| 第一章 細胞、組織的適應(yīng)和損傷 介紹本章的授課思路、框架和重點、難點內(nèi)容。 第一節(jié) 概述 一、細胞凋亡的概念
細胞死亡（apoptosis)是每一個細胞必經(jīng)之道，而細胞凋亡是最常用的細胞死亡機制。在多細胞個體中生命期的每個時期，細胞凋亡都是組織動力學(xué)的基本機制。不僅在多細胞個體中不可缺，甚至有一些單細胞個體也會出現(xiàn)或多或少的細胞凋亡特征。
在希臘文中，apoptosis這個字是用來描述樹葉從枝頭掉落的狀態(tài)。細胞凋亡(apoptosis)首先被Kerr等于1972年用來描述一種與細胞壞死(necrosis)不同的、其過程被嚴密控制的細胞死亡機制。事實上，早在1885年Flemming就曾發(fā)表了卵巢濾泡細胞的細胞凋亡形態(tài)特征，當時他命名其為染色質(zhì)溶解(chromatolysis)。雖然細胞凋亡現(xiàn)在被全世界的學(xué)者研究得如火如荼，他當時的描繪并未使學(xué)者們注意到這是一個與細胞壞死不同的細胞死亡機制。從chromatolysis到apoptosis的被提出，這個現(xiàn)象被忽視了將近一個世紀。
細胞凋亡概念提出至今還不到30年的時間，但由于它在保證多細胞生物的健康生存過程中扮演著關(guān)鍵角色，對個體的正常發(fā)育及細胞凋亡紊亂在病理學(xué)研究中的重要作用，引起了人們對其機制和組分的廣泛而深入地研究，成為目前生命科學(xué)界最為熱門話題之一，也是生命科學(xué)界乃至社會各界爭相投入的研究領(lǐng)域。 那么什么是細胞凋亡呢？
細胞凋亡（apoptosis)是在體內(nèi)外因素誘導(dǎo)下，由基因嚴格調(diào)控而發(fā)生的一種生理性細胞自殺過程，又稱程序性細胞死亡（programmd cell death．PCD)。它是一個主動的，高度有序的，基因控制的，一系列酶參與的過程。它是一個不同于細胞壞死的一種細胞死亡形式。 二、主要變化
（－)形態(tài)學(xué)變化
1、細胞膜的變化 2、細胞質(zhì)的變化 3、細胞核的變化 4、凋亡小體形成 5、吞噬 6、繼發(fā)性壞死（secondary necrosis) 在體外實驗誘導(dǎo)細胞凋亡時，由于沒有巨噬細胞吞噬凋亡小體，凋亡小體會發(fā)生腫脹、破裂、溶酶體釋放等細胞壞死的表現(xiàn)，稱為繼發(fā)性壞死。
（二)生化改變
1.凋亡啟動因子
（1)細胞色素C(cytochrome c，Cyto-C)
（2)AIF
2.凋亡蛋白酶的活化
凋亡蛋白酶是細胞凋亡的“執(zhí)行者”，在細胞凋亡的發(fā)生發(fā)展中起著非常重要的作用�！笆裁词堑蛲龅鞍酌福幸恍┦裁刺匦�，以及它們是如何起作用的”等等，在凋亡發(fā)生機制中再做詳細講解。
3.內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶與DNA片斷化
細胞凋亡過程中執(zhí)行染色質(zhì)DNA切割任務(wù)的是內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶，內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶作用于DNA雙鏈，形成高分子量的DNA片段或180-200bp整倍數(shù)的片段，在瓊脂糖凝膠電泳中呈“梯”狀(ladder pattern)條帶，這是判斷凋亡發(fā)生的客觀指標之一。（凋亡發(fā)生機制中講解) 三、細胞凋亡與壞死的比較
細胞壞死（necrosis)通常由嚴重損傷因素（如：毒物中毒、嚴重缺血、缺氧、強酸、強堿、強大電流等)所致，正常組織細胞不發(fā)生細胞壞死。細胞凋亡作為一種生理性、主動的細胞死亡的方式，在許多方面與壞死有顯著的差別。細胞凋亡與壞死的比較。 四、分期
細胞凋亡的過程可分為三期：①誘導(dǎo)期：凋亡誘導(dǎo)因素作用于細胞后，細胞通過復(fù)雜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑將信號傳入胞內(nèi)，由細胞決定生存或死亡。②執(zhí)行期：決定死亡的細胞將按預(yù)定程序啟動凋亡，激活凋亡所需的各種酶類及降解相關(guān)物質(zhì)，形成凋亡小體。③消亡期：凋亡的細胞被鄰近的細胞所吞噬并在吞噬細胞內(nèi)降解。
上述全過程需時約數(shù)分鐘至數(shù)小時不等。從凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)到凋亡執(zhí)行的各個階段都有負調(diào)控因子存在，以形成完整的反饋環(huán)路，使凋亡過程受到精確嚴密的調(diào)控。 第二節(jié) 發(fā)生機制 一、細胞凋亡相關(guān)因素
