesis of apoptosis
（一）细胞凋亡的形态学改变：
光镜下的改变：微绒毛消失 胞膜空泡化、细胞固缩 出芽、染色质边集、 凋亡小体
电镜下的凋亡小体： 透亮空泡＋不透光的核碎片
胸腺细胞
正常
凋亡
胸腺细胞
正常
凋亡
凋亡细胞形态学变化的特点：
胞膜及细胞器膜相对完整 整个凋亡过程没有细胞内容物外漏
局部无炎症反应
（二）细胞凋亡的生化改变：
ICE 白细胞介素1β转换酶
ICE是Caspase-1,参与Fas诱导的细 胞凋亡，与线虫的死亡基因CED-3高 度同源。
ICE诱导的细胞凋亡可被Bcl-2及牛 痘病毒等阻断。
C-myc
c-myc 是一种癌基因
c-myc蛋白是一种转录调节因子， 既可激活介导细胞增殖的基因，也 可激活介导细胞凋亡的基因，何去 何从则取决于细胞接受的信号和生 长的环境。
一、氧化应激在 细胞凋亡中的作用
氧化应激是由于体内活性氧相对超负荷 引起的一种细胞应激，既可引起细胞损伤 也可引起细胞凋亡。
水解
磷酸化
神经酰胺
鞘氨醇 1磷酸鞘氨醇
（SPP)
SPP传递细胞增殖信号
5、二酰甘油DG／PKC信号系统
PKC是细胞凋亡过程中重要的负调控因子 PKC激动剂PMA可抑制GC、TCR激活、
cAMP、 Ca2+通道及IL-2撤除引起的凋亡
生长因子 、和IL-2和L-1 DG PKC激活 抑制胸腺细胞凋亡
Fas蛋白介导凋亡的机制：
l（1）Fas蛋白与其配体或抗体结合， 使神经鞘磷脂分解为神经酰胺， 引起凋亡
l（2）Fas蛋白与其抗体或TNF结合， 激活caspase－1,降解H1组蛋白
l（3）Fas蛋白激活Ca2+信号系统
4、神经酰胺信号系统
神经鞘磷脂（SM) SM酶 神经酰胺
神经酰胺诱导u293白血病细胞凋亡
① 灭活凋亡的抑制物：如bcl-2 ②水解细胞的结构蛋白：如核纤层蛋白，肌动蛋白
③水解细胞的效应蛋白：如DNA修复相关蛋白，信号蛋 白，转录调控蛋白，周期蛋白
④在凋亡级联反应中水解相关活性蛋白，改变蛋白的 生物学功能： 如 Caspase-9水解激活Caspase-3
Caspase-8自剪切活化，激活Caspase-3，7 ⑤ Caspase-3激活特异性核酸内切酶CAD：降解DNA
– ④相邻核心颗粒之间为一段60bp的连接线DNA。
2、Caspase的激活及其作用：
（1）caspase命名和作用 ：
cysteine-containing aspartatespecific protease
含半胱氨酸的门冬氨酸特异水解酶 作用：在底物天冬氨酸后切断肽链
（2）caspase的分类 ①启动子caspase： caspase-8,9,10
但活化的PKCβ1可诱导u293白血病细胞凋 亡
6、酪氨酸蛋白激酶（PTK)信号系统 细胞凋亡的负调控系统 生长因子、细胞因子通过PTK信号系 统产生促进细胞分化的效应 该系统被阻断或不能有效激活可引起 凋亡
细胞凋亡信号转导系统的类型：
1、胞内Ca2+信号系统： 2、cAMP/PKA信号系统 3、Fas蛋白／Fas配体信号系统 4、神经酰胺信号系统 5、二酰甘油／PKC信号系统 6、酪氨酸蛋白激酶信号系统