细胞生物学15细胞凋亡课件.ppt

1、细胞死亡细胞死亡(Cell Death)内容要求 掌握细胞坏死与细胞凋亡的概念及区别掌握细胞坏死与细胞凋亡的概念及区别 掌握细胞凋亡的形态学及生物化学特征掌握细胞凋亡的形态学及生物化学特征 掌握细胞凋亡的生理意义掌握细胞凋亡的生理意义 掌握细胞凋亡的信号传导途径掌握细胞凋亡的信号传导途径 熟悉细胞凋亡的调控机制熟悉细胞凋亡的调控机制 了解细胞凋亡与疾病的关系了解细胞凋亡与疾病的关系内容安排 细胞死亡概述细胞死亡概述 细胞凋亡的信号传递途径细胞凋亡的信号传递途径 细胞凋亡的调控细胞凋亡的调控 细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病（一）细胞死亡概述（一）细胞死亡概述 细胞死亡是细胞生命现象不可逆的停止细胞

2、死亡是细胞生命现象不可逆的停止 细胞死亡可分为：正常死亡与非正常死亡细胞死亡可分为：正常死亡与非正常死亡非正常死亡又称细胞坏死非正常死亡又称细胞坏死（cell necrosis necrosis）由超过细胞可承受强度或阈值的环由超过细胞可承受强度或阈值的环境因子引起和境因子引起和/或由于机体病理状态导致的或由于机体病理状态导致的细胞死亡。细胞死亡。非正常死亡非正常死亡细胞坏死的环境因子细胞坏死的环境因子 物理因素物理因素:高温、低温，高渗、低渗及射线等高温、低温，高渗、低渗及射线等 化学因素：有毒化合物等化学因素：有毒化合物等 生物因素：细菌、病毒等生物因素：细菌、病毒等细胞坏死的病理状态细胞

3、坏死的病理状态 局部缺血局部缺血 高热高热细胞坏死的形态学特征细胞坏死的形态学特征:细胞成群丢失细胞成群丢失 细胞膜不完整细胞膜不完整 细胞肿胀、溶解细胞肿胀、溶解 发生严重炎症反应发生严重炎症反应 被巨噬细胞所吞噬被巨噬细胞所吞噬 溶酶体裂解溶酶体裂解 染色质聚集成块、不均一染色质聚集成块、不均一正常死亡又称程序性细胞死亡正常死亡又称程序性细胞死亡（programmed cell death,PCDprogrammed cell death,PCD）生理或病理条件下，细胞遵循自身程生理或病理条件下，细胞遵循自身程序，由基因决定的、自己主动结束其生命序，由基因决定的、自己主动结束其生命的死亡方

4、式。的死亡方式。正常死亡正常死亡程序性细胞死亡分类程序性细胞死亡分类 PCD-IPCD-I型：型：细胞凋亡（细胞凋亡（apoptosisapoptosis）PCD-IIPCD-II型：非凋亡性程序性死亡型：非凋亡性程序性死亡细胞凋亡 细胞凋亡（细胞凋亡（ApoptosisApoptosis）：）：程序性死亡时具有一系列形态学上固程序性死亡时具有一系列形态学上固定变化的死亡方式。定变化的死亡方式。ApoptosisApoptosis源于希腊语，源于希腊语，apoapo意为意为fromfrom，ptosisptosis意为意为fallfall。用于描述花儿凋谢、树。用于描述花儿凋谢、树叶落下的自然

5、景色。叶落下的自然景色。蝌蚪变成青蛙的过程中尾巴的消失蝌蚪变成青蛙的过程中尾巴的消失 细胞凋亡范例细胞凋亡范例-1人手指间蹼的消失人手指间蹼的消失 细胞凋亡范例细胞凋亡范例-2 基因控制下有序、主动的死亡过程基因控制下有序、主动的死亡过程 能量依赖的死亡过程能量依赖的死亡过程 具有一系列形态学上的固定变化具有一系列形态学上的固定变化细胞凋亡的特点细胞凋亡的特点细胞凋亡的生物学意义细胞凋亡的生物学意义 清除多余的细胞以清除多余的细胞以确保个体正常发育确保个体正常发育 清除受损、突变及衰老细胞以维持内环境清除受损、突变及衰老细胞以维持内环境稳定稳定 阻止病毒感染细胞复制，主动防御阻止病毒感染细胞复