細胞凋亡是一個非常復(fù)雜的過程，受到機體內(nèi)、外多種因素的影響，其具體的分子機制尚不完全清楚。細胞凋亡相關(guān)因素分誘導(dǎo)性因素和抑制性因素兩大類。
（一)誘導(dǎo)性因素
52667788.cn/zhicheng/ 1.激素和生長因子失衡
2.理化因素 射線、高溫、強酸、強堿、乙醇、抗癌藥物等，均可導(dǎo)致細胞凋亡。 3.免疫性因素
4.微生物學(xué)因素 細菌、病毒等致病微生物及其毒素可誘導(dǎo)細胞凋亡。例如：HIV感染時，可致大量CD4+ T淋巴細胞凋亡。
5.其他 如缺血與缺氧，神經(jīng)遞質(zhì)（如谷氨酸、多巴胺)，失去基質(zhì)附著等因素都可引起細胞凋亡。在腫瘤治療中，單克隆抗體、反義寡核苷酸、抗癌藥物等均可誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡。
（二)抑制性因素
1.細胞因子
2.某些激素
3.其他 二、主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
大多數(shù)情況下來自于細胞外的細胞凋亡誘導(dǎo)因素作用于細胞后要轉(zhuǎn)化為細胞凋亡信號，并通過胞內(nèi)不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，最終激活細胞死亡程序，導(dǎo)致細胞凋亡。
在細胞凋亡的發(fā)生發(fā)展過程中，主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路有兩條：一為死亡受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路；二為線粒體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。下面我們分別進行講解。 （一)死亡受體通路
（二)線粒體通路
1、線粒體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的提出
2、線粒體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路
3、凋亡蛋白酶
凋亡蛋白酶的激活是凋亡發(fā)生機制中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。至今已發(fā)現(xiàn)14種caspases，這些成員在氨基酸序列 ,空間結(jié)構(gòu)及底物特異性上均有相似性；體內(nèi)合成時均以凋亡蛋白酶前體(procaspase) (30 -50 ku)形式存在 ,包括三個功能區(qū) :N末端區(qū)(prodomain) ,大亞單位 (-2 0 ku) ,小亞單位 (-1 0ku) ;被激活的過程相似 ,即通過功能區(qū)間特異位點的蛋白酶解 ,繼而以大小亞單位形式形成異源二聚體。半胱天冬酶對底物的切割不僅特異，而且高效。 依據(jù)caspases結(jié)構(gòu)和功能的不同可分為三類
Caspases的分類與功能 4.內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶
細胞凋亡過程中執(zhí)行染色質(zhì)DNA切割任務(wù)的是內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶，有Ca2+／Mg2+非依賴性核酸內(nèi)切酶和Ca2+／Mg2+依賴性核酸內(nèi)切酶。 凋亡細胞雙鏈DNA發(fā)生兩種類型的斷裂：①首先是形成高分子量的DNA片段，50kb和/或300kb，可能由染色質(zhì)中的DNA斷裂形成。②其次，內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶作用于DNA雙鏈的核小體(nucleosome)連接部，形成180-200bp或其整倍數(shù)的片段，在瓊脂糖凝膠電泳中呈“梯”狀(ladder pattern)條帶52667788.cn/kuaiji/，這是判斷凋亡發(fā)生的客觀指標之一。 三、細胞凋亡的相關(guān)基因
目前，已知細胞凋亡相關(guān)基因多達數(shù)十種，根據(jù)功能的不同可將其分為三類：抑制凋亡基因、促進凋亡基因和雙向調(diào)控基因。
• 抑制凋亡基因：Bcl-2，IAP
促進凋亡基因：wtp53，Bax
雙向調(diào)控基因：c-myc，Bcl-xbcl-2家族分子
下面我們重點學(xué)習(xí)幾種：
1.Bcl-2
2. Fas
3．p53基因 4.c-myc基因
5.IAP家族
6.其他基因
jun、fos、myb、asy、Rb等基因都與細胞凋亡有關(guān)。
