（一）细胞坏死(necrosis)
•是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反应
•早期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀 •溶酶体破裂,细胞内容物流出, 引起炎症
（二）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 致的细胞死亡过程。
例如 蝌蚪尾 的消失
脊椎动 物的神 经系统 的发育
(5) 正常情况下,细胞内Caspase与其抑制 剂总是共存的,以免Caspase 酶原被意外
激活,对正常细胞造成损伤。
3.其他 谷氨酰胺转移酶，酰基转 移，共价键，骨架蛋白分子间交 联，凋亡小体形成
㈢凋亡相关基因
1. Bcl-2 (B cell lymphoma/leukemia-2)
• 主要分布于线粒体内膜、细胞膜内表面 、核膜
凋亡细胞形态学改变
生化特徵：
①胞漿內Ca2 濃度升高。 ②細胞內活性氧增多。 ③質膜通透性變大。 ④ DNA 內切酶活性被激活升高，雙鏈 DNA 在核 小體之間切斷形成 ~185bp 為基數的有序片 段。 ⑤Ⅱ型谷氨酰胺轉移酶和需鈣蛋白酶 （Calpain）活性升高。
2. 细胞凋亡的生化改变
Ced-3 （C.elegans Death Gene)
同源性
鼠的白细胞介素-1β转换酶
ICE (Interleukin-1 β converting enzyme, Caspase 1)
(Ced-3/ ICE )
Ced-9= Bcl-2
inhibit apoptosis
Bcl-2 is the mammalian homologue of CED-9, which is a negative regulator of CED-3. Bcl-2 and related family members, such as Bcl-xL, inhibit cell death induced by many stimuli.
凋 亡 诱 因
受体
凋 亡 信 号 转 导
死 亡 信 号
凋 亡 基 因 激 活
DNase活化 ↓ DNA片断
细 胞 凋 亡
凋 亡 细 胞 清 除
cAMP Ca2+ 神经酰胺
Caspases活化 ∶ 巨噬细胞 ↓ 吞噬、分解 凋亡小体形成
（二）凋亡时细胞的主要变化
1. 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)
（二）细胞凋亡信号的转导
外源性途径
内源性途径
1.死亡受体介导的凋亡通路
Death Receptor Pathway
FasL
Mitochondrial Pathway oxidants ceramide others DNA damage
Fas/Apo1 /CD95
D
D
D
D D
Bcl-2
FADD
Caspase 特点
(1) 它是一种半胱氨酸蛋白酶,半胱氨酸残
基是其催化活性所必需的;
(2) Caspase 在催化水解底物时,总是在天 冬氨酸(Asp) 残基的C 端裂解底物,即Aspx 肽键断裂;
(3) Caspase 酶原的活性很低,需要切除氨 基端的一段序列才能被激活;
(4)活化的Caspase 能够特异地水解一套 蛋白底物,从而导致细胞凋亡;
第八章
细胞增殖和凋亡异常与疾病
Cell proliferation, Apoptosis, And The Related Diseases
第一节
细胞凋亡与疾病
APOPTOSIS AND DISEASE
一、细胞凋亡的概述
apoptosis
细胞凋亡(Apoptosis) 早在1972年Kerr等已发现从细胞形态、 超微结构和生化变化等方面来分析，细胞 有二种死亡形式：
2.线粒体介导的凋亡通路 (1)线粒体膜通透性转换 (perme(2)活性氧的作用: (3)细胞内Ca2+、pH改变:
线粒体内、外膜之间的通透性转换孔 (permeability transition pore, PTP) 开放；正常，绝大多数关闭
激素和生长 因子失衡 理化因素 免疫性因素 微生物学因素
大量糖皮质激素 ↓ 淋巴细胞凋亡
诱导性因素
射线/高温/强酸/强碱 /乙醇/抗癌药物 CTL分泌粒酶
HIV→CD4+细胞凋亡
细胞凋亡相关因素
细胞因子 (IL-2/NGF) 激素 (ACTH/睾丸酮/雌激素)
抑制性因素
金属阳离子 (Zn2+ ) 药物 (苯巴比妥/ 半胱氨酸酶抑制剂) 病毒 EB病毒/牛痘病毒
生理性细胞凋亡的作用
1. 确保正常发育、生长 在器官、组织的形成、成熟中发挥作用
(细胞团
多余细胞的清除
