细胞凋亡的分子机制

TheMolecularMechanismsOfApoptosis细胞凋亡的分子机制ZhaoWang（M.D./Pharm.D.）1、细胞凋亡信号传导的一般特征2、调控细胞凋亡的传统信号途径3、调控细胞凋亡的死亡信号途径4、参与细胞凋亡的其他信号传导系统第四讲细胞凋亡的信号传导1、细胞凋亡信号传导的一般特征（1）细胞凋亡的信号传导途径的特点•信号传导系统具有多样性•信号传导途径的启动可因细胞的来源、种类、生长环境及诱导因素的不同而有差异•细胞凋亡与细胞增殖、分化过程中的信号传导系统间存在部分共同的通道•细胞内被同一信号激活的多条途径间存在互通交叉点（2）当前细胞信号传导途径的研究基本按如下3个阶段进行：•确定哪些重要的调节信号在传统（细胞增殖）信号传导途径中对细胞凋亡过程具有关键的调控作用•利用分子和细胞生物学手段确定与这些调节信号直接作用靶分子的性能•通过逐步追踪阐明信号传导途径的具体内容（3）细胞凋亡信号传导系统与其诱导因素的相互关系•不同诱导细胞凋亡的因素可以通过相同的信号传导系统诱发细胞凋亡•在一种体系中促进细胞凋亡的信号可在另一个体系中抑制细胞凋亡•不同信号传导系统是相互联系和相互作用的整体，呈复杂的调控网状结构（4）信号传导的一般途径•各种生理条件或非生理条件下的刺激因素都可作为细胞凋亡的第一信号系统•第一信使系统与细胞膜结核并作用以后，可与细胞内的激素受体相作用，或刺激第二信使系统，如Ca2+、cAMP等•通过共同通道改变某些基因的表达，导致细胞凋亡的发生2、调控细胞凋亡的传统信号途径（1）G结合蛋白（GBP/GRP/GP）信号途径与细胞凋亡G结合蛋白信号途径是由GBP、G蛋白偶联受体（GpCR）、腺苷酸环化酶（AC）三部分组成SignalingPathwayfromG-ProteinFamiliesSignalingPathwayfromG-ProteinFamilies（A）cAMP与细胞凋亡应用cAMP的类似物或诱导剂使细胞内的cAMP浓度升高时，可有效地诱导细胞发生凋亡•cAMP的作用与导致细胞凋亡的蛋白质磷酸化的改变有关•体外的实验一致认为，cAMP诱导的细胞凋亡是由激活的cAMP依赖性PKA介导的，并需要Ca2+的存在•cAMP可诱导内源性核酸内切酶的激活，推测cAMP可通过PKA使关键的蛋白质分子发生不同程度的磷酸化，进而影响内源性核酸内切酶的活性然而，在一些模型系统中又发现cAMP可抑制细胞凋亡cAMP及其类似物可抑制因撤退神经生长因子（NGF）而诱导的神经细胞、老化的中心粒细胞凋亡和启动T细胞受体引起的T细胞杂交瘤细胞凋亡cAMP信号系统对细胞凋亡的影响可能与细胞类型有关（B）Ca2+与细胞凋亡•Ca2+可激活核酸内切酶•Ca2+可激活蛋白酶•Ca2+可激活PKC•Ca2+可调节磷脂酶活性•Ca2+对谷氨酰胺转移酶的调节有证据表明，Ca2+浓度的升高引起细胞凋亡并非是普遍现象，因此，可能起决定作用的因素是维系某一细胞生存的Ca2+浓度的失衡（C）PKC/PKA与细胞凋亡•PKA和PKC是体内主要催化蛋白质磷酸化的激酶•PKA受cAMP激活，PKC的直接活化分子是DAG•PKC促进细胞凋亡的机制可能与PKC的活化可激活离子通道，使G蛋白发生磷酸化，导致GP活化或表达的下调，引起cAMP水平升高有关•不同的PKC同工酶在凋亡调节中担负着不同的功能ActivationoftheMAPK-signallingpathway.（2）酶蛋白信号途径与细胞凋亡Ras-MAPK途径与细胞凋亡信号的传导ActivationoftheMAPK-signallingpathway.