病理生理学细胞凋亡和疾病培训课件.ppt

1、病理生理学细胞凋亡病理生理学细胞凋亡和疾病和疾病四、细胞凋亡与疾病四、细胞凋亡与疾病 三、细胞凋亡的发生机制三、细胞凋亡的发生机制 二、细胞凋亡过程与调控二、细胞凋亡过程与调控 一、概述一、概述 五、细胞凋亡在疾病防治中的意义五、细胞凋亡在疾病防治中的意义 病理生理学细胞凋亡和疾病2一、概述一、概述（一）研究背景（一）研究背景 人们研究细胞的发育、分化和成熟至今已有百人们研究细胞的发育、分化和成熟至今已有百余年的历史，近二十年才发展到在分子水平上研余年的历史，近二十年才发展到在分子水平上研究相关基因的表达调控。和细胞增殖一样，细胞究相关基因的表达调控。和细胞增殖一样，细胞死亡规律的研究一直被人

2、们所忽视。死亡规律的研究一直被人们所忽视。可寻的研可寻的研究：究：1858年，年，Virchow提出细胞死亡在动脉瘤中的提出细胞死亡在动脉瘤中的重 要 性，并 将 它 简 单 地 定 义 为 细 胞 退 化重 要 性，并 将 它 简 单 地 定 义 为 细 胞 退 化（degeneration）、）、坏疽（坏疽（mortification）、）、软化软化（softening）和坏死（和坏死（necrosis）。）。病理生理学细胞凋亡和疾病3 1885年，年，Flemming在退行性卵巢囊泡中在退行性卵巢囊泡中观察到染色质凝聚成半月形和细胞核渐进性观察到染色质凝聚成半月形和细胞核渐进性退化、消失

3、等现象，并称之为退化、消失等现象，并称之为“染色质裂解染色质裂解”（chromatolysis）。）。1914年，年，Graper进一步提出机体内必定进一步提出机体内必定存在和有丝分裂为敌的平衡机制，而存在和有丝分裂为敌的平衡机制，而“染色染色质裂解质裂解”的意义就在于生理性清除细胞。的意义就在于生理性清除细胞。病理生理学细胞凋亡和疾病4 1951年，年，Glucksman发现细胞在生物发育中发现细胞在生物发育中的特定时空内发生死亡，并提出程序化细胞死的特定时空内发生死亡，并提出程序化细胞死亡（亡（programmed cell death）的概念。的概念。20年后，年后，Kerr发现结扎门静

4、脉诱导肝细胞发现结扎门静脉诱导肝细胞缺血后，出现肝萎缩现象，他将它称为缺血后，出现肝萎缩现象，他将它称为“固固缩性坏死缩性坏死”（shrinkage necrosis）。）。1972年，年，Kerr，Wyllie和和Currie等正式以细等正式以细胞凋亡（胞凋亡（apoptosis）命名这种特殊的细胞死亡命名这种特殊的细胞死亡形式。形式。病理生理学细胞凋亡和疾病5 19761981年间，三个小组分别发现淋巴年间，三个小组分别发现淋巴细胞凋亡伴随典型的细胞凋亡伴随典型的“梯样梯样”DNA电泳图谱。电泳图谱。1984年，年，Wyllie进一步提出细胞凋亡伴随进一步提出细胞凋亡伴随内源性核酸酶的激活

5、。内源性核酸酶的激活。20世纪世纪80年代末期，生命科学家逐渐认识年代末期，生命科学家逐渐认识到到细胞死亡，特别是细胞死亡，特别是程序化细胞死亡特殊的生物程序化细胞死亡特殊的生物学意义学意义，引起众多学者的广泛关注，形成一个，引起众多学者的广泛关注，形成一个新的研究热点，并以惊人的速度取得新进展新的研究热点，并以惊人的速度取得新进展.病理生理学细胞凋亡和疾病6（二）概念（二）概念 细胞凋亡（细胞凋亡（apoptosisapoptosis）由体内外因由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞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（死亡过程，又称程序性细胞死亡（P

6、CDPCD）。）。ApoptosisApoptosis源自希腊语，意为源自希腊语，意为“花瓣或树花瓣或树叶的凋谢枯落叶的凋谢枯落”，细胞像秋天树叶凋谢一样，细胞像秋天树叶凋谢一样，一定的生理或病理条件下，遵循自身所定程一定的生理或病理条件下，遵循自身所定程序结束生命的过程，细胞凋亡是一种由基因序结束生命的过程，细胞凋亡是一种由基因控制的自主性死亡。控制的自主性死亡。.有学者认为凋亡是有学者认为凋亡是形态学概念，程序性死亡是功能性概念。形态学概念，程序性死亡是功能性概念。病理生理学细胞凋亡和疾病7病理生理学细胞凋亡和疾病8（三）与细胞坏死的区别（三）与细胞坏死的区别 细胞坏死是由强烈损伤因素作用

7、下细胞坏死是由强烈损伤因素作用下（缺氧、毒物、强酸、强碱等）（缺氧、毒物、强酸、强碱等）细胞死细胞死亡，正常组织不发生细胞坏死，亡，正常组织不发生细胞坏死，细胞凋细胞凋亡为生理性、主动的细胞死亡。亡为生理性、主动的细胞死亡。病理生理学细胞凋亡和疾病9病理生理学细胞凋亡和疾病10（四）细胞凋亡的意义（四）细胞凋亡的意义 1、确保机体正常发育、生长、确保机体正常发育、生长 2 2、维持内环境稳定、维持内环境稳定 3、发挥积极的防御功能、发挥积极的防御功能 病理生理学细胞凋亡和疾病11二、细胞凋亡过程与调控二、细胞凋亡过程与调控 （一）细胞凋亡过程（一）细胞凋亡过程1 1、凋亡信号转导、凋亡信号转导

