医学研究生病理生理资料-细胞凋亡（交）.ppt

<p>单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,细胞凋亡与疾病,细胞凋亡与疾病/,学习要点,1、细胞凋亡：,概念与区别、生理意义、病理意义、凋亡过程与调控、凋亡协同机制、细胞凋亡的特征；,、凋亡相关性疾病：,1.凋亡不足：肿瘤、自身免疫病；,即病理意义,2.凋亡过度：心肌缺血、心力衰竭、AD,3.不足与过度并存：AS、AIDS,细胞死亡的概念.特点与区别,1、凋亡：,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，又称程序性细胞死亡，即基因指导下的细胞死亡。,2、坏死：,强烈因素的直接作用，导致细胞膜损伤，细胞器肿胀变性，核固缩、核碎裂、核溶解，最终整个细胞崩解.自溶。,3、凋亡特点：,自然、固有、有序、生理、主动、耗能、有新蛋白质合成、无炎、受基因调控的“自杀”过程。,4、凋亡特征,：,形态特征：染色质边集、凋亡小体形成；,生化特征,：,DNA片段化，即形成寡核苷酸，,片段为200bp整数倍；凝胶电泳“梯带”。,区别,坏死,凋亡,诱导因素,生化特点,细胞形状,形态变化,染色质,DNA电泳,炎症反应,基因调控,潜伏期,强烈刺激，病理,被动过程，无新蛋白合,成，不耗能,形成碎片,细胞结构全面溶解、破,坏、细胞肿胀,稀疏、松散、呈絮状,弥散性降解，电泳呈均一,片状，即“拖带”,溶酶体破裂，局部炎症反,应,无(“他杀”),事件,较弱刺激，生理、病理,主动过程，有新蛋白合,成，耗能,形成凋亡小体,胞膜及细胞器相对完整细,胞皱缩，核固缩,致密、固缩、边聚或中聚,DNA片段化（180-200bp）,电泳呈“梯”状条带,溶酶体相对完整，局部无,炎症反应,有（“自杀”）,过程,Normal functions of apoptosis,(1)Deleting structures that are no longer,required e.g.regression of the tadpole tail,(2)Sculpting,(3)Adjusting cell numbers in developing tissues,e.g.the nervous system,NGF,NGF,NGF,target cells,developing neurons,NGF,NGF,NGF,target cells,凋亡相关性疾病/,即病理意义,1.凋亡不足：肿瘤、自身免疫病；,2.凋亡过度：心肌缺血、心力衰竭、AD,3.不足与过度并存：AS、AIDS,(一)凋亡不足疾病,1、肿瘤,凋亡依据,A.细胞数总量动态平衡，即死亡数与存活数平衡；,B.前列腺癌、结肠癌等肿瘤组织中Bcl-2基因高表达，而突变型p53增多，则,肺癌发生率高；,C.4-6Gy低剂量照射16小时后，人急性T细胞白血病有效；高温.高热43度，,30分钟肿瘤细胞有效；切除睾丸对前列腺癌有效。,肿瘤类型,Bcl-2,基因过度表达频率(%),结肠-直肠癌 92,咽 癌 85,骨 髓 癌 80,乳 腺 癌 70,非何杰金淋巴瘤 65-70,胃 癌 60-70,前列腺癌 30-60,神经母细胞瘤 30-35,肺癌(小细胞肺癌)20(80),Bcl-2基因,在不同类型的肿瘤中过度表达的频率(%),人类肿瘤p53基因突变热点和频率,肿瘤型 突变频率（%）突变热点 肿瘤型 突变频率（%）突变热点,肺癌 56 157，248，273 前列腺癌 30 不确定,结肠癌 50 175，245，248，273 肝细胞癌 45 249,食道癌 45 不确定 胶质癌 25 175、248,卵巢癌 44 273 乳腺癌 22 175、248、273,胰腺癌 44 273 子宫内膜癌 22 248,皮肤癌 44 248、278 甲状腺癌 13 248、273,胃癌 41 不确定 白血病 12 175、248,头颈鳞癌 37 248 宫颈癌 7 273,膀胱癌 34 280 软组织肉瘤 31 不确定,细胞增殖异常,DNA病毒:SV,40,、HPV、腺病毒等 P53蛋白,失活,(二)凋亡过度疾病,1、心肌缺血,A.意义：,坏死无法逆转，而凋亡可以干预，价值重大；,B.特点：,早期、周边、轻度、慢性缺血，以凋亡为主；,晚期、中央、重度、急性缺血，则以坏死为主；,C.机制：,缺血.缺氧导致Fas受体显著上调、p53基因转录,激活、氧化应激。,2、心力衰竭,A.意义：,心肌细胞数量的变化对心衰发生发展的影,响，价值重大；,B.互为因果：,心衰时，缺血缺氧、氧化应激、细胞,因子、负荷过重可诱导细胞凋亡；而细胞凋,亡又可加重心力衰竭，心肌凋亡指数高达35%；,C.应用：,阻断信号和通路可以干预凋亡,。