第十七章

1. 第十七章 细胞凋亡 APOPTOSIS

2. 第一节 凋亡的概念

3. 细胞死亡的方式 • 细胞坏死 • 细胞凋亡 • 细胞程序性死亡

4. 一、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

5. 二、细胞凋亡(apoptosis) • 由Kerr（1972年）最先提出 • 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

6. 三、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。 – 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。

7. 细胞凋亡与细胞坏死的比较(一)

8. 细胞凋亡与细胞坏死的比较(二)

9. 第二节 细胞凋亡的过程与调控

10. 一、细胞凋亡的过程 cAMP Ca2+ 神经酰胺 凋 亡 细 胞 清 除 凋 亡 信 号 转 导 凋 亡 基 因 激 活 细 胞 凋 亡 死 亡 信 号 凋 亡 诱 因 受体 DNase活化 Caspases活化 ↓ ∶ DNA片断 ↓ 凋亡小体形成 巨噬细胞 吞噬、分解

11. 二、凋亡时细胞的主要变化 ㈠细胞凋亡的形态学改变 微绒毛消失 脱水 空泡化(blebbing) 固缩(condensation) 出芽(budding) 染色质边集(margination) 凋亡小体(apoptosis body)

12. 凋亡细胞形态学改变

13. Ca 2+ /Mg 2+ Zn 2+ 核酸内切酶激活 ㈡ 细胞凋亡的生化改变 ① DNA片断化 ② caspase激活 ③ 灭活凋亡抑制物 水解结构蛋白 水解活性蛋白

14. 激素和生长 因子失衡 理化因素 免疫性因素 微生物学因素 三、细胞凋亡的调控 ㈠细胞凋亡相关因素 大量糖皮质激素 ↓ 淋巴细胞凋亡 射线/高温/强酸/强碱 /乙醇/抗癌药物 CTL分泌粒酶 HIV→CD4+细胞凋亡 诱导性因素

15. 细胞凋亡相关因素 细胞因子 (IL-2/NGF) 激素 (ACTH/睾丸酮/雌激素) 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

16. ㈡细胞凋亡信号的转导 • 信号转导特点： • 多样性 • 耦联性 • 同一性 • 多途性

17. 胞内Ca2+信号系统 • cAMP/PKA信号系统 • Fas蛋白/ Fas配体信号系统 • 神经酰胺信号系统 • 二酰甘油/PKC信号系统 • 酪氨酸蛋白激酶(PTK)信号系统 凋亡信号转导系统

18. APOPTOSIS Fas CK Fas L CK-R ③ ① caspase↑ ↓ H1组蛋白 腺苷酸环化酶←钙调素← Ca2+ ↓ ↓ cAMP↑ 谷氨酰胺转移酶 ↓ ↓ PKA↑ 转录因子 ② ④ 神经酰胺 ↓ SPP↑ ↓ AP-1↑ ↓ S期(抗凋) MAPK ↑ MAPKK ↑ Raf-1 ↑ Ras ↑ PTK ↑ × PKC ↑ 二酰甘油 ⑥ ↓ 分化 ⑤ 糖皮质激素 Tc-R

19. ㈢凋亡相关基因 • Bcl-2(B cell lymphoma/leukemia-2) • 主要分布于线粒体内膜、细胞膜内表面 、核膜及部分内质网中。 • 广泛存在于造血细胞、上皮细胞、淋巴细胞、神经细胞及多种瘤细胞

20. Bcl-2抑制细胞凋亡 • 抗氧化 • ↓促凋亡蛋白释放(细胞色素C、AIF) • ↓促凋亡蛋白Bax/Bak的细胞毒作用 • ↓凋亡蛋白酶(caspases)激活 • 维持细胞钙稳态 凋亡相关基因

21. P53 • 野生型P53(wtP53)诱导凋亡，突变后抑制凋亡 • wtP53在G1期发挥卡点功能→有缺陷DNA→CIP表达→启动修复→失败→启动凋亡 • CIP-----cyclin dependent kinase –interacting protein-1 • P53 = molecular policeman? 凋亡相关基因

22. c-myc, bcl-x 促进增殖 • c-myc(转录调节因子) 诱导凋亡 Bcl-XL →抑制凋亡 • Bcl-x Bcl-Xs →促进凋亡 GF 凋亡相关基因

