细胞凋亡与疾病

一、概述 （一）细胞凋亡的概念的产生： 细胞死亡 细胞坏死：某些外界因素（毒物中毒、严重 的缺血、缺氧等）导致细胞的急速的病理性 死亡。 细胞凋亡：生理性死亡。 1972年澳大利亚昆士兰大学的Kerr等发现了在许多组织中存在 的散在的不完整的细胞及细胞碎片的现象这就是细胞凋亡 （apoptosis）。

（二）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称为细胞凋亡，又称程序性细胞死亡（programmed cell death，PCD ）。

（三）细胞凋亡的生理作用： 1.确保正常发育、生长：它可以清除多余的、失去功能价值的细胞。如：蝌蚪变蛙时，其尾部细胞消亡。 2.维持内环境稳定：清除受损、突变或衰老的细胞。 3.发挥积极的防御功能：如：受病毒感染的细胞发生凋亡→DNA降解→整合于其中的病毒DNA也随之破坏→阻止病毒的复制。

（四）凋亡失调性疾病（diseases of dysregulated apoptosis ，DDA） 由于细胞凋亡异常所致的疾病称凋亡失调性疾病。 即：该“死”的细胞未死（肿瘤细胞）；不该“死”的细胞死了（心肌细胞） 调控凋亡过程是人类防治这些疾病的新途径。

二、细胞凋亡过程与调控 （一）细胞凋亡的过程：

（二）凋亡时细胞的主要变化 1.形态学改变：胞膜空泡化→固缩→出芽→染色质边集→凋亡小体（胞膜皱缩内陷，分割包裹胞浆，形成泡状小体称凋亡小体， apoptosis body ）这是凋亡细胞特征性的形态学改变。

2.生化改变： （1）DNase激活及DNA的片段化： DNase在正常情况下，该酶可能以无活性的形式存在于细胞核内，Ca2+/Mg2 +可增强它的活性，而Zn2+能抑制其活性。 细胞内外的凋亡诱导因素→胞内信号转导→ Dnase被激活→ 染色质的核小体之间的连接区（H1） → DNA被切成180~200bp或其整倍数的片段。

这些片段在琼脂糖凝胶电泳中可呈特征性的“梯”状条带，这是判断凋亡发生的关键性结局。

细胞凋亡与坏死的比较

（2）凋亡蛋白酶（caspases）的激活及其作用： Caspases是一组对底物天冬氨酸部位有特异水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶。有13个成员： caspases1~13。其在凋亡中的主要作用是①.灭活细胞凋亡的抑制物；②.水解细胞的蛋白质结构，导致细胞解体，形成凋亡小体；③在凋亡级联反应中水解相关活性蛋白，从而使该蛋白获得或丧失某种生物学功能。

（三）细胞凋亡的调控 1.细胞凋亡相关因素： （1）诱导性因素：凋亡诱导因素是凋亡程序的启动者。

（2）抑制性因素

2.细胞凋亡信号转导： 凋亡信号转导系统是连接凋亡诱导因素与核DNA片段化断裂及细胞结构蛋白降解的中间环节。 凋亡信号转导系统的特点： （1）多样性：不同种类的细胞有不同的信号转导系统。（2）偶联性：死亡信号的转导系统与细胞增殖、分化过程中的信号转导系统在某些环节上有交叉偶联。（3）同一性：不同的凋亡诱导因素可以通过同一信号转导系统触发细胞凋亡。（4）多途性：同一凋亡诱导因素可经过多条信号转导途径触发凋亡。

3.凋亡相关基因：

细胞凋亡相关基因蛋白产物的细胞定位及作用

三.细胞凋亡的发生机制 （一）氧化损伤在细胞凋亡中的作用： 氧自由基→生物大分子的氧化损伤→氧化应激→诱导细胞凋亡。 （二）钙稳态失衡在细胞凋亡中的作用： 各种凋亡刺激→胞浆[Ca2+] ↑↑ →凋亡

(三)线粒体损伤在细胞凋亡中的作用

四.细胞凋亡与疾病 (一)细胞凋亡不足: 共同特点是细胞凋亡相对不足,细胞生死相抵之后仍然是生大于死,导致细胞群体的稳态被破坏,于是病变细胞异常增多或病变组织体积增大、器官功能异常。

1.肿瘤 目前认为肿瘤的发病途径： （1）细胞增殖过度；（2）凋亡受抑制、细胞死亡不足 肿瘤是一种增生、凋亡失调性病变，即：该“死”的细胞未死。在实体肿瘤组织中，既存在肿瘤中央的团块状坏死，又存在着散布于整个肿瘤组织中的细胞凋亡。

