搜索
果蝇3天家猫10—12狗12—15秀丽广杆线虫(Caenorhabditiselegans)这种长不过1毫米的小生物有几个和人类关系密切的亲戚：蛔虫和蛲虫就是其中最大名鼎鼎的两个。悉尼·布雷诺尔(1)线虫的生命周期很短，它从生到死的全过程只有3天半，这就使得不间断的观察并追踪每个细胞的演变成为可能。(2)雌雄同体成虫成熟后含有959个体细胞和2000个生殖细胞(最常见)雄性成虫则只有1031个体细胞和1000个生殖细胞(较少见)(3)再者个数量继续增长的时期，细胞最多时达到1090（雌雄同体，若是雄虫则为1179）。然而，我们前面已经提到，完全成熟的成虫只有959个细胞，那么，多出的131个细胞又到哪里去了？第八章细胞增殖和凋亡异常与疾病Cellproliferation,Apoptosis,AndTheRelatedDiseases第一节细胞凋亡与疾病APOPTOSISANDDISEASEapoptosis一、细胞凋亡的概述细胞凋亡(Apoptosis)早在1972年Kerr等已发现从细胞形态、超微结构和生化变化等方面来分析，细胞有二种死亡形式：细胞坏死（Necrosis），程序性细胞死亡（Programmedcelldeath）19701975198019851990199520002005020004000600080001000012000ThirtyyearsonapoptosispublicationsTHE2002NOBELPRIZEWINNER2002年10月7日英国人悉尼·布雷诺尔、美国人罗伯特·霍维茨和英国人约翰·苏尔斯顿，因在细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。THENOBELDIPlOMASydneyBrennerreceivinghisNobelPrizefromHisMajestytheKingattheStockholmConcertHall.Photo:HansMehlin,Nobele-Museum•是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反应•早期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀•溶酶体破裂,细胞内容物流出,引起炎症（一）细胞坏死(necrosis)•概念：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。（二）细胞凋亡(apoptosis)例如蝌蚪尾的消失脊椎动物的神经系统的发育发育过程中手和足的成形过程细胞凋亡（科普诗）•似秋叶的凋零，•告别生命之辉煌；•那难以计数的攻击、诱导，•轻启着道道程序，•逼细胞步步走向生命的末端；•啊，活性氧处处肆虐，•钙波涛惊石裂岸，•线粒体把生命之光一点一点拧淡;•危难中的细胞啊，•你沉稳不乱，•DNA片片切割，•化云梯直通天堂；•细胞体分团相聚，•把生命的凝重浓集在小体上；•分别了朝夕相处的伙伴，•再见了快乐美好的时光；•这一切的一切又融入临近的胞体，•腾出的空间再写生命的篇章。细胞凋亡与细胞坏死的比较(一)坏死凋亡1.性质病理性，非特异性生理性/病理性，特异性2.诱因强烈刺激，随机发生较弱刺激，非随机发生3.基因调控无有4.生化特点被动过程无新蛋白合成不耗能主动过程有新蛋白合成耗能细胞凋亡与细胞坏死的比较(二)坏死凋亡5.形态改变细胞肿胀结构溶解，破坏细胞皱缩，核固缩胞膜/细胞器相对完整6.凋亡小体无有7.DNA变化弥散性降解电泳呈均一片状片段化（180-200bp）电泳呈“梯”状条带8.溶酶体改变破裂相对完整9.炎症反应局部炎症反应局部无炎症反应坏死是一件细胞谋杀案的话，那凋亡就是一桩自杀案。生理性细胞凋亡的作用1.确保正常发育、生长在器官、组织的形成、成熟中发挥作用(细胞团具备复杂结构的组织器官)多余细胞的清除生理性细胞凋亡的作用2.维持内环境的稳定清除受损、衰老和突变的细胞(针对自身抗原T细胞的清除、子宫内膜周期性剥脱)3.