细胞生物学讲课.pptx

讲授内容 一、概述一、概述二、细胞凋亡的生物学特征二、细胞凋亡的生物学特征三、细胞凋亡过程与调控三、细胞凋亡过程与调控四、细胞凋亡的发生机制四、细胞凋亡的发生机制五、细胞凋亡与疾病五、细胞凋亡与疾病学习要求掌握细胞凋亡的概念、生物学意义。掌握细胞凋亡的概念、生物学意义。掌握细胞凋亡的过程及细胞凋亡与坏死的掌握细胞凋亡的过程及细胞凋亡与坏死的差别。差别。熟悉细胞凋亡的主要变化。熟悉细胞凋亡的主要变化。熟悉细胞凋亡的调控。熟悉细胞凋亡的调控。熟悉细胞凋亡与常见疾病的关系。熟悉细胞凋亡与常见疾病的关系。了解细胞凋亡在疾病防治中的意义。了解细胞凋亡在疾病防治中的意义。一、概述一、概述 细细细细胞胞胞胞的的的的生生生生长长长长、增增增增殖殖殖殖、分分分分化化化化和和和和死死死死亡亡亡亡是是是是细细细细胞胞胞胞的的的的4 4 4 4大特点，细胞死亡分为大特点，细胞死亡分为大特点，细胞死亡分为大特点，细胞死亡分为细胞凋亡细胞凋亡细胞凋亡细胞凋亡和和和和细胞坏死细胞坏死细胞坏死细胞坏死。细细细细胞胞胞胞凋凋凋凋亡亡亡亡是是是是细细细细胞胞胞胞主主主主动动动动的的的的，在在在在基基基基因因因因严严严严格格格格调调调调控控控控下下下下的的的的细细细细胞胞胞胞“自自自自杀杀杀杀”行行行行为为为为，也也也也称称称称为为为为细细细细胞胞胞胞程程程程序序序序性性性性死死死死亡亡亡亡（programmed programmed programmed programmed cell cell cell cell death,death,death,death,PCDPCDPCDPCD）,与与与与细细细细胞胞胞胞坏坏坏坏死死死死不同。不同。不同。不同。细细胞胞凋凋亡亡:细细胞胞在在一一定定的的生生理理或或病病理理条条件件下下,遵遵循循自自身身的的程程序序,结结束束其其生生命命的的生生理理性性死死亡亡，是是受受基基因因严严格格调调控控的的细细胞胞自自杀杀现现象象.凋凋亡亡过过程程中中，细细胞胞骨骨架架蛋蛋白白分分解解细细胞胞和和细细胞胞器器浓浓缩缩而而不不裂裂解解染染色色体体DNADNA断断裂裂和和形形成成凋凋亡亡小小体体细细胞胞内内含含物物不不外外泄泄，不不引引起起炎炎症症反应。最后凋亡小体被巨噬细胞识别和吞噬。反应。最后凋亡小体被巨噬细胞识别和吞噬。细细胞胞坏坏死死（necrosis）是是在在各各种种致致病病因因素素（如如缺缺氧氧、物物理理、化化学学和和生生物物学学因因素素）的剧烈刺激下的的剧烈刺激下的病理性死亡。病理性死亡。其其特特点点是是:引引起起死死亡亡的的因因素素剧剧烈烈，死死亡亡迅迅速速。能能量量代代谢谢下下降降膜膜通通透透性性增增加加细细胞胞水水肿肿细细胞胞器器破破裂裂，细细胞胞溶溶解解，DNA不断裂不断裂内含物释放内含物释放引起炎症反应。引起炎症反应。细胞凋亡与坏死的比较细胞凋亡与坏死的比较1细胞凋亡与坏死的区别坏死 凋亡1.性质2.诱导因素 强烈刺激，随机发生 较弱刺激，非随机发生3.生化特点4.形态变化6.DNA电泳5.炎症反应7.凋亡小体8.基因调控被动过程，无新蛋白合成，不耗能 主动过程，有新蛋白合成，耗能细胞结构全面溶解、破坏、细胞肿胀 胞膜及细胞器相对完整细胞皱缩，核固缩弥散性降解，电泳呈均一DNA片状 DNA片段化（185bp），电泳 呈“梯”状条带 溶酶体破裂，局部炎症反应 溶酶体相对完整，局部无炎症反应有 病理性，非特异性 生理性或病理性，特异性无有无衰老的概念（附）衰老的概念（附）v衰老衰老(senescing，aging)：是机体在退化时期：是机体在退化时期生理功能下降生理功能下降和和紊乱紊乱的综合表现，是的综合表现，是不可逆不可逆的生命过程。的生命过程。v人的衰老与细胞的衰老相关联。人的衰老与细胞的衰老相关联。v现代人类面临着现代人类面临着3种衰老：种衰老：生理性衰老；生理性衰老；心理性衰老心理性衰老病理性衰老；病理性衰老；心理负担心理负担和压力和压力可结合保健可结合保健防病加以控防病加以控制制是生命过程是生命过程的必然的必然Hayflick界限界限19611961年，年，年，年，HayflickHayflick首次报道了体外培养的人的成纤维细胞首次报道了体外培养的人的成纤维细胞首次报道了体外培养的人的成纤维细胞首次报道了体外培养的人的成纤维细胞具有增殖分裂的具有增殖分裂的具有增殖分裂的具有增殖分裂的极限极限极限极限。