第十七章 细胞凋亡 APOPTOSIS

第一节 凋亡的概念

细胞死亡的方式 细胞坏死 细胞凋亡 细胞程序性死亡

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

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

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。

细胞凋亡与细胞坏死的比较(一) 坏 死 凋 亡 1.性 质 病理性，非特异性 生理性/病理性，特异性 2.诱 因 强烈刺激，随机发生 坏 死 凋 亡 1.性 质 病理性，非特异性 生理性/病理性，特异性 2.诱 因 强烈刺激，随机发生 较弱刺激，非随机发生 3.基因调控 无 有 4.生化特点 被动过程 无新蛋白合成 不耗能 主动过程 有新蛋白合成 耗能

细胞凋亡与细胞坏死的比较(二) 坏 死 凋 亡 5.形态改变 细胞肿胀 结构溶解，破坏 细胞皱缩，核固缩 胞膜/细胞器相对完整 6.凋亡小体 坏 死 凋 亡 5.形态改变 细胞肿胀 结构溶解，破坏 细胞皱缩，核固缩 胞膜/细胞器相对完整 6.凋亡小体 无 有 7.DNA变化 弥散性降解 电泳呈均一片状 片段化（180-200bp） 电泳呈“梯”状条带 8.溶酶体改变 破裂 相对完整 9.炎症反应 局部炎症反应 局部无炎症反应

第二节 细胞凋亡的过程与调控

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

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)

凋亡细胞形态学改变

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

三、细胞凋亡的调控 ㈠细胞凋亡相关因素 激素和生长 因子失衡 理化因素 诱导性因素 免疫性因素 微生物学因素 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 激素和生长 因子失衡 理化因素 免疫性因素 微生物学因素 诱导性因素

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

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

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

APOPTOSIS Fas Fas L 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 神经酰胺 ↓ SPP↑ AP-1↑ S期(抗凋) ④ MAPKK Raf-1 MAPK PTK Ras ↑ CK CK-R × PKC ↑ 二酰甘油 ⑥ ↓ 分化 ⑤ 糖皮质激素 Tc-R

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

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

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

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

第三节 细胞凋亡的发生机制

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

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

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

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↓

线粒体Δ Ψm↓ PTP开放 Apaf+Cyt.C 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 核酸内切酶激活 蛋白质水解 apoptosis DNA断裂

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

第四节 细胞凋亡与疾病

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)

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

二、细胞凋亡过度 （一）心血管疾病 心肌缺血-再灌注损伤 心力衰竭 氧化应激/压力、容量负荷↑/神经-内分泌失调 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

（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

（三）病毒感染 AIDS 细胞凋亡过度

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

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

第五节 细胞凋亡与疾病防治

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

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)

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 ×

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↓

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