具备复杂结构的组织器官)
生理性细胞凋亡的作用
2. 维持内环境的稳定
清除受损、衰老和突变的细胞
(针对自身抗原T细胞的清除、子宫内膜周期性剥脱)
3. 发挥积极的防御作用
病毒DNA
（一）细胞凋亡的过程
果蝇
3天
家猫
10—12
狗
12 —15
悉尼· 布雷诺尔
秀丽广杆线虫 (Caenorhabditis elegans) 这种长不过1毫米的小生物有几个和人类关 系密切的亲戚：蛔虫和蛲虫就是其中最大名鼎 鼎的两个。
(1)线虫的生命周期很短，它从生到死的全过程只有 3天半，这就使得不间断的观察并追踪每个细胞的演 变成为可能。 (2)雌雄同体成虫成熟后含有959个体细胞和2000个 生殖细胞(最常见) 雄性成虫则只有1031个体细胞和1000个生殖细胞(较 少见) (3)再者个数量继续增长的时期，细胞最多时达到 1090（雌雄同体，若是雄虫则为1179）。然而，我 们前面已经提到，完全成熟的成虫只有959个细胞， 那么，多出的131个细胞又到哪里去了？
凋亡促进剂，亦可作抑制剂，可与 BCL-2，BCL-X 和 E1B19K 结合
凋亡抑制剂 凋亡促进剂，与 BCL-2 和 BCL-XL 结合 线虫中的凋亡抑制剂， BCL-2 同源物 腺病毒凋亡抑制剂，与 Bax 和 Bak 结合
• Bcl-2抑制细胞凋亡
抗氧化 ↓促凋亡蛋白释放(细胞色素C、AIF) ↓促凋亡蛋白Bax/Bak的细胞毒作用 ↓凋亡蛋白酶(caspases)激活 维持细胞钙稳态
美国科学杂志《月球》列为20世纪十大科学错误之一 “反应停”事件
Thalidomide/沙立度胺/反应停
威廉· 诺尔斯
野依良治
巴里· 夏普莱斯
2001年诺贝尔化学奖奖金的一半授予美国科学 家威廉· 诺尔斯与日本科学家野依良治，以表彰他们 在“手性催化氢化反应”领域所作出的贡献；奖金 另一半授予美国科学家巴里· 夏普莱斯，以表彰他在 “手性催化氧化反应”领域所取得的成就。
三、线粒体损伤
• 超微结构基本正常，功能明显↓：
①线粒体内膜通透性↑
②跨膜电位（ΔΨm）↓
③能量合成明显↓
Bcl-2
Ca2 NO 线粒体PTP开放 电子漏 Pro-caspase-9 Pro-caspase-3 Caspase-9 Caspase-3 Apaf Cty.C
Ischemia
Hypoxia Reactive oxygen
PTP open
Δ Ψm↓
AIF，Apaf
氧化损伤
钙稳态失衡
恶性网络假说(deleterious network hypothesis)
（三）细胞凋亡的执行
1. caspases
•是一组对底物天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 （cysteine-containing aspartate-spicific protease）至少有13个成员 •“c”代表半胱氨酸蛋白酶 • aspase特异切割底物的天冬氨酸后肽键 的能力
细胞坏死（Necrosis）， 程序性细胞死亡（Programmed cell death）
12000 10000
publications
8000 6000 4000 2000 0 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
Thirty years on apoptosis
坏
5.形态改变 6.凋亡小体 7.DNA变化 8.溶酶体改变 9.炎症反应
死
凋
亡
细胞肿胀 结构溶解，破坏
无
细胞皱缩，核固缩 胞膜/细胞器相对完整
有
弥散性降解 电泳呈均一片状
破裂 局部炎症反应
片段化（180-200bp） 电泳呈“梯”状条带
相对完整 局部无炎症反应
坏死是一件细胞谋杀案的话，那凋亡就是一桩自杀案。
发育过 程中手 和足的 成形过 程
细胞凋亡（科普诗）
•似秋叶的凋零，
•告别生命之辉煌；
•那难以计数的攻击、诱导， •轻启着道道程序， •逼细胞步步走向生命的末端； •啊，活性氧处处肆虐， •钙波涛惊石裂岸， •线粒体把生命之光一点一点拧淡;
•危难中的细胞啊，
•你沉稳不乱，
•DNA片片切割， •化云梯直通天堂； •细胞体分团相聚， •把生命的凝重浓集在小体上； •分别了朝夕相处的伙伴， •再见了快乐美好的时光；
凋亡相关基因
2. P53
• 野生型P53(wtP53)诱导凋亡，突变后抑制凋亡
• wtP53在G1期发挥卡点功能→有缺陷DNA→CIP表达 →启动修复→失败→启动凋亡
• CIP-----cyclin dependent kinase – interacting protein-1 • P53 = molecular policeman?