发挥积极的防御作用病毒DNA（一）细胞凋亡的过程cAMPCa2+神经酰胺凋亡诱因凋亡信号转导凋亡基因激活细胞凋亡凋亡细胞清除受体死亡信号DNase活化Caspases活化↓∶DNA片断↓凋亡小体形成巨噬细胞吞噬、分解（二）凋亡时细胞的主要变化1.细胞凋亡的形态学改变微绒毛消失脱水空泡化(blebbing)固缩(condensation)出芽(budding)染色质边集(margination)凋亡小体(apoptosisbody)凋亡细胞形态学改变生化特徵：①胞漿內Ca2濃度升高。②細胞內活性氧增多。③質膜通透性變大。④DNA內切酶活性被激活升高，雙鏈DNA在核小體之間切斷形成~185bp為基數的有序片段。⑤Ⅱ型谷氨酰胺轉移酶和需鈣蛋白酶（Calpain）活性升高。DNA的片段化蛋白质的降解2.细胞凋亡的生化改变典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳呈现梯状条带DNA片断化Ca2+/Mg2+核酸内切酶激活①Zn2+caspase激活②灭活凋亡抑制物水解活性蛋白水解结构蛋白凋亡小体形成谷氨酰胺转移酶③二、细胞凋亡的调控（一）凋亡信号㈠细胞凋亡相关因素诱导性因素激素和生长因子失衡理化因素免疫性因素微生物学因素大量糖皮质激素↓淋巴细胞凋亡射线/高温/强酸/强碱/乙醇/抗癌药物CTL分泌粒酶HIV→CD4+细胞凋亡抑制性因素细胞因子(IL-2/NGF)激素(ACTH/睾丸酮/雌激素)金属阳离子(Zn2+)药物(苯巴比妥/半胱氨酸酶抑制剂)病毒EB病毒/牛痘病毒细胞凋亡相关因素美国科学杂志《月球》列为20世纪十大科学错误之一“反应停”事件Thalidomide/沙立度胺/反应停2001年诺贝尔化学奖奖金的一半授予美国科学家威廉·诺尔斯与日本科学家野依良治，以表彰他们在“手性催化氢化反应”领域所作出的贡献；奖金另一半授予美国科学家巴里·夏普莱斯，以表彰他在“手性催化氧化反应”领域所取得的成就。威廉·诺尔斯野依良治巴里·夏普莱斯（二）细胞凋亡信号的转导外源性途径内源性途径1.死亡受体介导的凋亡通路Hengartner,M.O.2000.Nature.407:770.Green,D.andKroemer,G.1998.TrendsCellBiol.8:267.MitochondrialPathwayDeathReceptorPathwayFasLCaspase3DDDDFas/Apo1/CD95FADDProcaspase8Caspase8BIDoxidantsceramideothersBcl-2DCytochromecdATPProcaspase9Apaf-1dATPApaf-1Caspase9Procaspase3apoptosomeDNAdamageCellulartargets2.线粒体介导的凋亡通路(1)线粒体膜通透性转换(permeabilitytransition,PT):(2)活性氧的作用:(3)细胞内Ca2+、pH改变:线粒体内、外膜之间的通透性转换孔(permeabilitytransitionpore,PTP)开放；正常，绝大多数关闭三、线粒体损伤•超微结构基本正常，功能明显↓：①线粒体内膜通透性↑②跨膜电位（ΔΨm）↓③能量合成明显↓Ca2NOIschemiaHypoxiaReactiveoxygenBcl-2线粒体PTP开放ApafCty.C电子漏Pro-caspase-9Caspase-9Pro-caspase-3Caspase-3AIF蛋白质水解CellapoptosisEndogenousnucleaseDNA断裂线粒体ΔΨm↓PTP开放Apaf+Cyt.CAIFCaspase抑制剂Caspase9活化Caspase-3活化蛋白质水解核酸内切酶激活DNA断裂Bcl-2apoptosis？