2022年医学专题—细胞凋亡及机制检测.ppt

细胞(xbo)凋亡（科普诗）apoptosis,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(zuxing)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;,第一页，共七十二页。,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(ln jn)的胞体，腾出的空间再写生命的篇章。,第二页，共七十二页。,第三页，共七十二页。,第四页，共七十二页。,典型的凋亡小体（apoposis boby）：由透亮空泡和不透光的浓密(nngm)的核碎片两部分组成。,第五页，共七十二页。,第六页，共七十二页。,第七页，共七十二页。,细胞凋亡与坏死(hui s)的比较,第八页，共七十二页。,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(xbo)程序性死亡方面的研究获诺贝尔生理与医学奖。,Sydney Brenner,H.Robert Horvitz,John E.Sulston,第九页，共七十二页。,细胞凋亡与疾病发生(fshng)机制的新认识,1.该“死”的细胞（如肿瘤细胞、自身反应性免疫细胞）未死，是造成肿瘤、自身免疫性疾病的主要发病机制之一。细胞凋亡不足2.不该(b i)“死”的细胞（如神经元、心肌细胞）死了，这与老年性痴呆、心肌缺血/再灌注损伤等发病有关。细胞凋亡过度,第十页，共七十二页。,胸腺细胞(xbo),正常(zhngchng),凋亡(dio wn),第十一页，共七十二页。,胸腺细胞(xbo),正常(zhngchng),凋亡(dio wn),第十二页，共七十二页。,细胞(xbo)凋亡的过程,1.凋亡信号转导2.凋亡基因(jyn)激活3.细胞凋亡的执行4.凋亡细胞的清除,第十三页，共七十二页。,凋亡(dio wn)过程及分期诱导期 执行期 消亡期,凋亡诱导因素,受体,cAMPCa2+神经酰胺,死亡信号,凋亡相关基因激活,Dnase激活(j hu)Capases激活,巨噬细胞吞噬细胞凋亡(dio wn)细胞,第十四页，共七十二页。,细胞(xbo)凋亡的生化改变,1.DNA的片段化“梯”状条带2.内源性核酸内切酶激活及其作用(zuyng)3.凋亡蛋白酶（caspases）的激活 及其作用,第十五页，共七十二页。,1.DNA的片段化“梯”状条带为细胞凋亡(dio wn)主要特征,几乎所有凋亡细胞均有核小体间的裂 解，导致DNA 的断裂；DNA降解过程的特异性：不伴有组蛋 白和其它(qt)核蛋白的降解；染色质在核小体间的裂解是凋亡细胞 和形态改变的基础；DNA fragmentation是凋亡的“golden marker”。,第十六页，共七十二页。,第十七页，共七十二页。,2.内源性核酸(h sun)内切酶激活及其作用,由一系列胞内信号转导环节激活(j hu)，执行染色质DNA切割,第十八页，共七十二页。,3.Caspase 9 激活，需要通过CARD（caspase-recruitment domain)、Apaf-1、细胞色素c、ATP等多个因子的参与Caspases在凋亡(dio wn)中的主要作用,1.灭活细胞(xbo)凋亡的抑制物（如Bcl-2）；2.水解细胞的蛋白质结构，导致细胞解体，形成凋亡小体（apoposis boby）；3.在凋亡级联反应中水解相关活性蛋白，使该蛋白获得或丧失某种生物学功能,第十九页，共七十二页。,细胞凋亡(dio wn)的调控,（一）细胞凋亡(dio wn)相关因素1.诱导性因素2.抑制性因素(二)细胞凋亡信号的转导,第二十页，共七十二页。,1.细胞凋亡(dio wn)的诱导因素,.生理活性因子：TNF家族(Fas-L,TNF)、TGF、神经递质(谷氨酸、多巴胺)、生长 因子撤退、GC等.损伤相关因子：热休克、病毒感染、自由基、癌基因、抑癌基因、放射线等.