细胞凋亡与疾病研讨.ppt

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1、2021/9/101细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病 第一节第一节 概概 述述 概念概念 apoptosis 由体内外因素触发的、基因调控的、主动而有序的由体内外因素触发的、基因调控的、主动而有序的细胞自我消亡过程细胞自我消亡过程同义词同义词 程序性细胞死亡程序性细胞死亡 (Programed cell death，PCD)2021/9/102生理意义生理意义n确保正常发育、生长确保正常发育、生长 n维持内环境稳定维持内环境稳定 n发挥积极的防御功能发挥积极的防御功能 n病理意义病理意义n该该“死死”的细胞未死的细胞未死-肿瘤、自身免疫性疾病肿瘤、自身免疫性疾病n不该不该“死死”的细胞死了的细胞死

2、了-早老性痴呆、早老性痴呆、IRIIRI2021/9/103细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡与细胞坏死的区别 细胞凋亡细胞凋亡 细胞坏死细胞坏死n性质性质 生理性或病理性生理性或病理性 病理性病理性 特异性特异性 非特异性非特异性n诱导因素诱导因素 较弱刺激较弱刺激 强烈刺激强烈刺激 非随机发生非随机发生 随机发生随机发生n形态变化形态变化 细胞皱缩细胞皱缩 细胞肿胀细胞肿胀 核固缩核固缩 无无核固缩核固缩 胞膜及细胞器相对完整胞膜及细胞器相对完整 细胞结构全面破坏细胞结构全面破坏 细胞内容物无释出细胞内容物无释出 细胞内容物释出细胞内容物释出2021/9/104 细胞凋亡细胞凋亡 细胞坏死细

3、胞坏死n生化特点生化特点 主动过程，耗能主动过程，耗能 被动过程，不耗能被动过程，不耗能 有新蛋白合成有新蛋白合成 无新蛋白合成无新蛋白合成 nDNADNA电泳电泳 DNA DNA片段化片段化降解降解 DNADNA弥散性降解弥散性降解 180-200bp 180-200bp或整数倍或整数倍 大小不一大小不一 “梯梯”形条带状形条带状 “涂片涂片”样样 n炎症反应炎症反应 无无 有有n凋亡小体凋亡小体 有有 无无n基因调控基因调控 有有 无无 2021/9/105细胞凋亡与坏死的比较细胞凋亡与坏死的比较 2021/9/1062021/9/107第二节第二节 细胞凋亡的过程与调控细胞凋亡的过程与调

4、控 n细胞凋亡的过程细胞凋亡的过程n凋亡信号转导凋亡信号转导 n凋亡基因激活凋亡基因激活 n细胞凋亡执行细胞凋亡执行 凋亡执行器：凋亡执行器：DNase、Caspases n凋亡细胞清除凋亡细胞清除 巨噬细胞或其他细胞巨噬细胞或其他细胞 2021/9/108细胞凋亡时的主要变化细胞凋亡时的主要变化 形态学改变形态学改变 （1 1）微绒毛消失）微绒毛消失 （2 2）空泡化）空泡化 （3 3）固缩）固缩 （4 4）出芽）出芽 （5 5）染色质边集）染色质边集 （6 6）凋亡小体）凋亡小体2021/9/109生化改变生化改变n细胞凋亡过程中可出现各种生化改变，其中细胞凋亡过程中可出现各种生化改变，其

5、中DNADNA的片段化的片段化 断裂断裂及及蛋白质的降解蛋白质的降解尤为重要。尤为重要。n内源性核酸内切酶激活内源性核酸内切酶激活 endogenous nuclease,DNase2021/9/1010 概念概念 是一类以无活性的形式存在于细胞核内的双链是一类以无活性的形式存在于细胞核内的双链DNADNA内内切酶切酶 同义词同义词 凋亡性核酸内切酶（凋亡性核酸内切酶（apoptosis endonuclease）机制机制 1 1、DNase的活性可能与拓扑异构酶有关的活性可能与拓扑异构酶有关 TopoI TopoII（解旋作用）（解旋作用）2 2、CaCa2+2+、MgMg2+2+激活而激活