,细胞凋亡的过程与调控,+,cAMP、Ca,2+,、神经酰胺,死亡信号,凋亡诱导因素,受体,DNase,激活、,Caspases,激活,巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞,一、凋亡的过程,1凋亡信号转导,凋亡相关基因激活,2凋亡基因激活,3凋亡的执行,4凋亡细胞清除,全过程数分钟至数小时，皆有负调控因子，精确严密；每秒可达数百万个！,CTL,肿瘤细胞,CTL正在诱导肿瘤细胞凋亡,凋亡诱导因素,四句话,1、大多数凋亡有明确的诱因，极少数为自发的；,2、引起损伤.坏死.凋亡的因素没有特异性，即凡能引起,损伤的因素都可诱导细胞凋亡，关键在于“界定值”；,3、同一种诱因作用于不同的细胞，其结果可以不同；,如：动脉粥样硬化-血脂。,4、同一种诱因作用于不同的疾病时期，其结果可以不同；,如：心力衰竭-负荷。,(二）第二信使物质/即死亡信号,A.神经酰胺：,TNF、射线、Fas抗原受体变构/激活,膜鞘磷脂酶（SMase）激活 SMase水解神经酰胺；,B.Ca,2+,：,磷脂酶C（PLC）激活膜磷脂水解甘油二酯DG,内质网释放Ca,2+,；,C.cAMP：,腺苷酸环化酶（AC）激活cAMP,(四）凋亡相关基因,1、抑凋亡基因/癌基因/存活基因:,Bcl-2、EIB、IAP,2、促凋亡基因/抑癌基因/自杀基因/凋亡基因：,p53基因、Fas/FasL、Bax、ICE,3、双向调控基因:,C-myc、Bclx,A,、,Bcl-2-B cell lymphoma/leukemia-2,Bcl-2蛋白主要分布在线粒体内膜、细胞内膜表面、内质网、核膜等处，并具有高效阻抑射线、化学药物等引发的细胞凋亡；,Bcl-2基因广泛存在于造血细胞、上皮细胞、淋巴细胞、神经细胞以及多种瘤细胞中，因此具有促进细胞存活的功能；,Bcl-2,的功能是延长细胞的寿命，而不是刺激细胞的增殖,1.BcL-2家族分子,一类呈抗凋亡作用:,BcL-2,、BcL-w、BcL-XL、BFL-1、,Brag-1、MCL-1、AI。,另一类呈现促凋亡作用,：,Bax、Bak、Bok、BcL-Xs、Bad、Bid、Bik、,Hrk、Bim等。,BcL-2基因家族成员自身或彼此之间有形成二聚体或多聚体的能力，BcL-2家族的蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的存活与凋亡。,B,、,BcL-2的同源基因和蛋白质,/,家族分子,C、BcL-2,抗凋亡机制,直接的抗氧化；,抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质，如:Cyt.C及AIF；,抑制促凋亡的调节蛋白Bax,、,Bak的细胞毒作用；,抑制Caspases激活；,维持细胞钙稳态。,2.Fas/,FasL,Fas 抗原,属,肿瘤坏死因子,受体,（TNFR),家族成员，,Fas,配体,（,FasL),属,TNF,家族成员。,Fas是跨膜蛋白,，由胞外区(157 aa)，穿膜区(17 aa)及胞浆区(145 aa)组成。Fas胞浆区一段6070氨基酸序列与TNFR胞浆区高度同源，并介导细胞死亡，称之为,死亡基因,。Fas较广泛地分布于多种类型的细胞。,FasL,与其受体,Fas,结合导致细胞凋亡,。,Fas/,FasL,即,死亡受体通路,死亡受体 TNFR、FasR、DR,3,、DR,4,、DR,5,等,是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的跨胞膜蛋白。,死亡,通路,（pathway）,细胞凋亡异常,FSAL,FADD,Pro-caspase-8,Caspase-8,Caspase-3,Pro-caspase-3,细胞凋亡,生长因子、信号、,Fas,抗体,FasR,FADD（Fas-associated death domain）；DD（death domain）；,DED（death effector domain）。,DED,DED,DD,细胞增殖异常,突变型P53,易发生细胞癌变,致变剂,检测点检查功能 遗传不稳定性 复制忠实性,3.P53基因,野生型,P53,(分子警察)进入S期,DNA损伤 修复成功,G,1,/S检查 停顿G,1,期 损伤DNA修复,修复失败,细胞凋亡 下调bcl-2表达、激活bax 基因 P53,【,P53促凋亡机制,】,P53通过与Bcl-2基因相互作用，下调Bcl-2的表达。,P53诱导细胞凋亡的靶蛋白表达（线粒体和死亡受体介导）。,P53诱导线粒体内凋亡的相关蛋白（Bax、NOXA、PUMA）表,达，并触发细胞色素C释放和caspase活化。