病理生理第九章

nullnull细胞凋亡与疾病 蚌埠医学院病理生理学教研室null细胞凋亡调控障碍与疾病一、概述 二、凋亡细胞的主要变化 三、细胞凋亡的调控 四、调控障碍的机理 五、调控失常与疾病 六、调控失常的防治一、概述一、概述1.概念： 是指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。 细胞凋亡（apoptosis） 是形态学概念 程序性细胞死亡 (programmed cell death,PCD) 是功能性概念 null2.细胞凋亡与坏死的比较 性质 病理性 生理性或病理性诱导因素 强烈剌激 较弱剌激生化特点 被动过程 主动过程形态变化 细胞溶解、破坏 细胞膜、细胞器 相对完整DNA电泳 均一DNA片状 “梯”状条带凋亡小体 无 有 细 胞 坏 死 细 胞 凋 亡 null 细细胞凋亡与细胞坏死的比较null3.生理意义 ㈠确保正常发育、生长 清除多余的、失去功能价值的细胞 ㈡维持内环境稳定 清除受损、突变或衰老的细胞 ㈢发挥积极的防御功能 受病毒感染的细胞凋亡，整合的DNA随之破坏null4.病理意义二、凋亡细胞的主要变化二、凋亡细胞的主要变化1.形态学变化 ㈠ 脱离： 表面的微绒毛消失， 与周围细胞脱离接触。 ㈡空泡化和固缩 ： （blebbing and condensation） 胞浆脱水，胞膜迅速发 生空泡化，细胞体积逐渐缩 小，出现固缩。空泡化固 缩二、凋亡细胞的主要变化二、凋亡细胞的主要变化㈢出芽（buding）： 内质网不断扩张并与胞膜融合，形成膜表面的芽状突起 。㈣染色质边集(margination)： 核质高度浓缩融合成团， 染色质集中分布在核膜的边 缘，呈新月形或马蹄形。二、凋亡细胞的主要变化二、凋亡细胞的主要变化㈤凋亡小体(apoptosis body)： ⑴什么是： 胞膜皱缩内陷，分 割包裹胞浆，形成的泡 状小体，称凋亡小体。 ⑵主要成份： 胞浆、碎裂的核物 质和亚微结构。 二、凋亡细胞的主要变化二、凋亡细胞的主要变化2.生化改变 ㈠DNA片段化 DNA 双链在核 小体连接处断裂， 形成 180 ～200 bp 或其整倍数的片段， 在琼脂糖凝胶电泳中 呈现特征性的 “梯”状构图或条带（ladder pattern）。二、凋亡细胞的主要变化二、凋亡细胞的主要变化㈡内源性核酸内切酶激活 ⑴作用： 切割DNA，彻底破坏细胞生命活动所必 须的全部指令。 ⑵激活： Ⅰ.二价阳离子依赖性核酸内切酶 Ca 2+∕ Mg 2+ 增强活性 Zn 2+ 抑制活性 Ⅱ.非二价金属阳离子依赖性核酸内切酶二、凋亡细胞的主要变化二、凋亡细胞的主要变化㈢ 凋亡蛋白酶（ caspase ）激活 ⑴凋亡蛋白酶： 是一组对底物天门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。 caspase 是 cysteine-containing aspartate- specific protease的缩写。 ⑵作用： 使细胞结构全面解体 二、凋亡细胞的主要变化二、凋亡细胞的主要变化㈢凋亡蛋白酶（ caspase ）激活 ⑵组成：至少有13个成员 CED-3／ICE 启动子、 效应子 ⑶作用： Ⅰ .灭活细胞凋亡的抑制物； Ⅱ.水解细胞的蛋白质结构； Ⅲ.水解凋亡相关活性蛋白。 三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控1.细胞凋亡的过程 信 号 转 导基因激活凋亡执行细胞清除三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控2. 