8、 2 2、凋亡基因激活、凋亡基因激活 3 3、细胞凋亡执行、细胞凋亡执行 4、凋亡细胞的清除、凋亡细胞的清除 诱导期诱导期效应期效应期降解期降解期病理生理学细胞凋亡和疾病12病理生理学细胞凋亡和疾病13（二）凋亡时细胞主要变化（二）凋亡时细胞主要变化 1 1、细胞形态学变化、细胞形态学变化胞膜逐渐脱离与周围细胞的接触胞膜逐渐脱离与周围细胞的接触 空泡化空泡化 胞体缩小胞体缩小 固缩固缩内质网与胞膜融合内质网与胞膜融合,在膜表面突起在膜表面突起出芽出芽染色质深缩成团，分布于膜边缘染色质深缩成团，分布于膜边缘边集边集胞膜皱缩、内陷，分割胞浆，蛋白浓染形胞膜皱缩、内陷，分割胞浆，蛋白浓染形成成凋亡小

9、体凋亡小体病理生理学细胞凋亡和疾病14 凋亡小体被邻近细胞吞噬、清除（主要是巨凋亡小体被邻近细胞吞噬、清除（主要是巨噬细胞）凋亡过程不导致周围组织损伤和炎噬细胞）凋亡过程不导致周围组织损伤和炎症反应症反应 2 2、细胞凋亡的生化改变、细胞凋亡的生化改变（1 1）DNADNA片段化片段化 DNA链上每隔链上每隔200个核苷个核苷酸有酸有1个核小体，核小体之间的连接区易受内个核小体，核小体之间的连接区易受内切酶的切割而断裂，当在核小体连接区切开切酶的切割而断裂，当在核小体连接区切开DNA时，可形成时，可形成200bp或整倍数的片段，在凝或整倍数的片段，在凝胶电泳中呈胶电泳中呈“梯梯”状。状。病理生

10、理学细胞凋亡和疾病15（2 2）内源性核酸内切酶激活）内源性核酸内切酶激活 该酶由细胞该酶由细胞内信号转导环节被激活，在细胞凋亡过程内信号转导环节被激活，在细胞凋亡过程中执行染色质中执行染色质DNA切割任务切割任务（3 3）凋亡蛋白酶（）凋亡蛋白酶（caspasescaspases）的激活及其的激活及其作用作用 凋亡蛋白酶是一组对底物天冬氨酸部凋亡蛋白酶是一组对底物天冬氨酸部位有特异性水解作用，活性中心富含半胱氨位有特异性水解作用，活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶酸的蛋白酶。（含半胱氨酸的门冬氨酸特异。（含半胱氨酸的门冬氨酸特异水解酶）水解酶）病理生理学细胞凋亡和疾病16 有人在研究无脊椎动物如线

11、虫细胞凋亡时发现，有人在研究无脊椎动物如线虫细胞凋亡时发现，细胞的死亡呈现严格的特异性，在雌雄同体发育产细胞的死亡呈现严格的特异性，在雌雄同体发育产生的生的10901090个体细胞中，个体细胞中，131131个细胞在特定的时空内以个细胞在特定的时空内以凋亡而终结，这些细胞凋亡至少受凋亡而终结，这些细胞凋亡至少受1414个基因的调控，个基因的调控，其中最重要的是其中最重要的是凋亡活化基因凋亡活化基因Ced-3Ced-3、Ced-4Ced-4和和凋亡凋亡抑制基因抑制基因Ced-9Ced-9。它们诱导和调控细胞凋亡的基本机它们诱导和调控细胞凋亡的基本机制：制：Ced-3Ced-3是具严格底物特异性的

12、半胱氨酸蛋白酶，是具严格底物特异性的半胱氨酸蛋白酶，诱导细胞诱导细胞的特征性形态学和生化学变化的特征性形态学和生化学变化。病理生理学细胞凋亡和疾病17Ced-3Ced-3能结合能结合Ced-4Ced-4，后者能结合后者能结合Ced-9Ced-9。在活细胞，在活细胞，Ced-9Ced-9以以Ced-4Ced-4为中介和为中介和Ced-3Ced-3结合成三体复合物，结合成三体复合物，扣押扣押Ced-3Ced-3使其以无活性的酶原形式存在于细胞内，使其以无活性的酶原形式存在于细胞内，在凋亡诱导信号的作用下，在凋亡诱导信号的作用下，Ced-9Ced-9自复合物中解离。自复合物中解离。其结果是导致其结果

13、是导致Ced-3的活化和细胞凋亡。如的活化和细胞凋亡。如Ced-3和和Ced-9在人体的类似物分别代两大家族，即在人体的类似物分别代两大家族，即caspases家族和家族和Bcl-2家族家族.病理生理学细胞凋亡和疾病18人体细胞凋亡要比线虫细胞调亡的机制复杂得人体细胞凋亡要比线虫细胞调亡的机制复杂得多。差别可能在于线粒体在哺乳细胞凋亡中的多。差别可能在于线粒体在哺乳细胞凋亡中的重要性。哺乳细胞凋亡主要包括两条途径，即重要性。哺乳细胞凋亡主要包括两条途径，即死亡受体途径和线粒体途径。它们通过一系列死亡受体途径和线粒体途径。它们通过一系列分子和生物化学途径导致两条途径共同的分子和生物化学途径导致两