細胞凋亡是一個重要的生物學(xué)過程，對多細胞生物的完整性，體內(nèi)平衡以及腫瘤的發(fā)生均有重要的生物學(xué)意義。許多的基因相互協(xié)調(diào)，共同參與了細胞凋亡精細調(diào)控。 第三節(jié) 細胞凋亡與疾病 一、細胞凋亡的生理意義
細胞凋亡在機體的一生中，從受精至成熟、老化等各個方面都發(fā)揮重要作用。
(一)確保正常生長發(fā)育。
例如：人胚胎肢芽發(fā)育過程中的指（趾)間組織通過細胞凋亡機制而被逐漸消除，形成指（趾)間隙。 (二)維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。
細胞凋亡參與了正常成年組織細胞更新（如上皮組織、血細胞的更新，衰老細胞的清除)、生理器官的內(nèi)分泌調(diào)控（如子宮產(chǎn)后復(fù)原，月經(jīng)期子宮內(nèi)膜的脫落)以及對受損不能修復(fù)的細胞或突變細胞的清除等重要生理過程。 (三)發(fā)揮積極的防御功能。
當機體受到病原微生物感染時，宿主細胞發(fā)生主動凋亡，導(dǎo)致被感染細胞的死亡和微生物的清除。 二、 細胞凋亡與疾病發(fā)生的關(guān)系 細胞凋亡調(diào)控異�？蓪�(dǎo)致多種疾病的發(fā)生。細胞凋亡與疾病的關(guān)系—— 該“死”的細胞不死，不該“死”的細胞卻死了，也就是說無論凋亡過度或凋亡不足都可以導(dǎo)致疾病的發(fā)生。 下面我們具體討論細胞凋亡與幾種常見疾病發(fā)生的關(guān)系
(一) 細胞凋亡在腫瘤發(fā)生中的作用
目前認為細胞增殖和分化異常是腫瘤發(fā)病的途徑之一，而凋亡受抑、細胞死亡不足是腫瘤發(fā)病的另一途徑。許多人類惡性腫瘤細胞對生理刺激做出凋亡反應(yīng)的能力顯著下降。p53突變，Bcl-2的高表達在許多腫瘤中都存在。 (二) 細胞凋亡在缺血性心臟病及心衰發(fā)病機制中的作用
心肌細胞雖為終末分化細胞，但仍存在凋亡在心肌梗死、I/R損傷及慢性心衰等心臟疾病的動物模型及臨床病人均觀察到細胞凋亡的存在。這是一梗死的心肌，將梗死區(qū)邊緣的心肌做成切片后，可發(fā)現(xiàn)有凋亡細胞。 動物實驗證明caspase抑制劑，缺血預(yù)適應(yīng)可減少心肌細胞凋亡，縮小梗塞范圍，改善心功能。
（三)細胞凋亡在其它疾病發(fā)生中的作用
1．神經(jīng)元退行性病變
在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中有一類以特定神經(jīng)元進行性喪失為其病理特征的疾病，如阿爾茨海默氏病，帕金森氏病。現(xiàn)在研究表明，造成神經(jīng)元喪失的主要機制是細胞凋亡。由于大量神經(jīng)元發(fā)生凋亡，大腦皮質(zhì)出現(xiàn)廣泛萎縮，腦溝變寬，腦回變窄。
2．自身免疫性疾病
正常情況下，免疫系統(tǒng)在發(fā)育過程中已將針對自身抗原的免疫細胞以細胞凋亡的方式有效清除。如清除失敗，針對自身抗原的T細胞就可存活，進而攻擊自身組織，產(chǎn)生自身免疫性疾病。
3．病毒感染
如人免疫缺陷病毒（HIV)感染引起的AIDS，其關(guān)鍵的發(fā)病機制是CD4+淋巴細胞被選擇破壞。研究表明，細胞凋亡在AIDS CD4+淋巴細胞減少中扮演了非常重要的角色。
4．創(chuàng)傷合并休克，肝衰，免疫排斥反應(yīng)等等 第四節(jié) 凋亡在疾病防治中的意義（自學(xué)) 細胞凋亡是一個程序化過程，可以通過不同的手段在不同的階段進行干預(yù)而治療疾病
一．合理利用凋亡相關(guān)因素
（一)誘導(dǎo)靶細胞凋亡
某些生長因子或激素是細胞生長所必須的，一旦撤除細胞即可發(fā)生凋亡。
（二)減少細胞凋亡
IL－2、神經(jīng)生長因子等具有抑制凋亡的作用。 二．干預(yù)凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)
可利用阿霉素刺激腫瘤細胞在其膜上表達Fas/FasL，導(dǎo)致腫瘤細胞發(fā)生凋亡。 三．調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)基因
運用分子生物學(xué)手段人為地控制凋亡相關(guān)基因（P53，Bcl-2)的表達，便有可能控制凋亡過程。 四．控制凋亡相關(guān)的酶
在凋亡執(zhí)行階段，核酸內(nèi)切酶和caspases在摧毀細胞結(jié)構(gòu)方面起著關(guān)鍵性作用，因此若能控制他們的活性。細胞凋亡過程必然受到控制。 五．防止線粒體跨膜電位的下降
線粒體跨膜電位就可以防止細胞凋亡的發(fā)生。目前已發(fā)現(xiàn)環(huán)胞霉素A可抑制線粒體跨膜電位的下降，并因此而防止細胞凋亡的發(fā)生。 小結(jié) 布置作業(yè) | 