细胞凋亡相关因素 三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控2. 细胞凋亡相关因素 三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控3. 细胞凋亡的信号转导 三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控㈡主要细胞信号转导途径 ⑴Ca2+ 信号系统 Ⅰ. 影响Ca 2+依赖的蛋白激酶和磷酸酶的活性， 进而影响基因转录； Ⅱ .激活 Ca 2+∕ Mg 2+依赖性核酸内切酶； Ⅲ . 调节谷氨酰胺酶的活性，促进凋亡小体形成。 三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控㈡主要细胞信号转导途径 ⑵ cAMP∕PKA信号系统三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控㈡主要细胞信号转导途径 ⑶ Fas蛋白∕Fas配体信号系统三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控㈡主要细胞信号转导途径 ⑷ 神经酰胺信号系统三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控㈡主要细胞信号转导途径 ⑸ 二酰甘油∕蛋白激酶C（PKC）信号系统三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控㈡主要细胞信号转导途径 ⑹酪氨酸蛋白激酶（PTK）信号系统三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控4.凋亡相关基因三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控4.凋亡相关基因 ㈠抑制细胞凋亡的基因 ⑴Bcl-2 (B-细胞淋巴瘤／白血病-2) “长寿基因“ B-cell lymphoma/leukemia-2,Bcl-2 Ⅰ.直接抗氧化； Ⅱ.抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质； Ⅲ.抑制促凋亡调节蛋白Bax、Bak的细胞毒作用； Ⅳ.抑制凋亡蛋白酶（caspases）的激活； Ⅴ.维持细胞钙稳态。 三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控㈠抑制细胞凋亡的基因 ⑵ IAP 在蛾细胞内首先发现 ⑶ EIB 在小鼠B细胞发现的 ⑷ Mcl-1 是Bcl-2的相关基因，功能与Bcl-2基因相同 三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控㈡促进细胞凋亡的基因 ⑴wt P53（野生型 P53 ） 周期蛋白（Cyclin） 依赖周期蛋白的蛋白激酶 (cyclin dependent kinase，CDK) CDK 交互作用蛋白-1 (CDK-interacting protein-1， CIP) 检查点(checkpoint) nullp53分子警察（molecular policeman)的作用机制三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控㈡促进细胞凋亡的基因 ⑵ Fas FasL Fas Fas抗体 神经生长因子 神经生长因子受体 三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控⑶ ced-3、ced-4 “死亡基因” 是从雌雄同体的低等蠕虫透明线虫中发现的 