04细胞死亡2012gu5

nullnull第四章 细胞死亡Chapter4 Cell death顾帝水病生教研室 2012-10null细胞死亡细胞自噬（autophagy）细胞凋亡（apoptosis）细胞死亡概述null细胞死亡概述细胞作为一个基本功能单位的永久性功能丧失 细胞死亡的概念*NCCD关于细胞死亡的判断标准：（符合以下任何一条）细胞失去其细胞膜的完整性及对细胞的保护作用细胞或者细胞核破裂成不连续的残片形成的凋亡小体被相邻细胞所吞噬null细胞死亡概述细胞死亡的概念细胞死亡的形式细胞程序性死亡 （programmed cell death,PCD）细胞非程序性死亡细胞遵循一定的遗传程序主动（即受基因调控）的“自杀” 过程细胞被动死亡，是一个“被杀” 过程null细胞死亡概述细胞死亡的概念细胞死亡的形式坏死（necrosis） 凋亡（apoptosis） 自噬（autophagy） 其他有丝分裂灾难（mitotic catastrophe） 失巢凋亡（anoikis） 类凋亡（paraptosis） 嵌入式死亡（entosis）非程序性死亡null细胞死亡细胞自噬（autophagy）细胞凋亡（apoptosis）细胞死亡概述null 2002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，因在器官发育的遗传调控和细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔生理医学奖。 Sydney Brenner H. Robert Horvitz John E. Sulston图1 2002年诺贝尔生理医学奖获得者null细胞凋亡（apoptosis）细胞凋亡(apoptosis)概念由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致细胞死亡的过程。属程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD)“凋亡”原意为“花瓣或树叶的枯落”null细胞凋亡与细胞坏死的区别 凋亡 坏死性质 生理性或病理性,特异性 病理性,非特异性诱因 较弱刺激 强烈刺激基因调控 有 无形态变化null核固缩或碎裂 凋亡小体形成 (apoptotsis body)细胞皱缩 出芽 染色质边集炎症反应无炎症反应Apoptotsis bodyapoptosis细胞肿胀 细胞结构全面破坏细胞坏死 细胞凋亡细胞凋亡的形态学null 凋亡 坏死性质 生理性或病理性,特异性 病理性,非特异性诱因 较弱刺激 强烈刺激凋亡小体 有 无基因调控 有 无形态变化生化特点细胞凋亡与细胞坏死的区别null细胞凋亡的生物化学改变 细胞膜上的磷脂酰丝氨酸外翻膜联蛋白Ⅴ（Annexin Ⅴ)标记结合流式细胞术判断、分析凋亡的发生DNA片段化DNA双链在核小体连接区被核酸内切酶切割而断裂成180-200bp或其整倍数的片段。null核小体30nm染色质的基本结构null电泳分析 呈“阶梯状”图谱 （ladder pattern）DNA琼脂糖凝胶电泳null细胞凋亡的生物化学改变 细胞膜上的磷脂酰丝氨酸外翻膜联蛋白Ⅴ（Annexin Ⅴ)标记结合流式细胞术判断、分析凋亡的发生DNA片段化DNA双链在核小体连接区被核酸内切酶切割而断裂成180-200bp或其整倍数的片段。细胞内酶活性的改变内源性核酸内切酶的激活凋亡蛋白酶caspase的激活null▲Caspase家族蛋白含半胱氨酸的门冬氨酸特异水解酶 (cysteine-containing aspartate-specific protease) Caspase家族组成成员共10多个，其中最重要的是caspase-1、caspase-3 和caspase-8。 灭活细胞凋亡的抑制物（如Bcl-2) 破坏细胞骨架结构，形成凋亡小体 caspases级联反应中水解相关活性蛋白null细胞凋亡的生物化学改变 细胞膜上的磷脂酰丝氨酸外翻膜联蛋白Ⅴ（Annexin Ⅴ)标记结合流式细胞术判断、分析凋亡的发生DNA片段化DNA双链在核小体连接区被核酸内切酶切割而断裂成180-200bp或其整倍数的片段。