细胞凋亡及其调控分子机制
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④大亚基的 C端含有活性中心，其中半胱氨酸（ C）是 必需氨基酸，故属于半胱氨酸蛋白酶类。
3. 分类：14种 （1）细胞因子前体： caspase 1，4，5， 11，12，13，14 不是凋亡的直接效应分子。 （2）凋亡起始分子： caspase 2，8，9，10 （3）凋亡效应分子： caspase 3，6，7 参与介导细胞凋亡。
生理条件下，凋亡用以清除单个细胞，继而由巨噬细胞内吞，最后再由溶酶体执行 降解功能。
自噬autophagy:是一种在进化上保守的真核细胞内转运泡的运输机制，它可将细胞 本身的亚细胞成分如蛋白、胞质或细胞器，通过溶酶体中的水解酶进行消化降解 和循环。 凋亡和自噬都是细胞内重要的生理过程。
坏死Necrosis ：各种致病因子，干扰和中和了细胞的正常代谢活动，造成细胞的意外 死亡。
如：指（趾）间隙的形成 2、 维持内环境稳定
如：清除受损、突变或衰老的细胞
3、 防御功能
如：使受到病毒感染的细胞凋亡
第二节 细胞凋亡的发生机制
一、 凋亡相关基因 （一）ced 基因
线虫（c. elegans），1090个体细胞，其中131个细 胞在发育过程中产生凋亡，发现14个基因与凋亡 有关；且虫体透明，易于观察。
凋亡
诱发因素 特定的生理病理因素，药物
组织分布 单个细胞分布
坏死
缺氧、药物、毒素
成片细胞
组织反应 形成凋亡小体，被周围组织 细胞内容物溶解 细胞吞噬，无炎症反应 释放，有炎症反应
形态学：
凋亡
皱缩变圆，细胞浆失水浓缩 保持完整，形成泡状，凋亡 后期内陷包裹核物质和细胞器 形成凋亡小体 核膜完整，核皱缩，染色质固缩 聚集在核膜下，最后核裂成碎片 大多数保持完整，线粒体肿胀， 通透性增加，释放细胞色素
细胞内与凋亡有关的基因分2类： 线虫 人类
1．存活基因：ced-9： bcl-2蛋白家族 2．致死基因：ced-4： 凋亡蛋白酶活化因子Apaf-1, apoptosis protease activating factor-1,
3. 致死基因：ced-3： Caspase 家族 (cycteinyl aspartate-specific protease).天冬氨酸特异性 半胱氨酸蛋白酶
DR：死亡受体 death receptors, DR
含DD：死亡结构域，death domain, DD
（DD存在于DR之胞内区，和FADD蛋白中）
FADD蛋白：Fas相关的死亡结构域，Fas-associated death domain
（FADD蛋白含有DD，DED；可与pro-caspase 8结合）
与胞浆接头蛋白Apaf-1结合
Apaf-1寡聚化，募集Caspase 9原
Caspase 9 活化 Caspase 2,3,6,8,10 活化
细胞凋亡
5
பைடு நூலகம்
Fas介导细胞凋亡
Caspase 8活化
凋亡蛋白酶 激活因子
凋亡诱导因子
EndoG:endonuclease G 核酸内切酶G AIF：Apoptosis inducing factors Apaf-1:Apoptotic protease activating factor-1
H. Robert Horvit 1/3 of the prize USA Massachusetts Institute of Technology (MIT) Cambridge, MA, USA b. 1947
John E. Sulston United Kingdom The Wellcome Trust Sanger Institute Cambridge, United Kingdom b. 1942
IAP, inhibitors of apoptosis proteins
2. 结构特征 ①以无活性的形式存在。 ②在Pro-Caspases的N端均含有一段的前区域 （Prodomain）。 ③活性形式均是由2个大亚基和2个小亚基组成的杂四 聚体。
