细胞凋亡的原理及不同信号通路.docx

细胞凋亡概念 细胞凋亡(apoptosis)是指为维持内环境稳定，在一定的条件下，细胞遵循固细胞凋亡与细胞坏死不同，细胞凋亡不是一件被动的过程，而是主动过程，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用；它并不是病理条件下，自体损伤的一种现象，而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。从形态学上看，细胞凋亡是一变化的过程。首先细胞变圆，随即与周围细胞脱离；细胞失去微绒毛，胞浆浓缩，内质网扩张呈泡状并与细胞膜融合，核染色质密度增高，凝聚在核膜周边；然后核染色质断裂为大小不等的片段，与某些细胞器如线粒体聚集在一起，被反折的细胞膜包围。从外观上看，细胞表面产生了许多泡状或芽状突起；接着这些突起逐渐分隔，形成单个的凋亡小体(apoptoticbody)；最后凋亡小体被邻近的正常细胞吞噬并消化。细胞凋亡过程中有一些标志性的生物化学变化：细胞膜上的磷脂酰丝氨酸(PS)由膜内侧面翻到外侧面；胞质内蛋白酶活化，发生级联反应，同时有能量消耗、新基因转录或蛋白质合成等变化；细胞核内染色质 DNA 被核酸酶酶切成以核小体 180～200bp 为重复单位的片段，如果将从凋亡细胞中提取的 DNA 进行琼脂糖凝胶电泳，会形成梯状的 DNA 条带(DNA ladder)。 从细胞功能上看，细胞凋亡对多细胞生物体具有重要的意义。一方面在生物发育过程中细胞凋亡可以清除没有功能的、不需要的、不正常的和有害的细胞，优化组织器官的结构和细胞数目，确保正常个体发育。另一方面在生物体整个生命过程中，每天都会产生许多功能异常的细胞，如癌变细胞、衰老细胞、被微生物侵袭的细胞等。细胞凋亡可以将这些细胞清除，并且由新诞生的功能正常的细胞替换。因此，体内细胞的诞生和死亡处于动态平衡，从而维持机体组织器官中 细胞数量稳定和功能正常。 细胞凋亡信号转导通路 细胞凋亡的过程大致可分为以下几个阶段：接受凋亡信号→凋亡调控分子间的相互作用→蛋白水解酶的活化(Caspase)→进入连续反应过程。由于细胞凋亡启动阶段的不同，其可分为三条主要通路，即线粒体通路、内质网通路、死亡受体通路。线粒体通路，即通过线粒体释放凋亡酶激活因子激活 Caspase。线粒体是细胞生命活动控制中心，它不仅是细胞呼吸链和氧化磷酸化的中心，而且是细胞凋亡调控中心。此通路由含 BH3 结构域的 Bcl-2 家族成员(Bid、Bad、Bim、Harikari 、Noxa 等)与另外的结合在线粒体外膜面或存在于胞浆的 Bcl-2 家族成员(Bax 亚家族成员 Bax，Bak 等) 相互作用，导致后者的寡聚并插入线粒体膜，从而引起线粒体膜通透性改变，跨膜电位丢失，释放细胞色素 C (Cytc)和其他蛋白。Cytc 的释放是线粒体凋亡路径的关键步骤。释放到细胞浆的细胞色素 C 在 dATP 存在的条件下能与凋亡相关因子 1(Apaf-1)结合，使其形成多聚体，而后通过 Apaf-1 氨基端的 Caspase 募集结构域(caspase recruitment domain , CARD)募集胞质中的Caspase-9 前体，并促使 caspase-9 与其结合形成凋亡小体，被激活的 caspase-9能激活其它的 caspase 如 caspase-3 和 caspase-7 等，从而诱导细胞凋亡。此外，线粒体还释放凋亡诱导因子，如 AIF，参与激活 caspase，而促凋亡因子能诱导细胞色素 C 释放和凋亡小体的形成。 内质网通路，即由内质网失常引起，而非以细胞膜或线粒体为靶点的凋亡信号触发。内质网是细胞内蛋白质合成的主要场所，同时也是 Ca2+的主要储存库。内质网 Ca2+平衡的破坏或者内质网蛋白的过量积累是关键步骤，它们会诱导位于内质网膜的 Caspase-12 的表达，同时诱导胞质的 Caspase-7 转移到内质网表面。Caspase-7 可激活 Caspase-12，而激活的 Caspase-12 可进一步剪切 Caspase-3 从而引发细胞凋亡。Ca2+浓度的升高通常出现在凋亡早期，这种浓度升高来源于细胞外 Ca2+的内流及内质网中 Ca2+的释放，相对高浓度的 Ca2+可以激活胞质中的钙依赖性蛋白酶，又可以作用于线粒体，影响其通透性并导致其膜电位的改变，从而促进凋亡。内质网上 Bcl-2 家族中抑凋亡的蛋白则可以调节网腔中游离 Ca2+浓度，使胞质中的 Ca2+维持在合适的浓度水平，进而起到抗凋亡的作用。 死亡受体通路：由各种外界因素作为细胞凋亡的启动剂，然后通过不同的信号传递系统传递凋亡信号，引起细胞凋亡。死亡受体为一类跨膜蛋白，属肿瘤坏死因子受体(TNFR)基因超家族。其胞外部分都含有一富含半胱氨酸的区域 ,胞质区有一由同源氨基酸残基构成的结构，有蛋白水解功能，称“死亡区域” (deathdomain)。已知的死亡受体有五种，TNFR-1 (又称 CD120a 或 p55)，Fas(CD95 或Apo1)，DR3(死亡受体 3，又称 Apo3，WSL-1，TRAMP，LARD)，DR4 和DR5(Apo2，TRAIL-R2，TRICK2，KILLER)。前三种受体相应的配体分别为 TNF， FasL (CD95L)，Apo-3L (DR3L)，后两种均为 Apo-2L (TRAIL)。例如配体 FasL可首先诱导 Fas 三聚体化，三聚化的 Fas 和 FasL 结合后，使三个 Fas 分子的死亡结构域相聚成簇，吸引了胞浆中另一种带有相同死亡结构域的蛋白 FADD，在细胞膜上形成凋亡诱导复合物，从而激活 caspase8，进而引起随后的级联反应，细胞发生凋亡。 总的细胞凋亡通路图： 不同途径的细胞凋亡通路：