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1、分子分子(fnz)(fnz)肿瘤学肿瘤学第五节第五节 细胞凋亡与肿瘤细胞凋亡与肿瘤 第一页，共四十三页。一、概述一、概述(i sh)1、细胞凋亡名称的由来：、细胞凋亡名称的由来：英国英国AberdeenAberdeen大学大学(dxu)(dxu)病理系病理系KerrKerr教授：教授：19721972年我和年我和WyllieWyllie在研究中观察到一种不同于坏死的细胞在研究中观察到一种不同于坏死的细胞死亡方式，联想到秋日落叶，把它称作死亡方式，联想到秋日落叶，把它称作 ApoptosisApoptosis第二页，共四十三页。2 2、细胞、细胞(xbo)(xbo)凋亡的概念凋亡的概念 细胞凋亡
2、细胞凋亡由内外源因素触发细胞内由内外源因素触发细胞内预存的死亡程序预存的死亡程序(chngx)(chngx)(chngx)(chngx)而导致的细胞死亡而导致的细胞死亡过程过程。第三页，共四十三页。3 3、细胞坏死、细胞坏死(hui s)(hui s)与凋亡的差异与凋亡的差异 坏死坏死 凋亡凋亡 性质性质病理性、非特异性病理性、非特异性生理性或病理性，特异性生理性或病理性，特异性 诱导因素诱导因素强烈刺激，随机发生强烈刺激，随机发生较弱刺激，非随机发生较弱刺激，非随机发生 生化特点生化特点被动过程，无新蛋白质合成，不耗能被动过程，无新蛋白质合成，不耗能主动过程，有新蛋白质合成，耗能主动过程，有
3、新蛋白质合成，耗能 DNA DNA电泳电泳 形态变化形态变化弥散性降解，电泳呈均一弥散性降解，电泳呈均一DNADNA片状片状 细胞结构全面溶解、破坏、细胞肿胀细胞结构全面溶解、破坏、细胞肿胀DNADNA片段化（片段化（180180200 bp200 bp），电泳呈），电泳呈“梯梯”状条带状条带 胞膜及细胞器相对完整细胞皱缩，核固缩胞膜及细胞器相对完整细胞皱缩，核固缩 炎症反应炎症反应溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体相对完整，局部无炎症反应溶酶体相对完整，局部无炎症反应 凋亡小体凋亡小体无无有有 基因调控基因调控无无有有第四页，共四十三页。第五页，共四十三页。4 4、细胞、
4、细胞(xbo)(xbo)凋亡的生理意义凋亡的生理意义 （1 1）确保正常发育、生长）确保正常发育、生长 （2 2）修复功能）修复功能(gngnng)(gngnng)如：清除受损、如：清除受损、突突 变或衰老的细胞变或衰老的细胞 （3 3）防御功能）防御功能 如：使受到病毒感如：使受到病毒感 染的细胞凋亡染的细胞凋亡第六页，共四十三页。二、细胞凋亡(dio wn)的诱发机制氧化损伤氧化损伤 1.1.氧化应激（氧化应激（oxidative stressoxidative stress）的概念）的概念 指机体活性氧产生过多或抗氧化能力下降，活性氧的清除不足指机体活性氧产生过多或抗氧化能力下降，活性氧
5、的清除不足(bz)，导致，导致活性氧在体内积聚并引起氧化损伤的病理过程。活性氧在体内积聚并引起氧化损伤的病理过程。氧化损伤的后果之一就是诱导凋亡。氧化损伤的后果之一就是诱导凋亡。2.2.氧化应激引起细胞凋亡的可能机制氧化应激引起细胞凋亡的可能机制 DNADNA受损激活受损激活P53P53基因基因 膜通透性膜通透性 Ca Ca内流内流 DNase DNase 生物膜损伤生物膜损伤 m m 脂质过氧化产物脂质过氧化产物 多聚多聚ADPADP核糖合成酶活化，核糖合成酶活化，NADNAD耗竭，耗竭，ATPATP大量消耗大量消耗 可活化可活化NF-kBNF-kB、AP-1AP-1，加速细胞凋亡相关的一些