14、条途径共同的“中中央处理器央处理器”分子即分子即caspases的活化的活化，并诱导许，并诱导许多细胞核和细胞浆内相关底物的降解。多细胞核和细胞浆内相关底物的降解。病理生理学细胞凋亡和疾病19 9393年有人发现年有人发现Ced-3Ced-3基因与哺乳动物白介素基因与哺乳动物白介素1 1转化酶转化酶ICEICE功能和序列相似，和功能和序列相似，和Ced-3Ced-3一样，一样，ICEICE高表达可致成纤维细胞凋亡，之后，许多实验室高表达可致成纤维细胞凋亡，之后，许多实验室致力于识别致力于识别ICE/Ced-3ICE/Ced-3样蛋白，至今已发现样蛋白，至今已发现1414个个ICE/Ced-3I

15、CE/Ced-3家族成员（分为三组），其中一些参于家族成员（分为三组），其中一些参于细胞凋亡，一些参于细胞因子加工和炎症，为避细胞凋亡，一些参于细胞因子加工和炎症，为避免命名上混乱，免命名上混乱，9696年专门小组推荐年专门小组推荐ICE/Ced-3ICE/Ced-3家族家族成员统一命名成员统一命名天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶，并按先后为序在并按先后为序在caspasecaspase后加阿拉伯数字表示。后加阿拉伯数字表示。病理生理学细胞凋亡和疾病20 其在凋亡中作用：其在凋亡中作用：灭活细胞凋亡抑制物（如灭活细胞凋亡抑制物（如Bcl-2Bcl-2）水解细胞的蛋白结构

16、，导致细胞解体水解细胞的蛋白结构，导致细胞解体 凋亡小体；凋亡小体；在凋亡级联反应中水解相关活性蛋白，使在凋亡级联反应中水解相关活性蛋白，使 该蛋白另具功能等。该蛋白另具功能等。Caspase Caspase 的天然抑制剂：病毒性蛋白、的天然抑制剂：病毒性蛋白、p35p35，抑制，抑制蛋白蛋白-抑制抑制CaspaseCaspase活化，凋亡蛋白抑制因子活化，凋亡蛋白抑制因子IAPIAP等等病理生理学细胞凋亡和疾病21（三）细胞凋亡的调控（三）细胞凋亡的调控 1 1、细胞凋亡相关因素、细胞凋亡相关因素 （1 1）诱导性因素）诱导性因素 细胞外诱导因素启动细胞凋亡程序，细胞外诱导因素启动细胞凋亡程

17、序，使细胞趋于死亡使细胞趋于死亡激素与生长因子失衡激素与生长因子失衡 强烈应激使糖强烈应激使糖皮质激素分泌，可诱导淋巴细胞凋亡皮质激素分泌，可诱导淋巴细胞凋亡病理生理学细胞凋亡和疾病22理化因素理化因素 OFR增加，细胞处氧化应激增加，细胞处氧化应激 状态，状态，DNA受损，细胞凋亡受损，细胞凋亡免疫性因素免疫性因素 免疫细胞可分泌免疫分子，参免疫细胞可分泌免疫分子，参于免疫细胞或靶细胞的凋亡于免疫细胞或靶细胞的凋亡生物因素生物因素 细菌、病毒及其毒素可细菌、病毒及其毒素可 诱导细胞凋亡诱导细胞凋亡病理生理学细胞凋亡和疾病23（2 2）抑制性因素）抑制性因素 某些细胞因子、激素具有抑制细胞凋某

18、些细胞因子、激素具有抑制细胞凋亡的作用，如亡的作用，如IL-2、NGF、ACTH、睾酮、睾酮、雌激素等可抑制相应的靶细胞凋亡，防雌激素等可抑制相应的靶细胞凋亡，防止其萎缩。止其萎缩。某些二价阳离子（某些二价阳离子（ZnZn+）药物（苯药物（苯巴比妥）病毒（巴比妥）病毒（EBEB）、）、中性氨基酸亦具中性氨基酸亦具抑制细胞凋亡作用。抑制细胞凋亡作用。病理生理学细胞凋亡和疾病242 2、细胞凋亡信号转导、细胞凋亡信号转导 凋亡信号转导系统是连接凋亡诱导因凋亡信号转导系统是连接凋亡诱导因素与素与DNADNA片段化断裂及最终激活细胞死亡片段化断裂及最终激活细胞死亡程序，导致细胞结构蛋白降解的中间环节。

19、程序，导致细胞结构蛋白降解的中间环节。这个系统的特点是：这个系统的特点是：多样性：多样性：即不同种即不同种类的细胞有不同的信号转导系统；类的细胞有不同的信号转导系统；病理生理学细胞凋亡和疾病25偶联性：偶联性：即死亡信号的转导系统与细胞增殖、即死亡信号的转导系统与细胞增殖、分化过程中的信号转导系统在某些环节上有交分化过程中的信号转导系统在某些环节上有交叉；因此同一个信号，在不同条件下既可引起叉；因此同一个信号，在不同条件下既可引起凋亡，也可刺激增殖；凋亡，也可刺激增殖；同一性：同一性：即不同的即不同的凋亡诱导因素可以通过同一信号转导系统触发凋亡诱导因素可以通过同一信号转导系统触发细胞凋亡。细胞

