细胞凋亡与癌症发生.ppt

分子肿瘤学分子肿瘤学 第五节第五节 细胞凋亡与肿瘤细胞凋亡与肿瘤 一、概述一、概述 1、细胞凋亡名称的由来：、细胞凋亡名称的由来：英国英国AberdeenAberdeen大学病理系大学病理系KerrKerr教授：教授：19721972年我和年我和WyllieWyllie在研究中观察到一种不同于在研究中观察到一种不同于坏死的细胞死亡方式，联想到秋日落叶，把它坏死的细胞死亡方式，联想到秋日落叶，把它称作称作 ApoptosisApoptosis 2 2、细胞凋亡的概念、细胞凋亡的概念 细胞凋亡细胞凋亡由内外源因素触发细胞内由内外源因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞死亡过程预存的死亡程序而导致的细胞死亡过程。3 3、细胞坏死与凋亡的差异、细胞坏死与凋亡的差异 坏死坏死 凋亡凋亡 性质性质 病理性病理性、非特异性非特异性 生理性或病理性生理性或病理性，特异性特异性 诱导因素诱导因素 强烈刺激强烈刺激，随机发生随机发生 较弱刺激较弱刺激，非随机发生非随机发生 生化特点生化特点 被动过程被动过程，无新蛋白质合成无新蛋白质合成，不耗能不耗能 主动过程主动过程，有新蛋白质合成有新蛋白质合成，耗能耗能 DNADNA电泳电泳 形态变化形态变化 弥散性降解弥散性降解，电泳呈均一电泳呈均一DNADNA片状片状 细胞结构全面溶解细胞结构全面溶解、破坏破坏、细胞肿胀细胞肿胀 DNADNA片段化片段化（180180200200 bpbp），电泳呈电泳呈“梯梯”状条状条带带 胞膜及细胞器相对完整细胞皱缩胞膜及细胞器相对完整细胞皱缩，核固缩核固缩 炎症反应炎症反应 溶酶体破裂溶酶体破裂，局部炎症反应局部炎症反应 溶酶体相对完整溶酶体相对完整，局部无炎症反应局部无炎症反应 凋亡小体凋亡小体 无无 有有 基因调控基因调控 无无 有有 4 4、细胞凋亡的生理意义、细胞凋亡的生理意义 （1 1）确保正常发育、生长）确保正常发育、生长 （2 2）修复功能）修复功能 如：清除受损、突如：清除受损、突 变或衰老的细胞变或衰老的细胞 （3 3）防御功能）防御功能 如：使受到病毒感如：使受到病毒感 染的细胞凋亡染的细胞凋亡 二、细胞凋亡的诱发机制 氧化损伤氧化损伤 1.1.氧化应激（氧化应激（oxidative stressoxidative stress）的概念）的概念 指机体活性氧产生过多或抗氧化能力下降，活性氧的清除不指机体活性氧产生过多或抗氧化能力下降，活性氧的清除不足，导致活性氧在体内积聚并引起氧化损伤的病理过程。足，导致活性氧在体内积聚并引起氧化损伤的病理过程。氧化损伤的后果之一就是诱导凋亡。氧化损伤的后果之一就是诱导凋亡。2.2.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 DNADNA受损激活受损激活P53P53基因基因 膜通透性膜通透性 CaCa内流内流 DNaseDNase 生物膜损伤生物膜损伤 mm 脂质过氧化产物脂质过氧化产物 多聚多聚ADPADP核糖合成酶活化，核糖合成酶活化，NADNAD耗竭，耗竭，ATPATP大量消耗大量消耗 可活化可活化NFNF-kBkB、APAP-1 1，加速细胞凋亡相关的一些基因表达，加速细胞凋亡相关的一些基因表达 钙稳态失衡钙稳态失衡 CaCa2 2作为许多细胞生命活动的第二信使，在细胞凋亡中的作作为许多细胞生命活动的第二信使，在细胞凋亡中的作用也倍受关注，凋亡发生时胞浆中用也倍受关注，凋亡发生时胞浆中CaCa2 2 ，并激活凋亡过程中的，并激活凋亡过程中的关键酶类，其诱导细胞凋亡的机制为：关键酶类，其诱导细胞凋亡的机制为：激活激活CaCa2 2 /Mg/Mg2 2 依赖的依赖的DNaseDNase 激活谷氨酰胺转移酶（激活谷氨酰胺转移酶（GTaseGTase），促进凋亡细），促进凋亡细 胞胞中蛋白广泛交联，有利于凋亡小体的形成中蛋白广泛交联，有利于凋亡小体的形成 激活激活CaCa2 2 