细胞凋亡

•研究背景一•相关概念二•细胞凋亡信号通路三•结论四•展望五•参考文献六目录2ZPY研究背景细胞凋亡是生物界广泛存在的一种基本生命现象，是多细胞生物调控生物体的发育、细胞更新和维持内环境稳定的一种重要机制。在体内，细胞凋亡的发生和进行受到精确调控，各种凋亡信号通过相应的信号传导通路传到细胞内并激活靶分子而产生细胞效应，引发细胞凋亡。细胞凋亡的调控过程发生紊乱会导致发育不正常或发生疾病。ZPY3相关概念4相关概念1.细胞程序性死亡（PCD）：是个发育学概念，描述在一个多细胞生物体中某些细胞死亡是个体发育中的一个预定的，并受到严格程序控制的正常组成部分。2.细胞凋亡（apoptosis）：指为维持内环境稳定，由内在遗传机制控制的细胞自主性有序死亡。ZPY5细胞衰老（cellaging）是指细胞在执行生命活动过程中，随着时间的推移，细胞增殖与分化能力和生理功能逐渐发生衰退的变化过程。细胞的生命历程都要经过未分化、分化、生长、成熟、衰老和死亡几个阶段。衰老死亡的细胞被机体的免疫系统清除，同时新生的细胞也不断从相应的组织器官生成，以弥补衰老死亡的细胞。6ZPY细胞坏死（necrosis）：定义：指是细胞受到外界强烈理化或生物等因素作用，而引起细胞无序变化的死亡过程。表现：1.为细胞胀大；2.细胞膜破裂，内容物外溢；3.核变化较慢，DNA降解不充分；4.引起局部炎症反应。7ZPY细胞癌变细胞由于受到致癌因子的作用，不能正常地完成细胞分裂，而变成了不受有机物控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞的过程。癌细胞的一些主要特征：1无限增殖2接触抑制现象丧失3癌细胞间粘着性减弱4易于被凝集素凝集5粘壁性下降6细胞骨架结构紊乱7产生新的膜抗原8对生长因子需要量降低8ZPY项目细胞凋亡细胞坏死细胞癌变与基因的关系受基因控制受基因控制受突变基因控制影响因素由遗传机制决定的程序性调控受各种不利因素影响理化、生物以及病毒等致癌因子对机体的影响对机体无害对机体有害对机体有害9ZPY细胞凋亡与细胞坏死的区别项目细胞凋亡细胞坏死细胞膜保持完整，一直到形成凋亡小体被损染色质凝集在核膜下，呈半月状呈絮状细胞器无明显变化肿胀、内质网崩解细胞体积固缩变小肿胀变大凋亡小体有，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬无，细胞自溶，残余碎片被巨噬细胞吞噬调节过程受基因控制被动进行电泳DNA电泳呈梯状分布（180~200bp的倍数）DNA碎片、无序10ZPY细胞凋亡的特征：①由于细胞核酸内切酶激活，使DNA特征性荧光染色减少；②细胞质膜完整；③线粒体仍有跨膜电位；④保留了AIP依赖的溶酶体质子泵；⑤蛋白含量明显减少，因为内源性蛋白酶被激活；⑥在胸腺细胞，凋亡发生在G0期；⑦前进光散射减少和直角散射不变（HL-60细胞）或增加（胸腺细胞）。11ZPY细胞凋亡的形态学变化1.细胞质：内质网肿胀、积液形成液泡；2.细胞核：染色质逐渐凝集成新月状，且嗜碱性增强，最终细胞核裂解为由核膜包裹的碎片；3.细胞膜：细胞结点不再连接，细胞膜因为变得更活跃而发生内陷；这些变化都将导致细胞裂解为由细胞膜包裹细胞内容物的凋亡小体。ZPY12细胞凋亡生物化学变化1)DNA的片段化细胞染色体的DNA降解，所产生的不同长度的DNA片段约为180-200bp的整倍数，而这正好是缠绕组蛋白寡聚体的长度，提示染色体DNA恰好是在核小体与核小体的连接部位被切断，产生不同长度的寡聚核小体片段，实验证明，这种DNA的有控降解是一种内源性核酸内切酶作用的结果，该酶在核小体连接部位切断染色体DNA，这种降解表现在琼脂糖凝胶电泳中就呈现特异的梯状Ladder图谱，而坏死呈弥漫的连续图谱。13ZPY14ZPY超声波碎裂细胞电泳图细胞凋亡电泳图细胞凋亡生物化学变化2)大分子合成细胞凋亡的生化改变不仅仅是DNA的有控降解，在细胞凋亡的过程中往往还有新的基因的表达和某些生物大分子的合成作为调控因子。