细胞来源细胞来源细胞来源细胞来源胚胎成纤维胚胎成纤维胚胎成纤维胚胎成纤维细胞细胞细胞细胞成人成成人成成人成成人成纤维细胞纤维细胞纤维细胞纤维细胞老年人成老年人成老年人成老年人成纤维细胞纤维细胞纤维细胞纤维细胞传代数目传代数目传代数目传代数目505020202-42-4细胞，至少是培养的二倍体细胞，不是不死的，细胞，至少是培养的二倍体细胞，不是不死的，细胞，至少是培养的二倍体细胞，不是不死的，细胞，至少是培养的二倍体细胞，不是不死的，而是有一定的寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限，这就是而是有一定的界限，这就是而是有一定的界限，这就是而是有一定的界限，这就是 Hayflick界限界限*。请注意观察老人请注意观察老人的外部形态特征的外部形态特征个体衰老与细胞衰老个体衰老与细胞衰老老人会出现老人会出现皱纹、老人色斑、白头发皱纹、老人色斑、白头发衰老症状衰老症状原因分析原因分析皮肤干燥、发皱皮肤干燥、发皱头发变白头发变白老人斑老人斑饮食减少饮食减少细胞水分减少，体积减小细胞水分减少，体积减小细胞内的酶活性降低细胞内的酶活性降低细胞内色素的累积细胞内色素的累积细胞膜通透性功能改变细胞膜通透性功能改变早老症儿童与正常儿童的比较早老症儿童与正常儿童的比较细胞衰老特征：细胞衰老特征：1、细胞内水分减少；、细胞内水分减少；2、有些酶的活性降低；、有些酶的活性降低；3、细胞内的色素逐渐积累；、细胞内的色素逐渐积累；4、细胞呼吸减慢，核增大，、细胞呼吸减慢，核增大，染色质固缩，染色加深；染色质固缩，染色加深；5、细胞膜透性改变，运输功能降低。、细胞膜透性改变，运输功能降低。细胞的凋亡由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，就叫就叫细胞凋亡细胞凋亡细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，所以也常常叫做性调控，所以也常常叫做细胞编程性死亡细胞编程性死亡2002年，英国科学家悉尼布雷诺尔、约翰苏尔斯顿和美国科学家罗伯特霍维茨。他们为研究器官发育和程序性细胞死亡过程中的基因调节作用作出了重大贡献。SydneyBrenner H.Robert Horvitz JohnE.Sulston 细胞凋亡细胞凋亡叶子的离开不是风的追求也不是树的不挽留而是命运的安排自然的选择该来的会来该走的会走有时候离开并不意味着结束而是另一种开始！细胞的凋亡是一种自然的生细胞的凋亡是一种自然的生理过程，由基因决定的细胞理过程，由基因决定的细胞自动结束生命的过程。自动结束生命的过程。发生在我们身边的细胞凋亡发生在我们身边的细胞凋亡有哪些？有哪些？蝌蚪在变态发育过程中的尾消失蝌蚪在变态发育过程中的尾消失人胎儿指趾的形成人胎儿指趾的形成 被病原体感染的细胞的清除被病原体感染的细胞的清除发生在我们身边的细胞凋亡发生在我们身边的细胞凋亡二、细胞凋亡的生物学特征二、细胞凋亡的生物学特征（一）细胞凋亡的形态学特征（二）细胞凋亡的生化特征（三）细胞凋亡的生理意义（四）细胞凋亡的检测方法（一）细胞凋亡的形态学特征细细细细胞胞胞胞：首首首首先先先先变变变变圆圆圆圆，体体体体积积积积缩缩缩缩小小小小，与与与与邻邻邻邻近近近近细细细细胞胞胞胞的的的的连连连连接丧失，失去微绒毛，胞浆浓缩。接丧失，失去微绒毛，胞浆浓缩。接丧失，失去微绒毛，胞浆浓缩。接丧失，失去微绒毛，胞浆浓缩。细细细细胞胞胞胞核核核核的的的的变变变变化化化化：胞胞胞胞核核核核内内内内染染染染色色色色质质质质浓浓浓浓缩缩缩缩形形形形成成成成密密密密集集集集颗颗颗颗粒粒粒粒呈呈呈呈帽帽帽帽状状状状或或或或新新新新月月月月形形形形)，位位位位于于于于核核核核被被被被膜膜膜膜下下下下。核核核核被被被被膜膜膜膜下下下下核核核核纤纤纤纤层层层层(nuclear(nuclear(nuclear(nuclear lamina)lamina)lamina)lamina)分分分分解解解解，随随随随后后后后细细细细胞胞胞胞核核核核内染色质固缩为不均一点状结构。内染色质固缩为不均一点状结构。内染色质固缩为不均一点状结构。内染色质固缩为不均一点状结构。细细细细胞胞胞胞质质质质和和和和细细细细胞胞胞胞膜膜膜膜：相相相相邻邻邻邻细细细细胞胞胞胞间间间间连连连连接接接接复复复复合合合合体体体体普普普普遍遍遍遍消消消消失失失失，其其其其他他他他细细细细胞胞胞胞膜膜膜膜特特特特有有有有结结结结构构构构如如如如微微微微绒绒绒绒毛毛毛毛等等等等亦亦亦亦随随随随之之之之消失。此时，细胞膜结构仍保持完整。消失。此时，细胞膜结构仍保持完整。消失。此时，细胞膜结构仍保持完整。消失。此时，细胞膜结构仍保持完整。