6、制，主动防御细胞凋亡的特征细胞凋亡的特征1.细胞凋亡的形态学特征细胞凋亡的形态学特征2.细胞凋亡的生物化学特征细胞凋亡的生物化学特征2 凋亡小体凋亡小体3 凋亡小体凋亡小体 被上皮细胞被上皮细胞或单核巨噬或单核巨噬细胞识别细胞识别5 单核巨单核巨噬细胞吞噬细胞吞噬噬1 细胞凋细胞凋 亡早期亡早期4 上皮细上皮细胞吞噬胞吞噬 细胞凋亡的形态学特征细胞凋亡的形态学特征细胞凋亡早期的形态学特征细胞凋亡早期的形态学特征 细胞首先变圆，随即与邻周细胞细胞首先变圆，随即与邻周细胞脱离，失去微绒毛，胞浆浓缩，内质脱离，失去微绒毛，胞浆浓缩，内质网扩张呈泡状并与细胞膜融合，核染网扩张呈泡状并与细胞膜融合，核染

7、色质密度增高，凝聚在核膜周边。色质密度增高，凝聚在核膜周边。凋亡小体凋亡小体 核染色质断裂为大小不等的片段，与核染色质断裂为大小不等的片段，与某些细胞器如线粒体一起聚集，为反折的某些细胞器如线粒体一起聚集，为反折的细胞膜所包围。从外观上看，细胞表面产细胞膜所包围。从外观上看，细胞表面产生了许多泡状或芽状突起。分离形成单个生了许多泡状或芽状突起。分离形成单个的凋亡小体（的凋亡小体（apoptotic body）a 正常细胞正常细胞 b（左）（左）凋亡细胞凋亡细胞(扫描电镜扫描电镜)b（右）（右）凋亡细胞凋亡细胞(透射电镜透射电镜）A 坏死细胞坏死细胞B 凋亡细胞凋亡细胞细胞凋亡与细胞坏死细胞凋亡

8、与细胞坏死3.SEM of a necrotic cell.Numerous lesions appear on the cell surface.4.SEM of an apoptotic cell.Surface blebbing is evident.细胞凋亡与细胞坏死细胞凋亡与细胞坏死细细 胞胞 凋凋 亡亡 细胞细胞 坏坏 死死1.1.单个细胞丢失单个细胞丢失 细胞成群丢失细胞成群丢失2.2.细胞膜发泡但仍完整细胞膜发泡但仍完整 细胞膜不完整细胞膜不完整3.3.细胞膜内陷将细胞细胞膜内陷将细胞 细胞肿胀、溶解细胞肿胀、溶解 分割成凋亡小体分割成凋亡小体 4.4.不发生炎症反应不发生炎症

9、反应 发生严重炎症反应发生严重炎症反应5.5.被邻近正常细胞被邻近正常细胞 被巨噬细胞所吞噬被巨噬细胞所吞噬或吞噬细胞所吞噬或吞噬细胞所吞噬6.6.溶酶体完整溶酶体完整 溶酶体裂解溶酶体裂解7.7.染色质均一凝集染色质均一凝集 染色质聚集成块、不均一染色质聚集成块、不均一细胞凋亡与坏死在形态学上的差别细胞凋亡与坏死在形态学上的差别细胞凋亡的生物化学特征细胞凋亡的生物化学特征 凋亡细胞膜上凋亡细胞膜上出出现现一些一些标志性变化标志性变化:细胞膜上的磷脂酰丝氨酸细胞膜上的磷脂酰丝氨酸(PS)由膜内侧翻到膜外表面由膜内侧翻到膜外表面 胞质内：胞质内：蛋白酶活化，发生级联反应（蛋白酶活化，发生级联反应