如TFAR-19是在细胞凋亡时高表达一种分子；在糖皮质激素诱导鼠胸腺细胞凋亡过程中，加入RNA合成抑制剂或蛋白质合成抑制剂即能抑制细胞凋亡的发生。15ZPY细胞凋亡的过程ZPY161.凋亡信号转导当细胞内外的凋亡诱导因素（激素、生长因子、理化因素、免疫、微生物等）与作用的细胞死亡受体结合后，细胞产生复杂的生化反应，并形成与凋亡有关的启动信号（死亡信号）：Ca2+、Camp、神经酰胺。17ZPY2.凋亡基因激活，表达相关酶类和其他物质调控的凋亡基因在接受死亡信号后，开始按预定程序启动，并合成执行凋亡所需的各种酶类和相关物质。目前在哺乳动物中已鉴定出至少15种Bcl-2促进和抑制细胞凋亡蛋白。促进细胞凋亡的：Bax、Bak、BokBcl-xS、Bag、Bid、Hrk、BNIP3、Biml\EGL、Blk和Bad；抑制细胞凋亡的：Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w、Mcl-1、Bfl-1、Brg-1和A1。双向调控基因：c-myc，bclx促进和抑制细胞凋亡的Bcl-2家族成员可以与线粒体结合抑制其释放细胞色素C，发挥抗细胞凋亡作用。研究表明：当Bcl-2/BaxBax/Bax时，细胞趋于活，当Bcl-2/BaxBax/Bax，细胞趋于凋亡。18ZPY3.凋亡的执行被激活的凋亡基因表达出的一组细胞凋亡执行者——凋亡蛋白酶被激活（至少有13个成员）——使细胞的结构全面解体。例如：核酸内切酶——执行染色质DNA切割，彻底破坏细胞的生物命令系统。19ZPY4.出现细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻（由细胞膜内侧转向膜外侧），膜反折包裹胞内物（染色质断裂成片段），形成凋亡小体被吞噬ZPY205.凋亡小体消失凋亡小体被邻近的细胞或巨噬细胞识别吞食消化。该过程一般较快，从凋亡开始到凋亡小体形成不过几分钟时间，整个凋亡过程大约持续几个小时。从细胞凋亡的过程看，细胞凋亡是一个主动由基因决定的细胞程序化或自行结束生命的过程。21ZPY22ZPY抑制凋亡基因bcl-2抗凋亡机制：①直接抗氧化②抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质③抑制促凋亡的Bax、Bak细胞毒作用④抑制Cascades激活⑤维持细胞钙稳态，抑制Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶对DNA链的降解。23ZPY细胞凋亡的基本机制促进凋亡的CED-3、CED-４和抑制凋亡的CED-９（Hengartner等，1994）。CED-３是一种蛋白酶，激活的CED-３可以水解靶蛋白从而使细胞凋亡。抑制细胞凋亡机制：①直接与CED-３结合，抑制CED-３的活性，从而阻止细胞凋亡；②结合CED-４，使CED-４和CED-３复合物处于无活性状态，从而抑制细胞凋亡（Cecconi等，1998）。凋亡信号会引起CED-９从上述复合物上解离下来，激活CED-３并最终引发细胞凋亡（Nicholson等，1995）。与秀丽新小杆线虫相比，哺乳动物的凋亡有一整套的基因家族；其中caspases与CED-３同源，Apaf-1与CED-４同源，Bcl-2与CED-９的结构和功能相似（Ashkenazi等，1998）。24ZPY凋亡信号转导ZPY25一、死亡受体通路是指细胞膜表面的某些蛋白质能与携带凋亡信号的专一性配基结合，并迅速将凋亡信号转导至细胞内而诱导细胞凋亡。26ZPY死亡受体通路死亡受体与配体结合后，发生寡聚化或构型改变，并与连接分子的DD相互结合，使凋亡信号得以进一步传递。死亡受体与配体结合后，发生寡聚化或构型改变，并与连接分子的DD相互结合，使凋亡信号得以进一步传递。死亡受体与连接分子结合后导致细胞内半胱氨酸蛋白酶原（procaspase）募集，进而形成死亡诱导信号复合体（deathinducingsignalingcomplexDISC）。