20、凋亡。多途径：多途径：即同一凋亡诱导因素可即同一凋亡诱导因素可经过多条信号转导途径触发凋亡。经过多条信号转导途径触发凋亡。病理生理学细胞凋亡和疾病26（1 1）死亡因子介导的细胞凋亡）死亡因子介导的细胞凋亡 TNFTNF受体家族至少受体家族至少1212个成员，为个成员，为I I型膜蛋白。型膜蛋白。TNFTNF受体家族中的受体家族中的FasFas蛋白蛋白（膜受体）可与淋巴细胞表面（膜受体）可与淋巴细胞表面FasFas配体（配体（Fas ligandFas ligand）或抗或抗FasFas抗体结合抗体结合 以三聚体形式与邻细胞的以三聚体形式与邻细胞的fasfas结合，结合，并诱导受体的三聚化，激

21、活的受体通过与多种具有死并诱导受体的三聚化，激活的受体通过与多种具有死亡域的受体连接蛋白结合，形成死亡诱导信号复合体亡域的受体连接蛋白结合，形成死亡诱导信号复合体（DISCDISC），），同时激活同时激活caspasecaspase级联反应，诱发细胞凋级联反应，诱发细胞凋亡。亡。TNFTNF被称为死亡因子（被称为死亡因子（death factordeath factor）,作用的受作用的受体被称为死亡受体（体被称为死亡受体（DRDR）。）。同受体结合后通过些接头同受体结合后通过些接头蛋白活化蛋白活化caspasecaspase导致细胞凋亡导致细胞凋亡病理生理学细胞凋亡和疾病27（3）cAMP/

22、PKA 信号系统信号系统 糖皮质激素淋巴细胞糖皮质激素淋巴细胞 Ca+/Ca+调蛋白调蛋白 cAMP PKA 细胞凋亡细胞凋亡（2）胞内胞内Ca+信号系统信号系统:胞内胞内Ca+(+)Ca+依赖性谷氨酰胺转移酶依赖性谷氨酰胺转移酶活化转录因子活化转录因子 细胞凋亡细胞凋亡病理生理学细胞凋亡和疾病28（4）神经酰胺介导的细胞凋亡）神经酰胺介导的细胞凋亡 神经酰胺是神经酰胺是细胞凋亡信号调控中的第二信使分子，许多诱细胞凋亡信号调控中的第二信使分子，许多诱导和刺激因素能激活细胞膜上神经鞘磷脂酶，导和刺激因素能激活细胞膜上神经鞘磷脂酶，引起细胞膜上神经引起细胞膜上神经鞘磷脂鞘磷脂水解产生水解产生神经酰

23、胺神经酰胺。有人用维生素有人用维生素D3处理处理HL-60白血病细胞后，该白血病细胞后，该细胞出现早期的和可逆的神经鞘磷脂水解，同细胞出现早期的和可逆的神经鞘磷脂水解，同时伴有神经酰胺升高，随后发生细胞凋亡。时伴有神经酰胺升高，随后发生细胞凋亡。病理生理学细胞凋亡和疾病29抗肿瘤药物红必霉素可激活神经酰胺合抗肿瘤药物红必霉素可激活神经酰胺合成酶引起神经酰胺升高，诱导细胞凋亡。成酶引起神经酰胺升高，诱导细胞凋亡。许多刺激因子如许多刺激因子如TNF、Fas、离子射线、离子射线、IL-1、免疫分子、热休克蛋白、激素、免疫分子、热休克蛋白、激素、抗癌药（红必霉素、长春碱）和活性氧抗癌药（红必霉素、长春

24、碱）和活性氧等能激活神经鞘磷脂产生神经酰胺，诱等能激活神经鞘磷脂产生神经酰胺，诱导多种细胞发生凋亡。导多种细胞发生凋亡。病理生理学细胞凋亡和疾病30神经酰氨神经酰氨 鞘氨醇鞘氨醇 1磷酸鞘氨醇（磷酸鞘氨醇（SPP)传递增殖信号传递增殖信号 抗凋亡抗凋亡细胞凋亡细胞凋亡水解水解 激酶激酶病理生理学细胞凋亡和疾病31（6）PTK信号系统信号系统 对细胞凋亡起负调控作用，神经、表皮生对细胞凋亡起负调控作用，神经、表皮生长因子与其受体结合，激活该系统，促进长因子与其受体结合，激活该系统，促进细胞分化。细胞分化。阻断该途径引起细胞凋亡阻断该途径引起细胞凋亡。（5）二酰甘油）二酰甘油/PKC 信号系统信号

25、系统 激活的激活的PKC可引起白血病细胞发生凋亡可引起白血病细胞发生凋亡病理生理学细胞凋亡和疾病32（7 7）p53p53+基因触发的细胞凋亡基因触发的细胞凋亡 p53p53在射线在射线所致的、化学损伤的所致的、化学损伤的DNADNA损伤和生存必需因子短损伤和生存必需因子短缺等触发细胞凋亡过程中起重要作用。也参与缺等触发细胞凋亡过程中起重要作用。也参与病毒感染、细胞癌基因异常表达或某些肿瘤抑病毒感染、细胞癌基因异常表达或某些肿瘤抑制基因产物缺乏所诱发的凋亡。制基因产物缺乏所诱发的凋亡。p53p53可使可使BaxBax表表达增加，促进凋亡发生达增加，促进凋亡发生病理生理学细胞凋亡和疾病33（8