一分子Pro-Caspase只能分裂产生1个大亚基和1个小 亚基 。
（二）caspase 与细胞凋亡
Caspase：
1996 年 Alnemri 等统一命名的一类与 ICE/Ced-3 同源性半胱氨酸蛋白酶。
1.特点：
(1) 是一种Cys 蛋白酶
(2) 底物Asp-X
(3) 以酶原形式存在
(4) 活化的Caspase 特异性水解一套底物，导致不可 逆的细胞凋亡 (5) 细胞内有Caspase抑制剂。
ICAD与CAD结合，CAD无活性， Caspase剪切ICAD，ICAD失活，CAD活化， CAD游离，进入细胞核内降解DNA。 人：Hela cell，DFF（DNA fragment factor) ，与ICAD同源
Ca2+/Mg2+ 依赖的核酸内切酶：
多聚· ADP-核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase, PARP）抑制Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶,与基因完整性 的监护有关。
Apo-1从人SKW6.4细胞株分离的cDNA克隆。 后来证明两者完全一致，命名为Fas/Apo-1，或称CD95。 Fas蛋白位于10q33，编码335AA，成熟319AA，是跨膜蛋
白。
由胞外区，跨膜区、胞内区组成。
胞内区有80AA,称死亡结构域（death domain, DD）
3. FADD蛋白:
细胞坏死与凋亡的形态区别
细胞凋亡的诱发因素
生理性因素
肿瘤坏死因子家族
损伤刺激
病毒感染
FasL、TNF P53 、PTEN 转化生长因子
细胞毒素 细胞癌基因 自由基
神经递质
谷氨酸、多巴胺 去除细胞生长因子
治疗因素
化疗药物 紫外线 中草药
基质失去粘附特性
细胞凋亡的生理意义
1、 确保正常发育、生长，根据代谢需要调节细胞数量、保 持成体器官正常体积。
DED：死亡效应结构域，death effecter domain, DED
（存在于FADD蛋白、一些起始caspase酶原如pro-caspase 8中）
Fas-----细胞表面 受体，跨膜蛋 白；
Fas/FasL
共4个蛋白
1. Fas Ligand（FasL）
是Fas 的天然配体，两者介导细胞凋亡，Fas L主 要在淋巴细胞膜上表达。
Caspase PARP降解， Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶活性增加，裂 解核小体间的DNA，导致细胞凋亡。
（2） 降解细胞结构蛋白： 降解核纤层蛋白，肌动蛋白，核分裂相关蛋白
(3)切割细胞效应蛋白。
(4)降解其他的caspases
6 . Caspase活化抑制剂 IAP, inhibitors of apoptosis proteins
细胞凋亡及其调控分子机制
1. 凋亡的概念，与坏死的区别
2. 凋亡信号通路
3. 细胞凋亡相关蛋白、细胞凋亡与疾病
4. 细胞凋亡检测
细胞凋亡名称的由来
1972年我和Wyllie在研 究中观察到一种不同于 坏死的细胞死亡方式， 联想到秋日落叶，我们 就把它称作
Apoptosis
英国Aberdeen大学病理系
王晓东：
第一节 细胞凋亡的特征及意义
一、细胞凋亡的基本特征
程序性细胞死亡programmed cell death, PCD在发育过程中定时出现的生理性刺激诱 导的细胞死亡。用于选择性地清除多细胞动物体内一些无用的或危险的细胞。 依 据 形 态 学 不 同 ， 程 序 性 细 胞 死 亡 可 划 分 为 凋 亡 （ apoptosis ） 、 自 噬 （autophagy）、肿胀性死亡3种形式。 细胞凋亡：apoptosis 在生理和病理条件下，由基因控制的自主有序的死亡过程。
2. Fas
Fas/Apo-1 (CD95)
Fas /Apo-1存在于细胞表面的特定区域，一旦被Fas L 或Fas抗体激活，可将信号传递到细胞内。
Fas 属肿瘤坏死因子受体(TNFR)及神经生长因子受 体（NGFR）超家族，是细胞凋亡的受体信号，又叫 死亡分子。