细胞内caspase-8和caspase-10在DISC中通过自身的剪接作用被激活，进而使caspase-3和caspase-7被激活，而caspase-3又可激活caspase-6，如此启动了caspase的级联反应，最终导致细胞凋亡（Ashkenazi等，1998；Creagh等，2003）。27ZPY死亡受体：目前发现8中死亡受体，其中TNF受体1和Fas均通过其配体而被激活起作用。Fas和TNF-α可以活化死亡复合体，然后由死亡复合体激活一系列的上游细胞凋亡执行者——凋亡蛋白酶，再由他激活下游的细胞凋亡执行者——凋亡蛋白酶来执行促使细胞凋亡的作用。28ZPY死亡区域：DR细胞外部含有一段富含半胱氨酸的区域，用以结合它们的相关配体。胞质区由一同源氨基酸残基组成，有蛋白质水解功能，称为“死亡区域”（deathdomain，DD）。死亡效应区域：连接分子除具有和凋亡受体胞质区相类似的“死亡区域”外，还具有“死亡效应区域”（deatheffectordomain,DED）。29ZPY死亡受体（deathreceptor,ＤＲ）DR是一类跨膜蛋白，属肿瘤坏死因子受体（TNFR）超家族成员。DR有：TNFR-1（CD120a,P55）、Fas（CD98、Apo-1）、DR3（Apo-3、WSL-1、TRAMP、LARD）、DR4（TRAIL-R1）和DR5（Apo-2、TRAIL-R2）。前３种受体相应的配体分别为TNF、FasL（CD95L）和Apo-3L（DR3L），后两种均为Apo-2L（TRAIL）；30ZPY二、线粒体通路线粒体通路主要与线粒体膜通透性转运孔的开放有关。研究结果发现，各种促凋亡刺激，如氧化作用、细胞毒性药物刺激、热刺激和电离辐射等，均可引起线粒体膜通透性转运孔的结构发生变化而开放，进而使线粒体膜的通透性增加（Godbole等，2003），最终导致细胞色素C和凋亡诱导因子（apoptosisinducingfactorAIF）等蛋白从线粒体释放到细胞质中（Duchen等，2004）。31ZPY可诱导线粒体膜通透性转运孔开放的３种因素：线粒体内钙离子超载、自由基对线粒体膜的氧化性损伤和产生的能量水平下降。32ZPY二、线粒体通路细胞色素C进入细胞质后，在ATP或dATP的共同作用下与凋亡蛋白酶活化因子I（apoptoticproteaseactivatingfactor-1Apaf-1）羧基端的WD-40重复序列结合形成多聚复合物。多聚复合物通过Apaf-1氨基末端的caspase募集区（caspaserecruitmentdomainCARD）募集细胞质中的caspase-9前体，并使其剪切活化，进一步激活效应caspase-7和caspase-3，启动caspase级联反应，最终引发细胞凋亡（Twiddy等，2004）。33ZPY二、线粒体通路然而，也有研究结果表明，细胞色素C在线粒体膜通透性转运孔开放前就已经释放出来（Ly等，2003；Waterhouse等，2002），这说明细胞色素C从线粒体的释放过程，不仅依赖于调节线粒体膜通透性转运孔机制，还存在其它释放机制。34ZPY二、线粒体通路有研究结果发现，在凋亡细胞线粒体上存在另一种离子通道，这可能解释了某些细胞的细胞色素C在凋亡早期释放，而线粒体膜通透性转运孔未发生变化的现象。35ZPY二、线粒体通路Bcl-2家族成员在细胞凋亡的线粒体通路中起重要调控作用（DAesagher等，1999）。Bcl-2家族主要包括Bcl-2、Bcl-xL、Bak、Bax、Bik和Bid，其中Bcl-2和Bcl-xL是主要的抗凋亡因子。亚细胞定位研究结果表明，Bcl-2和Bcl-xL定位于线粒体外膜，而Bcl-2家族促凋亡成员存在于细胞质或线粒体膜。在细胞凋亡过程中，Bcl-2家族促凋亡成员（Bak、Bax、Bik和Bid）被激活，引起其构象改变，导致BH3结构域暴露，并转移到线粒体。促凋亡蛋白被转移到线粒体后，引起线粒体释放大量的细胞色素C和其它蛋白，进而激活caspase级联反应，引起细胞凋亡（Su等，2010）。而Bcl-2和Bcl-xL通过ＢＨ３结构域与Bcl-2家族的抗凋亡蛋白形成异二聚体，从而维持促凋亡蛋白在