6、基因表达，加速细胞凋亡相关的一些基因表达第七页，共四十三页。钙稳态失衡钙稳态失衡(sh hn)(sh hn)CaCa2 2作为许多细胞生命活动的第二信使，在细胞凋亡作为许多细胞生命活动的第二信使，在细胞凋亡(dio wn)(dio wn)中的中的作用也倍受关注，凋亡作用也倍受关注，凋亡(dio wn)(dio wn)发生时胞浆中发生时胞浆中CaCa2 2 ，并激活凋亡过，并激活凋亡过程中的关键酶类，其诱导细胞凋亡的机制为：程中的关键酶类，其诱导细胞凋亡的机制为：激活激活CaCa2 2 /Mg/Mg2 2 依赖的依赖的DNaseDNase 激活谷氨酰胺转移酶（激活谷氨酰胺转移酶（GTaseGTa
7、se），促进凋亡细），促进凋亡细 胞中胞中蛋白广泛交联，有利于凋亡小体的形成蛋白广泛交联，有利于凋亡小体的形成 激活激活CaCa2 2 敏感的蛋白酶敏感的蛋白酶 核骨架蛋白酶核骨架蛋白酶 核基质蛋白核基质蛋白 丝氨酸蛋白酶丝氨酸蛋白酶 膜蛋白膜蛋白 激活核转录因子，加速促凋亡基因的转录激活核转录因子，加速促凋亡基因的转录第八页，共四十三页。线粒体损伤线粒体损伤(snshng)(snshng)目前证据显示，线粒体的目前证据显示，线粒体的功能改变功能改变(gibin)(gibin)在细胞凋亡在细胞凋亡 的发生中起重要作用的发生中起重要作用 线粒体内膜通透性线粒体内膜通透性 线粒体内膜的跨膜电位线粒
8、体内膜的跨膜电位m 能量合成水平能量合成水平线粒体功能和结构破坏引起细胞凋亡的可能机制：线粒体功能和结构破坏引起细胞凋亡的可能机制：凋亡诱导因素作用于细胞后引起凋亡诱导因素作用于细胞后引起 线粒体内膜跨膜电位（线粒体内膜跨膜电位（mm）下降，）下降，线粒体内外膜之间的通透线粒体内外膜之间的通透性转换孔性转换孔PTPPTP开放；开放；使细胞凋亡启动因子（使细胞凋亡启动因子（Cyt.CCyt.C）,凋亡蛋白酶激活因子凋亡蛋白酶激活因子（ApafApaf）和凋亡诱导因子（）和凋亡诱导因子（AIFAIF）释放）释放第九页，共四十三页。凋亡凋亡(dio wn)诱诱导因素导因素线粒体线粒体跨膜电跨膜电位位
9、线粒体线粒体PTP开放开放(kifng)Cyt.C,Apaf,等释放等释放(shfng)AIF激活激活Caspases潜在潜在Dnase活化活化Dnase细胞凋亡细胞凋亡线线粒粒体体损损伤伤第十页，共四十三页。三、细胞凋亡的形态及生化三、细胞凋亡的形态及生化(shn hu)(shn hu)改改变变（一）凋亡细胞的形态学改变（一）凋亡细胞的形态学改变(gibin)早期：早期：胞浆脱水，胞膜空泡化，细胞固缩胞浆脱水，胞膜空泡化，细胞固缩 晚期：晚期：染色质边集，凋亡小体染色质边集，凋亡小体第十一页，共四十三页。第十二页，共四十三页。凋亡的起始：细胞器、染色质等开始变化凋亡的起始：细胞器、染色质等开
10、始变化 凋亡小体的形成：质膜包裹染色质和细胞器凋亡小体的形成：质膜包裹染色质和细胞器 凋亡小体的消化凋亡小体的消化(xiohu)：被吞噬细胞消化：被吞噬细胞消化(xiohu)第十三页，共四十三页。Normal Cell Apoptotic cell 第十四页，共四十三页。第十五页，共四十三页。Scanning electron micrographs of apoptotic bodies第十六页，共四十三页。（二）凋亡细胞（二）凋亡细胞(xbo)的生化改变的生化改变1.1.内源性核酸内切酶内源性核酸内切酶(Dnase)激活激活 切割染色质切割染色质DNADNA，CaCa2+2+/Mg/Mg2
