介导细胞凋亡的信号通路讲解
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细胞结构溶解、破坏、 细胞肿胀
主动，有新蛋白合成，耗能
胞膜及细胞器相对完整 细胞皱缩，核固缩
炎症反应 溶酶体破裂，炎症反应 溶酶体完整，无炎症反应
DNA电泳 弥散性降解，电泳呈均一 DNA片段化（180-200bp），
DNA片状
电泳呈“梯”状条带
凋亡小体
无
有
基因Fra Baidu bibliotek控
二、 细胞凋亡的生物学特征
1、形态学特征：
第一讲：
介导细胞凋亡的 信号通路
一、概念：
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。不是一件被动 的过程，而是主动过程。 即细胞程序性死亡 （programmed cell death，PCD）
细胞凋亡与坏死的区别★
坏死（病理性）
凋亡（生理性）
生化特点 形态变化
被动，无新蛋白合成，不 耗能
• MADD：活化MAP激酶的死亡结构域蛋白
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caspase8浓度不够
• 死亡受体活化，
•
细胞凋亡
•
切割Bid tBid从胞质到线粒体 CtyC 释放
空泡化
固缩
出芽
边集
凋亡时细胞的形态学改变 凋亡小体
2、生化特征： ⑴胞浆内Ca2+浓度升高。 ⑵DNA内切酶活性被激活升高，双链DNA在 核小体之间切断形成10~185bp为基数的有序 片段。
⑶Ⅱ型谷氨酰胺转移酶和需钙蛋白酶（ Calpain）活性升高。
细胞凋亡的生化改变
DNA的片段 化断裂 蛋白质的降解
4、活性氧（ROS）的生成增加、 Ca 2+内流增加也以促进Cyt C的释放 ， 从而导致细胞损伤。
二、线粒体通透性转换孔(PTP) 开放
线粒体通透性 转换孔(PTP) 开放
内膜通透性增加
线粒体基质膨胀
膜电位崩溃、外膜破裂
外膜皱襞少，表面积小，易破裂
释放膜间促凋亡蛋白
诱导细胞凋亡
三、线粒体介导的细胞凋亡的其他途径： 1、γ射线或神经酰胺等，破坏线粒体内电子
P53的产物主要存在于细胞核内，在依赖P53蛋 白的细胞凋亡中，P53基因是通过调节Bc1-2和 Bax基因的表达来影响细胞凋亡的。P53蛋白能 特异地抑制Bc1-2的表达，相反对Bax的表达则 有明显的促进作用。研究表明，P53蛋白是Bax 基因的直接的转录活化因子。在这些细胞中， P53蛋白的积累和活动引起了细胞凋亡。
二、传统传统信号介导的细胞凋亡
1、G蛋白信号途径： 2、cAMP信号途径： 3、酶蛋白信号通路： 4、Ca2+浓度与细胞凋亡：
Mitochondria in Apoptosis
四、其他途径：
1、T细胞受体信号转导途径。 2、粘附因子与细胞凋亡。 3、活性氧与细胞凋亡。 4、内质网介导的细胞凋亡。
• TRADD：TNF受体相关死亡结构域蛋白 • TNF+TNFRI（死亡结构域）+ TRADD—细胞凋
亡
• FADD：Fas相关死亡结构域蛋白 • FasL+Fas （死亡结构域） +FADD —细胞凋亡 • 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
（备注：VDAC 是外膜离子通道，
也是cyto c 释放的通道） 2、 Bax、Bak 能加速VDAC 开放,
cyt c释放。
线粒体外膜 通透性增高
胞质中出现Cyt C 与细胞浆中成分作用
激活caspases
诱导细胞凋亡的发生 如染色质浓缩和核碎裂
细胞凋亡的两条通路：膜受体通路、线粒体通路
3. P53与细胞凋亡（肿瘤抑制基因）
cyt c是第一种被发现的线粒体
释放促凋亡蛋白，是线粒体呼吸链的 重要组成部分。正常情况下cyt c是 一个定位于线粒体膜间隙的水溶性蛋白， 稳定地结合于线粒体内膜，不能通过 外膜。 幻灯片 13
备注：
Bcl-2 蛋白家族的三级结构分析显示,它们 具有成孔道的结构域,Bcl2xl 、Bcl-2、Bax、 Bid 等均可结合到人工膜上,形成离子通道 。
典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）
三、细胞凋亡的过程及机制
• 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 • 凋亡的级联反应