26、8）线粒体损伤启动的细胞凋亡）线粒体损伤启动的细胞凋亡 19931993年年JacobsonJacobson等人发现用溴化乙锭除去线粒等人发现用溴化乙锭除去线粒体体DNADNA，诱导人成纤维细胞凋亡，表明线粒体，诱导人成纤维细胞凋亡，表明线粒体在细胞凋亡中起重要作用，在细胞凋亡中线粒在细胞凋亡中起重要作用，在细胞凋亡中线粒体功能损伤表现为：线粒体膜通透性增高，内体功能损伤表现为：线粒体膜通透性增高，内膜的跨膜电位下降，能量合成水平显著降低膜的跨膜电位下降，能量合成水平显著降低等，从而启动细胞凋亡。等，从而启动细胞凋亡。病理生理学细胞凋亡和疾病343 3、调亡相关基因及调控、调亡相关基因及调控细

27、胞凋亡是级联式基因表达的结果，已知细胞细胞凋亡是级联式基因表达的结果，已知细胞凋亡相关基因多达数十种，根据其功能不同，凋亡相关基因多达数十种，根据其功能不同，分为三大类：分为三大类：抑制凋亡基因抑制凋亡基因，例如，例如Bcl-2Bcl-2、EIBEIB和和IAPIAP；促进凋亡的基因促进凋亡的基因，例如，例如p53p53、FasFas等；等；双向调控基因双向调控基因，例如，例如c-mycc-myc、BclxBclx。正正常情况下前二类基因处于动态的平衡，以确保常情况下前二类基因处于动态的平衡，以确保细胞生死有序。目前已发现多种基因编码的产细胞生死有序。目前已发现多种基因编码的产物参与了调亡的发

28、生和调控，研究得较多的是物参与了调亡的发生和调控，研究得较多的是Bcl-2Bcl-2、p53p53等。等。病理生理学细胞凋亡和疾病35（1）Bcl-2 是是B细胞瘤细胞瘤/白血病白血病-2的基因缩的基因缩写，是讫今研究的最深入、广泛的抑制凋亡基写，是讫今研究的最深入、广泛的抑制凋亡基因之一，最早从小鼠因之一，最早从小鼠B细胞瘤中分离出来，是细胞瘤中分离出来，是一种细胞内膜蛋白，主要定位于线粒体、内质一种细胞内膜蛋白，主要定位于线粒体、内质网、核膜。至今已相继发现至少网、核膜。至今已相继发现至少20个存在于哺个存在于哺乳动物的乳动物的Bcl-2同源蛋白。其中，一些属于凋同源蛋白。其中，一些属于凋

29、亡亡抑制蛋白如抑制蛋白如Bcl-2、Bcl-XL、Bcl-w、Bcl-G等，等，一些则一些则具有凋亡诱导活性具有凋亡诱导活性如如Bax、Bak、Bid、Bim、Bik、Bcl-B、Bcl-Xs等。等。病理生理学细胞凋亡和疾病36 Bcl-2家族成员主要包含两大结构域，即位于家族成员主要包含两大结构域，即位于羧基端的羧基端的跨膜结构域跨膜结构域（TM）和数量不等（和数量不等（14个）个）的的Bcl-2同源结构域同源结构域（Bcl-2 homology，BH）。）。根根据结构特点的不同，据结构特点的不同，Bcl-2家族可划分为三个分别家族可划分为三个分别以以Bcl-2;Bax和和BH3-only域

30、蛋白（域蛋白（Bik）为代表的亚）为代表的亚类。类。病理生理学细胞凋亡和疾病37 Bax Bax由由192192氨基酸组成，与氨基酸组成，与Bcl-2Bcl-2的同源性为的同源性为21%21%，Bcl-2Bcl-2与与BaxBax在体内可形成异二聚体，但在体内可形成异二聚体，但BaxBax与与Bcl-2Bcl-2的作用完全相反，的作用完全相反，Bax/BaxBax/Bax二聚体二聚体在体内过量表达时，可促进细胞凋亡，而在体内过量表达时，可促进细胞凋亡，而Bcl-Bcl-2 2的抑制凋亡功能可能通过与的抑制凋亡功能可能通过与BaxBax形成异二聚体形成异二聚体而实现。而实现。Bcl-2Bcl-2

31、家族可决定细胞生死存亡。家族可决定细胞生死存亡。病理生理学细胞凋亡和疾病38 Bcl-2Bcl-2高表达可导致肿瘤细胞对射线、抗癌药高表达可导致肿瘤细胞对射线、抗癌药物的耐受性增强。物的耐受性增强。Bcl-2Bcl-2抗凋亡机制：抗凋亡机制：直接抗氧化；直接抗氧化；抑制线粒体释放促凋亡蛋白质；抑制线粒体释放促凋亡蛋白质；抑制凋亡诱导蛋白抑制凋亡诱导蛋白BaxBax、BakBak的细胞毒作用；的细胞毒作用；抑制凋亡蛋白酶（抑制凋亡蛋白酶（caspasescaspases）的激活；的激活；维持细胞钙稳态。维持细胞钙稳态。病理生理学细胞凋亡和疾病39（2 2）FasFas Fas Fas基因对细胞凋

32、亡有促进作基因对细胞凋亡有促进作用，用，FasFas与其配体（与其配体（FaslFasl）的相互作用是引的相互作用是引起细胞凋亡的主要途径之一。起细胞凋亡的主要途径之一。FasFas蛋白属于蛋白属于TNFTNF受体家族，受体家族，FasFas与其细胞表面配体与其细胞表面配体FaslFasl的的结合，可诱导酪氨酸激酶活化使多种细胞蛋结合，可诱导酪氨酸激酶活化使多种细胞蛋白的酪氨酸磷酸化，介导白的酪氨酸磷酸化，介导DNADNA裂解。裂解。有资料表明外周血有资料表明外周血T T、B B细胞中，细胞中，Bcl-2Bcl-2的的表达下降，而表达下降，而FasFas表达显著升高，提出表达显著升高，提出Bc