细胞器：细胞器：细胞器：细胞器：线粒体：保持完整呈正常状态线粒体：保持完整呈正常状态线粒体：保持完整呈正常状态线粒体：保持完整呈正常状态 溶酶体：保持完整，内容物不外泄溶酶体：保持完整，内容物不外泄溶酶体：保持完整，内容物不外泄溶酶体：保持完整，内容物不外泄 形成凋亡小体：形成凋亡小体：形成凋亡小体：形成凋亡小体：内质网、高尔基复合体及核被膜膨大内质网、高尔基复合体及核被膜膨大内质网、高尔基复合体及核被膜膨大内质网、高尔基复合体及核被膜膨大,形成泡状结构与细胞膜融合，以出泡方式离开正在死形成泡状结构与细胞膜融合，以出泡方式离开正在死形成泡状结构与细胞膜融合，以出泡方式离开正在死形成泡状结构与细胞膜融合，以出泡方式离开正在死亡的细胞，将所包含的完整细胞器和核碎片等细胞内亡的细胞，将所包含的完整细胞器和核碎片等细胞内亡的细胞，将所包含的完整细胞器和核碎片等细胞内亡的细胞，将所包含的完整细胞器和核碎片等细胞内容物以细胞质膜包被成容物以细胞质膜包被成容物以细胞质膜包被成容物以细胞质膜包被成凋亡小体凋亡小体凋亡小体凋亡小体(apoptosis bodies(apoptosis bodies(apoptosis bodies(apoptosis bodies）释放到细胞外。凋亡小体之间在体积上差异很大，与释放到细胞外。凋亡小体之间在体积上差异很大，与释放到细胞外。凋亡小体之间在体积上差异很大，与释放到细胞外。凋亡小体之间在体积上差异很大，与细胞产生的凋亡小体数目和细胞的大小有关。凋亡小细胞产生的凋亡小体数目和细胞的大小有关。凋亡小细胞产生的凋亡小体数目和细胞的大小有关。凋亡小细胞产生的凋亡小体数目和细胞的大小有关。凋亡小体很快被周围邻近间质细胞或巨噬细胞吞噬，而不引体很快被周围邻近间质细胞或巨噬细胞吞噬，而不引体很快被周围邻近间质细胞或巨噬细胞吞噬，而不引体很快被周围邻近间质细胞或巨噬细胞吞噬，而不引起周围组织的炎症反应。起周围组织的炎症反应。起周围组织的炎症反应。起周围组织的炎症反应。空泡化固缩出芽边集凋亡小体 凋亡细胞的形态学特征：特征：（二）细胞凋亡的生化特征：胞浆内Ca2+浓度升高。细胞内活性氧增多。质膜通透性变大。DNA片段化形成梯状条带。DNA内切酶活性被激活升高，双链DNA在核小体之间切断形成185bp为基数的有序片段。型谷氨酰胺转移酶和需钙蛋白酶（CalpainCalpain）活性升高。DNA的片段化断裂 蛋白质的降解典型凋亡细胞典型凋亡细胞DNADNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）核核核核酸酸酸酸内内内内切切切切酶酶酶酶活活活活化化化化与与与与DNADNADNADNA电电电电泳泳泳泳呈呈呈呈梯梯梯梯子子子子状状状状改改改改变变变变是是是是ApoptosisApoptosisApoptosisApoptosis的生物化学标志。的生物化学标志。的生物化学标志。的生物化学标志。核核核核酸酸酸酸内内内内切切切切酶酶酶酶在在在在核核核核小小小小体体体体连连连连接接接接处处处处将将将将DNADNADNADNA链链链链切切切切断断断断，从从从从而而而而最最最最终终终终产产产产生生生生寡寡寡寡聚聚聚聚核核核核小小小小体体体体。这这这这些些些些寡寡寡寡聚聚聚聚核核核核小小小小体体体体的的的的大大大大小小小小均均均均是是是是DNADNADNADNA长长长长度度度度为为为为180 180 180 180-200200200200个个个个碱碱碱碱基基基基对对对对(bp)(bp)(bp)(bp)的的的的倍倍倍倍数数数数，因因因因此此此此用用用用琼琼琼琼脂脂脂脂糖糖糖糖凝凝凝凝胶胶胶胶电电电电泳泳泳泳测测测测定定定定细细细细胞胞胞胞DNADNADNADNA时时时时出出出出现现现现特特特特征征征征性的性的性的性的“梯状梯状梯状梯状”（ladderladderladderladder）带纹）带纹）带纹）带纹。（三）细胞凋亡的生理意义 1 1 1 1 维维维维持持持持组组组组织织织织器器器器官官官官细细细细胞胞胞胞类类类类型型型型和和和和细细细细胞胞胞胞总总总总量量量量的的的的基基基基本本本本平平平平衡衡衡衡：清清清清 除衰老损伤的细胞除衰老损伤的细胞除衰老损伤的细胞除衰老损伤的细胞：皮肤、粘膜细胞的更新等。：皮肤、粘膜细胞的更新等。：皮肤、粘膜细胞的更新等。：皮肤、粘膜细胞的更新等。2 2 2 2 在胚胎发育中起重要作用在胚胎发育中起重要作用在胚胎发育中起重要作用在胚胎发育中起重要作用 a a a a 手手手手指指指指和和和和脚脚脚脚趾趾趾趾的的的的形形形形成成成成等等等等。