敏感的蛋白酶敏感的蛋白酶 核骨架蛋白酶核骨架蛋白酶 核基质蛋白核基质蛋白 丝氨酸蛋白酶丝氨酸蛋白酶 膜蛋白膜蛋白 激活核转录因子，加速促凋亡基因的转录激活核转录因子，加速促凋亡基因的转录 线粒体损伤线粒体损伤 目前证据显示，线粒体的目前证据显示，线粒体的功能改变功能改变在细胞凋亡在细胞凋亡 的发生中起重要作用的发生中起重要作用 线粒体内膜通透性线粒体内膜通透性 线粒体内膜的跨膜电位线粒体内膜的跨膜电位m 能量合成水平能量合成水平 线粒体功能和结构破坏引起细胞凋亡的可能机制：线粒体功能和结构破坏引起细胞凋亡的可能机制：凋亡诱导因素作用于细胞后引起凋亡诱导因素作用于细胞后引起 线粒体内膜跨膜电位（线粒体内膜跨膜电位（mm）下降，）下降，线粒体内外膜线粒体内外膜之间的通透性转换孔之间的通透性转换孔PTPPTP开放；开放；使细胞凋亡启动因子（使细胞凋亡启动因子（Cyt.CCyt.C）,凋亡蛋白酶激活因子凋亡蛋白酶激活因子（ApafApaf）和凋亡诱导因子（）和凋亡诱导因子（AIFAIF）释放）释放 凋亡诱导因素凋亡诱导因素 线粒体线粒体跨膜电跨膜电位位 线粒体线粒体PTP开放开放 Cyt.C,Apaf,等释放等释放 AIF 激活激活Caspases 潜在潜在Dnase 活化活化Dnase 细胞凋亡细胞凋亡 线粒体损伤线粒体损伤 三、细胞凋亡的形态及生化改变三、细胞凋亡的形态及生化改变 （一）凋亡细胞的形态学改变（一）凋亡细胞的形态学改变 早期：早期：胞浆脱水，胞膜空泡化，细胞固缩胞浆脱水，胞膜空泡化，细胞固缩 晚期：晚期：染色质边集，凋亡小体染色质边集，凋亡小体 凋亡的起始：细胞器、染色质等开始变化凋亡的起始：细胞器、染色质等开始变化 凋亡小体的形成：质膜包裹染色质和细胞器凋亡小体的形成：质膜包裹染色质和细胞器 凋亡小体的消化：被吞噬细胞消化凋亡小体的消化：被吞噬细胞消化 Normal Cell Apoptotic cell Scanning electron micrographs of apoptotic bodies（二）凋亡细胞的生化改变（二）凋亡细胞的生化改变 1.1.内源性核酸内切酶内源性核酸内切酶(Dnase)激活激活 切割染色质切割染色质DNADNA，CaCa2+2+/Mg/Mg2+2+(+)(+)，ZnZn2+2+(-)2.DNA2.DNA片段化片段化 内切酶在核小体切开内切酶在核小体切开DNADNA，形成，形成180180-200bp200bp为倍为倍数的片段数的片段 3.3.凋亡蛋白酶激活凋亡蛋白酶激活 CaspasesCaspases的活性中心富含半胱氨酸的活性中心富含半胱氨酸，对底物天对底物天 冬氨酸部位有特异的水解作用冬氨酸部位有特异的水解作用 生物化学特征生物化学特征 胞浆内胞浆内CaCa2 2+浓度升高浓度升高。细胞内活性氧增多细胞内活性氧增多。质膜通透性变大质膜通透性变大。DNADNA内切酶活性被激活内切酶活性被激活 升高升高，双链双链DNADNA在核小体在核小体 之间切断形成之间切断形成180180 200200bpbp 为基数的有序片段为基数的有序片段。型谷氨酰胺转移酶和需钙型谷氨酰胺转移酶和需钙 蛋白酶蛋白酶（CalpainCalpain）活性升高活性升高。典型凋亡细胞典型凋亡细胞DNADNA琼脂糖凝胶电泳琼脂糖凝胶电泳 呈现梯状条带呈现梯状条带 典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）CaspaseCaspase家族家族 凋亡的执行者凋亡的执行者 CaspaseCaspase活性位点是半胱氨酸，裂解靶蛋白位点是活性位点是半胱氨酸，裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，因此称为天冬氨酸残基后的肽键，因此称为Cysteine Cysteine aspartic acic specific proteaseaspartic acic specific protease，即，即CaspaseCaspase 特点：前体形式存在特点：前体形式存在,级联反应级联反应 作用：作用：灭活凋亡抑制物灭活凋亡抑制物 水解蛋白质结构，形成凋亡小体水解蛋白质结构，形成凋亡小体 水解凋亡相关活性蛋白水解凋亡相关活性蛋白 DNA ladder Detection of DNA fragmentation 四、凋亡发生途径与调控四、凋亡发生途径与调控 （一）凋亡发生途径（一）凋亡发生途径 1.1.