细胞内酶活性的改变内源性核酸内切酶的激活凋亡蛋白酶caspase的激活多聚（ADP-核糖基）多聚酶 （PARP）null 凋亡 坏死性质 生理性或病理性,特异性 病理性,非特异性诱因 较弱刺激 强烈刺激凋亡小体 有 无基因调控 有 无形态变化生化特点细胞凋亡与细胞坏死的区别null细胞凋亡的生物学意义清除受病毒等感染的细胞确保机体正常发育、生长清除多余的、失去功能的细胞维持内环境稳定清除受损的、突变的及衰老的细胞发挥防御功能null细胞凋亡的过程与机制?null细胞凋亡相关因素诱导性因素激素或生长因子失衡 理化因素 免疫性因素 微生物学因素null凋亡诱导因素?细胞凋亡的过程与机制null细胞凋亡信号的转导(transduction)凋亡信号转导系统种类胞内Ca2+信号系统Fas/FasL信号系统cAMP/PKA信号系统神经酰胺信号系统DG/PKC信号系统nullFas细胞膜肿瘤坏死因子受体家族胞外抗Fas抗体、免疫细胞表面的FasL及可溶性FasL等null凋亡诱导因素?细胞凋亡的过程与机制null细胞凋亡的基因调控促进凋亡基因抑制凋亡基因双向调控基因null促进凋亡基因wtP53、Bax、ICE ( caspase-1) 等细胞凋亡的基因调控null促进凋亡基因抑制凋亡基因IAP、 Bcl-2 等细胞凋亡的基因调控null抗凋亡机制:抑制促凋亡性调节蛋白(Bax等)抑制caspases的激活即B细胞淋巴瘤/白血病-2基因 (B cell lymphoma /leukemia-2， Bcl-2)Bcl-2nullc-myc、Bcl-x等促进凋亡基因抑制凋亡基因双向调控基因细胞凋亡的基因调控null凋亡诱导因素?细胞凋亡的过程与机制null细胞凋亡的执行Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶nullCaspase家族成员激活caspases级联式反应是细胞凋亡的基本机制nullCaspase家族成员Caspase的激活途径线粒体依赖性途径 死亡受体依赖途径 激活caspases级联式反应是细胞凋亡的基本机制nullBid死亡受体依赖途径 FasFasLFADD配体（FasL） 死亡受体（Fas）FADD 衔接蛋白Caspase 8酶原活化的Caspase 8活化的Caspase 3活化的Caspase 9Caspase 9酶原线粒体靶细胞凋亡BIDBAX细胞色素CnullCa2+ 、缺血、缺氧及活性氧等线粒体依赖性途径 null线粒体依赖性途径 Cyt.C+Apaf Caspase-9 Caspase-3细胞凋亡nullCaspase家族成员Caspase的激活途径线粒体依赖性途径 死亡受体依赖途径 激活caspases级联式反应是细胞凋亡的基本机制Caspase-3、6、7等效应型Caspase细胞凋亡Caspase-8 Caspase-10 Caspase-9nullCaspase家族成员Caspase的激活途径Caspase的作用激活内源性核酸内切酶(如水解ICAD) 破坏DNA修复(如切割PARP) 灭活凋亡抑制蛋白(水解Bcl2等) 破坏细胞骨架 （切割lamin A等激活caspases级联式反应是细胞凋亡的基本机制null细胞凋亡的执行Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶其它酶的激活 多聚ADP核糖基多聚酶（PARP）等 null凋亡诱导因素?细胞凋亡的过程与机制null凋亡细胞的清除凋亡细胞膜糖类的改变 凋亡细胞膜磷脂酰丝氨酸暴露凋亡细胞被识别、吞噬的机制null吞噬细胞的吞噬途径②①③null凋亡细胞的清除凋亡细胞被识别、吞噬的机制 凋亡细胞被吞噬的意义凋亡细胞被识别和吞噬，不释放细胞的内容物，防止自身免疫疾病的发生。 null小结：null细胞凋亡失调与疾病“该死的细胞没死”“不该死的细胞死了”null细胞凋亡过少肿瘤细胞增殖过度 细胞凋亡不足“该死的细胞没死”促进凋亡基因的失活(如P53突变等)抑制凋亡基因的过表达(如bcl-2过表达等)免疫反应介导的肿瘤细胞凋亡功能不全抑制肿瘤细胞凋亡的细胞因子分泌等细胞凋亡失调与疾病null肿瘤自身免疫病细胞凋亡过少“该死的细胞没死”细胞凋亡失调与疾病null细胞凋亡过多“不该死的细胞死了”艾滋病（AIDS)HIV感染引起CD4+T细胞选择性凋亡上调Fas死亡受体的表达 HIV的基因产物gp120直接启动死亡程序 Tat、TNF-α等蛋白导致未感染的CD4+T 细胞凋亡HIV也引起造血干细胞和神经细胞凋亡null细胞凋亡过多“不该死的细胞死了”心肌细胞凋亡的可能机制： 氧化应激 缺血缺氧→死亡受体Fas表达显著上调 缺氧→P53、Bax基因激活艾滋病（AIDS)null细胞凋亡过度“不该死的细胞死了”艾滋病（AIDS)null细胞自噬 autophagynull细胞自噬（autophagy）自噬的概念和分类自噬的概念细胞利用自身溶酶体降解自身成分，包括细胞质和细胞器等的过程。