1、細(xì)胞調(diào)亡專(zhuān)題講座,生物體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，不但依賴(lài)細(xì)胞增殖和分化，也依賴(lài)于細(xì)胞的凋亡。細(xì)胞凋亡（apoptosis）又稱(chēng)編程性死亡(PCD;Programmed Cell Death)，是生物界重要的生命現(xiàn)象之一。 細(xì)胞凋亡是近年來(lái)生物學(xué)及醫(yī)學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。凋亡不僅是一種特殊的細(xì)胞死亡類(lèi)型 ，它還具有重要的生物學(xué)意義及復(fù)雜的分子生物學(xué)機(jī)制。對(duì)凋亡的研究不僅有助于對(duì)疾病過(guò)程中細(xì)胞死亡及其機(jī)制的深入闡明，而且將導(dǎo)致疾病新療法的問(wèn)世。,一:概述,1:細(xì)胞凋亡的研究歷史,NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELL BIOLOGY VOLUME 2 | JULY 2001 | 545,

2、VOGT, C. Untersuchungen uber die Entwicklungsgeschichte der Geburtshelferkroete (Alytes obstetricians). Solothurn, Switzerland: Jent 53:5563,J Clin Pathol: Mol Pathol 2000;53:5563,J Clin Pathol: Mol Pathol 2000;53:5563,J Clin Pathol: Mol Pathol 2000;53:5563,（1）鈣離子和蛋白激酶改變：細(xì)胞內(nèi)Ca2+的堆積和重 新分布，細(xì)胞核內(nèi)Ca2+的增多

3、， 激活核酸內(nèi)切酶 的活性，蛋白激酶C在不同細(xì)胞類(lèi)別和不同周期活 性表現(xiàn)不一。 （2）核酸內(nèi)切酶激活把DNA內(nèi)切成180堿基對(duì)倍數(shù)的核 苷酸片段，呈梯狀電泳現(xiàn)象。 （3）組織谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶的積累并激活。 （4）細(xì)胞骨架如肌動(dòng)蛋白的變化。 （5）細(xì)胞表面糖鏈、植物血凝素與玻連蛋白受體增加 ，磷脂酰絲氨酸的外露改變細(xì)胞表面的生化特性。,生物化學(xué)特征,NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELL BIOLOGY VOLUME 1 | NOVEMBER 2000 | 125,3:凋亡的階段,J Clin Pathol: Mol Pathol 2000;53:5563,(1)信號(hào)傳遞

4、包括環(huán)境因素和體內(nèi)因素 通過(guò)受體介導(dǎo) 稱(chēng)為死亡受體（death receptors, DR）， 配體（death ligands ） 結(jié)合激活死亡蛋白酶系（death caspase） 死亡受體有腫瘤壞死因子受體基因家族，CD95（Fas或Apol）和DR（或APO）系列 腫瘤壞死因子受體基因家族，CD95（Fas或Apol）和DR（或APO）。 死亡區(qū)域（death domain），參與激發(fā)蛋白酶系列和細(xì)胞產(chǎn)生凋亡調(diào)節(jié)機(jī)制。,(1)信號(hào)傳遞,(2):中央調(diào)控線(xiàn)粒體包括Caspases激活因子的釋放，如細(xì)胞色素C(cytochrome C,Cyt C)、電子傳遞鏈的改變、線(xiàn)粒體膜電位( m)的

5、喪失、細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀的改變、Bcl-2家族促進(jìn)和抑制凋亡蛋白的參與等。線(xiàn)粒體膜通透性的改變(permeability transition,PT)線(xiàn)粒體內(nèi)膜對(duì)細(xì)胞質(zhì)中分子量1 500 kD，如質(zhì)子、Ca2+、谷胱甘肽等通透性突然增加(可以通過(guò)OD540的降低或放射性標(biāo)記物如蔗糖、Ca2+等檢測(cè)出來(lái))。PT孔道蛋白具有感受器的功能。NADH/NAD+、NADPH2/NADP+、pH值、二價(jià)陽(yáng)離子的濃度、腺苷酸的濃度，這些參數(shù)的改變均能引起PT。,細(xì)胞色素C在凋亡中作用Cyt C是一種水溶性蛋白，位于線(xiàn)粒體內(nèi)外膜之間，并與內(nèi)膜松弛相連。在胞質(zhì)核糖體上合成去血紅素Cyt C，經(jīng)專(zhuān)門(mén)途徑無(wú)需信號(hào)肽、

6、電化學(xué)勢(shì)和一般的蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，進(jìn)入線(xiàn)粒體內(nèi)外膜之間，在得到一個(gè)血紅素分子后，成為完整的Cyt C,并帶上正電荷而不能通過(guò)外膜。 Apaf-1(apoptosis protease-activating factor 1)與Apaf-2(即釋放到胞質(zhì)中的Cyt C)及Apaf-3(Caspase 9)結(jié)合促進(jìn)Caspase-3激活。 Bcl-2對(duì)線(xiàn)粒體功能的調(diào)控 抑制凋亡蛋白：Bcl-2、Bcl-XL、Mc11、Bfe1、A1等和促凋亡蛋白：Bax、Bcl-XS、Bad、Bak、Bik等，它們分布在線(xiàn)粒體外膜、核膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。 Bcl-2抑制PT的機(jī)理是阻止一些小分子如Ca2+從基質(zhì)中釋放以及