33、l-2Bcl-2具有抑制具有抑制FasFas介导的凋亡作用。介导的凋亡作用。病理生理学细胞凋亡和疾病40（3 3）p53p53 因编码因编码53 53 KDKD蛋白质而得名，在蛋白质而得名，在细胞细胞G G1 1期监视细胞基因组的完整性，如期监视细胞基因组的完整性，如DNADNA遭损伤，遭损伤，p53p53蛋白可阻止细胞进入细胞周蛋白可阻止细胞进入细胞周期或与之结合使期或与之结合使DNADNA得到修复，如修复失败得到修复，如修复失败则启动细胞凋亡。则启动细胞凋亡。p53p53如何使细胞生长停滞如何使细胞生长停滞在在G G1 1期与决定细胞走向死亡有机的结合起期与决定细胞走向死亡有机的结合起关健

34、作用，但关健作用，但p53p53究竟是如何把此两个功能究竟是如何把此两个功能精确地结合起来，现在还是个谜。精确地结合起来，现在还是个谜。病理生理学细胞凋亡和疾病41（4 4）C-mycC-myc、Bcl-xBcl-x 已发现很多原癌基已发现很多原癌基因与细胞凋亡过程有关，如因与细胞凋亡过程有关，如c-fos jun maxc-fos jun max、bcr-ablbcr-abl等，等，c-mycc-myc是调控细胞周期的主要基是调控细胞周期的主要基因，是一种转录调节基因，既是可介导细胞因，是一种转录调节基因，既是可介导细胞增殖的基因，也是可介导细胞凋亡的基因，增殖的基因，也是可介导细胞凋亡的基

35、因，取决于细胞接受的何种信号及所处的生长环取决于细胞接受的何种信号及所处的生长环境。研究表明境。研究表明,在在缺乏生长因子时缺乏生长因子时c-mycc-myc才诱才诱导细胞凋亡，导细胞凋亡，否则其功能仍呈增殖否则其功能仍呈增殖状态。基状态。基因表达与其他致癌因素同存时为增殖作用，因表达与其他致癌因素同存时为增殖作用，与其他抑癌条件共存时就导致细胞凋亡。与其他抑癌条件共存时就导致细胞凋亡。病理生理学细胞凋亡和疾病42 Bcl-x，由由241氨基酸残基组成，与人氨基酸残基组成，与人Bcl-2基因同源性达基因同源性达74%，其由于，其由于mRNA剪切方式不剪切方式不同可产生两种大小不同同可产生两种大

36、小不同Bclx蛋白，大分子蛋白，大分子（Bcl-XL）含有含有Bcl-2的二个同源结构域（的二个同源结构域（BH1和和BH2）其功能与其功能与Bcl-2相似，可以抑制细胞凋相似，可以抑制细胞凋亡；亡；Bcl-x的小分子蛋白（的小分子蛋白（Bcl-Xs）缺少缺少BH1和和BH2同源区，其功能与同源区，其功能与Bcl-2相反，可以促进细相反，可以促进细胞凋亡，胞凋亡，mRNA的剪切加工是的剪切加工是Bcl-x产生抑制产生抑制或促进细胞凋亡的关健控制点。或促进细胞凋亡的关健控制点。病理生理学细胞凋亡和疾病43、吞噬细胞对凋亡细胞的吞噬、吞噬细胞对凋亡细胞的吞噬吞噬细胞受体识别凋亡细胞，凋亡细胞有相应

37、标记吞噬细胞受体识别凋亡细胞，凋亡细胞有相应标记（）吞噬细胞凝集素作用（）吞噬细胞凝集素作用吞噬细胞吞噬细胞植物凝集素植物凝集素凋亡细胞凋亡细胞N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺N-乙酰半乳糖乙酰半乳糖半乳糖半乳糖病理生理学细胞凋亡和疾病44（）血小板反应蛋白（）血小板反应蛋白(TSP)介导吞噬介导吞噬吞噬细胞分泌的吞噬细胞分泌的TSP黏附巨噬细胞在凋亡细胞间黏附巨噬细胞在凋亡细胞间形成分子桥，介导对凋亡细胞的吞噬形成分子桥，介导对凋亡细胞的吞噬（）磷脂酰丝氨酸受体的作用（）磷脂酰丝氨酸受体的作用凋亡细胞凋亡细胞膜内层磷脂酰丝氨酸暴露膜内层磷脂酰丝氨酸暴露巨噬细胞巨噬细胞磷脂酰丝氨酸受体磷脂酰丝氨酸

38、受体吞噬吞噬病理生理学细胞凋亡和疾病45三、细胞凋亡的发生机制三、细胞凋亡的发生机制 （一）氧化损伤在细胞凋亡中的作用（一）氧化损伤在细胞凋亡中的作用 各种各种OFROFR氧化剂破坏机体正常的氧氧化剂破坏机体正常的氧化化/还原动态平衡，造成生物大分子核还原动态平衡，造成生物大分子核酸、蛋白、脂质）氧化损伤，形成严酸、蛋白、脂质）氧化损伤，形成严重氧化应激（重氧化应激（oxid five stressoxid five stress）状状态，诱导细胞凋亡态，诱导细胞凋亡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 病理生理学细胞凋亡和疾病461 1、OFR DNAOFR DNA损