对不利情况下的一种适应性反应 降解长寿蛋白、蛋白聚合物及细胞器等 自噬后细胞走向死亡或存活null③大自噬（macroautophagy）②小自噬（microautophagy）①分子伴侣介导的自噬 （chaperon-mediated autophagy,CMA)自噬的分类nullEarly endosomeCytosolic proteasMature endosome or lysosome CathepsinsLAMP2A①分子伴侣介导的自噬(CMA)自噬的分类分子伴侣复合体2a类溶酶体相关膜表面蛋白null②小自噬（microautophagy）细胞器或蛋白质溶酶体内陷将其分隔挤压进溶酶体腔内酶水解①分子伴侣介导的自噬(CMA) 自噬的分类nullEndosomeEndosomeLysosome ③大自噬（macroautophagy）②小自噬（microautophagy）①分子伴侣介导的自噬(CMA) 自噬的分类细胞器或长寿蛋白null自噬的分类①②③特异性自噬可溶性蛋白非特异性自噬亚细胞器null自噬的发生与调控机制自噬的诱发因素细胞自噬（autophagy）能量的缺乏 缺氧 活性氧的产生 内质网功能紊乱 null自噬的发生与调控机制自噬的诱发因素细胞自噬（autophagy）自噬发生的信号转导通路哺乳动物雷帕霉素的靶点（mamalian target of rapamycin) 细胞自噬的中枢性抑制蛋白 抑制细胞自噬，促细胞生长Beclin1即ATG6，能促进自噬 以Beclin1- III型PI3K复合体 形式起作用null自噬的发生与调控机制自噬的诱发因素细胞自噬（autophagy）自噬发生的信号转导通路几种重要的自噬调控信号转导蛋白mTOR Beclin1 LC3LC3即ATG8定位于自噬泡内膜 LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比例是判断自噬 特异性的标志nullnull自噬发生的信号转导通路PI3K-Akt-mTOR通路LKB1-AMPK-mTOR 自噬的发生与调控机制自噬的诱发因素细胞自噬（autophagy）null自噬发生的信号转导通路PI3K-Akt-mTOR通路LKB1-AMPK-mTOR III型PI3K -Beclin1通路 Raf-MEK1/2-ERK1/2通路自噬的发生与调控机制自噬的诱发因素细胞自噬（autophagy）促进自噬促进自噬nullnull自噬的基因调控1．游离自噬体双层膜结构的形成 *主要由ATG9调节，聚集于自噬泡形成位点 * ATG23 、ATG27作为协同因子 *ATG1、 ATG2和ATG8帮助ATG9离开 2．自噬泡的延伸过程 ATG12-ATG5-ATG16 ATG8-PE 自噬的发生与调控机制细胞自噬（autophagy）null四合体结构紧密结合于膜表面，促进自噬泡的伸展扩张和决定膜片的弯曲方向将磷脂酰乙醇胺运输至自噬泡膜上，作为膜合成的原料null自噬的基因调控1．游离自噬体双层膜结构的形成 ATG9、ATG23 、ATG27、ATG1、 ATG2、ATG8 2．自噬泡的延伸过程 ATG12-ATG5-ATG16 ATG8-PE 自噬的发生与调控机制细胞自噬（autophagy）3．形成自噬溶酶体后内容物被消化 null溶酶体内Ppe4和Prb1蛋白 提供酸性环境 酸性水解酶：蛋白酶A、B和脂肪酶、 组织蛋白酶B、D、L ATG15含有酯酶和脂肪酶的功能形成自噬溶酶体后内容物被消化 null自噬的生物学意义1. 促进生存细胞在营养缺陷下的适应性反应维持内环境稳定的机制特定的组织中有特殊的功能细胞自噬（autophagy）null自噬的生物学意义1. 促进生存细胞自噬（autophagy）2.导致死亡不依赖caspase自噬性细胞死亡属Ⅱ程序性细胞死亡null自噬与疾病（一）自噬与神经退行性病变的关系阿尔茨海默症、帕金森病及亨廷顿病等患者脑切片可见大量自噬体堆积。细胞自噬（autophagy）错误蛋白产生过多超过自噬能力 自噬通路发生了突变致自噬无法进行 帕金森病中大量突变的 α-synuclein蛋白null自噬与疾病（一）自噬与神经退行性病变的关系阿兹海默氏症、帕金森病及亨廷顿病 细胞自噬（autophagy）肝癌、前列腺癌及肺癌等自噬水平很低，而宫颈癌和慢性白血病细胞自噬水平较高nullThank You !