化疗药物(yow).毒素：乙醇、-淀粉样肽,第二十一页，共七十二页。,2.细胞凋亡的抑制(yzh)因素,.凋亡(dio wn)相关基因的抑制作用：p53、bcl-2、bcl-XL等。.生理性抑制剂：生长因子、细胞外基质、锌、雄激素、雌激素等.病毒基因：腺病毒E1B、杆状病毒p35、棒状病毒IAP、牛痘病毒CrmA、EBV BHRF1等.药物：Calpain抑制剂、caspases抑制剂、促癌剂、佛波豆蔻乙脂(PMA)等,第二十二页，共七十二页。,(二)细胞凋亡信号的转导凋亡信号转导系统(xtng)特点,多样性：不同种类的细胞系统不同 偶联性：与增殖(zngzh)分化的信号系统交叉偶联 同一性：多因素，共用同一系统触发 多途性：同一诱导因素启动多条信号转导途径,第二十三页，共七十二页。,细胞(xbo)凋亡信号的转导,诱导(yudo)信号,cell,R,神经酰胺,多途径(tjng),R,SAPK/JNK,P53 基因,NF-kB,JNK/AP-1途径,激活bax or 下调bcl-2,ROS,mtDNA,第二十四页，共七十二页。,细胞(xbo)凋亡相关基因,抑制凋亡基因(jyn)：bcl-2促进凋亡基因：fas，P53双向调控基因：c-myc，bclx研究较多的有c-myc、bcl-2、p53、Ice、Fas/APO-1等。,第二十五页，共七十二页。,1.c-myc,c-myc诱导细胞增殖，也能诱导细胞凋亡。当生长因子存在(cnzi)，bcl-2基因表达时，促进细胞增殖，反之细胞凋亡。,第二十六页，共七十二页。,第一个被确认有抑制凋亡作用的基因，存在于线粒体外膜、核膜及部分(b fen)内质网中。bcl-2相当于线虫的ced9。Bcl-2家族可分为两类，一类是抗凋亡的，如：Bcl-2；一类是促进凋亡的，如：Bax、Bad、Bid，以二聚体形体发挥作用。,2.bcl-2,第二十七页，共七十二页。,Bcl-2抗凋亡(dio wn)机制,直接(zhji)的抗氧化抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质抑制促凋亡的Bax，Bak细胞毒作用抑制Caspases激活维持细胞钙稳态,第二十八页，共七十二页。,3.fas fas又称作APO-1或CD95，属TNF受体和NGF受体家族。对细胞凋亡有促进作用基因产物(chnw)为45KD的跨膜蛋白。Fas蛋白与Fas配体组成Fas系统，二者的结合导致靶细胞走向凋亡。,第二十九页，共七十二页。,与线虫ced-3同源，又称为Caspase。ICE是一种半胱氨酸蛋白酶，在人类，ICE家族至少有11个成员，每一成员均含有(hn yu)与底物结合及催化的保守序列，识别位点在Asp之后，故又称Caspases。启动子Caspases：Caspases8、9和10 效应子Caspases：Caspases3、6、7,4.ICE蛋白酶家族(jiz),第三十页，共七十二页。,5.Apaf-1与线虫的ced-4同源；在线粒体参与的凋亡途径中发挥作用；能激活Caspase3，这一过程(guchng)需要细胞色素c和Caspase9的参与。,第三十一页，共七十二页。,6.p53,磷酸化p53使细胞处于G1期，必要时诱导(yudo)细胞凋亡。p21 CDK RB不被磷酸化 G1DNA损伤 p53 并磷酸化 Bax,Bcl apoptosis Gadd45 DNA修复,野生型P53基因具有诱导细胞(xbo)凋亡的功能“分子警察”；,第三十二页，共七十二页。,细胞(xbo)凋亡发生机制,（一）氧化损伤(snshng)（二）钙稳态失衡(三)线粒体损伤,第三十三页，共七十二页。,（一）氧化损伤(snshng)机制,氧自由基可破坏机体正常的氧化/还原的动态平衡，造成生物大分子的氧化损伤，干扰正常的生命活动，形成严重的氧化应激状态后果：诱导(yudo)细胞凋亡。,第三十四页，共七十二页。,氧化应激引起细胞凋亡的可能(knng)机制,1.氧自由基引起的DNA损伤可激活P53基因引起细胞凋亡。2.