b b b b 大大大大脑脑脑脑神神神神经经经经元元元元之之之之间间间间形形形形成成成成连连连连接接接接时时时时多多多多余余余余的的的的神神神神经经经经细细细细胞胞胞胞通通通通过过过过凋凋凋凋亡亡亡亡清清清清除除除除掉掉掉掉。c c c c 在在在在淋淋淋淋巴巴巴巴细细细细胞胞胞胞发发发发育育育育成成成成熟熟熟熟中中中中起起起起重重重重要要要要作作作作用用用用。d d d d 心心心心脏脏脏脏发发发发育育育育过过过过程程程程中中中中左左左左右右右右心心心心室室室室、房房房房的的的的形形形形成成成成以以以以及及及及左左左左右右右右心心心心室室室室的的的的厚厚厚厚度度度度，通通通通过过过过细细细细胞胞胞胞凋亡调节。凋亡调节。凋亡调节。凋亡调节。3 3 3 3 细胞凋亡异常可引起肿瘤和神经退行性病变等疾病。细胞凋亡异常可引起肿瘤和神经退行性病变等疾病。细胞凋亡异常可引起肿瘤和神经退行性病变等疾病。细胞凋亡异常可引起肿瘤和神经退行性病变等疾病。（四）细胞凋亡的检测方法形态学观测形态学观测形态学观测形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察染色法、透射和扫描电镜观察染色法、透射和扫描电镜观察染色法、透射和扫描电镜观察DNADNA电泳：电泳：电泳：电泳：DNADNA片段就呈现出梯状条带片段就呈现出梯状条带片段就呈现出梯状条带片段就呈现出梯状条带TUNELTUNEL测定法测定法测定法测定法:即即即即DNADNA断裂的原位末端标记法断裂的原位末端标记法断裂的原位末端标记法断裂的原位末端标记法彗星电泳法彗星电泳法彗星电泳法彗星电泳法（comet assaycomet assay）流式细胞分析流式细胞分析流式细胞分析流式细胞分析 根据凋亡细胞根据凋亡细胞根据凋亡细胞根据凋亡细胞DNADNA断裂和丢失，采用碘化丙啶使断裂和丢失，采用碘化丙啶使断裂和丢失，采用碘化丙啶使断裂和丢失，采用碘化丙啶使DNADNA 产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细 胞，同时又能观察细胞的周期状态。胞，同时又能观察细胞的周期状态。胞，同时又能观察细胞的周期状态。胞，同时又能观察细胞的周期状态。一、细胞凋亡的形态学检测一、细胞凋亡的形态学检测 根据凋亡细胞固有的形形态态特特征征，人们已经设计了许多不同的细胞凋亡形态学检测方法。1、光学显微镜和倒置显微镜光学显微镜和倒置显微镜（1）未未染染色色细细胞胞：凋亡细胞的体积变小、变形，细胞膜完整但出现发泡现象，细胞凋亡晚期可见凋亡小体。贴壁细胞出现皱缩、变圆、脱落。（2）染染色色细细胞胞：常用姬姆萨染色、瑞氏染色等。凋亡细胞的染色质浓缩、边缘化，核膜裂解、染色质分割成块状和凋亡小体等典型的凋亡形态。细胞色素细胞色素c诱导的凋亡细胞诱导的凋亡细胞DNA电泳图电泳图1细胞色素细胞色素c诱导诱导0h2细胞色素细胞色素c诱导诱导1h3细胞色素细胞色素c诱导诱导2h4细胞色素细胞色素c诱导诱导3h5细胞色素细胞色素c诱导诱导4h6阴性对照阴性对照7Marker形成大小为形成大小为形成大小为形成大小为180180200bp200bp整倍性的整倍性的整倍性的整倍性的DNADNA 梯状条带；梯状条带；梯状条带；梯状条带；2、DNA电泳电泳4 4、彗星电泳法、彗星电泳法、彗星电泳法、彗星电泳法5 5、流式细胞分析、流式细胞分析、流式细胞分析、流式细胞分析凋亡细胞形成的凋亡细胞形成的凋亡细胞形成的凋亡细胞形成的DNADNA降解片段，在电场中泳动速度快，使降解片段，在电场中泳动速度快，使降解片段，在电场中泳动速度快，使降解片段，在电场中泳动速度快，使细胞核产生彗星式的图案；细胞核产生彗星式的图案；细胞核产生彗星式的图案；细胞核产生彗星式的图案；根据凋亡细胞根据凋亡细胞根据凋亡细胞根据凋亡细胞DNADNA断裂和丢失，采用碘化丙啶使断裂和丢失，采用碘化丙啶使断裂和丢失，采用碘化丙啶使断裂和丢失，采用碘化丙啶使DNADNA产生产生产生产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细胞。激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细胞。激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细胞。激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细胞。