Fas 从人KT3细胞株分离的cDNA克隆。
FADD 蛋白活化
Caspase 8活化 Caspase 3，6，7活化
死亡诱导信号复合物 Death inducing signal complex, DISC
细胞凋亡
（1）Fas介导细胞凋亡
（2）线粒体相关的细胞凋亡途径（内源性的） 诱导因素→跨膜电位↓（ Δ Ψm↓） PTP开放（通透性转换孔） 凋亡启动因子（细胞色素C，smac，AIF）释出
执行者
启动者
ICE家族成员 A：3类caspase：蓝色参与炎症反应，红色为 执行者，绿色为启动者；B：caspase-3的结构模型；C： caspase-3的活化过程
4. caspase活化：
Caspase 酶原有很低的活性
若caspase 过表达，酶原在高浓度下可自身活化 Caspase 8，9 含有死亡效应域（death effect domain , DED），可相互作用，使酶原自身活化。 Caspase 8：激活所有酶原,如:Caspase 3,6,7,9
Kerr教授
THE 2002 NOBEL PRIZE WINNER
Sydney Brenner 1/3 of the prize United Kingdom The Molecular Sciences Institute Berkeley, CA, USA b. 1927 (in Union of South Africa)
细胞内存在的 Caspase 抑制蛋白， IAP inhibitors of apoptosis proteins家族，阻止细胞凋亡过程。
二、细胞凋亡的诱导发生 细胞凋亡的信号传递 （1）Fas介导细胞凋亡 （2）细胞色素C介导的细胞凋亡 （3）粒酶GrB诱导细胞凋亡
1
2
（1）死亡受体介导的细胞凋亡（外源性的）
Caspase 9：活化需线粒体释放Cyt C, 活化后激
活Caspase2, 3,6,8,10。 Caspase 3,6,7: 效应 Caspase 。
5. Caspase
CAD，
作用： （1）灭活细胞凋亡抑制蛋白:
鼠: Caspase活化的DNA酶: Caspase activated deoxyribonuclease, 细胞凋亡抑制物：inhibitor of CAD, ICAD
Fas相关死亡结构域蛋白：Fas-associated death domain protein 包括：DD ，死亡结构域 death domain DED ，死亡效应结构域 death effect domain
Death inducing signal comples, DISC
Fas L与Fas 结合(同三聚体) Fas 的DD成簇，与FADD蛋白结合，
坏死
肿胀，外形不 规则化 破裂
细胞体积 细胞膜
细胞核
细胞器
核肿胀破裂， 染色质不规 则外移 多受损，溶 酶体破裂，线 粒体肿胀破裂
生物化学：
凋亡
DNA 磷脂 阶梯状片段化 凋亡早期磷脂酰丝氨酸外翻
坏死
随机断裂 外翻
ATP
合成并提供能量
耗竭
出现180-200bp大小及其倍数的核苷酸片段，DNA LADDER
现在，提得最多的、比较 公认的线粒体在凋亡中的 作用有两点：
（1）细胞色素C的释放；
AIF：凋亡诱导因子
（2）Smac/Diablo 的释放。
（2）细胞色素C介导的细胞凋亡
Cyt C 释放入胞质 凋亡蛋白酶激活因子1， Apoptotic protease activating factor-1 Caspase recuitment domain
当线粒体巨通道破坏，Cyt C释放：
线粒体仍有足够的Cyt C，及其他细胞色素，呼吸链完整， 产生ATP，保证 Caspase 活化，细胞凋亡。 Cyt C释放过多，呼吸链破坏，氧消耗，但是不产生ATP，导 致细胞坏死。
细胞含有caspase抑制剂，不能导致caspase依赖的细胞凋亡；
从事的是细胞凋亡规律
的研究。2000年，他和助手 们进行了一项实验，研究一种 神秘的线粒体蛋白质Smac， 这种蛋白质可以打破肿瘤的 “坚硬堡垒”，诱使肿瘤细胞 “自杀”，对研究治疗癌症方 法有重要帮助。从1996年他 建立起自己的研究室后，他的 论文成果在8年间被其他科学 家引用超过了15000次。