6、而ZnZn2+2+抑制抑制DNase的活性的活性2021/9/1011 作用作用 切割切割DNADNA双链双链 部位：核小体连接部部位：核小体连接部 大小：大小：180-200bp180-200bp或其整数倍或其整数倍 结果：结果：DNADNA片段化片段化断裂断裂 n凋亡蛋白酶激活凋亡蛋白酶激活 cysteine-containing aspartate-specific proteinase,caspases2021/9/10122021/9/1013 概念概念 是是一一组组对对底底物物天天门门冬冬氨氨酸酸部部位位有有特特异异水水解解作作用用，其其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶活性中心富含半胱

7、氨酸的蛋白酶 同义词同义词 含半胱氨酸的天门冬氨酸特异水解酶含半胱氨酸的天门冬氨酸特异水解酶 半胱天冬蛋白酶半胱天冬蛋白酶 组成组成 caspase-1-caspase-13 2021/9/1014 分类分类 1 1、启动子、启动子caspasescaspases：1 1、2 2、4 4、5 5、8 8、1010、1111 2 2、效应子、效应子caspasescaspases：3 3、6 6、7 7、9 9、1212 机制机制 1 1、受体受体激活途径激活途径 2 2、线粒体激活途径、线粒体激活途径 作用作用 1 1、蛋白水解酶作用、蛋白水解酶作用 2 2、灭活细胞凋亡的抑制物（、灭活细胞凋

8、亡的抑制物（Bcl-2Bcl-2等）等）3 3、参加凋亡级联反应，最后形成、参加凋亡级联反应，最后形成caspase-3caspase-32021/9/1015特征性蛋白质出现特征性蛋白质出现n硫酸糖蛋白硫酸糖蛋白-2-2 （又称簇素（又称簇素 clusterin）Sulfated glycoprotein-2,SGP-2nFasFas蛋白（抗原）蛋白（抗原）2021/9/10162021/9/1017细胞凋亡的调控细胞凋亡的调控n细胞凋亡相关因素细胞凋亡相关因素 n诱导性因素诱导性因素 (1)(1)激素和生长因子失衡激素和生长因子失衡 (2)(2)理化因素理化因素 (3)(3)免疫性因素免疫

9、性因素 (4)(4)微生物学因素微生物学因素 2021/9/1018抑制性因素抑制性因素 (1)(1)部分细胞因子部分细胞因子 (IL-2,4,6(IL-2,4,6、NGFNGF、CSFsCSFs等等)(2)(2)部分激素部分激素 ACTHACTH、睾九酮、雌激素等、睾九酮、雌激素等 (3)(3)其他其他 二价金属阳离子二价金属阳离子 ：ZnZn2+2+药物药物 ：苯巴比妥、半胱氨酸蛋白酶抑制剂：苯巴比妥、半胱氨酸蛋白酶抑制剂 病毒病毒 ：EBEB病毒，牛痘病毒病毒，牛痘病毒 中性氨基酸中性氨基酸 2021/9/1019细胞凋亡信号的转导细胞凋亡信号的转导 n途径途径 (1)(1)cAMP/P

10、KAcAMP/PKA信号转导系统信号转导系统 (2)(2)胞内胞内CaCa2+2+信号转导系统信号转导系统 (3)(3)神经酰胺信号转导系统神经酰胺信号转导系统 (4)(4)FasFas蛋白蛋白FasFas配体信号系统配体信号系统 (5)(5)NF-NF-BB和和AP-1AP-1信号转导系统信号转导系统2021/9/1020 (6)(6)TPKTPK信号转导系统信号转导系统*(7)(7)DG/PKCDG/PKC信号转导系统信号转导系统*特点特点 (1)(1)多样性多样性 (2)(2)耦联性耦联性 (3)(3)同一性同一性 (4)(4)多途性多途性 2021/9/1021细胞凋亡相关基因细胞凋亡