39、伤损伤 （）（）p53 p53 细胞凋亡细胞凋亡 2 2、OFR DNAOFR DNA损伤损伤 NAD NAD ATP ATP细胞凋亡细胞凋亡 3 3、OFR OFR 膜脂质过氧化膜脂质过氧化细胞凋亡细胞凋亡 钙内流钙内流 4 4、OFROFR（+）Ca Ca+/mg/mg+依赖性核酸内切酶依赖性核酸内切酶5 5、氧化应激、氧化应激NFBNFB和和Ap-1Ap-1，凋亡相关凋亡相关 基因表达基因表达细胞凋亡细胞凋亡消耗消耗病理生理学细胞凋亡和疾病47（二）钙稳态失衡在细胞凋亡中作用（二）钙稳态失衡在细胞凋亡中作用 1、细胞钙失衡可激活、细胞钙失衡可激活Ca+/mg+依赖核依赖核 酸内切酶，降解

40、酸内切酶，降解DNA。2、钙失衡激活谷氨酰胺转移酶，催化胞、钙失衡激活谷氨酰胺转移酶，催化胞内肽链酰基转移，在肽链间形成共价链，内肽链酰基转移，在肽链间形成共价链，细胞骨架交联，有利于凋亡小体形成。细胞骨架交联，有利于凋亡小体形成。病理生理学细胞凋亡和疾病483、激活核转录因子，增加凋亡相、激活核转录因子，增加凋亡相 关基因转录。关基因转录。4 4、胞内、胞内CaCa+DNA DNA链展开，暴露链展开，暴露 核小体酶切位点，核小体酶切位点，DNADNA易被酶切割。易被酶切割。病理生理学细胞凋亡和疾病49（三）线粒体损伤在细胞凋亡中的作用（三）线粒体损伤在细胞凋亡中的作用 线粒体功能改变在细胞凋

41、亡的发生中起关键线粒体功能改变在细胞凋亡的发生中起关键性作用：抑制线粒体的三羧酸循环或呼吸链功性作用：抑制线粒体的三羧酸循环或呼吸链功能即可引起细胞凋亡；线粒体内膜通透性可增能即可引起细胞凋亡；线粒体内膜通透性可增大，线粒体内膜的跨膜电位下降，能量合成水大，线粒体内膜的跨膜电位下降，能量合成水平显著降低，在细胞核出现凋亡性改变之前，平显著降低，在细胞核出现凋亡性改变之前，常常先有线粒体跨膜电位的降低。已证明，阻常常先有线粒体跨膜电位的降低。已证明，阻止线粒体的通透性改变（止线粒体的通透性改变（permeabililty transition，PT）可以防止细胞凋亡。可以防止细胞凋亡。病理生理学

42、细胞凋亡和疾病50 线粒体膜功能和结构上的完整性破坏引起细线粒体膜功能和结构上的完整性破坏引起细胞凋亡的可能机制是：线粒体内、外膜之间的胞凋亡的可能机制是：线粒体内、外膜之间的通透性转换孔（通透性转换孔（PTPPTP）是一种蛋白复合物，具是一种蛋白复合物，具有调节线粒体膜通透性作用。正常情况下，绝有调节线粒体膜通透性作用。正常情况下，绝大多数大多数PTPPTP处于关闭状态。当线粒体跨膜电位处于关闭状态。当线粒体跨膜电位在各种凋亡诱导因素作用下降低时在各种凋亡诱导因素作用下降低时PTPPTP开放，开放，导致线粒体膜通透性增大，使细胞凋亡启动因导致线粒体膜通透性增大，使细胞凋亡启动因子如：细胞色素

43、子如：细胞色素C C、凋亡蛋白酶激活因子凋亡蛋白酶激活因子（ApafApaf）和和凋亡诱导因子（凋亡诱导因子（AIFAIF）等从线粒体等从线粒体内释放出来，促进细胞凋亡。内释放出来，促进细胞凋亡。病理生理学细胞凋亡和疾病51 Bcl-2 Bcl-2具有恢复跨膜电位和调节具有恢复跨膜电位和调节PTPPTP功能功能的作用，因而可阻止上述凋亡启动因子从线的作用，因而可阻止上述凋亡启动因子从线粒体向外释放，切断了细胞凋亡级联式反应粒体向外释放，切断了细胞凋亡级联式反应中的关键性环节，所以具有很强的抗细胞凋中的关键性环节，所以具有很强的抗细胞凋亡的作用。亡的作用。氧化损伤、钙稳态失衡、线粒体损伤三氧化损

44、伤、钙稳态失衡、线粒体损伤三者在细胞凋亡的发生上既可单独启动，又者在细胞凋亡的发生上既可单独启动，又可联合作用，近来有人把它们合而为一，可联合作用，近来有人把它们合而为一，提出了细胞凋亡的网络假说。提出了细胞凋亡的网络假说。病理生理学细胞凋亡和疾病52病理生理学细胞凋亡和疾病53四、细胞凋亡与疾病四、细胞凋亡与疾病 （一）细胞凋亡不足（一）细胞凋亡不足 1、肿瘤、肿瘤 在肿瘤的研究与治疗中，人们一在肿瘤的研究与治疗中，人们一直在试图阐明肿瘤细胞是如何接受异常刺激直在试图阐明肿瘤细胞是如何接受异常刺激信号而无限增殖的，尽管取得不少成果，发信号而无限增殖的，尽管取得不少成果，发现一系列癌基因和抑癌