7、AIF從內(nèi)外膜之間釋放到胞質(zhì)中。,細(xì)胞色素C在凋亡中作用Bcl-2對(duì)線(xiàn)粒體功能的調(diào)控,（3）細(xì)胞結(jié)構(gòu)改變：形態(tài)變化：細(xì)胞皺縮，核致密，微絨毛消失。 生化特點(diǎn)：多種酶活化及細(xì)胞核的改變。 caspases活化的DNA酶（CAD）進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)使染色體的DNA斷裂引起細(xì)胞死亡。CAD的抑制因子ICAD拮抗CAD。,三：凋亡的分子機(jī)制 1：細(xì)胞凋亡的觸發(fā)因子 物理因素 ：射線(xiàn)，紫外線(xiàn)，加熱等。 糖皮質(zhì)激素； 細(xì)胞毒藥物：放射菌素，氨甲喋呤，順鉑， 阿糖胞苷等。 受體：APO-1/FAS抗體的受體，TCR-CD3特異抗體 的受體； 引起cAMP水平升高的化合物：cAMP及其衍生物， 霍亂毒素，茶堿 細(xì)胞

8、因子TNF-及TGF-等。 細(xì)胞凋亡的負(fù)性觸 發(fā)因子主要是一些生長(zhǎng)因子包括NGF，CSF(G-CSF， GM-CSF)，IL(IL-2 ，IL-3，IL-4，IL-6)等。,三：凋亡的分子機(jī)制1：細(xì)胞凋亡的觸發(fā)因子,2：凋亡基因Bcl-2(B cell lymphoma/leuklemia-2，B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2)基因家族。包括抑制細(xì)胞凋亡的Bcl-2、Bcl-X2、BHRF1和Bak及參與細(xì)胞存活調(diào)節(jié)的Mcl-1、A1和LMW5-HL等。人Bcl-2基因是從與濾泡性淋巴瘤相關(guān)的t(1418)染色體易位的斷裂點(diǎn)部位克隆到。Bcl-2從其正常定位(18q-21)移位于14q-32的免疫球蛋

9、白重鏈并列的位置。導(dǎo)致在淋巴瘤細(xì)胞中該基因的轉(zhuǎn)錄激活以及26kD Bcl-2 蛋白的過(guò)度表達(dá)。Bcl-2基因及其表達(dá)蛋白可抑制多種組織細(xì)胞的凋亡和延長(zhǎng)細(xì)胞壽命，故將其稱(chēng)為凋亡抑制其因。Bcl-2蛋日是一種與細(xì)胞器特別是線(xiàn)粒體膜關(guān)聯(lián)的穩(wěn)定蛋白，它主要位于線(xiàn)粒體外膜、核被膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜。高濃度Bcl-2蛋白抑制發(fā)生凋亡細(xì)胞內(nèi)質(zhì)中鈣離子的釋放。Bcl-2是通過(guò)直接或間接地與細(xì)胞信號(hào)傳遞蛋白(如P53蛋白)作用而調(diào)控細(xì)胞凋亡。Bcl-2通過(guò)抗氧化作用或抑制氧自由基的產(chǎn)生，抑制細(xì)胞凋亡，,Bcl-2有44同源并參與調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡的蛋白質(zhì)Bcl-X。Bcl-X分2種：Bcl-XL，Bcl-XS。 Bcl-XL

10、蛋白可抑制細(xì)胞凋亡，其功能相似于Bcl-2蛋白而較弱。Bcl-Xs的作用與Bcl-2、Bcl-XL相反。 Bcl-Xs可能是作為Bcl-2的結(jié)構(gòu)抑制子，通過(guò)對(duì)其下游的細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)子的作用而抑制Bcl-2的功能。 Bax蛋白，與Bcl-2有21同源性。Bax蛋白有對(duì)抗Bcl-2蛋白抑制凋亡的作用。Bcl-2/Bax兩蛋白之間的比例是決定對(duì)細(xì)胞凋亡抑制作用強(qiáng)弱的關(guān)鍵因素，Bcl-2Bax，細(xì)胞趨于存活；BaxBcl-2，細(xì)胞趨于凋亡。因此認(rèn)為Bax是極重要的促細(xì)胞凋亡基因之一。 Bak是新近發(fā)現(xiàn)的基因，對(duì)Bcl-2有抑制作用，類(lèi)似Bak/Bcl-Xs。Bak蛋白對(duì)Bcl-2的抑制作用可能是通過(guò)其它

11、蛋白質(zhì)信號(hào)傳遞途徑中介。Bak蛋白與Bcl-XL或E1B19K蛋白形成異源二聚體。 P53 P53腫瘤抑制基因正常時(shí)分為野生型與突變型兩種，野生型P53誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，突變型P53抑制細(xì)胞凋亡。P53是一種核內(nèi)的磷酸蛋白，抑制細(xì)胞周期進(jìn)程。,AJP November 2000, Vol. 157, No. 5,GENES promotes apoptosis IGF-BP-3 Inhibits cellular mitogenic response; promotes apoptosis p21WAF1/Cip1 Binds to cyclin-cdk complexes; inhibits c

12、ell cycle progression GADD45 Binds to PCNA; inhibits cell cycle progression; facilitates DNA repair mdm2 Facilitates proteolytic degradation of p53; inhibits p53 transcriptional activity; faclitates p53 transport from nucleus to cytoplasm,Cell, Vol. 108, 153164, January 25, 2002, Copyright .2002 by Cell