3 3、TUNELTUNEL测定法测定法测定法测定法即即即即DNADNA断裂的原位末端标记法：凋亡细胞核中断裂的原位末端标记法：凋亡细胞核中断裂的原位末端标记法：凋亡细胞核中断裂的原位末端标记法：凋亡细胞核中DNADNA产生产生产生产生3-3-OHOH末端，可用原位缺口翻译或末端标记法显示凋亡细胞。末端，可用原位缺口翻译或末端标记法显示凋亡细胞。末端，可用原位缺口翻译或末端标记法显示凋亡细胞。末端，可用原位缺口翻译或末端标记法显示凋亡细胞。三、细胞凋亡过程与调控三、细胞凋亡过程与调控（一）、细胞凋亡的过程（四个阶段）（一）、细胞凋亡的过程（四个阶段）1.凋亡信号转导凋亡信号转导2.凋亡基因激活凋亡基因激活3.凋亡的执行（由凋亡的执行（由DNase 和和caspases执执行）行）4.凋亡细胞的清除。凋亡细胞的清除。凋亡过程凋亡过程受体受体cAMPCa2+神经酰胺神经酰胺凋亡相关凋亡相关基因激活基因激活信信号号转转导导细胞膜细胞核凋亡诱导因素凋亡诱导因素+Dnase激活激活Caspases激活激活死亡信号死亡信号凋亡过程凋亡过程执行凋亡执行凋亡凋亡细胞的清除凋亡细胞的清除Dnase激活激活Caspases激活激活凋亡过程小结凋亡过程小结+受体受体cAMPCa2+神经酰胺神经酰胺凋亡凋亡诱导诱导因素因素死死亡亡信信号号凋亡相关基因激活凋亡相关基因激活Dnase激活激活Caspases激活激活巨噬细胞吞噬巨噬细胞吞噬分解凋亡细胞分解凋亡细胞信号转导信号转导基因激活基因激活执行凋亡执行凋亡凋亡细胞的清除凋亡细胞的清除凋亡过程及分期凋亡过程及分期诱导期诱导期 执行期执行期 消亡消亡期期 凋凋亡亡诱诱导导因因素素受受体体cAMPCa2+神神经经酰酰胺胺死死亡亡信信号号凋凋亡亡相相关关基基因因激激活活Dnase激活激活Capases激活激活巨噬细胞巨噬细胞吞噬细胞吞噬细胞凋亡细胞凋亡细胞（二）、细胞凋亡的调控（二）、细胞凋亡的调控1.细胞凋亡的诱导因素与抑制因素细胞凋亡的诱导因素与抑制因素(1)诱导因素（启动细胞凋亡）诱导因素（启动细胞凋亡）激素和生长因子失衡：二者过多或缺乏激素和生长因子失衡：二者过多或缺乏均可应起细胞凋亡。例：强烈应激反应均可应起细胞凋亡。例：强烈应激反应 糖皮质激素糖皮质激素 淋巴细胞凋亡。淋巴细胞凋亡。理化因素理化因素：电离辐射、高温、强酸、强碱、：电离辐射、高温、强酸、强碱、细胞毒性抗癌药等。细胞毒性抗癌药等。免疫性因素免疫性因素：免疫细胞在生长、分化及执：免疫细胞在生长、分化及执行防御、自稳、监视功能中行防御、自稳、监视功能中,其免疫分子其免疫分子参与参与 免疫细胞或靶细胞的凋亡过程。免疫细胞或靶细胞的凋亡过程。微生物因素微生物因素：细菌、病毒：细菌、病毒 及其毒素及其毒素 可诱可诱导细胞调亡。如导细胞调亡。如HIV可至可至 CD4+，T淋巴淋巴细胞凋亡细胞凋亡，是爱滋病的发病机理。，是爱滋病的发病机理。(2)抑制因素抑制因素（抑制细胞凋亡）（抑制细胞凋亡）细胞生长因子细胞生长因子：如：如IL-2、神经生长因子。、神经生长因子。激素激素 例：例：ACTH 肾上腺皮质细胞增肾上腺皮质细胞增生生 抑制细胞凋亡抑制细胞凋亡 2、细胞凋亡信号的转导、细胞凋亡信号的转导 凋亡诱导因素凋亡诱导因素作用于作用于细胞细胞转化为转化为凋亡信号凋亡信号胞内信号转导途径胞内信号转导途径激活细胞死亡程序激活细胞死亡程序细胞凋亡（细胞凋亡（DNA片段化及蛋白解体）。片段化及蛋白解体）。死亡受体通路：死亡受体通路：线粒体通路：线粒体通路：诱导信号诱导信号+配体配体诱导信号诱导信号+配体配体+衔接蛋白衔接蛋白诱导信号诱导信号+配体（如配体（如Fas）+衔接蛋白衔接蛋白+Procaspase-8（死亡诱导信号复合物）（死亡诱导信号复合物）Procaspase-8激活为激活为Caspase-8缺氧、缺血、酸中毒等原因缺氧、缺血、酸中毒等原因线粒体膜通透性下降线粒体膜通透性下降凋亡启动因子释放凋亡启动因子释放（cyt-c、Apaf-1等）等）cyt-c+Apaf-1+Procaspase-9Procaspase-9激活为激活为Caspase-93.细胞凋亡的相关基因细胞凋亡的相关基因（1）抑制凋亡基因：）抑制凋亡基因：Bcl-2（B 细胞淋巴瘤细胞淋巴瘤 白血病白血病-2基因）。基因）。Bcl-2(B-cell lymphoma/leukemia-2)基基因：因：分布：造血细胞、上皮细胞、淋巴细分布：造血细胞、上皮细胞、淋巴细胞、多种瘤细胞。胞、多种瘤细胞。功能：抑制多种凋亡诱导因素（如电离辐射、化学药物）功能：抑制多种凋亡诱导因素（如电离辐射、化学药物）所引起的细胞凋亡所引起的细胞凋亡（细胞细胞增殖）。