3. 分类：14种 （1）细胞因子前体： caspase 1，4，5， 11，12，13，14 不是凋亡的直接效应分子。 （2）凋亡起始分子： caspase 2，8，9，10 （3）凋亡效应分子： caspase 3，6，7 参与介导细胞凋亡。
生理条件下，凋亡用以清除单个细胞，继而由巨噬细胞内吞，最后再由溶酶体执行 降解功能。
自噬autophagy:是一种在进化上保守的真核细胞内转运泡的运输机制，它可将细胞 本身的亚细胞成分如蛋白、胞质或细胞器，通过溶酶体中的水解酶进行消化降解 和循环。 凋亡和自噬都是细胞内重要的生理过程。
坏死Necrosis ：各种致病因子，干扰和中和了细胞的正常代谢活动，造成细胞的意外 死亡。
如：指（趾）间隙的形成 2、 维持内环境稳定
如：清除受损、突变或衰老的细胞
3、 防御功能
如：使受到病毒感染的细胞凋亡
第二节 细胞凋亡的发生机制
一、 凋亡相关基因 （一）ced 基因
线虫（c. elegans），1090个体细胞，其中131个细 胞在发育过程中产生凋亡，发现14个基因与凋亡 有关；且虫体透明，易于观察。
凋亡
诱发因素 特定的生理病理因素，药物
组织分布 单个细胞分布
坏死
缺氧、药物、毒素
成片细胞
组织反应 形成凋亡小体，被周围组织 细胞内容物溶解 细胞吞噬，无炎症反应 释放，有炎症反应
形态学：
凋亡
皱缩变圆，细胞浆失水浓缩 保持完整，形成泡状，凋亡 后期内陷包裹核物质和细胞器 形成凋亡小体 核膜完整，核皱缩，染色质固缩 聚集在核膜下，最后核裂成碎片 大多数保持完整，线粒体肿胀， 通透性增加，释放细胞色素
细胞内与凋亡有关的基因分2类： 线虫 人类
1．存活基因：ced-9： bcl-2蛋白家族 2．致死基因：ced-4： 凋亡蛋白酶活化因子Apaf-1, apoptosis protease activating factor-1,
3. 致死基因：ced-3： Caspase 家族 (cycteinyl aspartate-specific protease).天冬氨酸特异性 半胱氨酸蛋白酶
DR：死亡受体 death receptors, DR
含DD：死亡结构域，death domain, DD
（DD存在于DR之胞内区，和FADD蛋白中）
FADD蛋白：Fas相关的死亡结构域，Fas-associated death domain
（FADD蛋白含有DD，DED；可与pro-caspase 8结合）
与胞浆接头蛋白Apaf-1结合
Apaf-1寡聚化，募集Caspase 9原
Caspase 9 活化 Caspase 2,3,6,8,10 活化
细胞凋亡
5
பைடு நூலகம்
Fas介导细胞凋亡
Caspase 8活化
凋亡蛋白酶 激活因子
凋亡诱导因子
EndoG:endonuclease G 核酸内切酶G AIF：Apoptosis inducing factors Apaf-1:Apoptotic protease activating factor-1
H. Robert Horvit 1/3 of the prize USA Massachusetts Institute of Technology (MIT) Cambridge, MA, USA b. 1947
John E. Sulston United Kingdom The Wellcome Trust Sanger Institute Cambridge, United Kingdom b. 1942
IAP, inhibitors of apoptosis proteins
2. 结构特征 ①以无活性的形式存在。 ②在Pro-Caspases的N端均含有一段的前区域 （Prodomain）。 ③活性形式均是由2个大亚基和2个小亚基组成的杂四 聚体。
一分子Pro-Caspase只能分裂产生1个大亚基和1个小 亚基 。
（二）caspase 与细胞凋亡
Caspase：