ced-3 ced-4 细胞凋亡 ＋ － 不发生 － ＋ 不发生 ＋ ＋ 发 生 ＋ 表示激活 ced-9 与ced-3和ced-4的功能相对抗的基因 起 “制动作用”三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控⑷ Bax Bax 对抗Bcl-2 ⑸白介素-1-β转换酶基因家族 (IL-1-βconverting enzyme，ICE ) 三、细胞凋亡的调控三、细胞凋亡的调控㈢双相调控基因 ⑴c-myc c-myc蛋白 是双向转录调节因子 何去何从？ 细胞接受的信号 细胞所处的生长环境 如生长因子 ⑵Bcl-x 翻译出两种蛋白质： Bcl-XL 抑制细胞凋亡 Bcl-XS 促进细胞凋亡 四、细胞凋亡的发生机制四、细胞凋亡的发生机制1.氧化损伤 四、细胞凋亡的发生机制四、细胞凋亡的发生机制2.钙稳态失衡 四、细胞凋亡的发生机制四、细胞凋亡的发生机制3.线粒体损伤null氧 化 损 伤 钙稳态 失 衡线粒体 损 伤null 恶性网络假说 （deleterious network hypothesis） 是指在细胞凋亡的发生上，氧化损伤、 钙稳态失衡、线粒体损伤，既可单独启动， 又可联合作用，而且三种机制常常互相联系、 互为因果，以致各种机制都得到加强。五、细胞凋亡调控失常与疾病五、细胞凋亡调控失常与疾病1.细胞凋亡不足 ㈠肿瘤 ⑴发生 Ⅰ.与细胞凋亡受抑制有关 ①p53基因缺失和突变 如肺癌 ②Bcl-2基因过度表达， 如前列腺癌、结肠癌、白血病 ③某些肿瘤对Fas诱导的凋亡抵抗五、细胞凋亡调控失常与疾病五、细胞凋亡调控失常与疾病Ⅱ. 机理： ①凋亡对细胞的选择假说 前T细胞在胸腺内不发生凋亡，幼稚细胞 堆积形成肿瘤。 ②细胞脆性增大学说 老化的细胞或DNA错误复制的细胞，染色 体不稳定（脆性增大），易发生癌变。五、细胞凋亡调控失常与疾病五、细胞凋亡调控失常与疾病 ⑵发展 细胞增殖↑和∕或细胞凋亡↓ ⑶转移 肿瘤细胞离开生存的微环境，移行到远处仍 不凋亡。 ⑷治疗 应用化疗、放疗、热疗等诱发癌细胞凋亡五、细胞凋亡调控失常与疾病五、细胞凋亡调控失常与疾病㈡自身免疫病 是指因自身抗原受到自身抗体或致敏淋巴细胞 的攻击，造成自身组织器官损伤引起的疾病。 TCR双阳性细胞 CD4＋CD8＋ 与自身抗原-MHC抗原结合 TCR单阳性细胞 CD4＋CD8－ CD4－CD8＋ 与非己抗原-MHC抗原结合null负选择正选择胸腺基质细胞五、细胞凋亡调控失常与疾病五、细胞凋亡调控失常与疾病2.细胞凋亡过度 ㈠心血管疾病 ⑴心肌缺血与缺血-再灌注损伤 Ⅰ.特点 ①缺血早期细胞凋亡为主，晚期坏死为主； ②梗死灶外周细胞凋亡为主，中央坏死为主； ③轻度缺血细胞凋亡为主，重度坏死为主； ④再灌凋亡比同时间的缺血凋亡更严重。 五、细胞凋亡调控失常与疾病五、细胞凋亡调控失常与疾病2.细胞凋亡过度 ㈠心血管疾病 ⑴心肌缺血与缺血-再灌注损伤 Ⅱ. 机理 ① 氧自由基损伤； ② 缺血、缺氧使心肌细胞Fas上调； ③ 缺氧增加p53基因的转录。 五、细胞凋亡调控失常与疾病五、细胞凋亡调控失常与疾病㈠心血管疾病 ⑵心力衰竭 与细胞凋亡有关 Ⅰ.诱导因素 缺血、缺氧、压力或容量负荷过重等 Ⅱ.信号转导 高水平TNF、衰竭心脏中有TNFR1 Ⅲ.心衰病人心肌细胞凋亡指数增高 ＝凋亡的细胞核数∕100个细胞核 Ⅳ.阻遏心肌细胞凋亡是防治心衰的新途径。五、细胞凋亡调控失常与疾病五、细胞凋亡调控失常与疾病2.