Download presentation
Presentation is loading. Please wait.
2
果蝇 3天 家猫 10—12 狗 12 —15
4
(Caenorhabditis elegans) 这种长不过1毫米的小生物有几个和人类关系密切的亲戚：蛔虫和蛲虫就是其中最大名鼎鼎的两个。
悉尼·布雷诺尔 秀丽广杆线虫 (Caenorhabditis elegans) 这种长不过1毫米的小生物有几个和人类关系密切的亲戚：蛔虫和蛲虫就是其中最大名鼎鼎的两个。
5
(1)线虫的生命周期很短，它从生到死的全过程只有3天半，这就使得不间断的观察并追踪每个细胞的演变成为可能。
(2)雌雄同体成虫成熟后含有959个体细胞和2000个生殖细胞(最常见) 雄性成虫则只有1031个体细胞和1000个生殖细胞(较少见) (3)再者个数量继续增长的时期，细胞最多时达到1090（雌雄同体，若是雄虫则为1179）。然而，我们前面已经提到，完全成熟的成虫只有959个细胞，那么，多出的131个细胞又到哪里去了？
6
Cell proliferation, Apoptosis, And The Related Diseases
第八章 细胞增殖和凋亡异常与疾病 Cell proliferation, Apoptosis, And The Related Diseases
7
第一节 细胞凋亡与疾病 APOPTOSIS AND DISEASE
8
一、细胞凋亡的概述 apoptosis
9
细胞凋亡(Apoptosis) 早在1972年Kerr等已发现从细胞形态、超微结构和生化变化等方面来分析，细胞有二种死亡形式： 细胞坏死（Necrosis）， 程序性细胞死亡（Programmed cell death）
11
THE 2002 NOBEL PRIZE WINNER 2002年10月7日英国人悉尼·布雷诺尔、美国人罗伯特·霍维茨和英国人约翰·苏尔斯顿，因在细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。
12
THE NOBEL DIPlOMA
13
Sydney Brenner receiving his Nobel Prize from His Majesty the King at the Stockholm Concert Hall. Photo: Hans Mehlin, Nobel e-Museum
14
（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
15
（二）细胞凋亡(apoptosis) 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。
16
例如 蝌蚪尾的消失 脊椎动物的神经系统的发育 发育过程中手和足的成形过程
17
细胞凋亡（科普诗） 似秋叶的凋零， 告别生命之辉煌； 那难以计数的攻击、诱导， 轻启着道道程序， 逼细胞步步走向生命的末端；
啊，活性氧处处肆虐， 钙波涛惊石裂岸， 线粒体把生命之光一点一点拧淡;
18
危难中的细胞啊， 你沉稳不乱， DNA片片切割， 化云梯直通天堂； 细胞体分团相聚， 把生命的凝重浓集在小体上； 分别了朝夕相处的伙伴， 再见了快乐美好的时光； 这一切的一切又融入临近的胞体， 腾出的空间再写生命的篇章。
19
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
20
细胞凋亡与细胞坏死的比较(二) 坏 死 凋 亡 坏死是一件细胞谋杀案的话，那凋亡就是一桩自杀案。 5.形态改变 细胞肿胀 结构溶解，破坏
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（ bp） 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 坏死是一件细胞谋杀案的话，那凋亡就是一桩自杀案。
21
生理性细胞凋亡的作用 确保正常发育、生长 在器官、组织的形成、成熟中发挥作用 (细胞团 具备复杂结构的组织器官) 多余细胞的清除
22
生理性细胞凋亡的作用 维持内环境的稳定 发挥积极的防御作用 清除受损、衰老和突变的细胞 (针对自身抗原T细胞的清除、子宫内膜周期性剥脱)
病毒DNA
23
（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 cAMP Ca2+ 神经酰胺 DNase活化 Caspases活化 ↓ ∶ DNA片断 ↓ 凋亡小体形成 巨噬细胞 吞噬、分解
24
（二）凋亡时细胞的主要变化 1. 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)
26
凋亡细胞形态学改变
27
生化特徵： ①胞漿內Ca2 濃度升高。 ②細胞內活性氧增多。 ③質膜通透性變大。