10、（cascade）,并伴随有能量消耗、新基因转录或蛋白质合成并伴随有能量消耗、新基因转录或蛋白质合成 DNA片段化：片段化：细胞核内染色质细胞核内染色质DNA被核酸内切酶被核酸内切酶降解。从凋亡细胞中提取的降解。从凋亡细胞中提取的DNA在琼脂糖凝胶电泳中在琼脂糖凝胶电泳中呈梯状呈梯状(DNA ladder)。细胞凋亡的生物化学特征细胞凋亡的生物化学特征细胞凋亡与细胞坏死在生物化学上的区别细胞凋亡与细胞坏死在生物化学上的区别细胞凋亡细胞凋亡 细胞坏死细胞坏死生理因素诱导生理因素诱导 非生理因素造成的意外损伤非生理因素造成的意外损伤膜上磷脂酰丝氨酸外翻膜上磷脂酰丝氨酸外翻 膜上磷脂酰丝氨酸不外翻膜

11、上磷脂酰丝氨酸不外翻受大分子合成和受大分子合成和 离子稳态调节丧失离子稳态调节丧失激活过程的调控激活过程的调控 需要能量需要能量 不需要能量不需要能量需要大分子合成需要大分子合成 不需要大分子合成不需要大分子合成有新基因转录有新基因转录 没有新基因转录没有新基因转录染色质染色质DNA非随机非随机 染色质染色质DNA被随机降解被随机降解降解为降解为DNA ladder 程序性细胞死亡中不表现细胞凋亡程序性细胞死亡中不表现细胞凋亡形态学特征的死亡方式。形态学特征的死亡方式。如烟草幼鹰蛾蜕变时，其幼虫肌细如烟草幼鹰蛾蜕变时，其幼虫肌细胞的死亡。胞的死亡。非凋亡性程序性死亡非凋亡性程序性死亡 （二）（

12、二）细胞凋亡的信号传递途径细胞凋亡的信号传递途径 一系列连续的生化反应，即生物大分一系列连续的生化反应，即生物大分子激活与细胞凋亡效应的偶联反应。子激活与细胞凋亡效应的偶联反应。分为膜受体通路与线粒体通路两类。分为膜受体通路与线粒体通路两类。细胞凋亡的信号传递过程细胞凋亡的信号传递过程 细胞凋亡信号诱导细胞内起始蛋白酶活化细胞凋亡信号诱导细胞内起始蛋白酶活化 无活性的蛋白酶原顺序活化无活性的蛋白酶原顺序活化 细胞核内染色体细胞核内染色体DNA断裂断裂膜受体通路膜受体通路 细胞外信号刺激细胞膜上死亡受体而激活细胞外信号刺激细胞膜上死亡受体而激活半胱氨酸蛋白酶介导的细胞凋亡途径。半胱氨酸蛋白酶介导

13、的细胞凋亡途径。又称为外源性途径（又称为外源性途径（extrinsic pathway）或）或死亡受体途径（死亡受体途径（death receptor pathway）死亡受体死亡受体（Death Receptor）结构）结构胞外区胞外区:结构相似，含多个富含半胱氨酸的保守序列。结构相似，含多个富含半胱氨酸的保守序列。胞内区胞内区:含一段约含一段约90个氨基酸残基组成的基序个氨基酸残基组成的基序（motif），），称为称为死亡结构域死亡结构域(death domain，DD)。DD不具有任何酶活性，但可与具有相似死亡结构域不具有任何酶活性，但可与具有相似死亡结构域（DD）的蛋白质结合。）的蛋白

14、质结合。死亡受体死亡受体TNFR-1:肿瘤坏死因子受体肿瘤坏死因子受体Fas (又称又称CD95)：FasL 受体受体TRAILR：TNF相关凋亡诱导配体的受体相关凋亡诱导配体的受体死亡受体的配体死亡受体的配体 同源三聚体复合物，可结合同源三聚体复合物，可结合3个受体分子个受体分子 诱导受体分子上的诱导受体分子上的3个死亡功能区相聚成簇个死亡功能区相聚成簇 吸引胞质衔接蛋白（吸引胞质衔接蛋白（adaptor protein)靠近靠近衔接蛋白衔接蛋白 含有与死亡受体死亡结构域结合位点含有与死亡受体死亡结构域结合位点DD 结合死亡受体，转导死亡受体信号结合死亡受体，转导死亡受体信号 含有死亡效应结