重点：介导细胞凋亡的信号通路机制
受体介导的细胞凋亡途径
信号通路 （哺乳动物）
传统信号介导
线粒体介导 其他介导途径
线粒体在细胞凋亡中发挥着主开关的作用,被形象 地称为细胞凋亡的“燃烧室”，也是细胞凋亡的 又一“战场”。
传递和能量代谢，细胞凋亡。 2、释放DPF（death promoting factor）
即死亡促进因子。 3、释放氧自由基 4、线粒体膜渗透性改变，线粒体内高渗
状态细胞骨架蛋白受压→凋亡
一、死亡受体的信号途径
• 参与死亡受体信号转导的接头蛋白： （死亡结构 域蛋白death domain protein）
线粒体介导的细胞凋亡途径
一、关键分子： cyt c （细胞色素C）
幻灯片25
细胞色素C的释放是凋亡发生的关键事件， 也是线粒体参与凋亡的主要方式
★cyt c释放的具体机制有两种途径：
（一）、线粒体释放cyto c , 受Bcl-2 蛋白
家族调控
幻灯片 32
1、Bcl-2、Bcxl 与VDAC结合,通道关闭;
幻灯片 15
1、Bcl-2 如在线粒体外膜上高表达,一方面 与Bid、Bax 结合,抑制cyto c 释放的正反 馈机制;另一方面,它有“质子泵”的功能,使 线粒体内呼吸产生的H+ 外泵至胞浆,维持 跨膜电位ΔΨm ,减少活性氧 生成,抑制凋亡。
幻灯片 15
2、在细胞存活状态下,Bax 以BH3 结构域 与Bcl-2 及Bcl2xl 的BH3 结构域形成异质 二聚体。当细胞内Bax 类型的BH3 结构域 增多时, 或注入单纯的Bax BH3 结构域,或 Bid、Bak、Bad 等表达增多，都能使Bax 从异二聚体中解离出来,从胞浆转位至线粒 体外膜上,引起促凋亡因子（ cyto c ）释放。
线粒体控制细胞死亡的证据
• 在细胞死亡前都有线粒体膜通透性改变 • 原凋亡效应物（proapoptotic effectors）可作用
于线粒体膜；
• Bcl-2家族中抑制凋亡的成员能与线粒体膜蛋白 产生交叉反应，而抑制细胞凋亡；
• 通过特异性药物抑制线粒体膜的通透性可阻止或 延缓细胞死亡；
• 无细胞系统（cell-free system）已分离出一些线 粒体蛋白，它们具有水解酶（如caspase和 nuclease）活性。
主动，有新蛋白合成，耗能
胞膜及细胞器相对完整 细胞皱缩，核固缩
炎症反应 溶酶体破裂，炎症反应 溶酶体完整，无炎症反应
DNA电泳 弥散性降解，电泳呈均一 DNA片段化（180-200bp），
DNA片状
电泳呈“梯”状条带
凋亡小体
无
有
基因Fra Baidu bibliotek控
二、 细胞凋亡的生物学特征
1、形态学特征：
第一讲：
介导细胞凋亡的 信号通路
一、概念：
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。不是一件被动 的过程，而是主动过程。 即细胞程序性死亡 （programmed cell death，PCD）
细胞凋亡与坏死的区别★
坏死（病理性）
凋亡（生理性）
生化特点 形态变化
被动，无新蛋白合成，不 耗能
• MADD：活化MAP激酶的死亡结构域蛋白
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caspase8浓度不够
• 死亡受体活化，
•
细胞凋亡
•
切割Bid tBid从胞质到线粒体 CtyC 释放
空泡化
固缩
出芽
边集
凋亡时细胞的形态学改变 凋亡小体
2、生化特征： ⑴胞浆内Ca2+浓度升高。 ⑵DNA内切酶活性被激活升高，双链DNA在 核小体之间切断形成10~185bp为基数的有序 片段。
⑶Ⅱ型谷氨酰胺转移酶和需钙蛋白酶（ Calpain）活性升高。
细胞凋亡的生化改变
DNA的片段 化断裂 蛋白质的降解
4、活性氧（ROS）的生成增加、 Ca 2+内流增加也以促进Cyt C的释放 ， 从而导致细胞损伤。
二、线粒体通透性转换孔(PTP) 开放
线粒体通透性 转换孔(PTP) 开放
内膜通透性增加
线粒体基质膨胀
膜电位崩溃、外膜破裂
外膜皱襞少，表面积小，易破裂
释放膜间促凋亡蛋白
诱导细胞凋亡
三、线粒体介导的细胞凋亡的其他途径： 1、γ射线或神经酰胺等，破坏线粒体内电子