11、+2+(+)(+)，ZnZn2+2+(-)(-)2.DNA2.DNA片段化片段化 内切酶在核小体切开内切酶在核小体切开DNADNA，形成，形成(xngchng)(xngchng)180-200bp180-200bp为倍数的片段为倍数的片段 3.3.凋亡蛋白酶激活凋亡蛋白酶激活 Caspases Caspases的活性中心富含半胱氨酸的活性中心富含半胱氨酸，对底物天对底物天 冬氨酸部位有特异的水解作用冬氨酸部位有特异的水解作用 第十七页，共四十三页。生物化学生物化学(shn w hu xu)特征特征胞浆内胞浆内CaCa2+2+浓度浓度(nngd)(nngd)升高。升高。细胞内活性氧增多。细胞内活
12、性氧增多。质膜通透性变大。质膜通透性变大。DNADNA内切酶活性被激活内切酶活性被激活 升高，双链升高，双链DNADNA在核小体在核小体 之间切断形成之间切断形成180200bp180200bp 为基数的有序片段。为基数的有序片段。型谷氨酰胺转移酶和需钙型谷氨酰胺转移酶和需钙 蛋白酶（蛋白酶（CalpainCalpain）活性升高。）活性升高。典型凋亡细胞典型凋亡细胞(xbo)(xbo)DNADNA琼脂糖凝胶电泳琼脂糖凝胶电泳呈现梯状条带呈现梯状条带第十八页，共四十三页。典型凋亡(diown)细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）第十九页，共四十三页。第二十页，共四十三页。CaspaseCa
13、spase家族家族凋亡的执行者凋亡的执行者CaspaseCaspase活性位点是半胱氨酸，裂解靶蛋白位点是天冬氨酸活性位点是半胱氨酸，裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，因此残基后的肽键，因此(ync)(ync)称为称为Cysteine aspartic acic Cysteine aspartic acic specific proteasespecific protease，即，即CaspaseCaspase特点：前体形式存在特点：前体形式存在,级联反应级联反应作用：作用：灭活凋亡抑制物灭活凋亡抑制物水解蛋白质结构，形成凋亡小体水解蛋白质结构，形成凋亡小体水解凋亡相关活性蛋白水解凋亡相关
14、活性蛋白第二十一页，共四十三页。DNA ladderDetection of DNA fragmentation 第二十二页，共四十三页。四、凋亡四、凋亡(dio wn)(dio wn)发生途径与发生途径与调控调控（一）凋亡发生途径（一）凋亡发生途径(tjng)(tjng)1.1.死亡受体介导的细胞凋亡途径死亡受体介导的细胞凋亡途径 Fas-FasL,Fas-FasL,TNF-TNFR1,TNF-TNFR1,TRAIL-DRs TRAIL-DRs (TNF-related apoptosis inducing ligand)(TNF-related apoptosis inducing lig