45、基因，但至今未取得现一系列癌基因和抑癌基因，但至今未取得突破性进展。目前已认识到细胞增殖过度是突破性进展。目前已认识到细胞增殖过度是肿瘤发病的一个途径，而凋亡受抑、细胞死肿瘤发病的一个途径，而凋亡受抑、细胞死亡不足是肿瘤发病的另一途径，结果导致亡不足是肿瘤发病的另一途径，结果导致病理生理学细胞凋亡和疾病54病变组织内肿瘤细胞存活延长，使群体细胞内病变组织内肿瘤细胞存活延长，使群体细胞内存活与死亡的平衡破坏，许多肿瘤组织中存活与死亡的平衡破坏，许多肿瘤组织中Bcl-2基因表达显著高于周围正常组织，提示肿瘤基因表达显著高于周围正常组织，提示肿瘤与细胞凋亡减弱有关。如前所述与细胞凋亡减弱有关。如前所

46、述p53基因是目基因是目前最受关注的抑癌基因，作为转录调节蛋白，前最受关注的抑癌基因，作为转录调节蛋白，p53即上调细胞凋亡的促进因子即上调细胞凋亡的促进因子Bax，又能抑又能抑制细胞周期的进展，并修复损伤的制细胞周期的进展，并修复损伤的DNA。病理生理学细胞凋亡和疾病55许 多 应 激 信 号 如许 多 应 激 信 号 如 DNA损 伤、端 粒 磨 损损 伤、端 粒 磨 损（telemere attrition）、癌基因活化和低氧癌基因活化和低氧（hypoxia）等广泛存在于癌症的发生和发等广泛存在于癌症的发生和发展包括肿瘤细胞的侵袭和转移过程中，而这展包括肿瘤细胞的侵袭和转移过程中，而这些

47、信号都能活化些信号都能活化p53基因，基因，p53基因作为防基因作为防止潜的在恶性细胞生长和存活的应激反应信止潜的在恶性细胞生长和存活的应激反应信号途径中枢，在防止肿瘤发生机制中发挥关号途径中枢，在防止肿瘤发生机制中发挥关键作用。当键作用。当p53基因突变或缺失时，肿癌发基因突变或缺失时，肿癌发生发展明显增高。生发展明显增高。病理生理学细胞凋亡和疾病56可能与免疫系统在发育过程中可能与免疫系统在发育过程中未能未能将针对自身抗将针对自身抗原的免疫细胞以凋亡的方式有效清除有关。原的免疫细胞以凋亡的方式有效清除有关。目前认为目前认为类风关类风关、SLE等都同细胞凋亡有关。等都同细胞凋亡有关。糖皮质激

48、素治疗自身免疫病可能机制就是糖皮质激素治疗自身免疫病可能机制就是诱导异常存活的自身免疫性诱导异常存活的自身免疫性T T细胞凋亡。细胞凋亡。病理生理学细胞凋亡和疾病58（二）细胞凋亡过度（二）细胞凋亡过度 1 1、心血管疾病、心血管疾病 近年来研究发现越近年来研究发现越来越多的心血管疾病的发生发展与细胞来越多的心血管疾病的发生发展与细胞凋亡有关。凋亡有关。（1）心肌缺血）心肌缺血再灌流损伤与细胞凋亡再灌流损伤与细胞凋亡病理生理学细胞凋亡和疾病59 有学者将离体大鼠心肌细胞置无氧的培养环有学者将离体大鼠心肌细胞置无氧的培养环境中，发现其在境中，发现其在1212小时后细胞出现凋亡，同时伴小时后细胞出

49、现凋亡，同时伴有有FasFas抗原抗原mRNAmRNA表达的增加，而对照组成纤维细表达的增加，而对照组成纤维细胞在胞在7272小时后的仍然无凋亡，小时后的仍然无凋亡，ItohItoh等观察等观察1919例急例急性心梗者心肌细胞证实：性心梗者心肌细胞证实：心肌细胞除坏死外还存心肌细胞除坏死外还存在凋亡，在凋亡，缺血早期以凋亡为主缺血早期以凋亡为主，晚期以坏死为主，晚期以坏死为主，梗死区梗死区周边细胞凋亡为主周边细胞凋亡为主，中央以坏死为主，中央以坏死为主，急急性严重心梗以坏死为主，慢性轻度则发生细胞凋性严重心梗以坏死为主，慢性轻度则发生细胞凋亡。亡。病理生理学细胞凋亡和疾病60 缺血缺血再灌注损

50、伤引起细胞凋亡机制再灌注损伤引起细胞凋亡机制可能同氧化应激有关可能同氧化应激有关（因（因SODSOD可减轻凋亡）可减轻凋亡）缺血缺氧使缺血缺氧使Fas受体上调，（受体上调，（FasL（配体）与受体反应促进凋亡配体）与受体反应促进凋亡）缺缺O2增加增加p53基因转录基因转录细细胞胞凋凋亡亡病理生理学细胞凋亡和疾病61（2）心衰）心衰 氧化应激氧化应激 负荷增加负荷增加 细胞因子细胞因子 缺血缺氧缺血缺氧 诱导心肌细胞凋亡诱导心肌细胞凋亡 细胞数量减少细胞数量减少 心衰发生发展心衰发生发展病理生理学细胞凋亡和疾病62 2、神经原退行性疾病、神经原退行性疾病 阿尔茨海默病（阿尔茨海默病（ADAD）帕