,P53诱导死亡受体Fas表达。,P53能使死亡受体再定位于细胞膜上。,C-myc是一种癌基因，它能诱导细胞增殖，也能诱导细胞凋亡，具有双向调控作用。C-myc蛋白作为重要的调控转录调节因子，在,生长因子,充足时激活细胞增殖基因；反之激活凋亡基因。,4、C-myc基因,(五）凋亡相关酶的激活,1、内源性核酸内切酶(DNase),2、凋亡蛋白酶 Caspases,内源性核酸内切酶(DNase),A.作用：,执行染色体切割任务，攻击目标为核小体之间的连接区；,B.类型：,金属离子依赖型，如：Ca,/,Mg、Zn；,金属离子非依赖型，如：AIF；,C.形式：,以无活性的形式存在于细胞核内，凋亡诱导因素不能直接,激活它，需要经过一系列胞内信号转导环节方能激活。,凋亡蛋白酶 Caspase,s,概念:,是一组对底物为天冬氨酸有特异水解作用，其活性中心,富含半胱氨酸的蛋白酶；13个家族成员；,激活:,线粒体释放Apaf+Cyt.C 激活Caspases；,作用：,A.灭活凋亡抑制物，如:Bcl-2蛋白；,B.水解结构蛋白细胞解体凋亡小体形成；,C.凋亡级联反应，如:下图,Pro-caspase-2,caspase-2,Pro-caspase-6,Caspase-6,Pro-caspase-7,caspase-7,Pro-caspase-9,ICAD（抑制性 CAD）,CAD（caspase活化DNA酶）,CDA进入细胞核内降解DNA,细胞凋亡,剪切细胞内结构蛋白,caspase-9,caspases的级联反应,Caspase-3,Pro-caspase-3,细胞凋亡异常,凋亡的触发机制/,即协同机制,1氧化应激,2钙超载,3线粒体损伤,细胞凋亡异常,1氧化应激（Oxidation damage）,概念:,氧自由基破坏了机体正常的氧化/还原动态平衡，造成生物大,分子的氧化损伤，形成严重的氧化应激状态。,机制:,激活p53基因、消耗ATP、生物膜脂质过氧化、激活核酸内,切酶,启动细胞凋亡。,各种氧化剂、缺氧等直接通过氧化损伤诱导细胞凋亡。,细胞凋亡异常,TNF-、抗CD,3,抗体、TCDD等,胞浆Ca,2+,激活Ca,2+,/Mg,2+,依赖的核酸内切酶，降解DNA链；,激活谷氨酰胺转移酶，促使细胞骨架分子之间发生广泛交联，有利,于凋亡小体形成；,激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；,在ATP参与下，暴露出核小体之间的连接区，有利于DNA内切酶切,割DNA。,2.钙超载引起凋亡机制,细胞凋亡,细胞凋亡异常,3.线粒体损伤在细胞凋亡中的作用,影响:,凋亡期间线粒体超微,结构,基本正常，但其,功能,早已发生显著,改变，如:线粒体内膜通透性增大、跨膜电位下降、能量合,成显著减少。,(Bcl-2具有恢复跨膜电位和调制PTP功能的作用),机制:,凋亡诱导因素跨膜电位下降通透性转换孔PTP开放,内膜通透性增大凋亡启动因子释放,Apaf+Cyt.C 激活Caspases(级联反应),AIF 激活DNase,膜通透性、线粒体肿胀、,m,Apaf-1活化,Cyt.c,线粒体损伤导致细胞凋亡的机制,(即线粒体途径),Ca,2+,NO,缺氧,活性氧,应激,MPT开放,Cyt.c,+,Pro-caspase-9,Caspase-9,ATP,Apaf-1,+,Apaf-1活化,Cyt.c,CARD,Apoptosome,细胞凋亡异常,AIF,caspase-independent apoptosis,Pro-Caspase-3,凋亡,Caspase-3,Bid,Caspase-8,凋亡诱导因素,PTP开放,线粒体中细胞色素C等释放,Caspase-9活化,Caspase-3活化,apoptosis,细胞凋亡的特征,1.形态特征2.生化特征,一、形态特征:染色质边集、凋亡小体形成。,(渐近皱缩.固缩凋亡小体吞噬消化）,1、膜:,微绒毛消失脱离接触；膜孔增大脱水固缩及钙内流；,皱缩.出芽(内质网).空泡化(自由基)；,2、核:,核固缩、核碎裂、,染色质边集(层连蛋白),；,3、浆:,细胞器结构完整，但功能下降；微管微丝水解，细胞皱缩塌,陷，凋亡小体形成；,概念:,胞膜皱缩内陷，分割包裹胞质，内含DNA物质及细胞器，形成泡状小体称为,凋亡小体,。,类型:即透亮空泡和不透光核碎片；凋亡小体被吞噬消化为细胞再生原材料；局部无炎症反应。,二、生化特征,DNA片段化，形成寡核苷酸180-200bp整数倍；,凝胶电泳呈“梯”带。,(核小体是染色质的基本结构单位）,DNA断裂与“梯状条带”(1),DNA断裂与“梯状条带”(2),典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现,梯状,条带）,</p>