23. 第三节 细胞凋亡的发生机制

24. 一、氧化损伤 • 氧自由基 ①DNA损伤→P53基因 ② DNA损伤→活化聚ADP核糖转移酶，引起 NAD耗竭，ATP↓↓ ③膜损伤：过氧羟基24碳四烯酸诱导

25. 氧化应激 ④ 激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶，膜发泡 ⑤ 膜透性↑，Ca2+内流↑ ⑥ 活化NF-ΚB和AP-1，加速凋亡相关基因表达

26. 二、钙稳态失衡 • TNFα/抗CD3抗体-钙依赖性→ 细胞凋亡 ①激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶，降解DNA链 ②激活谷氨酰胺转移酶，酰基转移，共价键，骨 架蛋白分子间交联，凋亡小体形成 ③激活与凋亡有关的核转录因子 ④促使核小体间酶切位点暴露

27. 三、线粒体损伤 • 超微结构基本正常，功能明显↓： ①线粒体内膜通透性↑ ②跨膜电位（ΔΨm）↓ ③能量合成明显↓

28. ？ apoptosis Bcl-2 线粒体Δ Ψm↓ PTP开放 Apaf+Cyt.C Caspase 抑制剂 Caspase 9活化 AIF Ca2+ Caspase-3活化 蛋白质水解 核酸内切酶激活 DNA断裂

29. ΔΨm↓ PTP开放 AIF，Apaf 细胞凋亡 线粒体损伤 氧化损伤 钙稳态失衡 恶性网络假说(deleterious network hypothesis)

30. 第四节 细胞凋亡与疾病

31. 一、细胞凋亡不足 • 肿瘤 ※抑制凋亡基因过度表达 Bcl-2基因表达↑(前列腺癌、结肠癌) ※促凋亡基因突变或缺失 wtP53基因突变(小细胞肺癌、非小细胞 肺癌)

32. 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、胰岛素依赖性糖尿病、慢性甲状腺炎

33. 二、细胞凋亡过度 机制 ①氧化应激：SOD可减轻 ②受体Fas上调：FasL反应 ③P53激活:卡点作用 （一）心血管疾病 • 心肌缺血-再灌注损伤 ①缺血早期-凋亡为主 ②梗死灶周边-凋亡为主 ③轻度缺血-凋亡为主 ④发生缺血-再灌注损伤较单纯缺血凋亡严重 • 心力衰竭 氧化应激/压力、容量负荷↑/神经-内分泌失调 /TNF/缺血/缺氧→心肌细胞凋亡

34. （二）神经元退行性疾病 • 阿尔茨海默氏病(Alzheimer’s disease, AD) β-淀粉样蛋白/钙超载/氧化应激/NGF↓→神经元凋亡 • 帕金森氏症(Parkinson’s disease) • 多发性硬化症 细胞凋亡过度

35. （三）病毒感染 • AIDS 细胞凋亡过度

36. 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

37. 氧化型LDL↑ 血小板激活 内皮细胞凋亡↑ AgⅡ 高血压 平滑肌细胞增殖 平滑肌细胞凋亡 三、细胞凋亡不足与过度并存 • 动脉粥样硬化

38. 第五节 细胞凋亡与疾病防治

39. 一、合理利用凋亡因素 • 低剂量照射→急性T细胞性白血病 • TNF-α→白血病细胞株U937 • 高温(43℃)→肿瘤 • NGF→老年性痴呆 • 撤除雄激素→前列腺癌

40. 二、干预凋亡信号转导 • 阿霉素→Fas/FasL表达↑→肿瘤细胞凋亡 • SPP用于凋亡过度疾病(AIDS、老年性痴呆)

41. 三、调节凋亡相关基因 • 基因转移 wtP53→P53基因突变肿瘤细胞 • 基因封闭 反义寡核苷酸→bcl-2表达 ×

42. 四、控制凋亡相关酶的活性 • 核酸内切酶和caspases • Ca 2+载体/阻断剂→核酸内切酶活性↑/↓ • Zn 2+↑→caspases活性↓

43. 五、防止线粒体跨膜电位的下降 • 环胞霉素 A • N-methyl-Val-Cyclosporin