增殖）。机制：机制：*直接抗氧化而抑制细胞调亡；直接抗氧化而抑制细胞调亡；*抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质；抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质；*抑制凋亡蛋白酶的激活；抑制凋亡蛋白酶的激活；*维持细胞钙稳态。维持细胞钙稳态。（2）促进凋亡基因：）促进凋亡基因：野生型野生型p53基因基因编码编码p53蛋白，故名。蛋白，故名。功能：促使恶性肿瘤细胞、衰老细胞或损伤较重的功能：促使恶性肿瘤细胞、衰老细胞或损伤较重的细胞凋亡，修复受损的细胞（分子警察）。细胞凋亡，修复受损的细胞（分子警察）。机制：射线、毒素机制：射线、毒素DNA损伤损伤+P53蛋白蛋白启动启动DNA修复机制修复机制DNA修复修复启动细胞凋亡机制启动细胞凋亡机制细胞凋亡细胞凋亡P53基因突变后反而抑制细胞凋亡基因突变后反而抑制细胞凋亡,值得注意。值得注意。（3）双向调控基因：）双向调控基因：C.myc双向调节：双向调节：诱导细胞增殖（有生长因子）诱导细胞增殖（有生长因子）诱导细胞凋亡（无生长因子）诱导细胞凋亡（无生长因子）四、细胞凋亡发生机制（一）氧化损伤一）氧化损伤（二）钙稳态失衡（二）钙稳态失衡 (三三)线粒体损伤线粒体损伤（四）细胞凋亡的分子机制（四）细胞凋亡的分子机制 氧化应激与自由基的损伤作用氧化应激与自由基的损伤作用氧化应激与自由基的损伤作用氧化应激与自由基的损伤作用1.氧自由基攻击细胞膜上不饱和脂肪酸，引起脂质过氧自由基攻击细胞膜上不饱和脂肪酸，引起脂质过 氧化直接造成细胞膜损伤，导致细胞凋亡。氧化直接造成细胞膜损伤，导致细胞凋亡。2.氧化应激可激活氧化应激可激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶及活依赖的核酸内切酶及活 化核转录因子如化核转录因子如NF-kB，诱导细胞凋亡。，诱导细胞凋亡。3.氧化应激引起细胞膜结构的破坏，使氧化应激引起细胞膜结构的破坏，使Ca2+内流增加内流增加 诱导细胞凋亡。诱导细胞凋亡。4.激激 活活P53基因，细胞调亡。基因，细胞调亡。（一）氧化损伤（一）氧化损伤（二）钙稳态失衡1.激活激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶，降解依赖的核酸内切酶，降解DNA链；链；2.激活谷氨酰胺转移酶，使细胞骨架蛋白分子激活谷氨酰胺转移酶，使细胞骨架蛋白分子间发生广泛交联，有利于凋亡小体形成。间发生广泛交联，有利于凋亡小体形成。3.激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录；录；4.Ca2+在在ATP的配合下使的配合下使DNA链舒展，暴露出链舒展，暴露出核小体之间的连接区内的酶切位点，有利核小体之间的连接区内的酶切位点，有利DNA内切酶切割内切酶切割DNA。（三）线粒体损伤（三）线粒体损伤1.线粒体线粒体 损失，导致损失，导致ATP不足，线线体膜通透感不足，线线体膜通透感性增高性增高Ca2+浓度升高浓度升高,均可启动细胞凋亡。均可启动细胞凋亡。2.2.膜电位下降，线粒体膜转换孔开放，通透性增膜电位下降，线粒体膜转换孔开放，通透性增膜电位下降，线粒体膜转换孔开放，通透性增膜电位下降，线粒体膜转换孔开放，通透性增加，细胞凋亡因子被激活，使细胞色素加，细胞凋亡因子被激活，使细胞色素加，细胞凋亡因子被激活，使细胞色素加，细胞凋亡因子被激活，使细胞色素C C，凋亡，凋亡，凋亡，凋亡蛋白酶激活因子，凋亡诱导因子释放到细胞浆。蛋白酶激活因子，凋亡诱导因子释放到细胞浆。蛋白酶激活因子，凋亡诱导因子释放到细胞浆。蛋白酶激活因子，凋亡诱导因子释放到细胞浆。1 1）细胞色素）细胞色素）细胞色素）细胞色素C+C+凋亡蛋白酶激活因子，激活凋亡蛋白酶激活因子，激活凋亡蛋白酶激活因子，激活凋亡蛋白酶激活因子，激活Caspase-9,Caspase-9,导致细胞凋亡。导致细胞凋亡。导致细胞凋亡。导致细胞凋亡。2)2)凋亡诱导因子激活核酸内切酶，增强凋亡诱导因子激活核酸内切酶，增强凋亡诱导因子激活核酸内切酶，增强凋亡诱导因子激活核酸内切酶，增强Caspase-3Caspase-3活性导致蛋白水解。活性导致蛋白水解。活性导致蛋白水解。活性导致蛋白水解。（四）细胞凋亡的分子机制线虫线虫(C.elegans)Caspase家族与凋亡家族与凋亡Bcl-2家族与细胞凋亡家族与细胞凋亡细胞凋亡的分子机理细胞凋亡的分子机理 细胞凋亡受基因控制。