| 第一章 細(xì)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(xì)胞凋亡的概念
細(xì)胞死亡（apoptosis)是每一個細(xì)胞必經(jīng)之道，而細(xì)胞凋亡是最常用的細(xì)胞死亡機制。在多細(xì)胞個體中生命期的每個時期，細(xì)胞凋亡都是組織動力學(xué)的基本機制。不僅在多細(xì)胞個體中不可缺，甚至有一些單細(xì)胞個體也會出現(xiàn)或多或少的細(xì)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(xì)胞凋亡(apoptosis)首先被Kerr等于1972年用來描述一種與細(xì)胞壞死(necrosis)不同的、其過程被嚴(yán)密控制的細(xì)胞死亡機制。事實上，早在1885年Flemming就曾發(fā)表了卵巢濾泡細(xì)胞的細(xì)胞凋亡形態(tài)特征，當(dāng)時他命名其為染色質(zhì)溶解(chromatolysis)。雖然細(xì)胞凋亡現(xiàn)在被全世界的學(xué)者研究得如火如荼，他當(dāng)時的描繪并未使學(xué)者們注意到這是一個與細(xì)胞壞死不同的細(xì)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(jì)。
細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞凋亡呢？
細(xì)胞凋亡（apoptosis)是在體內(nèi)外因素誘導(dǎo)下，由基因嚴(yán)格調(diào)控而發(fā)生的一種生理性細(xì)胞自殺過程，又稱程序性細(xì)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(xì)胞壞死的一種細(xì)胞死亡形式。 二、主要變化
（－)形態(tài)學(xué)變化
1、細(xì)胞膜的變化 2、細(xì)胞質(zhì)的變化 3、細(xì)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(xì)胞凋亡時，由于沒有巨噬細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞凋亡的“執(zhí)行者”，在細(xì)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�，它有一些什么特性，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(xì)講解。
3.內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶與DNA片斷化
細(xì)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(biāo)之一。（凋亡發(fā)生機制中講解) 三、細(xì)胞凋亡與壞死的比較
細(xì)胞壞死（necrosis)通常由嚴(yán)重?fù)p傷因素（如：毒物中毒、嚴(yán)重缺血、缺氧、強酸、強堿、強大電流等)所致，正常組織細(xì)胞不發(fā)生細(xì)胞壞死。細(xì)胞凋亡作為一種生理性、主動的細(xì)胞死亡的方式，在許多方面與壞死有顯著的差別。細(xì)胞凋亡與壞死的比較。 四、分期
細(xì)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(xì)胞后，細(xì)胞通過復(fù)雜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑將信號傳入胞內(nèi)，由細(xì)胞決定生存或死亡。②執(zhí)行期：決定死亡的細(xì)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(xì)胞被鄰近的細(xì)胞所吞噬并在吞噬細(xì)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(fù)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(yán)密的調(diào)控。 第二節(jié) 發(fā)生機制 一、細(xì)胞凋亡相關(guān)因素
細(xì)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(xì)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
gydjdsj.org.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(xì)胞凋亡。 3.免疫性因素
4.微生物學(xué)因素 細(xì)菌、病毒等致病微生物及其毒素可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。例如：HIV感染時，可致大量CD4+ T淋巴細(xì)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(xì)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(xì)胞凋亡。
（二)抑制性因素
1.細(xì)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(xì)胞外的細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因素作用于細(xì)胞后要轉(zhuǎn)化為細(xì)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(xì)胞死亡程序，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。
在細(xì)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(xì)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(xì)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gydjdsj.org.cn/kuaiji/，這是判斷凋亡發(fā)生的客觀指標(biāo)之一。 三、細(xì)胞凋亡的相關(guān)基因
目前，已知細(xì)胞凋亡相關(guān)基因多達(dá)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(xì)胞凋亡有關(guān)。
細(xì)胞凋亡是一個重要的生物學(xué)過程，對多細(xì)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(xì)胞凋亡精細(xì)調(diào)控。 第三節(jié) 細(xì)胞凋亡與疾病 一、細(xì)胞凋亡的生理意義
細(xì)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(xì)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(xì)胞凋亡參與了正常成年組織細(xì)胞更新（如上皮組織、血細(xì)胞的更新，衰老細(xì)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(xì)胞或突變細(xì)胞的清除等重要生理過程。 (三)發(fā)揮積極的防御功能。
當(dāng)機體受到病原微生物感染時，宿主細(xì)胞發(fā)生主動凋亡，導(dǎo)致被感染細(xì)胞的死亡和微生物的清除。 二、 細(xì)胞凋亡與疾病發(fā)生的關(guān)系 細(xì)胞凋亡調(diào)控異�？蓪�(dǎo)致多種疾病的發(fā)生。細(xì)胞凋亡與疾病的關(guān)系—— 該“死”的細(xì)胞不死，不該“死”的細(xì)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(xì)胞凋亡與幾種常見疾病發(fā)生的關(guān)系
(一) 細(xì)胞凋亡在腫瘤發(fā)生中的作用
目前認(rèn)為細(xì)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(xì)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(xì)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(dá)在許多腫瘤中都存在。 (二) 細(xì)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(xì)胞雖為終末分化細(xì)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(xì)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(xì)胞。 動物實驗證明caspase抑制劑，缺血預(yù)適應(yīng)可減少心肌細(xì)胞凋亡，縮小梗塞范圍，改善心功能。
（三)細(xì)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(xì)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(xì)胞以細(xì)胞凋亡的方式有效清除。如清除失敗，針對自身抗原的T細(xì)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(xì)胞被選擇破壞。研究表明，細(xì)胞凋亡在AIDS CD4+淋巴細(xì)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(xì)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(xì)胞凋亡
某些生長因子或激素是細(xì)胞生長所必須的，一旦撤除細(xì)胞即可發(fā)生凋亡。
（二)減少細(xì)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(xì)胞在其膜上表達(dá)Fas/FasL，導(dǎo)致腫瘤細(xì)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(dá)，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(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞凋亡的發(fā)生。 小結(jié) 布置作業(yè) | 