11、相关基因 n抑制凋亡基因抑制凋亡基因 Bcl-2 Bcl-2、EIBEIB、P53P53（突变型）等（突变型）等n促进凋亡基因促进凋亡基因 Bax Bax、FasFas、P53P53（野生型）等（野生型）等n双向调控基因双向调控基因 c-myc c-myc、Bcl-X(L,S)Bcl-X(L,S)等等 2021/9/1022 Bcl-2Bcl-2 B B细胞淋巴瘤白血病细胞淋巴瘤白血病-2-2 （B cell lymphoma/leukemia-2,Bcl-2）是第一个被确认有抑制凋亡作用的基因是第一个被确认有抑制凋亡作用的基因 主要机制主要机制：直接的抗氧化；直接的抗氧化；抑制线粒体释放促凋

12、亡的蛋白质，如：抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质，如：Cyt.CCyt.C，AIFAIF；抑制促凋亡性调节蛋白抑制促凋亡性调节蛋白BaxBax、BakBak的细胞毒作用；的细胞毒作用；抑制凋亡蛋白酶的激活；抑制凋亡蛋白酶的激活；维持细胞钙稳态。维持细胞钙稳态。2021/9/1023第三节第三节 细胞凋亡的细胞凋亡的发生机制发生机制 n 氧化损伤氧化损伤 n 氧化应激的概念氧化应激的概念 oxidative stress 氧氧自自由由基基化化学学性性质质活活泼泼，破破坏坏机机体体正正常常的的氧氧化化还还原原的的动动态态平平衡衡，造造成成生生物物大大分分子子(核核酸酸、蛋蛋白白质质、脂脂质质)的氧化损

13、伤，干扰正常的生命活动而形成的危急状态的氧化损伤，干扰正常的生命活动而形成的危急状态 2021/9/1024氧化应激引起细胞凋亡的可能机制氧化应激引起细胞凋亡的可能机制 n1 1OFROFRDNADNA损伤损伤野生型野生型P53P53基因基因apoptosisn2 2OFROFRDNADNA损伤损伤聚聚ADPADP核糖转移酶核糖转移酶NADNAD快速快速耗竭，耗竭，ATPATP大量消耗大量消耗apoptosisn3 3OFROFR膜膜脂质过氧化反应脂质过氧化反应细胞膜损伤细胞膜损伤apo Ca Ca2+2+内流内流 诱发诱发 过氧羟基过氧羟基2424碳四烯酸碳四烯酸 2021/9/1025 4

14、 4OFRCaOFRCa2+2+MgMg2+2+依赖的依赖的DNaseDNase apoptosisapoptosis 5 5OFROFR线粒体线粒体损伤损伤凋亡启动因子凋亡启动因子apoapo 6 6OFROFRNF-NF-BB、AP-lAP-l apoptosisapoptosis 钙稳态失衡钙稳态失衡 钙稳态失衡的概念钙稳态失衡的概念 calcium dyshomeostasis 指细胞内钙超载指细胞内钙超载2021/9/1026钙稳态失衡引起细胞凋亡的可能机制钙稳态失衡引起细胞凋亡的可能机制n1 1 Ca Ca2+2+CaCa2+2+MgMg2+2+依赖的依赖的DNase DNase

15、apoapo n2 2 Ca Ca2+2+谷氨酰胺转移酶谷氨酰胺转移酶催化细胞内肽链间催化细胞内肽链间的酰基转移的酰基转移肽链间形成共价键肽链间形成共价键细胞骨架蛋白交联细胞骨架蛋白交联apoptosisapoptosis n3 3 Ca Ca2+2+NF-NF-BB、AP-lAP-l apoptosisapoptosisn4 4 Ca Ca2+2+DNADNA链在链在ATPATP的配合下舒展的配合下舒展暴露出核小暴露出核小体之间的连接区内的酶切位点体之间的连接区内的酶切位点利于利于DNaseDNase切割切割DNADNA apoptosisapoptosis2021/9/10272021/9