线虫是研究细胞凋亡分子基础的理想材料。每条线虫具有1090个细胞，其中在正常情况下有131个细胞在发育过程中以凋亡的方式死亡。从线虫中找到若干控制细胞凋亡的基因。1线虫线虫(C.elegans)找到一系列与细胞凋亡有关的基因 ced-3ced-3、ced-4 ced-4 诱发、启动，诱发、启动，促进细胞促进细胞凋亡凋亡 ced-9 ced-9 基因阻止基因阻止ced3/ced4ced3/ced4的激活，抑制凋亡的激活，抑制凋亡 ced-3、ced-4 基因突变或缺失，使凋亡受阻 移入 ced-9 使凋亡受阻 失去 ced-9 使细胞凋亡2 Caspase家族与凋亡 Caspase家族家族 Caspase激活激活 Caspase水解的靶蛋白水解的靶蛋白 Ced3Ced3的哺乳类同源基因是的哺乳类同源基因是的哺乳类同源基因是的哺乳类同源基因是ICE(Interleukin-1-converting enzyme)ICE(Interleukin-1-converting enzyme)，即即即即 Caspase-1Caspase-1。Ced4Ced4的哺乳类同源基因是的哺乳类同源基因是的哺乳类同源基因是的哺乳类同源基因是Apaf-1Apaf-1(细胞凋亡蛋白活化因子）。细胞凋亡蛋白活化因子）。细胞凋亡蛋白活化因子）。细胞凋亡蛋白活化因子）。Ced9Ced9的哺乳类同源基因是的哺乳类同源基因是的哺乳类同源基因是的哺乳类同源基因是BCL-2BCL-2。CaspaseCaspase家族家族家族家族是一组与众不同的蛋白水解酶，在凋亡早期阶是一组与众不同的蛋白水解酶，在凋亡早期阶是一组与众不同的蛋白水解酶，在凋亡早期阶是一组与众不同的蛋白水解酶，在凋亡早期阶段被激活，并负责引发随后的凋亡变化，通过切割一组高度段被激活，并负责引发随后的凋亡变化，通过切割一组高度段被激活，并负责引发随后的凋亡变化，通过切割一组高度段被激活，并负责引发随后的凋亡变化，通过切割一组高度选择性的必须蛋白质来实现这一功能。选择性的必须蛋白质来实现这一功能。选择性的必须蛋白质来实现这一功能。选择性的必须蛋白质来实现这一功能。CaspaseCaspase活性位点是半胱氨酸活性位点是半胱氨酸(Cysteine)(Cysteine)裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键 因因此此称称为为Cysteine Cysteine aspartic aspartic acic acic specific specific proteaseprotease，即即CaspaseCaspaseCaspase激活 细胞中合成的细胞中合成的Caspase自身以无活性的酶自身以无活性的酶原状态原状态（ProcaspaseProcaspase）存在，经激活后方能执存在，经激活后方能执行其功能。行其功能。其激活依赖于其他的其激活依赖于其他的 Caspase在它的天冬在它的天冬氨酸位点水解活化或自身活化氨酸位点水解活化或自身活化胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径 上游启始者上游启始者上游启始者上游启始者CaspasesCaspases切割、活化切割、活化切割、活化切割、活化下游执行者下游执行者下游执行者下游执行者CaspasesCaspases 当细胞接受凋亡信号分子当细胞接受凋亡信号分子当细胞接受凋亡信号分子当细胞接受凋亡信号分子(Fas,TNF(Fas,TNF(Fas,TNF(Fas,TNF等等等等)后，凋亡细胞表面信号分子受体后，凋亡细胞表面信号分子受体后，凋亡细胞表面信号分子受体后，凋亡细胞表面信号分子受体 相互聚集并与细胞内的衔接蛋白相互聚集并与细胞内的衔接蛋白相互聚集并与细胞内的衔接蛋白相互聚集并与细胞内的衔接蛋白(Adaptor protein)(Adaptor protein)(Adaptor protein)(Adaptor protein)结合，这些衔接蛋白结合，这些衔接蛋白结合，这些衔接蛋白结合，这些衔接蛋白 又又又又募募募募集集集集ProcaspasesProcaspases聚聚聚聚集集集集在在在在受受受受体体体体部部部部位位位位，ProcaspaseProcaspase相相相相互互互互活活活活化化化化并并并并产产产产生生生生级级级级联联联联反反反反 应，使细胞凋亡应，使细胞凋亡应，使细胞凋亡应，使细胞凋亡 