P53的产物主要存在于细胞核内，在依赖P53蛋 白的细胞凋亡中，P53基因是通过调节Bc1-2和 Bax基因的表达来影响细胞凋亡的。P53蛋白能 特异地抑制Bc1-2的表达，相反对Bax的表达则 有明显的促进作用。研究表明，P53蛋白是Bax 基因的直接的转录活化因子。在这些细胞中， P53蛋白的积累和活动引起了细胞凋亡。
二、传统传统信号介导的细胞凋亡
1、G蛋白信号途径： 2、cAMP信号途径： 3、酶蛋白信号通路： 4、Ca2+浓度与细胞凋亡：
Mitochondria in Apoptosis
四、其他途径：
1、T细胞受体信号转导途径。 2、粘附因子与细胞凋亡。 3、活性氧与细胞凋亡。 4、内质网介导的细胞凋亡。
• TRADD：TNF受体相关死亡结构域蛋白 • TNF+TNFRI（死亡结构域）+ TRADD—细胞凋
亡
• FADD：Fas相关死亡结构域蛋白 • FasL+Fas （死亡结构域） +FADD —细胞凋亡 • 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
（备注：VDAC 是外膜离子通道，
也是cyto c 释放的通道） 2、 Bax、Bak 能加速VDAC 开放,
cyt c释放。
线粒体外膜 通透性增高
胞质中出现Cyt C 与细胞浆中成分作用
激活caspases
诱导细胞凋亡的发生 如染色质浓缩和核碎裂
细胞凋亡的两条通路：膜受体通路、线粒体通路
3. P53与细胞凋亡（肿瘤抑制基因）
cyt c是第一种被发现的线粒体
释放促凋亡蛋白，是线粒体呼吸链的 重要组成部分。正常情况下cyt c是 一个定位于线粒体膜间隙的水溶性蛋白， 稳定地结合于线粒体内膜，不能通过 外膜。 幻灯片 13
备注：
Bcl-2 蛋白家族的三级结构分析显示,它们 具有成孔道的结构域,Bcl2xl 、Bcl-2、Bax、 Bid 等均可结合到人工膜上,形成离子通道 。
典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）
三、细胞凋亡的过程及机制
• 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 • 凋亡的级联反应
重点：介导细胞凋亡的信号通路机制
受体介导的细胞凋亡途径
信号通路 （哺乳动物）
传统信号介导
线粒体介导 其他介导途径
线粒体在细胞凋亡中发挥着主开关的作用,被形象 地称为细胞凋亡的“燃烧室”，也是细胞凋亡的 又一“战场”。
传递和能量代谢，细胞凋亡。 2、释放DPF（death promoting factor）
即死亡促进因子。 3、释放氧自由基 4、线粒体膜渗透性改变，线粒体内高渗
状态细胞骨架蛋白受压→凋亡
一、死亡受体的信号途径
• 参与死亡受体信号转导的接头蛋白： （死亡结构 域蛋白death domain protein）
线粒体介导的细胞凋亡途径
一、关键分子： cyt c （细胞色素C）
幻灯片25
细胞色素C的释放是凋亡发生的关键事件， 也是线粒体参与凋亡的主要方式
★cyt c释放的具体机制有两种途径：
（一）、线粒体释放cyto c , 受Bcl-2 蛋白
家族调控
幻灯片 32
1、Bcl-2、Bcxl 与VDAC结合,通道关闭;
幻灯片 15
1、Bcl-2 如在线粒体外膜上高表达,一方面 与Bid、Bax 结合,抑制cyto c 释放的正反 馈机制;另一方面,它有“质子泵”的功能,使 线粒体内呼吸产生的H+ 外泵至胞浆,维持 跨膜电位ΔΨm ,减少活性氧 生成,抑制凋亡。
幻灯片 15
2、在细胞存活状态下,Bax 以BH3 结构域 与Bcl-2 及Bcl2xl 的BH3 结构域形成异质 二聚体。当细胞内Bax 类型的BH3 结构域 增多时, 或注入单纯的Bax BH3 结构域,或 Bid、Bak、Bad 等表达增多，都能使Bax 从异二聚体中解离出来,从胞浆转位至线粒 体外膜上,引起促凋亡因子（ cyto c ）释放。
线粒体控制细胞死亡的证据
• 在细胞死亡前都有线粒体膜通透性改变 • 原凋亡效应物（proapoptotic effectors）可作用
于线粒体膜；
• Bcl-2家族中抑制凋亡的成员能与线粒体膜蛋白 产生交叉反应，而抑制细胞凋亡；
• 通过特异性药物抑制线粒体膜的通透性可阻止或 延缓细胞死亡；
• 无细胞系统（cell-free system）已分离出一些线 粒体蛋白，它们具有水解酶（如caspase和 nuclease）活性。