16、/1028线粒体损伤线粒体损伤n线粒体损伤的概念线粒体损伤的概念 线粒体膜功能的改变和膜结构上完整性被的破坏，线粒体膜功能的改变和膜结构上完整性被的破坏，表现为线粒体跨膜电位表现为线粒体跨膜电位(m)m)下降，线粒体膜通透性增下降，线粒体膜通透性增大大 证据显示：线粒体功能失调在细胞凋亡的发生发展证据显示：线粒体功能失调在细胞凋亡的发生发展中起关键性作用中起关键性作用 n线粒体损伤引起细胞凋亡的可能机制线粒体损伤引起细胞凋亡的可能机制2021/9/10292021/9/1030恶性网络假说恶性网络假说 nDeleterious network hypothesis n氧化损伤、钙稳态失衡、线粒

17、体损伤三者在细氧化损伤、钙稳态失衡、线粒体损伤三者在细胞凋亡的发生上既可单独启动，又可联合作用，胞凋亡的发生上既可单独启动，又可联合作用，是许多凋亡诱导因素的共同通路，事实上这三是许多凋亡诱导因素的共同通路，事实上这三种机制常常是互相联系，互为因果。种机制常常是互相联系，互为因果。2021/9/10312021/9/1032第四节第四节 细胞凋亡的常用研究方法细胞凋亡的常用研究方法n形态学观察形态学观察nDNADNA降解分析降解分析n流式细胞仪检测流式细胞仪检测n3-OH3-OH原位末端标记（原位末端标记（TUNELTUNEL法）法）nCaspasesCaspases酶学检查酶学检查n凋亡基因

18、检测凋亡基因检测2021/9/10332021/9/1034第五节第五节 细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病 n细胞凋亡不足细胞凋亡不足 (一一)肿瘤肿瘤 特点特点：细胞增殖过度：细胞增殖过度 细胞凋亡不足细胞凋亡不足 机制机制：Bcl-2Bcl-2基因的过度表达基因的过度表达 野生型野生型P53P53基因突变或缺失基因突变或缺失 肿瘤肿瘤C C获得了对获得了对FasFas诱导凋亡的抵抗性诱导凋亡的抵抗性 2021/9/1035（二）（二）自身免疫性疾病自身免疫性疾病 特点特点：1 1、自身抗原受到自身抗体攻击、自身抗原受到自身抗体攻击 2 2、自身抗原受到致敏、自身抗原受到致敏T T淋巴细胞的攻击

19、淋巴细胞的攻击 机制机制：自身免疫性自身免疫性T T细胞凋亡不足细胞凋亡不足细胞凋亡过度细胞凋亡过度（一）（一）MIRIMIRI 特点特点：1 1、缺血早期以凋亡为主，晚期以坏死为主、缺血早期以凋亡为主，晚期以坏死为主 2 2、梗死灶中央以坏死为主，周边以凋亡为主梗死灶中央以坏死为主，周边以凋亡为主 3 3、轻度缺血以凋亡为主，重度缺血以坏死为主轻度缺血以凋亡为主，重度缺血以坏死为主2021/9/1036 4 4、在一定时间范围内，、在一定时间范围内，IRIIRI时发生的细胞凋亡比同时发生的细胞凋亡比同时间的单纯缺血更严重时间的单纯缺血更严重 5 5、急性、严重的心肌缺血以心肌坏死为主、急性、

20、严重的心肌缺血以心肌坏死为主 慢性、轻度的心肌缺血则发生细胞凋亡慢性、轻度的心肌缺血则发生细胞凋亡 机制机制：1 1、氧化应激、氧化应激 2 2、钙稳态失衡、钙稳态失衡 3 3、FasFas基因表达基因表达，BaxBax基因表达基因表达 4 4、Bcl-2Bcl-2基因表达基因表达 5 5、野生型、野生型P53P53基因表达基因表达 6 6、TNFaTNFa2021/9/1037（二）（二）HFHF 特点特点：1 1、心肌细胞功能异常、心肌细胞功能异常 2 2、心肌细胞数量减少（缺失）、心肌细胞数量减少（缺失）指标指标：心肌凋亡指数心肌凋亡指数(apoptotic index）凋亡细胞核数凋亡