1996 年 Alnemri 等统一命名的一类与 ICE/Ced-3 同源性半胱氨酸蛋白酶。
1.特点：
(1) 是一种Cys 蛋白酶
(2) 底物Asp-X
(3) 以酶原形式存在
(4) 活化的Caspase 特异性水解一套底物，导致不可 逆的细胞凋亡 (5) 细胞内有Caspase抑制剂。
ICAD与CAD结合，CAD无活性， Caspase剪切ICAD，ICAD失活，CAD活化， CAD游离，进入细胞核内降解DNA。 人：Hela cell，DFF（DNA fragment factor) ，与ICAD同源
Ca2+/Mg2+ 依赖的核酸内切酶：
多聚· ADP-核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase, PARP）抑制Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶,与基因完整性 的监护有关。
Apo-1从人SKW6.4细胞株分离的cDNA克隆。 后来证明两者完全一致，命名为Fas/Apo-1，或称CD95。 Fas蛋白位于10q33，编码335AA，成熟319AA，是跨膜蛋
白。
由胞外区，跨膜区、胞内区组成。
胞内区有80AA,称死亡结构域（death domain, DD）
3. FADD蛋白:
细胞坏死与凋亡的形态区别
细胞凋亡的诱发因素
生理性因素
肿瘤坏死因子家族
损伤刺激
病毒感染
FasL、TNF P53 、PTEN 转化生长因子
细胞毒素 细胞癌基因 自由基
神经递质
谷氨酸、多巴胺 去除细胞生长因子
治疗因素
化疗药物 紫外线 中草药
基质失去粘附特性
细胞凋亡的生理意义
1、 确保正常发育、生长，根据代谢需要调节细胞数量、保 持成体器官正常体积。
DED：死亡效应结构域，death effecter domain, DED
（存在于FADD蛋白、一些起始caspase酶原如pro-caspase 8中）
Fas-----细胞表面 受体，跨膜蛋 白；
Fas/FasL
共4个蛋白
1. Fas Ligand（FasL）
是Fas 的天然配体，两者介导细胞凋亡，Fas L主 要在淋巴细胞膜上表达。
Caspase PARP降解， Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶活性增加，裂 解核小体间的DNA，导致细胞凋亡。
（2） 降解细胞结构蛋白： 降解核纤层蛋白，肌动蛋白，核分裂相关蛋白
(3)切割细胞效应蛋白。
(4)降解其他的caspases
6 . Caspase活化抑制剂 IAP, inhibitors of apoptosis proteins
细胞凋亡及其调控分子机制
1. 凋亡的概念，与坏死的区别
2. 凋亡信号通路
3. 细胞凋亡相关蛋白、细胞凋亡与疾病
4. 细胞凋亡检测
细胞凋亡名称的由来
1972年我和Wyllie在研 究中观察到一种不同于 坏死的细胞死亡方式， 联想到秋日落叶，我们 就把它称作
Apoptosis
英国Aberdeen大学病理系
王晓东：
第一节 细胞凋亡的特征及意义
一、细胞凋亡的基本特征
程序性细胞死亡programmed cell death, PCD在发育过程中定时出现的生理性刺激诱 导的细胞死亡。用于选择性地清除多细胞动物体内一些无用的或危险的细胞。 依 据 形 态 学 不 同 ， 程 序 性 细 胞 死 亡 可 划 分 为 凋 亡 （ apoptosis ） 、 自 噬 （autophagy）、肿胀性死亡3种形式。 细胞凋亡：apoptosis 在生理和病理条件下，由基因控制的自主有序的死亡过程。
2. Fas
Fas/Apo-1 (CD95)
Fas /Apo-1存在于细胞表面的特定区域，一旦被Fas L 或Fas抗体激活，可将信号传递到细胞内。
Fas 属肿瘤坏死因子受体(TNFR)及神经生长因子受 体（NGFR）超家族，是细胞凋亡的受体信号，又叫 死亡分子。
Fas 从人KT3细胞株分离的cDNA克隆。
FADD 蛋白活化
Caspase 8活化 Caspase 3，6，7活化