15、and)2.2.以线粒体释放细胞色素以线粒体释放细胞色素C C为中心环节的细胞凋亡为中心环节的细胞凋亡途径途径3.3.不依赖不依赖caspasecaspase的细胞凋亡的细胞凋亡第二十三页，共四十三页。Apoptosis protein activiting factor 1p53DNA damageBaxFas associated protein with death domaincaspase3Growth factorGrowth inhibitor cytokines第二十四页，共四十三页。第二十五页，共四十三页。不依赖不依赖caspasecaspase的细胞凋亡：的细胞凋亡：线粒体
16、释放的核酸内切酶G(EndoG)可不依赖caspase而降解凋亡细胞的染色体DNA 位于线粒体的凋亡诱导因子（AIF)以某种未知的途径从线粒体转移到核中，诱导染色体凝聚，导致(dozh)DNA大片段断裂，此过程不依赖caspase第二十六页，共四十三页。（二）细胞凋亡(dio wn)的调控 1 1、BcL-2BcL-2族分子族分子 BcL-2BcL-2 :bcL-2基因是细胞(xbo)凋亡研究中最受重视的癌基因之一,其表达的蛋白质BcL-2蛋白最初发现于B-淋巴细胞(xbo)瘤/白血病-2（B cell B cell lymphoma/Leukemia-2,BcL-2)lymphoma/Leu
17、kemia-2,BcL-2)而得名，与线虫ced9基因表达的Ced-9分子在结构上有同源性，具有抗凋亡作用。BcL-2BcL-2的高表达能阻抑多种凋亡诱导因素所引发的细胞凋亡。如-射线、糖皮质激素、热休克、多种化疗药物。第二十七页，共四十三页。1）BcL-2的同源的同源(tn yun)基因和蛋白基因和蛋白 BcL-2 BcL-2家族有近家族有近3030种不同的蛋白种不同的蛋白(dnbi)(dnbi)分子，这些成员中分子，这些成员中共有共有4 4种种BcL-2BcL-2同源结构域（同源结构域（BH1-4)BH1-4)，每种蛋白，每种蛋白(dnbi)(dnbi)含有含有至少一个至少一个BHBH 抗
18、凋亡抗凋亡BcL-2BcL-2蛋白蛋白 BcL-2BcL-2，BcL-wBcL-w，BcL-XBcL-XL L、BFL-1BFL-1、Brag-1Brag-1、MCL-1 MCL-1，AIAI。促凋亡促凋亡BcL-2BcL-2蛋白蛋白 BaxBax，Bak,BokBak,Bok，BcL-XBcL-X等。等。BH3-onlyBH3-only亚家族亚家族(促凋亡）促凋亡）Bid，Bad,，Bim，Bik，Blk，Hrk,Bnip3等等,第二十八页，共四十三页。BH3BH3BH1BH1BH2BH2TMTMBH3BH3TMTMBH3BH3TMTMBH4BH4BH3BH3BH1BH1BH2BH2抗凋亡抗
19、凋亡(dio wn)成员成员促凋亡促凋亡(dio wn)成员成员第二十九页，共四十三页。Bcl2 homodimerBcl2.BAX heterodimerBAX homodimerBlocks apoptosis Promotes survivalInactiveSimulates apoptosis Preventts survivalResponse is determined by the dimerisation state of Bcl2 and BAX BcL-2 BcL-2基因家族成员自身或彼此之间有形成二聚体或多基因家族成员自身或彼此之间有形成二聚体或多聚体的能力聚体的能力
