– 糖皮质激素→小鼠胸腺细胞 →染色质DNA特征 性降解
• 内容:
– “半胱天冬酶”（cysteine-containing aspartatespecific protease, Caspase ）
– 内源性核酸内切酶(DNase) 和DNA片段化
Caspase 的分类
类型
成员
生物学特性
起始Caspase Caspase-2,8,9,10
细胞凋亡与疾病
2002年诺贝尔生理与医学奖获得者
罗伯特·霍维茨，悉尼·布雷内，约翰·苏尔斯顿
凋亡 (Apoptosis)
在体内外因素的诱导下，由基因严格调控 而发生的自主性细胞有序死亡。
Kerr, Wyllie and Currie “Apoptosis, a basis biological phenomenon with wide-ranging implication in tissue kinetics.” (Br J Cancer 1972)
染色质 细胞形状 生化特点
DNA电泳
炎症反应 基因调控
潜伏期
坏死
病理性，非特异性 强烈刺激、随机发生 细胞肿胀、细胞结构
全面溶解、破坏 稀疏、分散、呈絮状
裂解成碎片 被动、无新蛋白合成
不耗能 随机降解， 电泳呈弥散条带
有 无 无
凋亡
生理或病理性，特异性 弱刺激、非随机发生 细胞膜及细胞器相对完整、 细胞皱缩、核固缩
• FADD：Fas相关死亡结构域蛋白 – FasL+Fas （死亡结构域） +FADD —细胞凋亡
• RIP：受体相互作用蛋白 • CRADD：含有死亡结构域的caspase和RIP接头蛋白 • MADD：活化MAP激酶的死亡结构域蛋白
死亡受体的激活途径
主要信号传导通路
• 死亡受体通路 (外凋亡通路)
CTL
肿瘤细胞
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
发挥积极的防御功能
发挥积极的免疫防御功能
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
• 生理性凋亡 • 病理性凋亡
– 凋亡不足
• 肿瘤、自身免疫性疾病
– 凋亡过度
• 艾滋病、老年性痴呆
– 凋亡不足+凋亡过度
• 动脉粥样硬化
凋亡的诱导和抑制因素
诱导因素
➢细胞核
•染色质浓缩、边集，核碎片
正常胸腺细胞
染色质边集
核碎片
凋亡小体和吞噬细胞
凋亡小体和吞噬细胞
凋亡形态学变化小结
• 细胞的死亡方式
➢凋亡 ➢坏死
➢严重损伤因素（中毒，严重缺血、缺氧，强酸碱， 强电流）所致，正常组织不发生细胞坏死
➢自噬 (autophagy)
性质 诱导因素 形态变化
– 凋亡不足 – 凋亡过度 – 凋亡不足+凋亡过度
线虫（Caenorhabditis elegans）
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
Normal development
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
确保正常生长发育 确保正常生长发育
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
维持内环境稳定
• IAP 家族
– 抑制Caspase-3,7,9
• AIF(凋亡诱导因子)
凋亡的转归
• 凋亡细胞的识别与吞噬
磷脂酰丝氨酸外翻 （PS externalization）
吞噬细胞识别“食我”信号 后吞噬凋亡细胞
细胞凋亡与疾病
凋亡不足
肿瘤 自身免疫病 病毒感染
凋亡过度
凋亡不足+凋亡过度
心血管疾病： •心肌缺血
Bcl-2相关X蛋白（Bax）
同源二聚体 异源二聚体
p53
• 抑癌基因 • DNA结合蛋白 • “分子警察”
• 促进凋亡:
– 通过调节Bc1-2↓和 Bax↑基因的表达来影响 细胞凋亡的。
– ↑Cyto-C释放,激活 Caspase
• c-myc
– 生长因子存在: 细胞增殖 – 生长因子缺乏:细胞凋亡
Caspase的激活方式
32-53KDa
Procaspase-3 N Asp
Asp
C
Prodomain P20
P10
cleavage
N
P20 /P10
heterodimer
caspase-3 Active site
(P20 /P10)2
Caspase3 的剪切活化方式
内源性核酸内切酶(DNase)的激活和DNA片段化
激素和生长因素失调 理化因素 免疫性因素
微生物学因素 其他：缺血缺氧
抑制因素
细胞因子 某些激素 其他：金属离子、药物、 病毒
凋亡的分期
诱导期
受
诱 导 因 素
体 或 直 接 作
死 亡 信 号
用
执行期
凋
亡
相
DNase (+)
关 基
(核酸内切酶)
因 Caspase (+)
的 (凋亡蛋白酶)
激
活
消亡期
巨
噬
细
胞 吞 噬 分 解 凋
或
继 发 性 坏 死
亡
细
胞
发生机制及其转归
• 主要信号转导通路
– 死亡受体通路 – 线粒体通路
• 重要酶学变化 • 细胞凋亡的相关基因
主要信号传导通路
• 死亡受体通路 (外凋亡通路)
– 死亡因子及受体 • TNF/ TNFR • FasL(CD95L)/Fas
死亡受体的激活途径
– 死亡因子及受体 • TNF/ TNFR • FasL(CD95L)/Fas
• 线粒体途径 (内凋亡通路)
线粒体通透性转换孔
（mitochondrial permeability transition pore, mPTP ）
mPTP: 正常情况下→绝大多数呈关闭状态 应激→开放.