氧自由基引起的DNA损伤可活化多聚ADP核糖合成酶，引起NAD快速耗竭，ATP大量消耗，引发细胞凋亡。3.氧自由在攻击(gngj)细胞膜上的不饱和脂肪酸，通过脂质过氧化作用直接造成细胞膜的损伤可诱导细胞凋亡；此外细胞膜上不饱和脂肪酸（如：花生四烯酸）的氧化产物过氧羟基24碳四烯酸有很强的诱发细胞凋亡的作用。,第三十五页，共七十二页。,氧化应激引起(ynq)细胞凋亡的可能机制（续）,4.氧化应激可激活Ca2+/Mg2+依赖的DNase，也可产生膜的发泡现象。5.氧化应激引起细胞膜结构的破坏，可改变细胞膜的通透性使Ca2+内流增加，诱导细胞凋亡。自由基对线粒体膜的损害导致其通透性和膜电位的变化也可诱导细胞凋亡。6.氧化应激可活化核转录因子NF-B、AP-1，可加速(ji s)细胞凋亡相关的一些基因的表达，诱发细胞凋亡。,第三十六页，共七十二页。,（二）钙稳态失衡引起细胞凋亡的可能(knng)机制,1.激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶(DNase)，降解DNA链；2.激活谷氨酰胺转移酶，催化细胞内肽链间的酰基转移，在肽链间形成共价键，使细胞骨架蛋白分子间发生广泛交联，有利于凋亡小体形成；3.激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；4.Ca2+在ATP的配合下使DNA链舒展，暴露出核小体之间的连接(linji)区内的酶切位点，有利于DNA内切酶切割DNA。,第三十七页，共七十二页。,(三)线粒体损伤(snshng),第三十八页，共七十二页。,第三十九页，共七十二页。,细胞凋亡的恶性网络(wnglu)假说,线粒体 m PTP开放(kifng)Apaf+Cyt.C,AIF,Caspase抑制剂,+,Caspase 9酶原(mi yun),Caspase-9,Caspase3酶原,Caspase-3,蛋白质水解,无活性核酸内切酶,内切酶激活,DNA断裂,+,+,+,Bcl-2,Ca2+,apoptosis,？,第四十页，共七十二页。,氧化(ynghu)损伤,钙稳态失衡(sh hn),线粒体损伤(snshng),恶性网络假说(deleterious network hypothesis),细胞凋亡,m,AIF，Apaf,PTP open,第四十一页，共七十二页。,细胞(xbo)凋亡的生物学意义,1.发育 从低等动物到高等动物的发育，都存在着程序性细胞死亡的现象。2.免疫系统 淋巴细胞发育分化成熟过程中，始终(shzhng)伴随着细胞凋亡。3.衰老 细胞凋亡与许多年龄相关疾病有直接或间接的联系。4.损伤与修复 5.肿瘤发生 细胞增殖与死亡的速度平衡失调。6.病毒致病 病毒表达抗凋亡蛋白。,第四十二页，共七十二页。,Hutchinson-Gilford syndrome,第四十三页，共七十二页。,第四十四页，共七十二页。,细胞(xbo)凋亡与疾病,（一）细胞(xbo)凋亡不足1.肿瘤2.自身免疫病,第四十五页，共七十二页。,1.凋亡与恶性肿瘤 肿瘤的发生不仅与细胞过度增殖有关，还与凋亡障碍(zhng i)有关。Oncogenes“anti-apoptic”genes Cell division cell death 肿瘤治疗新思路：诱导肿瘤细胞的凋亡,第四十六页，共七十二页。,2.凋亡(dio wn)与免疫系统功能障碍 凋亡对免疫系统功能有重要调节作用 淋巴细胞：在发育过程中有凋亡发生；在晚期，当与抗原相互作用时亦发生凋亡。胸腺发育过程中的自然凋亡过程,第四十七页，共七十二页。,（二）细胞(xbo)凋亡过度,1.心血管疾病（1）心肌缺血 与缺血-再灌注(gunzh)损伤（2）心力衰竭,第四十八页，共七十二页。,（1）心肌缺血和再灌注损伤 心肌缺血再灌注后可引起心肌细胞的凋亡，由于心肌组织中吞噬细胞(tn sh x bo)数量有限，故而凋亡细胞可以激发性引起炎性反应，招引中性粒细胞浸润，进而导致心肌组织坏死（心肌梗塞）。,第四十九页，共七十二页。,(2)凋