20、BcL-2 BcL-2家族的蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的存活家族的蛋白与蛋白相互作用调节着细胞的存活(cn(cn hu)hu)与凋亡与凋亡第三十页，共四十三页。2 2）BcL-2BcL-2抗凋亡抗凋亡(dio wn)(dio wn)机制：机制：直接抗氧化直接抗氧化抑制线粒体释放促凋亡蛋白质抑制线粒体释放促凋亡蛋白质抑制凋亡调节蛋白的细胞毒作用抑制凋亡调节蛋白的细胞毒作用(zuyng)抑制凋亡蛋白酶的激活抑制凋亡蛋白酶的激活维持细胞钙稳态维持细胞钙稳态第三十一页，共四十三页。2 2、P53P53基因基因(jyn)(jyn)的调的调节节修复修复(xif)(xif)受损的受损的DNADNA，如修复
21、，如修复(xif)(xif)失败则诱导细胞失败则诱导细胞凋亡凋亡 P53蛋白蛋白+细胞凋亡细胞凋亡突变的突变的P53P53 失活的失活的P53P53丧失监视丧失监视DNADNA损伤的功能损伤的功能射线，毒素射线，毒素第三十二页，共四十三页。3 3、原癌基因与细胞、原癌基因与细胞(xbo)(xbo)凋亡调控凋亡调控 多种原癌基因参与细胞凋亡的调节多种原癌基因参与细胞凋亡的调节 c-mycc-myc是一种癌基因，是调控细胞周期的主要基是一种癌基因，是调控细胞周期的主要基因。编码的蛋白是因。编码的蛋白是DNADNA结合蛋白，调控基因转录，在结合蛋白，调控基因转录，在GFGF充足时主要激活充足时主要激
22、活(j hu)(j hu)介导细胞增殖的基因；反之介导细胞增殖的基因；反之激活激活(j hu)(j hu)凋亡基因凋亡基因 c-ablc-abl激活后，其激酶活性能促进激活后，其激酶活性能促进statstat转录因子上转录因子上调调BcL-XL，抑制细胞凋亡。抑制细胞凋亡。STI571STI571是该激酶的抑制是该激酶的抑制剂，能杀死剂，能杀死CMLCML白血病细胞白血病细胞第三十三页，共四十三页。4 4、Caspase Caspase 天然天然(tinrn)(tinrn)抑制物的调节抑制物的调节 细胞内存在天然的Caspase抑制物-IAP(Inhibitor of Apoptosis Pr
23、oteins)发现几种不同的IAP:XIAP(X-Linked IAP);C-IAP1;C-IAP2;Survivin等。XIAP，C-IAP1，C-IAP2能直接(zhji)结合活化的caspase3,7和9，并抑制其酶活性，但不能抑制caspase1,6,8和10第三十四页，共四十三页。五、细胞凋亡五、细胞凋亡(dio wn)失衡与癌症失衡与癌症 凋亡不足：凋亡不足：癌症 自身免疫性疾病 病毒感染等 凋亡过度：凋亡过度：神经元退行性疾病 造血(zo xu)衰竭性疾病 心肌缺血/再灌注损伤第三十五页，共四十三页。已知的凋亡(dio wn)相关性疾病第三十六页，共四十三页。1 1、细胞、细胞(
24、xbo)(xbo)凋亡与癌症发生凋亡与癌症发生 细胞凋亡的信号感受、整合和执行的相关分子的异常(ychng)都可能导致肿瘤的发生第三十七页，共四十三页。细胞凋亡的缺乏在癌症发生中发挥了重要的作用。细胞凋亡的缺乏在癌症发生中发挥了重要的作用。TNFTNF受受 体家族的突变与癌症发生有关；体家族的突变与癌症发生有关；实验发现过度表达实验发现过度表达Bcl2Bcl2的转基因鼠造血细胞过度增生，并的转基因鼠造血细胞过度增生，并 由于凋亡抑制由于凋亡抑制(yzh)(yzh)而最终发生淋巴瘤。而最终发生淋巴瘤。Bcl2 Bcl2 家族蛋白促凋亡和抑制凋亡分子的平衡失常，可致细家族蛋白促凋亡和抑制凋亡分子的