• 凋亡诱导因子
– 细胞色素C （cytochrome C, Cyto-C）
– 凋亡诱导因子（apoptosis inducing factor, AIF） – 凋亡蛋白酶激活因子（apoptosis protease
activating factor, Apaf）
重要酶学变化
• Wyllie （1980） :
配体+受体
受体三聚体化
•受体死亡结构域 •受体相关的死亡结构域蛋白
•Procaspase-8
DISC
caspase-8
Apoptosis
DISC: death inducing signaling complex
死亡结构域蛋白 (death domain protein）
• TRADD：TNF受体相关死亡结构域蛋白 – TNF+TNFR1（死亡结构域）+ TRADD—细胞凋亡
动脉粥样硬化（AS）
•缺血-再灌注损伤 血液系统疾病：
•贫血，再障，慢性嗜 中性粒细胞减少
细胞凋亡不足
• 肿瘤
凋亡受抑制、死亡不足是肿瘤发生的新途径。
• 肿瘤组织中Bcl-2基因高表达 • p53基因突变或缺失→肿瘤的发生率↑ • 诱导凋亡→抗肿瘤，如化疗、放疗
细胞凋亡不足
• 自身免疫病
– 自身免疫性淋巴细胞凋亡不足. – 糖皮质激素对自身免疫病有效
生如夏花之绚烂，死若秋叶之静美
形态学变化
• 光镜
• 电镜
光镜
形态学变化
➢细胞膜
•胞膜突出，表面皱褶和微绒毛消失
形态学变化
➢细胞膜
•胞膜突出，表面皱褶和微绒毛消失 •胞膜空泡化 •出芽现象
电子显微镜
空泡化与出芽
出芽
形态学变化
➢细胞膜 ➢细胞质
•脱水、浓缩、空泡化 •线粒体和内质网扩张，溶酶体膜完整
• 内源性核酸内切酶(DNase)
– ICAD: Caspase 激活的DNase的抑制物 – CAD: Caspase 激活的DNase
• 在核小体连接区将DNA链切开，形成180200个核苷酸或其整数倍的片段。
CAD：caspase激活的DNA酶（caspase-பைடு நூலகம்ctivated DNase） ICAD：caspase激活的DNA酶抑制物
效应Caspase
Caspase-3,6,7
与炎症相关的 Caspase
Caspase-1,4,5,11~14
启动凋亡
•凋亡的执行者 •水解特定蛋白质
•炎症信号产生 •免疫调节
Caspase作用的底物
DNA酶抑制物（ICAD）
水解核纤层蛋白和骨架蛋白 •水解其他caspase •水解抗凋亡基因：Bcl-2
致密、固缩、边聚 形成凋亡小体
主动、新蛋白合成 耗能
DNA片段化（180-200bp）， 电泳呈“梯”状条带 无 有 数小时
“梯状”条带
DNA片段化（琼脂糖凝胶电泳）
生物学意义 （生理性和病理性细胞凋亡）
• 生理性凋亡
– 确保正常生长发育 – 维持内环境稳定 – 发挥积极的免疫防御功能
• 病理性凋亡
“梯状”条带
DNA片段化（琼脂糖凝胶电泳）
细胞凋亡的相关基因
抑制凋亡基因 促进凋亡基因 双向调控基因
Bcl-2，IAP
Bax，AIF， bid, wtP53
c-myc
Bcl-2的抗凋亡机制
• 稳定线粒体功能抑制促凋亡蛋白的释放 • 结合Apaf-1和Caspase9，阻止Caspase级联反应
细胞凋亡过度
• 心肌缺血与缺血-再灌注损伤
– 既有心肌坏死，也存在心肌细胞凋亡
• 心力衰竭
– 阻断诱导信号或信号转导通路，可以减少心肌 细胞数量的减少，维持和改善心功能