15、构域含有死亡效应结构域(death effecter domain，DED)，与与Procaspase-8结合，使其自我剪切，结合，使其自我剪切，转变成有活性的酶蛋白。转变成有活性的酶蛋白。衔接蛋白衔接蛋白 FADD（Fas-associated death domain）：Fas相关死亡结构域蛋白相关死亡结构域蛋白 TRADD(TNF receptor associated death domain protein)：TNF受体相关死亡结构域蛋白受体相关死亡结构域蛋白细胞凋亡通路细胞凋亡通路细胞凋亡的效应分子细胞凋亡的效应分子 Caspases(Cysteinal-aspartic-acid

16、 proteases):胱天蛋白酶，特异性水解底物胱天蛋白酶，特异性水解底物天冬氨酸天冬氨酸C端肽键端肽键 细胞凋亡的过程即细胞凋亡的过程即Caspase不可逆有限水解底不可逆有限水解底物的级联放大反应过程。物的级联放大反应过程。Caspases 凋亡启动亚类凋亡启动亚类Caspase（Initiator caspase）：）：Caspase8，9。凋亡效应亚类凋亡效应亚类Caspase（Effector caspase）：Caspase3，6，7。Caspase的活化的活化Caspase的效应机制的效应机制 裂解裂解ICAD ICAD（inhibitor of caspase-inhibit

17、or of caspase-activated deoxyribonuleaseactivated deoxyribonulease），破坏，破坏细胞抗凋亡因素。细胞抗凋亡因素。直接破坏细胞结构，如裂解核纤层。直接破坏细胞结构，如裂解核纤层。抑制多种与抑制多种与DNADNA、RNARNA功能有关的蛋白，使功能有关的蛋白，使细胞的增殖与复制受阻并发生凋亡。细胞的增殖与复制受阻并发生凋亡。Caspase的效应机制的效应机制细胞凋亡通路细胞凋亡通路 细胞凋亡的膜受体通路细胞凋亡的膜受体通路 死亡受体的配体死亡受体的配体+死亡受体死亡受体 +衔接蛋白衔接蛋白 凋亡诱导复合物（凋亡诱导复合物（DISC）

18、胞质中游离的胞质中游离的caspase8聚集到这个复合物上聚集到这个复合物上 caspase8充足充足 caspase8不足不足 死亡受体活化，细胞凋亡死亡受体活化，细胞凋亡 切切 割割Bid tBid 进入线粒体进入线粒体 CtyC 释放释放 线粒体通路线粒体通路 细胞受到损伤或发生应激反应时，从细胞内细胞受到损伤或发生应激反应时，从细胞内部诱导胱天蛋白酶原聚集、活化而使细胞凋部诱导胱天蛋白酶原聚集、活化而使细胞凋亡，称为线粒体通路。亡，称为线粒体通路。又称为内源性途径（又称为内源性途径（）或）或应激途径（应激途径（）线粒体改变线粒体改变 线粒体膜通透性增加线粒体膜通透性增加 跨膜电位下降跨

19、膜电位下降 膜孔增大，导致线粒体内电子载体蛋白膜孔增大，导致线粒体内电子载体蛋白 细胞色素细胞色素C释放释放线粒体通路过程线粒体通路过程 细胞受到损伤或发生应激反应时线粒体细胞受到损伤或发生应激反应时线粒体细胞色素细胞色素C释放释放 凋亡体组装形成凋亡体组装形成 凋亡体活化胱天蛋白酶凋亡体活化胱天蛋白酶-9 胱天蛋白酶级联反应，诱导凋亡胱天蛋白酶级联反应，诱导凋亡 凋亡体凋亡体(apoptosome)CytCCytC Apaf-1Apaf-1(凋亡蛋白酶活化因子凋亡蛋白酶活化因子a apoptosis poptosis p protease rotease a activating ctiva

