分子腫瘤學

第五節(jié)細胞凋亡與腫瘤

一、概述

1、細胞凋亡名稱的由來：

英國Aberdeen大學病理系Kerr教授：1972年我和Wyllie在研究中觀察到一種不同于壞死的細胞死亡方式，聯(lián)想到秋日落葉，把它稱作Apoptosis2、細胞凋亡的概念

細胞凋亡由內外源因素觸發(fā)細胞內預存的死亡程序而導致的細胞死亡過程。4、細胞凋亡的生理意義

（1）確保正常發(fā)育、生長（2）修復功能如：清除受損、突變或衰老的細胞（3）防御功能如：使受到病毒感染的細胞凋亡二、細胞凋亡的誘發(fā)機制㈠氧化損傷

1.氧化應激（oxidativestress）的概念

指機體活性氧產生過多或抗氧化能力下降，活性氧的清除不足，導致活性氧在體內積聚并引起氧化損傷的病理過程。

氧化損傷的后果之一就是誘導凋亡。2.氧化應激引起細胞凋亡的可能機制

①DNA受損激活P53基因

膜通透性↑Ca內流↑DNase

②生物膜損傷ΔΨm↓

脂質過氧化產物↑

③多聚ADP核糖合成酶活化，NAD＋耗竭，ATP大量消耗

④可活化NF-kB、AP-1，加速細胞凋亡相關的一些基因表達㈢線粒體損傷

目前證據顯示，線粒體的功能改變在細胞凋亡的發(fā)生中起重要作用線粒體內膜通透性↑線粒體內膜的跨膜電位Δψm↓

能量合成水平↓線粒體功能和結構破壞引起細胞凋亡的可能機制：凋亡誘導因素作用于細胞后引起

線粒體內膜跨膜電位（Δψm）下降，線粒體內外膜之間的通透性轉換孔PTP開放；使細胞凋亡啟動因子（Cyt.C）,凋亡蛋白酶激活因子（Apaf）和凋亡誘導因子（AIF）釋放凋亡誘導因素線粒體跨膜電位↓線粒體PTP開放Cyt.C,Apaf,等釋放AIF激活Caspases潛在Dnase活化Dnase細胞凋亡線粒體損傷三、細胞凋亡的形態(tài)及生化改變

（一）凋亡細胞的形態(tài)學改變早期：胞漿脫水，胞膜空泡化，細胞固縮

晚期：染色質邊集，凋亡小體凋亡的起始：細胞器、染色質等開始變化凋亡小體的形成：質膜包裹染色質和細胞器凋亡小體的消化：被吞噬細胞消化NormalCellApoptoticcell（二）凋亡細胞的生化改變1.內源性核酸內切酶(Dnase)激活

切割染色質DNA，Ca2+/Mg2+(+)，Zn2+(-)

2.DNA片段化

內切酶在核小體切開DNA，形成180-200bp為倍數的片段3.凋亡蛋白酶激活

Caspases的活性中心富含半胱氨酸，對底物天冬氨酸部位有特異的水解作用

生物化學特征胞漿內Ca2+濃度升高。細胞內活性氧增多。質膜通透性變大。DNA內切酶活性被激活升高，雙鏈DNA在核小體之間切斷形成180~200bp為基數的有序片段。Ⅱ型谷氨酰胺轉移酶和需鈣蛋白酶（Calpain）活性升高。典型凋亡細胞DNA瓊脂糖凝膠電泳呈現梯狀條帶典型凋亡細胞DNA瓊脂糖凝膠電泳（呈現梯狀條帶）Caspase家族凋亡的執(zhí)行者Caspase活性位點是半胱氨酸，裂解靶蛋白位點是天冬氨酸殘基后的肽鍵，因此稱為Cysteineasparticacicspecificprotease，即Caspase特點：前體形式存在,級聯(lián)反應作用：滅活凋亡抑制物水解蛋白質結構，形成凋亡小體水解凋亡相關活性蛋白

DNA'ladder'

DetectionofDNAfragmentation四、凋亡發(fā)生途徑與調控

（一）凋亡發(fā)生途徑1.死亡受體介導的細胞凋亡途徑

Fas-FasL,TNF-TNFR1,TRAIL-DRs

(TNF-relatedapoptosisinducingligand)2.以線粒體釋放細胞色素C為中心環(huán)節(jié)的細胞凋亡途徑3.不依賴caspase的細胞凋亡不依賴caspase的細胞凋亡：