④DNA內切酶活性被激活升高，雙鏈DNA在核小體之間切斷形成~185bp為基數的有序片段。 ⑤Ⅱ型谷氨酰胺轉移酶和需鈣蛋白酶（Calpain）活性升高。
28
2. 细胞凋亡的生化改变 DNA的片段化 蛋白质的降解 28
29
典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳呈现梯状条带
30
① 核酸内切酶激活 Zn 2+ Ca 2+ /Mg 2+ DNA片断化
31
caspase激活 ② 灭活凋亡抑制物 水解活性蛋白 水解结构蛋白
32
③ 谷氨酰胺转移酶 凋亡小体形成
33
二、 细胞凋亡的调控
34
（一）凋亡信号 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
35
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
36
Thalidomide/沙立度胺/反应停
美国科学杂志《月球》列为20世纪十大科学错误之一“反应停”事件 Thalidomide/沙立度胺/反应停
37
巴里·夏普莱斯 威廉·诺尔斯 野依良治 2001年诺贝尔化学奖奖金的一半授予美国科学家威廉·诺尔斯与日本科学家野依良治，以表彰他们在“手性催化氢化反应”领域所作出的贡献；奖金另一半授予美国科学家巴里·夏普莱斯，以表彰他在“手性催化氧化反应”领域所取得的成就。
38
（二）细胞凋亡信号的转导 外源性途径 内源性途径
39
1.死亡受体介导的凋亡通路
40
Mitochondrial Pathway Death Receptor Pathway
Hengartner, M.O Nature. 407:770. Green, D. and Kroemer, G Trends Cell Biol. 8:267. Mitochondrial Pathway Death Receptor Pathway FasL Caspase 3 D Fas/Apo1 /CD95 FADD Procaspase 8 Caspase 8 BID oxidants ceramide others Bcl-2 Cytochrome c dATP Procaspase 9 Apaf -1 Caspase 9 Procaspase 3 apoptosome DNA damage Cellular targets
41
2.线粒体介导的凋亡通路 (1)线粒体膜通透性转换(permeability transition, PT): (2)活性氧的作用: (3)细胞内Ca2+、pH改变:
42
线粒体内、外膜之间的通透性转换孔(permeability transition pore, PTP)开放；正常，绝大多数关闭
43
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↓
44
Bcl-2 线粒体PTP开放 Apaf Cty.C 电子漏 Ca2 NO Ischemia Hypoxia Reactive oxygen Pro-caspase Caspase-9 Pro-caspase Caspase-3 AIF 蛋白质水解 Cellapoptosis Endogenous nuclease DNA断裂
45
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
46
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) Δ Ψm↓
PTP open AIF，Apaf 线粒体损伤 氧化损伤 钙稳态失衡 恶性网络假说(deleterious network hypothesis)
47
（三）细胞凋亡的执行
48
1. 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（cysteine-containing aspartate-spicific protease）至少有13个成员 “c”代表半胱氨酸蛋白酶 aspase特异切割底物的天冬氨酸后肽键的能力
49
(Ced-3/ ICE ) 同源性 Ced-3 （C.elegans Death Gene) 鼠的白细胞介素-1β转换酶
ICE (Interleukin-1 β converting enzyme, Caspase 1) (Ced-3/ ICE )
50
Ced-9= Bcl-2 inhibit apoptosis
Bcl-2 is the mammalian homologue of CED-9, which is a negative regulator of CED-3. Bcl-2 and related family members, such as Bcl-xL, inhibit cell death induced by many stimuli.