死亡受体介导的细胞凋亡途径死亡受体介导的细胞凋亡途径 FasFas-FasL,FasL,TNFTNF-TNFR1,TNFR1,TRAILTRAIL-DRsDRs (TNF(TNF-related apoptosis inducing related apoptosis inducing ligand)ligand)2.2.以线粒体释放细胞色素以线粒体释放细胞色素C C为中心环节的细胞凋为中心环节的细胞凋亡途径亡途径 3.3.不依赖不依赖caspasecaspase的细胞凋亡的细胞凋亡 Hengartner,M.O.2000.Nature.407:770.Green,D.and Kroemer,G.1998.Trends Cell Biol.8:267.Mitochondrial PathwayDeath Receptor PathwayFasLCaspase 3DDDDFas/Apo1/CD95FADDProcaspase 8Caspase 8BIDoxidants ceramideothersBcl-2DCytochromecdATPProcaspase 9Apaf-1dATPApaf-1Caspase 9Procaspase 3apoptosomeDNA damageCellular targets细胞凋亡的两条主要途径Apoptosis protein activiting factor 1 p53 DNA damage Bax Fas associated protein with death domain caspase3 Growth factor Growth inhibitor cytokines 不依赖不依赖caspasecaspase的细胞凋亡：的细胞凋亡：线粒体释放的核酸内切酶G(EndoG)可不依赖caspase而降解凋亡细胞的染色体DNA 位于线粒体的凋亡诱导因子（AIF)以某种未知的途径从线粒体转移到核中，诱导染色体凝聚，导致DNA大片段断裂，此过程不依赖caspase（二）细胞凋亡的调控 1 1、BcLBcL-2 2族分子族分子 BcLBcL-2 2 :bcL-2基因是细胞凋亡研究中最受重视的癌基因之一,其表达的蛋白质BcL-2蛋白最初发现于B-淋巴细胞瘤/白血病-2（B cell B cell lymphoma/Leukemialymphoma/Leukemia-2,BcL2,BcL-2)2)而得名，与线虫ced9基因表达的Ced-9分子在结构上有同源性，具有抗凋亡作用。BcLBcL-2 2的高表达能阻抑多种凋亡诱导因素所引发的细胞凋亡。如-射线、糖皮质激素、热休克、多种化疗药物。1）BcL-2的同源基因和蛋白的同源基因和蛋白 BcLBcL-2 2家族有近家族有近3030种不同的蛋白分子，这些成员中种不同的蛋白分子，这些成员中共有共有4 4种种BcLBcL-2 2同源结构域（同源结构域（BH1BH1-4)4)，每种蛋白含有至，每种蛋白含有至少一个少一个BHBH 抗凋亡抗凋亡BcLBcL-2 2蛋白蛋白 BcLBcL-2 2，BcLBcL-w w，BcLBcL-X XL L、BFLBFL-1 1、BragBrag-1 1、MCLMCL-1 1，AIAI。促凋亡促凋亡BcLBcL-2 2蛋白蛋白 BaxBax，Bak,BokBak,Bok，BcLBcL-X X等。等。BH3BH3-onlyonly亚家族亚家族(促凋亡）促凋亡）Bid，Bad,，Bim，Bik，Blk，Hrk,Bnip3等等,BH3BH3 BH1BH1 BH2BH2 TMTM BH3BH3 TMTM BH3