21、细胞核数100100个细胞核个细胞核（三）（三）AD AD（阿尔茨海默病（阿尔茨海默病,Alzheimers disease）特点特点：神经元进行性丧失神经元进行性丧失 机制机制：神经元神经元凋亡凋亡 致病因素致病因素神经元神经元CaCa2+2+内流内流-淀粉样蛋白合成相关基因淀粉样蛋白合成相关基因神经元内神经元内-淀粉样蛋白含量淀粉样蛋白含量神经元凋亡神经元凋亡 2021/9/10382021/9/1039（四）（四）AIDSAIDS 特点特点：CDCD4 4+T T淋巴细胞显著淋巴细胞显著 原因原因：CDCD4 4+T T淋巴细胞凋亡淋巴细胞凋亡 机制机制：1 1、糖蛋白、糖蛋白12012

22、0（gpgp120120）产生）产生 2 2、合胞体的形成、合胞体的形成 3 3、FasFas基因表达上调基因表达上调 4 4、分子模拟、分子模拟 5 5、细胞因子异常、细胞因子异常2021/9/1040 6 6、生长因子缺乏、生长因子缺乏 7 7、tattat蛋白的产生蛋白的产生 HIV HIV感染可通过多因素、多途径诱导感染可通过多因素、多途径诱导CDCD4 4+T T淋巴细胞发生凋亡，从淋巴细胞发生凋亡，从而导致而导致CDCD4 4+T T淋巴细胞大量减少。淋巴细胞大量减少。HIVHIV也可诱导其他免疫细胞如也可诱导其他免疫细胞如B B细胞、细胞、CDCD8 8+淋巴细胞、巨噬细胞发生凋

23、亡淋巴细胞、巨噬细胞发生凋亡细胞凋亡不足与过度并存细胞凋亡不足与过度并存（一）（一）ASAS2021/9/1041 特点特点：1 1、血管内皮细胞凋亡过度血管内皮细胞凋亡过度 2 2、血管平滑肌细胞凋亡不足血管平滑肌细胞凋亡不足 机制机制：1 1、氧化型、氧化型LDLLDL 2 2、ICEICE基因表达基因表达 3 3、Bcl-2Bcl-2基因表达基因表达 4 4、c-mycc-myc基因表达基因表达 5 5、TNFa TNFa （二）（二）arrhythmia P P细胞凋亡细胞凋亡窦缓、病窦等窦缓、病窦等 P P细胞凋亡细胞凋亡窦速、早搏等窦速、早搏等2021/9/10422021/9/1

24、043第五节第五节 细胞凋亡在疾病防治中的意义细胞凋亡在疾病防治中的意义 n合理利用凋亡相关因素合理利用凋亡相关因素（一）利用凋亡诱导因素治疗一些因细胞凋亡不（一）利用凋亡诱导因素治疗一些因细胞凋亡不足引起的疾病足引起的疾病 外源性外源性TNF-aTNF-a 诱导肿瘤细胞凋亡诱导肿瘤细胞凋亡 高热或高温高热或高温 4-6Gy4-6Gy低剂量照射低剂量照射人急性人急性TCTC白血病细胞凋亡白血病细胞凋亡2021/9/1044（二）利用某些生长因子或激素来调控（二）利用某些生长因子或激素来调控细胞凋亡细胞凋亡n神经生长因子神经生长因子抑制神经元抑制神经元治疗治疗ADADn雄激素拮抗剂雄激素拮抗剂

25、抑制体内雄激素抑制体内雄激素前列腺癌细胞前列腺癌细胞凋亡凋亡 雄激素受体阻断剂雄激素受体阻断剂 切除睾丸切除睾丸-降低体内雄激素降低体内雄激素 治疗前列腺癌治疗前列腺癌n干预凋亡信号转导干预凋亡信号转导 n阿霉素阿霉素FasFasFasLFasL信号系统信号系统肿瘤细胞肿瘤细胞凋亡凋亡n1-1-磷酸鞘氨醇（磷酸鞘氨醇（SPPSPP）转递增殖信号转递增殖信号治疗治疗AIDSAIDS、ADAD 拮抗细胞凋亡拮抗细胞凋亡2021/9/1045调节凋亡相关基因调节凋亡相关基因n研研究究发发现现，当当野野生生型型P53P53基基因因发发生生突突变变后后其其诱诱导导肿肿瘤瘤细细胞胞凋凋亡亡的的效效应应减减