死亡诱导信号复合物 Death inducing signal complex, DISC
细胞凋亡
（1）Fas介导细胞凋亡
（2）线粒体相关的细胞凋亡途径（内源性的） 诱导因素→跨膜电位↓（ Δ Ψm↓） PTP开放（通透性转换孔） 凋亡启动因子（细胞色素C，smac，AIF）释出
执行者
启动者
ICE家族成员 A：3类caspase：蓝色参与炎症反应，红色为 执行者，绿色为启动者；B：caspase-3的结构模型；C： caspase-3的活化过程
4. caspase活化：
Caspase 酶原有很低的活性
若caspase 过表达，酶原在高浓度下可自身活化 Caspase 8，9 含有死亡效应域（death effect domain , DED），可相互作用，使酶原自身活化。 Caspase 8：激活所有酶原,如:Caspase 3,6,7,9
Kerr教授
THE 2002 NOBEL PRIZE WINNER
Sydney Brenner 1/3 of the prize United Kingdom The Molecular Sciences Institute Berkeley, CA, USA b. 1927 (in Union of South Africa)
细胞内存在的 Caspase 抑制蛋白， IAP inhibitors of apoptosis proteins家族，阻止细胞凋亡过程。
二、细胞凋亡的诱导发生 细胞凋亡的信号传递 （1）Fas介导细胞凋亡 （2）细胞色素C介导的细胞凋亡 （3）粒酶GrB诱导细胞凋亡
1
2
（1）死亡受体介导的细胞凋亡（外源性的）
Caspase 9：活化需线粒体释放Cyt C, 活化后激
活Caspase2, 3,6,8,10。 Caspase 3,6,7: 效应 Caspase 。
5. Caspase
CAD，
作用： （1）灭活细胞凋亡抑制蛋白:
鼠: Caspase活化的DNA酶: Caspase activated deoxyribonuclease, 细胞凋亡抑制物：inhibitor of CAD, ICAD
Fas相关死亡结构域蛋白：Fas-associated death domain protein 包括：DD ，死亡结构域 death domain DED ，死亡效应结构域 death effect domain
Death inducing signal comples, DISC
Fas L与Fas 结合(同三聚体) Fas 的DD成簇，与FADD蛋白结合，
坏死
肿胀，外形不 规则化 破裂
细胞体积 细胞膜
细胞核
细胞器
核肿胀破裂， 染色质不规 则外移 多受损，溶 酶体破裂，线 粒体肿胀破裂
生物化学：
凋亡
DNA 磷脂 阶梯状片段化 凋亡早期磷脂酰丝氨酸外翻
坏死
随机断裂 外翻
ATP
合成并提供能量
耗竭
出现180-200bp大小及其倍数的核苷酸片段，DNA LADDER
现在，提得最多的、比较 公认的线粒体在凋亡中的 作用有两点：
（1）细胞色素C的释放；
AIF：凋亡诱导因子
（2）Smac/Diablo 的释放。
（2）细胞色素C介导的细胞凋亡
Cyt C 释放入胞质 凋亡蛋白酶激活因子1， Apoptotic protease activating factor-1 Caspase recuitment domain
当线粒体巨通道破坏，Cyt C释放：
线粒体仍有足够的Cyt C，及其他细胞色素，呼吸链完整， 产生ATP，保证 Caspase 活化，细胞凋亡。 Cyt C释放过多，呼吸链破坏，氧消耗，但是不产生ATP，导 致细胞坏死。
细胞含有caspase抑制剂，不能导致caspase依赖的细胞凋亡；
从事的是细胞凋亡规律
的研究。2000年，他和助手 们进行了一项实验，研究一种 神秘的线粒体蛋白质Smac， 这种蛋白质可以打破肿瘤的 “坚硬堡垒”，诱使肿瘤细胞 “自杀”，对研究治疗癌症方 法有重要帮助。从1996年他 建立起自己的研究室后，他的 论文成果在8年间被其他科学 家引用超过了15000次。