線粒體釋放的核酸內切酶G(EndoG)可不依賴caspase而降解凋亡細胞的染色體DNA位于線粒體的凋亡誘導因子（AIF)以某種未知的途徑從線粒體轉移到核中，誘導染色體凝聚，，導致DNA大片段斷裂，此過程不依賴caspaseBH3BH1BH2TMBH3TMBH3TMBH4BH3BH1BH2抗凋亡成員促凋亡成員Bcl2homodimerBcl2.BAXheterodimerBAXhomodimerBlocksapoptosisPromotessurvivalInactiveSimulatesapoptosisPreventtssurvivalResponseisdeterminedbythedimerisationstateofBcl2andBAXBcL-2基因家族成員自身或彼此之間有形成二聚體或多聚體的能力BcL-2家族的蛋白與蛋白相互作用調節(jié)著細胞的存活與凋亡2）BcL-2抗凋亡機制：直接抗氧化抑制線粒體釋放促凋亡蛋白質抑制凋亡調節(jié)蛋白的細胞毒作用抑制凋亡蛋白酶的激活維持細胞鈣穩(wěn)態(tài)2、P53基因的調節(jié)——修復受損的DNA，如修復失敗則誘導細胞凋亡

P53蛋白+細胞凋亡突變的P53失活的P53喪失監(jiān)視DNA損傷的功能射線，毒素3、原癌基因與細胞凋亡調控

多種原癌基因參與細胞凋亡的調節(jié)

c-myc是一種癌基因，是調控細胞周期的主要基因。編碼的蛋白是DNA結合蛋白，調控基因轉錄，在GF充足時主要激活介導細胞增殖的基因；反之激活凋亡基因

c-abl激活后，其激酶活性能促進stat轉錄因子上調BcL-XL，抑制細胞凋亡。STI571是該激酶的抑制劑，能殺死CML白血病細胞4、Caspase天然抑制物的調節(jié)

細胞內存在天然的Caspase抑制物-IAP(InhibitorofApoptosisProteins)發(fā)現幾種不同的IAP:XIAP(X-LinkedIAP);C-IAP1;C-IAP2;Survivin等。XIAP，C-IAP1，C-IAP2能直接結合活化的caspase3,7和9，并抑制其酶活性，但不能抑制caspase1,6,8和10五、細胞凋亡失衡與癌癥

凋亡不足：癌癥自身免疫性疾病病毒感染等

凋亡過度：神經元退行性疾病造血衰竭性疾病心肌缺血/再灌注損傷已知的凋亡相關性疾病1、細胞凋亡與癌癥發(fā)生

細胞凋亡的信號感受、整合和執(zhí)行的相關分子的異常都可能導致腫瘤的發(fā)生

細胞凋亡的缺乏在癌癥發(fā)生中發(fā)揮了重要的作用。TNF受體家族的突變與癌癥發(fā)生有關；實驗發(fā)現過度表達Bcl2的轉基因鼠造血細胞過度增生，并由于凋亡抑制而最終發(fā)生淋巴瘤。Bcl2家族蛋白促凋亡和抑制凋亡分子的平衡失常，可致細胞獲得生存優(yōu)勢，有助于癌癥的發(fā)生。P53的遺傳缺陷因不能通過凋亡去除異常細胞而引發(fā)癌癥。Caspase功能失活與癌癥的發(fā)生有一定關系。Caspase抑制因子（IAP)表達水平的升高能阻止腫瘤細胞的凋亡，使腫瘤細胞具有生存優(yōu)勢，癌癥得以發(fā)生和發(fā)展衰老細胞由于過度丟失染色體端粒而導致細胞的基因組不穩(wěn)定和細胞凋亡。但如果細胞凋亡和衰老機制的破壞，細胞有可能演變?yōu)榘┌Y

細胞凋亡與腫瘤DamagedDNAbaseStopproliferationDNArepairNormalDNAApoptosisproliferationcontinuesErrorpassedtoonedaughtercellThelinkbetweenDNAdamage,repare,proliferationandapoptosis2、細胞凋亡在癌癥形成后的影響

凋亡抑制或減弱是多種癌癥的共同表現許多化療藥物發(fā)揮作用與誘導癌細胞凋亡有關在腫瘤的治療中，凋亡承擔了清除損傷細胞的功能。誘導凋亡是目前靶向治療的主要策略之一，其手段包括激活凋亡或阻斷抑制凋亡的信號通路。例如抑制Bcl2，激活TRAIL、Bax、caspase等基