Ca2+氧化损伤钙稳态失衡线粒体损伤恶性网络假说(deleteriousnetworkhypothesis)细胞凋亡ΔΨm↓AIF，ApafPTPopen（三）细胞凋亡的执行1.caspases•是一组对底物天冬氨酸部位有特异水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶（cysteine-containingaspartate-spicificprotease）至少有13个成员•“c”代表半胱氨酸蛋白酶•aspase特异切割底物的天冬氨酸后肽键的能力Ced-3（C.elegansDeathGene)ICE(Interleukin-1βconvertingenzyme,Caspase1)鼠的白细胞介素-1β转换酶同源性(Ced-3/ICE)Ced-9=Bcl-2Bcl-2isthemammalianhomologueofCED-9,whichisanegativeregulatorofCED-3.Bcl-2andrelatedfamilymembers,suchasBcl-xL,inhibitcelldeathinducedbymanystimuli.inhibitapoptosisCaspase特点(1)它是一种半胱氨酸蛋白酶,半胱氨酸残基是其催化活性所必需的;(2)Caspase在催化水解底物时,总是在天冬氨酸(Asp)残基的C端裂解底物,即Asp-x肽键断裂;(3)Caspase酶原的活性很低,需要切除氨基端的一段序列才能被激活;(4)活化的Caspase能够特异地水解一套蛋白底物,从而导致细胞凋亡;(5)正常情况下,细胞内Caspase与其抑制剂总是共存的,以免Caspase酶原被意外激活,对正常细胞造成损伤。3.其他谷氨酰胺转移酶，酰基转移，共价键，骨架蛋白分子间交联，凋亡小体形成㈢凋亡相关基因1.Bcl-2(Bcelllymphoma/leukemia-2)•主要分布于线粒体内膜、细胞膜内表面、核膜及部分内质网中。•广泛存在于造血细胞、上皮细胞、淋巴细胞、神经细胞及多种瘤细胞BCL-2家族成员基因产物功能BCL-2凋亡抑制剂，可和Bax及Bak结合BCL-x其L型抑制凋亡，S型促进凋亡，与Bax及Bak结合BCL-w凋亡抑制剂Bax凋亡促进剂，可与BCL-2，BCL-XL，EIB19K结合Bak凋亡促进剂，亦可作抑制剂，可与BCL-2，BCL-X和E1B19K结合MCL-1凋亡抑制剂Bad凋亡促进剂，与BCL-2和BCL-XL结合Ced-9线虫中的凋亡抑制剂，BCL-2同源物E1B19K腺病毒凋亡抑制剂，与Bax和Bak结合•Bcl-2抑制细胞凋亡抗氧化↓促凋亡蛋白释放(细胞色素C、AIF)↓促凋亡蛋白Bax/Bak的细胞毒作用↓凋亡蛋白酶(caspases)激活维持细胞钙稳态凋亡相关基因2.P53•野生型P53(wtP53)诱导凋亡，突变后抑制凋亡•wtP53在G1期发挥卡点功能→有缺陷DNA→CIP表达→启动修复→失败→启动凋亡•CIP-----cyclindependentkinase–interactingprotein-1•P53=molecularpoliceman?凋亡相关基因3.c-myc,bcl-x促进增殖•c-myc(转录调节因子)诱导凋亡Bcl-XL→抑制凋亡•Bcl-xBcl-Xs→促进凋亡凋亡相关基因第四节细胞凋亡与疾病一、细胞凋亡不足1.肿瘤※抑制凋亡基因过度表达Bcl-2基因表达↑(前列腺癌、结肠癌)※促凋亡基因突变或缺失wtP53基因突变(小细胞肺癌、非小细胞肺癌)2.自身免疫病—胸腺负选择机制失调•T细胞在胸腺发育过程中的正负选择•正选择：与非已抗原-MHC抗原结合的TCR的单阳性细胞保留存活，进入外周T细胞库•负选择：与自身抗原-MHC抗原结合的TCR的双阳性细胞通过细胞凋亡被清除•负选择失调→多发性硬化症、胰岛素依赖性糖尿病、慢性甲状腺炎细胞凋亡不足二、细胞凋亡过度1.心血管疾病•心肌缺血-再灌注损伤①缺血早期-凋亡为主②梗死灶周边-凋亡为主③轻度缺血-凋亡为主④发生缺血-再灌注损伤较单纯缺血凋亡严重•心力衰竭氧化应激/压力、容量负荷↑/神经-内分泌失调/TNF/缺血/缺氧→心肌细胞凋亡机制①氧化应激：SOD可减轻②受体Fas上调：FasL反应③P53激活:卡点作用2.神经元退行性疾病•阿尔茨海默氏病(Alzheimer’sdisease,AD)β