细胞凋亡过度 ㈡阿尔茨海默病（Alsheimer disease，AD）氧自由基 神 经 元〔Ca2+ 〕↑β-淀粉样多肽基因β-淀粉样多肽↑神经细胞凋亡五、细胞凋亡调控失常与疾病五、细胞凋亡调控失常与疾病㈢人类免疫缺陷病毒感染 ⑴糖蛋白120(gp120)： 感染HIV的宿主细胞膜表达糖蛋白gp120 ， CD4+淋巴细胞表面存在有gp120蛋白受体，当二者结合后即可触发CD4+淋巴细胞发生凋亡； 细胞凋亡五、细胞凋亡调控失常与疾病五、细胞凋亡调控失常与疾病⑵合胞体形成： HIV感染的CD4+淋巴细胞融合 形成合胞体(syncytia)或多核巨细胞 在融合过程中或融合后凋亡 ⑶ Fas表达上调： HIV感染CD4+淋巴细胞 Fas基因表达 上调 Fas↑CD4+ 淋 巴细胞CD4+ 淋巴细胞五、细胞凋亡调控失常与疾病五、细胞凋亡调控失常与疾病⑷T细胞激活： 又称激活诱导的细胞死亡。 (activation-induced cell death, AICD） HIV感染 激活淋巴细胞 共同信号转导通路 生长因子↓ 凋亡 增殖 生长因子↑激活五、细胞凋亡调控失常与疾病五、细胞凋亡调控失常与疾病⑸细胞因子： 受HIV感染的巨噬细胞 分泌肿瘤坏死因子增多，与 TNF 受体-1（死亡受体）结 合而启动死亡程序，也可剌 激CD4+淋巴细胞大量产生氧 自由基，通过氧化应激而触 发细胞凋亡。 启动死亡程序 产生氧自由基五、细胞凋亡调控失常与疾病五、细胞凋亡调控失常与疾病⑹tat蛋白： 受感染的细胞产生 tat 蛋白，它可自由透过 细胞膜进入CD4+淋巴细 胞，诱导CD4+淋巴细胞 产生氧自由基，增强Fas 抗原表达而提高对细胞 凋亡的易感性。tat蛋白产生氧自由基 增强Fas抗原表达五、细胞凋亡调控失常与疾病五、细胞凋亡调控失常与疾病⑺ CD4+淋巴细胞效应 作用： 受感染的CD4+淋巴细胞可作为效应细胞，未受HIV感染的CD4+淋巴细胞作为其靶细胞而被诱导产生凋亡。效应细胞靶细胞CD4+ 淋巴细胞 （受感染的）五、细胞凋亡调控失常与疾病五、细胞凋亡调控失常与疾病3.细胞凋亡不足合并凋亡过度 动脉粥样硬化(atherosclerosis, AS) ⑴内皮细胞 凋亡过度 ⑵平滑肌细胞 增殖 占主导地位 凋亡不足，是保护性反应六、细胞凋亡调控障碍的防治六、细胞凋亡调控障碍的防治1.合理应用凋亡相关因素 ㈠放射线 ㈡肿瘤坏死因子 ⑴抑制Bcl-2的抗凋亡作用； ⑵激活ICE，促进凋亡细胞的解体； ⑶增强p53的促凋亡作用。 ㈢高温六、细胞凋亡调控障碍的防治六、细胞凋亡调控障碍的防治㈣某些生长因子或激素： ⑴老年性痴呆 试用神经生长因子 ⑵前列腺癌 去势（切除睾丸） 雄激素受体阻断剂 雄激素拮抗剂。六、细胞凋亡调控障碍的防治六、细胞凋亡调控障碍的防治2.干预凋亡信号传导 ㈠阿霉素 能剌激肿瘤细胞膜上表达Fas／ FasL ㈡一磷酸鞘氨醇（SPP） 能转导增殖信号，拮抗细胞凋亡 ⑴治疗AIDS 防止CD4+淋巴细胞凋亡； ⑵治疗老年性痴呆 防止神经细胞凋亡。六、细胞凋亡调控障碍的防治六、细胞凋亡调控障碍的防治3.调节凋亡相关基因 ㈠调节P53基因六、细胞凋亡调控障碍的防治六、细胞凋亡调控障碍的防治3.调节凋亡相关基因 ㈡ “基因封条” 或反义DNA×六、细胞凋亡调控障碍的防治六、细胞凋亡调控障碍的防治4.控制凋亡相关的酶学机制㈠调节核酸内切酶活性Zn2 + ↑ 阻止细胞凋亡Ca2+ ↓ 阻止细胞凋亡Ca2+ ↑ 加速细胞凋亡六、细胞凋亡调控障碍的防治六、细胞凋亡调控障碍的防治㈡ 调节Caspases 活性 Caspases 酶基因 Caspases 抑制剂 白血病细胞 心肌细胞 细胞凋亡 细胞凋亡↓ 六、细胞凋亡调控障碍的防治六、细胞凋亡调控障碍的防治5.防止线粒体内膜跨膜电位下降 环胞霉素A（cyclosporin A） N-methyl-Val-Cyclostporin (cyclosporin A 的衍生物) null