20、ting f factor 1)actor 1)脱氧三磷酸腺苷脱氧三磷酸腺苷 多个多个Procaspase-9Procaspase-9 凋亡体凋亡体 2.细胞凋亡的线粒体通路细胞凋亡的线粒体通路三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控细胞凋亡的调控细胞凋亡的调控Bcl-2亚家族：亚家族：Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1、A1。Bcl-2亚家族成员亚家族成员抑制细胞凋亡抑制细胞凋亡Bax亚家族亚家族：Bax、Bak、Bok，它们的作用与它们的作用与Bcl-2亚家族的作用相反，可亚家族的作用相反，可促进细促进细胞凋亡。胞凋亡。BH3亚家族亚家族：Bik、Blk、Hrk、BNIP3、Bi

21、ml、Bad、Bid；仅有仅有BH3结构域。它们的作用也与结构域。它们的作用也与Bcl-2亚家族的作用相亚家族的作用相反，可反，可促进细胞凋亡促进细胞凋亡。Bcl-2家族成员家族成员 调节线粒体通透性转换孔道调节线粒体通透性转换孔道（mitochondrial permeability transition pore）：）：包括位于线粒体外膜包括位于线粒体外膜的的VDAC和内膜的和内膜的ANT VDAC（voltage-dependent anion channel）：）：电压依赖的离子通道电压依赖的离子通道 ANT（adenine nucleotide translocator）：）：腺嘌呤

22、核苷酸转位酶腺嘌呤核苷酸转位酶 孔道开放，孔道开放，Cyto c等小分子物质可释放到细胞质中。等小分子物质可释放到细胞质中。Bcl-2Bcl-2家族作用机制家族作用机制 Bcl-2/Bcl-xL和和Bax/Bak 与与VDAC 相互作用，改变线粒相互作用，改变线粒体膜的通透性。体膜的通透性。Bcl-2 and Bcl-xL关闭关闭该转运孔道，调节膜电位上升，该转运孔道，调节膜电位上升，降低膜通透性，防止降低膜通透性，防止Cyto c释放，抑制细胞凋亡。释放，抑制细胞凋亡。Bax 和和 Bak 等可等可打开打开该孔道，促使该孔道，促使Cyto c 释放。释放。Bcl-2家族家族四、细胞凋亡与人类

23、疾病四、细胞凋亡与人类疾病 细胞凋亡受抑制有关的疾病：细胞凋亡受抑制有关的疾病：恶性肿瘤恶性肿瘤:滤泡性淋巴瘤、乳腺癌、白血病等滤泡性淋巴瘤、乳腺癌、白血病等 自身免疫性疾病：系统性红斑狼疮、肾炎自身免疫性疾病：系统性红斑狼疮、肾炎 病毒感染性疾病：腺病毒病、庖疹病毒病病毒感染性疾病：腺病毒病、庖疹病毒病 细胞凋亡增多有关的疾病：细胞凋亡增多有关的疾病：艾滋病：艾滋病：神经变性性疾病：早老性迟呆、帕金森病、小脑退化病神经变性性疾病：早老性迟呆、帕金森病、小脑退化病 骨髓发育不全性疾病骨髓发育不全性疾病 缺血性疾病缺血性疾病 酒精中毒性肝炎酒精中毒性肝炎答疑安排 答疑时间：答疑时间：201320

24、13年年7 7月月2 2日，星期二，上午日，星期二，上午1010：00-1100-11：0000 答疑地点：答疑地点：细胞楼三层实验室。细胞楼三层实验室。考试题型：考试题型：单项选择题、名词解释及简答题单项选择题、名词解释及简答题考试安排 考试时间：考试时间：20132013年年7 7月月8 8日，星期一，上午日，星期一，上午8 8：30-1030-10：3030 考试地点：考试地点：逸夫楼逸夫楼414414教：口腔教：口腔1111级级-2-2班班 逸夫楼逸夫楼508508教：教：1111级医实、医检班级医实、医检班Molecular Biology of the Cell.4th Edition.细胞生物学翟中和等细胞生物学翟中和等.参考资料：参考资料：思考题1.1.简述细胞凋亡的外在途径和内在途径。简述细胞凋亡的外在途径和内在途径。2.2.比较细胞凋亡与细胞坏死在形态学特征比较细胞凋亡与细胞坏死在形态学特征 上的主要区别。上的主要区别。