许多细胞凋亡调控基因影响肿瘤的细胞凋亡，如： 抑制凋亡基因：Bcl-2、c-myc、突变型p53、腺病毒EIB→抑制细胞凋亡→促进肿瘤发生发展； 促进凋亡基因：TNFα、CTL、IFNγ 、野生型p53 →促进细胞凋亡→抑制肿瘤的发生发展。

从细胞凋亡的观点出发，肿瘤化疗的新目标在于设法诱导肿瘤细胞中的细胞凋亡，增加死亡和增生的比值。大多数抗癌药，例如：烷化剂、抗代谢剂和激素，在一定程度上也是肿瘤细胞中细胞凋亡的诱导剂。

2.自身免疫病 T细胞的发育在胸腺内进行，正常情况下，胸腺通过正选择具有与非己抗原-MHC抗原结合的TcR的单阳性细胞可以存活下来，并进入外周T细胞库。胸腺通过负选择具有与自身抗原-MHC抗原有高度亲合力的TcR的双阳性细胞，通过细胞凋亡被清除。通过上述正、负选择使针对非己抗原的T细胞保留，而针对自身抗原的T细胞清除，因此不会发生自身免疫病。

异常情况下，由于细胞凋亡不足→自身免疫性T细胞清除减少→针对自身抗原的T细胞存活、增殖→产生自身免疫病，即负选择机制失调。

（二）细胞凋亡过度 1.心血管疾病： 心肌细胞凋亡的研究起步较晚，1994年Gottlied，Tanaka 等发现在培养心肌中及再灌注损伤中存在细胞凋亡。心肌细胞凋亡与心肌缺血、缺血/再灌注损伤、心肌炎、心肌病、慢性心律失常、心源性猝死、心衰均有关。

（1）心肌缺血与缺血/再灌注损伤 目前研究表明：此种心肌细胞损伤不但有坏死，也有凋亡。

心肌缺血与缺血/再灌注损伤引起细胞凋亡的机制目前尚不清楚，可能与下列因素有关：①氧化应激；②FasL与Fas反应促进细胞凋亡；③ p53激活。 （2）心力衰竭：心肌细胞凋亡→心肌细胞数量减少→心衰 阻断诱导心肌细胞凋亡的信号及其转导，防止凋亡，改善心功，这将是今后一段时间内心衰防治的新途径。

2.神经元退行性疾病 阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）

3.病毒感染 HIV→细胞凋亡： ①.宿主细胞的DNA降解，同时使病毒DNA破坏→保护意义。 ②.CD4+淋巴细胞凋亡→ CD4+淋巴细胞数量明显减少→相应免疫功能缺陷→AIDS。 治疗：积极抗病毒的同时，如何阻止免疫细胞的凋亡，是AIDS病人免疫重建的关键所在。

（三）细胞凋亡不足与过度并存 人类组织器官通常由不同种类的细胞构成，血管是以内皮细胞和平滑肌细胞为主。由于细胞类型的差异，各种细胞在致病因素的作用下，有些细胞表现为凋亡不足，而另一些细胞则表现为凋亡过度。 如：动脉粥样硬化（atherosclerosis ，AS ） 氧化型LDL↑、血小板激活AgⅡ、高血压、NO、活性氧、IGF-1、TNFα、 IFNγ 等→内皮细胞凋亡增加→使血管内皮防止血脂沉积的屏障作用↓ →AS

凋亡信号主要通过Fas/FasL及TNF/TNFR1途径传递。 AS治疗：保护内皮细胞，防止其凋亡；促进平滑肌细胞凋亡，防止其过度增殖，后者是抗AS的新思路。

五、细胞凋亡在疾病防治中的意义 该死亡的细胞死亡，该活的细胞活。 （一）合理利用凋亡相关因素： 主要是直接用凋亡诱导因素治疗因细胞凋亡不足而引起的疾病。如：肿瘤，用放射、高热或高温、TNF α、撤除某些生长因子或激素；还可以应用生长因子防止细胞凋亡。

（二）干预细胞凋亡信号转导： 阿霉素→Fas/FasL →肿瘤凋亡 神经酰胺信号系统→SPP →转导增殖信号→抗凋亡→①.防止CD4+淋巴细胞凋亡，治疗AIDS。②.防止神经细胞凋亡，治疗老年性痴呆。 （三）调节凋亡的相关基因： 将野生型p53 基因导入p53 基因发生突变的肿瘤细胞内→肿瘤细胞凋亡。

（四）控制凋亡相关的酶学机制： 控制凋亡执行阶段DNase、caspases酶活性来调整凋亡速度： 细胞内、外[Ca2+]↑→ DNase↑ →凋亡加速；细胞内、外[Ca2+]↓ → DNase↓ →凋亡延迟；细胞内、外[Zn2 +]↑ → DNase↓ →凋亡延迟。 （五）防止线粒体跨膜电位的下降： 抗凋亡。

THANKS FOR YOUR ATTENTION