Apoptosis 细胞凋亡
一、细胞凋亡的概念
●细胞凋亡，Apoptosis，源自于希腊语，原意是指树叶或花的自
然凋落；
●细胞凋亡时，就像树叶或花的自然凋落一样，凋亡的细胞散在
于正常组织细胞中，无炎症反应，不遗留疤痕。
●死亡的细胞碎片很快被巨噬细胞或邻近细胞清除，不影响其他
细胞的正常功能。
死亡是生命的普遍现象，但细胞死亡并非与机体死亡同步。
正常的组织中也发生细胞死亡，它是维持组织机能和形态
所必需的……
程序性细胞死亡
（programmed cell death，PCD）
凋亡又称为程序性细胞死亡是指细胞在一定的生理或病理条件下遵循自身的程序自己结束生命的过程。
对机体发育和维持正常生理功能不可缺少：
eg：手足成型、神经系统发育（50%细胞凋亡）、杀手细胞对靶细胞的攻击、细胞更新（人肠和骨每小时10亿细胞凋亡）。
二、凋亡时细胞的主要变化（一）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 (apoptosis body)
程序性死亡细胞
的形态结构变
化
凋亡细胞形态学改变
胸 腺 细 胞
正常凋亡
胸 腺 细 胞
正常凋亡
DNA片段化形成梯状条带
DNA以核小体为单位断裂，
形成180－200bp 或其倍数的片断，电泳时呈特征性梯状条带。
DNA ladder
：鉴定凋亡最可靠方法。
（二）细胞凋亡的生物化学变化
凋亡细胞DNA链断裂示意图
凋亡细胞核酸内切酶将DNA链切断，形成bp数为180bp的整倍数的片断
染色体细丝放大后的核小体及其连接
DNA电泳结果
正常凋亡坏死
细胞色素c诱导的凋亡细胞DNA电泳图1．细胞色素c诱导0 h 2．细胞色素c诱导1 h 3．细胞色素c诱导2 h 4．细胞色素c诱导3 h 5．细胞色素c诱导4 h 6．阴性对照
7．Marker
细胞凋亡的生化改变DNA 片断化caspase
激活灭活凋亡抑制物
水解活性蛋白水解结构蛋白
Ca 2+ /Mg 2+ Zn 2+
核酸内切酶激活
①②③
三、程序性细胞死亡的机理
◆2002年的诺贝尔生理学和医学奖授予了在器官发育和程
序性细胞死亡研究领域中做出奠基性贡献的3位科学家:●英国的Brenner、Sulston和美国的Horvitz
●线虫生命周期短，单个雄虫有1031个体细胞和1000个生殖细胞。
其神经系统有302个细胞组成，来自于407个前体细胞，这些前体细胞有105个发生了PCD 。
●Robert Horvitz 等通过体细胞突变的方法发现C.elegans 细胞中，
雌雄同体的秀丽新小杆线虫
线虫中PCD相关基因
●决定死亡的2个基因：
ces-1和ces-2基因
●执行死亡的4个基因：
ced-3、ced-4、ced-9和egl-1基因；
●死亡细胞被吞噬细胞所吞噬的7个基因：
ced-1、ced-2、ced-5、ced-6、ced-7、ced-8和ced-10；
●死亡细胞在吞噬体中被降解的基因:
核酸酶基因nuc-1。
程序性细胞死亡途径及相关基因
●ced-3、ced-4、ced-9和egl-1 等4个基因构成了线虫执行死亡的“死亡机器”(death machinery);
●ced-3 和ced-4是细胞杀手;
●ced-9可抵消ced-3和ced-4的作用，防止细胞被杀死，因此是存活因子;
●真正的细胞杀手是ced-3而不是ced-4。
哺乳动物细胞中有线虫凋亡基因的同源基因
•人们发现哺乳类细胞中存在着Ced 3的同源物ICE家族（interleukin-1b converting enzyme），即Caspase 家族，Caspase 1催化白介素-1b的活化，即从其前体上将IL-1b切割下来。
•在大鼠成纤维细胞中过量表达ICE和Ced3都会引起细胞凋亡，表明了ICE和Ced3在结构和功能上的相似性。
天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶caspase
◆自杀性蛋白水解酶即天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶，简称
caspase (cysteine-containing aspartate specific protease)，半胱天冬蛋白酶;
◆ caspase的活性位点是半胱氨酸cysteine，裂解位点是天冬氨酸
aspartate残基后的肽键。
Caspase活化：
◆Caspase自身以非活化的Pro-caspase存在，其激活依赖于其他的
Caspase在它的天冬氨酸位点裂解活化或通过自剪接而激活。
◆活化的半胱天冬蛋白酶可将细胞内的其它蛋白降解，从而引起
apoptosis。
哺乳动物细胞中与线虫同源的凋亡基因
•Ced 4的哺乳类同源物则迟迟未能发现，直到1997年，才被证明是Apaf-1（apoptosis protease activating factor 凋亡酶活化因子）。
•Ced 9 的哺乳类对应物则较早地被证明是BCL-2，凋亡抑制因子，能控制细胞色素C的释放。
Regulators and effectors of apoptosis
细胞凋亡的途径胞内和胞外有两条：
◆细胞外信号：
激活细胞内各级caspase
◆细胞内信号：
通过线粒体释放细胞色素C，活化凋亡酶激活因子
Apaf-1(apoptotic protease activating factor-1)激活caspase
1 胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径
凋亡信号通路：
当细胞接受外界凋亡信号分子(如Fas，TNF等)后，凋亡细胞表面的信号分子受体相互聚集并与细胞内的衔接蛋白(Adaptor protein)结合；
这些衔接蛋白又募集 Procaspases 聚集在受体部位，Procaspase 相互活化并产生级联反应，使细胞凋亡。
受体介导的程序性细胞死亡途径TRADD (TNFR1
associated death domain)
Fas相关死亡结构域蛋白 (Fas-
associateddeathdomain, FADD)
动物细胞中蛋白质酶解
级联系统对PCD
的介导
能够被下游caspase切割的靶蛋白
●蛋白激酶
●切割核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体；
●细胞结构蛋白（如骨架蛋白）
●与DNA修复相关的酶类
●caspase激活的DNase抑制蛋白。
2 细胞内源信号诱导凋亡途径
●DNA损伤；
●细胞质中Ca2+浓度过高；
●极度氧胁迫，产生大量的自由基。
◆正调控信号（促进细胞死亡）
如细胞色素C，凋亡蛋白酶激活因子 Apaf
◆负调控信号（抑制细胞死亡）
PCD
程
四、PCD在形态建成中起重要作用如：细胞凋亡参与趾的发育
•Sculpting the digits in the developing mouse paw by apoptosis（Wood 2000）
蝌蚪向蛙发育的变态
反应中PCD的作用
去除不需要的结构
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PCD对发育中神经细胞数量的调节
神经细胞过多会导致脑畸形发育
謝謝大家!
Death is only the beginning!
34。