26、弱弱，有有利利肿肿瘤瘤细细胞胞的的增增殖殖。P53P53基基因因是是人人类类肿肿瘤瘤最最常常发发生生突突变变的的基基因因，例例如如：大大约约8686的的大大肠肠癌癌和和8080小小细细胞胞肺肺癌癌患患者者，其其P53P53基基因因发发生生突突变。变。n目目前前，人人们们正正在在探探讨讨用用各各种种载载体体(如如：腺腺病病毒毒，逆逆转转录录病病毒毒或或脂脂质质体体)将将野野生生型型P53P53基基因因导导人人P53P53基基因因发发生生突突变变的的肿肿瘤瘤细细胞胞内内，重重新新恢恢复复“分分子子警警察察”的的职职责责，从而诱导肿瘤细胞凋亡。从而诱导肿瘤细胞凋亡。2021/9/1046 反义反义D

27、NA DNA（“基因封条基因封条”）是人工合成的与靶是人工合成的与靶mRNAmRNA某某区段互补的区段互补的DNADNA片段，它与靶片段，它与靶mRNAmRNA结合形成结合形成DNA-mRNADNA-mRNA杂交杂交链，抑制或封闭相应基因的表达。运用反义链，抑制或封闭相应基因的表达。运用反义Bcl-2 DNABcl-2 DNA的的研究表明，研究表明，Bcl-2Bcl-2的的“基因封条基因封条”确可显著提高肿瘤细胞确可显著提高肿瘤细胞对抗癌药物的敏感性，使肿瘤细胞凋亡明显增多。对抗癌药物的敏感性，使肿瘤细胞凋亡明显增多。2021/9/1047控制凋亡相关的酶控制凋亡相关的酶nDNaseDNase

28、抑制剂抑制剂 钙阻滞剂钙阻滞剂抑制抑制DNaseDNase治疗治疗IRI IRI 含锌药物含锌药物抑制抑制DNaseDNase治疗治疗AIDSAIDS、ADADnCaspasesCaspases抑制剂抑制剂 非生物性：非生物性：Caspase-1Caspase-1抑制剂、抑制剂、CaspaseCaspase四肽抑制剂四肽抑制剂 生物性：主要指病毒蛋白成分（生物性：主要指病毒蛋白成分（CrmA CrmA、P35P35）n目目前前已已有有研研究究者者将将CaspasesCaspases基基因因转转入入白白血血病病细细胞胞内内并并促促使使其其高高表表达达，从从而而加加速速白白血血病病细细胞胞发发生生

29、凋凋亡亡。相相反反，使使用用CaspasesCaspases抑抑制制剂剂-CrmACrmA（从从牛牛痘痘病病毒毒提提取取）可可明明显显减减少少心心肌肌细细胞胞凋凋亡亡从从而而缩缩小小心心肌肌梗死面积和改善心肌功能梗死面积和改善心肌功能 2021/9/1048防止线粒体跨膜电位的下降防止线粒体跨膜电位的下降 n研究表明，只要能维持研究表明，只要能维持线粒体跨膜电位（线粒体跨膜电位（mm）就可）就可以防止细胞凋亡的发生。以防止细胞凋亡的发生。n目前已发现：目前已发现：环胞霉素环胞霉素A A(cyelosporin A)(cyelosporin A)阻抑阻抑mm下降下降防止细胞凋亡防止细胞凋亡N-methyl-Val-CyclosporinN-methyl-Val-Cyclosporin(CyelosporinA(CyelosporinA的衍生物的衍生物)稳定线粒体稳定线粒体mm细胞保护作用细胞保护作用 有良好抗凋亡的应用前景有良好抗凋亡的应用前景 无免疫抑制作用（基本）无免疫抑制作用（基本）2021/9/10492021/9/1050