下游执行者下游执行者下游执行者下游执行者CaspasesCaspases活化后，水解蛋白底物，启动凋亡活化后，水解蛋白底物，启动凋亡活化后，水解蛋白底物，启动凋亡活化后，水解蛋白底物，启动凋亡 裂解核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体；裂解核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体；裂解核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体；裂解核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体；裂解裂解裂解裂解DNaseDNase结合蛋白，使结合蛋白，使结合蛋白，使结合蛋白，使DNaseDNase释放，降解释放，降解释放，降解释放，降解DNADNA形成形成形成形成DNA Ladder;DNA Ladder;裂解参与细胞连接或附着的骨架和其他蛋白，使凋亡细胞皱缩、脱落，裂解参与细胞连接或附着的骨架和其他蛋白，使凋亡细胞皱缩、脱落，裂解参与细胞连接或附着的骨架和其他蛋白，使凋亡细胞皱缩、脱落，裂解参与细胞连接或附着的骨架和其他蛋白，使凋亡细胞皱缩、脱落，便便便便 于细胞吞噬；于细胞吞噬；于细胞吞噬；于细胞吞噬；导致膜脂导致膜脂导致膜脂导致膜脂PSPS重排，便于吞噬细胞识别并吞噬。重排，便于吞噬细胞识别并吞噬。重排，便于吞噬细胞识别并吞噬。重排，便于吞噬细胞识别并吞噬。3 Bcl-2家族与细胞凋亡Bcl-2Bcl-2 是一种原癌基因，是是一种原癌基因，是是一种原癌基因，是是一种原癌基因，是ced-9ced-9在哺乳类中的同源物，能抑制细胞凋在哺乳类中的同源物，能抑制细胞凋在哺乳类中的同源物，能抑制细胞凋在哺乳类中的同源物，能抑制细胞凋 亡；与线粒体及内质网膜相结合；亡；与线粒体及内质网膜相结合；亡；与线粒体及内质网膜相结合；亡；与线粒体及内质网膜相结合；Bcl-2Bcl-2蛋白的羧基末端有一穿蛋白的羧基末端有一穿蛋白的羧基末端有一穿蛋白的羧基末端有一穿 膜的结构域；膜的结构域；膜的结构域；膜的结构域；Bcl-2Bcl-2家族成员的基因中，常常含有三个保守的家族成员的基因中，常常含有三个保守的家族成员的基因中，常常含有三个保守的家族成员的基因中，常常含有三个保守的 Bcl-2Bcl-2同源区，即同源区，即同源区，即同源区，即BH1BH1，BH2BH2和和和和BH3BH3 Bcl-2Bcl-2蛋白质家族蛋白质家族蛋白质家族蛋白质家族成员以不同的方式调节细胞凋亡成员以不同的方式调节细胞凋亡成员以不同的方式调节细胞凋亡成员以不同的方式调节细胞凋亡 促进凋亡促进凋亡促进凋亡促进凋亡:Bad:Bad、BidBid、BaxBax 阻止凋亡：阻止凋亡：阻止凋亡：阻止凋亡：Bel-X Bel-X、Bel-wBel-w、Bel-2Bel-2 哺乳动物细胞中发现的哺乳动物细胞中发现的哺乳动物细胞中发现的哺乳动物细胞中发现的Apaf2Apaf2即是即是即是即是CytCCytC正常机体细胞生长与死亡的平衡生长生长坏死、凋亡坏死、凋亡正常机体正常机体五、细胞凋亡与疾病五、细胞凋亡与疾病 细胞凋亡与疾病的关系细胞凋亡与疾病的关系细胞凋亡与疾病的关系细胞凋亡与疾病的关系 该该该该“死死死死”的的的的细胞不死，不该细胞不死，不该细胞不死，不该细胞不死，不该“死死死死”的细胞却死了，也就是的细胞却死了，也就是的细胞却死了，也就是的细胞却死了，也就是说说说说无论凋亡过度或凋亡不足无论凋亡过度或凋亡不足无论凋亡过度或凋亡不足无论凋亡过度或凋亡不足都可以导致疾病的都可以导致疾病的都可以导致疾病的都可以导致疾病的发生。发生。发生。发生。细胞凋亡不足：细胞凋亡不足：细胞凋亡不足：细胞凋亡不足：肿瘤，自身免疫病，肿瘤，自身免疫病，肿瘤，自身免疫病，肿瘤，自身免疫病，细胞凋亡过度：细胞凋亡过度：细胞凋亡过度：细胞凋亡过度：心肌缺血，心力衰竭，神心肌缺血，心力衰竭，神心肌缺血，心力衰竭，神心肌缺血，心力衰竭，神经元退行性疾病，病毒感染经元退行性疾病，病毒感染经元退行性疾病，病毒感染经元退行性疾病，病毒感染 不足与过度并存：不足与过度并存：不足与过度并存：不足与过度并存：动脉粥样硬化动脉粥样硬化动脉粥样硬化动脉粥样硬化细胞凋亡与疾病细胞凋亡与疾病凋 亡 相 对 不 足肿瘤、自身免疫性疾病、肿瘤、自身免疫性疾病、病毒感染等病毒感染等（一）细胞凋亡不足（一）细胞凋亡不足1.肿瘤肿瘤细胞增殖过度、细胞凋亡不足。细胞增殖过度、细胞凋亡不足。实验研究：实验研究：P53基因（促凋亡基因）缺