51
Caspase 特点 (1) 它是一种半胱氨酸蛋白酶,半胱氨酸残基是其催化活性所必需的;
(2) Caspase 在催化水解底物时,总是在天冬氨酸(Asp) 残基的C 端裂解底物,即Asp-x 肽键断裂;
52
(3) Caspase 酶原的活性很低,需要切除氨基端的一段序列才能被激活;
(5) 正常情况下,细胞内Caspase与其抑制剂总是共存的,以免Caspase 酶原被意外激活,对正常细胞造成损伤。
53
3.其他 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
54
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
55
BCL-2家族成员 基因产物 功 能 BCL-2 凋亡抑制剂，可和 B ax 及 Bak 结合 BCL- x 其 L 型抑制凋亡， S
型促进凋亡，与 CL-w 凋亡抑制剂 Bax 凋亡促进剂，可与 ， BCL-X EIB1 9 K ak 凋亡促进剂，亦可作抑制剂，可与 和 E1B19K MCL-1 ad 凋亡促进剂，与 CL-2 Ced-9 线虫中的凋亡抑制剂， 同源物 腺病毒凋亡抑制剂，与
56
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
57
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
58
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
59
第四节 细胞凋亡与疾病
60
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)
61
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 细胞凋亡不足
62
二、细胞凋亡过度 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 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
63
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
64
病毒感染 AIDS 细胞凋亡过度
65
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
66
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
67
2，神经元退行性疾病： Alzheimer disease, Prakinson disease.
68
Alzheimer’s Disease Signs may include:
• Memory loss, especially about recent events • Confusion about time and place • Poor judgement • Trouble learning new information • Changes in being able to do such things as drive, handle money, take medicine, cook, dress, and bathe
69
我国老年性痴呆的现状： “一高三低” 患病率高：589万（世界的1/4） 就诊率低、诊断率低、治疗率低
70
Alzheimer disease, AD 神经元丧失；海马及基底核的胆碱能神经元丧失达30%~50%，累及大脑皮层
71
AD机制：致病因素（如氧自由基）作用于神经元，Ca2+内流↑，激活有关基因，促使神经元内β-淀粉样蛋白含量↑从而导致凋亡
72
阿尔茨海默病(Alzheimer disease, AD)：
Vit E 氧自由基 尼莫地平 Ca2+内流 β-淀粉样蛋白沉积 神经元凋亡
73
3． 病毒感染 HIV引起AIDS：CD 4 +细胞被选择性破坏
74
HIV引起CD4+细胞凋亡 细胞水平 CD4+ 合胞体 CD4+ 效靶效应（慢性感染） HIV Apoptosis body AICD
Signal substance
75
HIV引起CD4+细胞凋亡 CD4+cell 受体、分子水平 gp120- R Fas-R M ROS tat Host cell
TNF M ROS tat CD4+cell Host cell
76
4.细胞凋亡不足与过度并存: 动脉粥样硬化 内皮细胞凋亡过度 平滑肌细胞凋亡不足
77
细胞凋亡不足与过度并存 动脉粥样硬化 ( atherosclerosis, AS )： oxLDL ↑ activated plt ↑
Ag II hypertension 内皮凋亡↑ 平滑肌凋亡不足 （增殖↑>凋亡↑ ） 内皮屏障↓
78
第五节 细胞凋亡与疾病防治
79
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
80
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)
81
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 ×
82
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↓
83
五、防止线粒体跨膜电位的下降 环胞霉素 A N-methyl-Val-Cyclosporin
84
本章小结 1. 掌握细胞凋亡的概念 2. 掌握细胞凋亡的病理生理意义 3. 掌握细胞凋亡的主要变化、细胞凋亡 的调控
3. 掌握细胞凋亡的主要变化、细胞凋亡 的调控 4. 掌握细胞凋亡的发生机制。 5. 了解细胞凋亡的大致过程，了解凋亡不足、过度或并存的疾病，了解凋亡在疾病防治中的意义。
Similar presentations