25、平衡失常，可致细 胞获得生存优势，有助于癌症的发生。胞获得生存优势，有助于癌症的发生。P53 P53的遗传缺陷因不能通过凋亡去除异常细胞而引发癌症。的遗传缺陷因不能通过凋亡去除异常细胞而引发癌症。Caspase Caspase功能失活与癌症的发生有一定关系。功能失活与癌症的发生有一定关系。Caspase Caspase抑制因子（抑制因子（IAP)IAP)表达水平的升高能阻止肿瘤细胞的表达水平的升高能阻止肿瘤细胞的 凋亡，使肿瘤细胞具有生存优势，癌症得以发生和发展凋亡，使肿瘤细胞具有生存优势，癌症得以发生和发展 衰老细胞由于过度丢失染色体端粒而导致细胞的基因组不稳定和衰老细胞由于过度丢失染色体端
26、粒而导致细胞的基因组不稳定和 细胞凋亡。但如果细胞凋亡和衰老机制的破坏，细胞有可能演细胞凋亡。但如果细胞凋亡和衰老机制的破坏，细胞有可能演 变为癌症变为癌症 第三十八页，共四十三页。细胞凋亡(dio wn)与肿瘤第三十九页，共四十三页。DamagedDNAbaseStop proliferationDNArepairNormalDNAApoptosisproliferationcontinuesError passedto one daughter cellThe link between DNA damage,repare,proliferation and apoptosis 第四十页，共
27、四十三页。2 2、细胞凋亡在癌症、细胞凋亡在癌症(i zhn)(i zhn)形成后的影响形成后的影响 凋亡抑制或减弱是多种癌症的共同表现凋亡抑制或减弱是多种癌症的共同表现 许多化疗药物许多化疗药物(yow)(yow)发挥作用与诱导癌细胞凋亡有关发挥作用与诱导癌细胞凋亡有关 在肿瘤的治疗中，凋亡承担了清除损伤细胞的功能。在肿瘤的治疗中，凋亡承担了清除损伤细胞的功能。诱导凋亡是目前靶向治疗的主要策略之一，其手段包括激活诱导凋亡是目前靶向治疗的主要策略之一，其手段包括激活 凋亡或阻断抑制凋亡的信号通路。例如抑制凋亡或阻断抑制凋亡的信号通路。例如抑制Bcl2Bcl2，激活，激活 TRAIL TRAIL
28、、Bax Bax、caspase caspase等基因的策略等基因的策略 细胞凋亡的缺乏与肿瘤的预后、治疗等密切相关。在实体瘤（如前列腺癌）和细胞凋亡的缺乏与肿瘤的预后、治疗等密切相关。在实体瘤（如前列腺癌）和弥散性肿瘤（如白血病）中，弥散性肿瘤（如白血病）中，Bcl2Bcl2过表达者预过表达者预 后差，且对化疗耐药。后差，且对化疗耐药。P53 P53缺陷的细胞对放疗、化疗具有抗性。缺陷的细胞对放疗、化疗具有抗性。第四十一页，共四十三页。病毒感染、细胞凋亡病毒感染、细胞凋亡(dio wn)(dio wn)与肿瘤与肿瘤 病毒感染宿主细胞后有两种结局：病毒感染宿主细胞后有两种结局：一是诱导细胞一是
29、诱导细胞 凋亡从而限制病毒生长（肝炎病凋亡从而限制病毒生长（肝炎病毒）；毒）；二是由病毒基因表达的蛋白抑制宿主细胞凋亡，二是由病毒基因表达的蛋白抑制宿主细胞凋亡，造成造成(zo chn)(zo chn)持续性感染或增加某些病毒的致癌可持续性感染或增加某些病毒的致癌可能性。能性。第四十二页，共四十三页。内容(nirng)总结分子肿瘤学第五节 细胞凋亡与肿瘤。分子肿瘤学第五节 细胞凋亡与肿瘤。激活核转录因子(ynz)，加速促凋亡基因的转录。修复受损的DNA，如修复失败则诱导细胞凋亡。c-myc是一种癌基因，是调控细胞周期的主要基因。发现几种不同的IAP:XIAP(X-Linked IAP)。实验发现过度表达Bcl2的转基因鼠造血细胞过度增生，并。病毒感染宿主细胞后有两种结局：。一是诱导细胞 凋亡从而限制病毒生长（肝炎病毒）第四十三页，共四十三页。