（2）酶蛋白信号途径与细胞凋亡•Ras-MAPK途径与细胞凋亡信号的传导3、调控细胞凋亡的死亡信号途径（1）死亡因子及其受体•死亡因子：FasL和TNF•死亡因子受体：Fas（CD95）和TNFR（2）FasL/TNF介导的信号传导途径•神经鞘磷脂途径•蛋白酶途径•蛋白激酶C途径•磷脂酶A2（PLA2）脂氧化酶途径•磷脂酰肌醇-磷脂酶C途径•酪氨酸激酶（PTK）途径•Daxx途径•TRAIL途径•核转录因子NF-kB途径4、参与细胞凋亡调控的其他信号传导系统（1）T细胞受体信号传导途径与细胞凋亡•TCR抗原受识别，第二信使为DAG和Ca2+•TCR/CD3信号传导途径导致的细胞凋亡，是通过DNA结合蛋白Nurr77来调节的TCellReceptorSignalingPathwayTCellReceptorSignalingPathway（2）粘附分子与细胞凋亡•粘附分子：多属跨膜糖蛋白位于细胞表面的粘附受体•分类：免疫球蛋白超家族（IgSF）、整合素家族（IF）、选择素家族（SF）、钙粘附素家族（CF）、其他粘附分子（CD44等）•当粘壁生长的上皮细胞和内皮细胞表面失粘附特性时，细胞可发生凋亡•粘附分子参与的信号传导，是通过粘附分子触发细胞内信号传导一系列生化反应而实现的•锚定依赖性细胞一旦与基质分离，即可发生凋亡•不是粘附行为本身，而是粘附中整合素与其配体的结合阻抑了细胞凋亡的发生•整合蛋白介导的细胞粘附必须伴随细胞骨架的重排，才能阻止凋亡（3）活性氧与细胞凋亡•活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）是外源性氧化剂或细胞内有氧代谢过程中产生的具有很高生物活性的氧分子，很容易与生物大分子反应，可直接损害或者通过一系列过氧化链式反应引起广泛生物结构的破坏•有实验证实，在特定条件下低水平的氧自由基能诱导细胞凋亡，而不是导致细胞坏死（4）细胞色素C与细胞凋亡•细胞色素C（CytC）从细胞线粒体转移到胞浆，被认为是各种细胞死亡模型如以Fas、紫外线（UV）、叉孢素（staurosporin,SSP）或鬼臼乙叉干（VP16）处理和诱导细胞凋亡机制中的重要环节•一旦胞质中出现CytC，其可与细胞浆中的其他成分相互作用，激活caspases，诱导细胞凋亡的发生如染色质浓缩和核碎裂。这一过程可被Bcl-2过表达抑制（5）线粒体与细胞凋亡•线粒体内膜通透性转变既是细胞凋亡的必须条件，也是它的充足条件•PT孔道打开后导致线粒体许多功能的致命性变化从而启动了死亡途径•PT孔道作为许多生理效应的感受器，整合了电生理、氧化还原与细胞代谢状态的信息•PT孔道的组成成分ADP-ATP在提示能量代谢的重要分子，其表达有严格的组织专一性•PT孔道的作用有自放大效应TheMolecularMechanismsOfApoptosis细胞凋亡的分子机制ZhaoWang（M.D./Pharm.D.）第五讲细胞凋亡与免疫Apoptosisintheimmunesystem1.LifeanddeathintheimmunesystemApoptosisintheimmunesystem2.TheCD95-CD95Ldeathsystem☛CD95isoneofdeathreceptors;☛CD95-mediatedapoptosisistriggeredbyitsnaturalligand,CD95L;☛CD95Lisseenonkillercell-derivedvesicles,butcanalsobecleavedfromthemembranebyametallo-proteaseApoptosisintheimmunesystemCD95death-inducingsignallingcomplexApoptosisintheimmunesystem3.TwodifferentpathwaysdownstreamofCD95Apoptosisintheimmunesystem4.T-lymphocytedeathinthethymus☛thenegativeselectionmightinvolvetheCD-95systemwhenTcellsencounterhighantigenconcentrations☛NumerousdatasuggestthatmembersoftheBcl-2familyinfluencesurvivalofimmatureTlymphocytes,thatis,positiveselection,butnotnegativeselectionApoptosisintheimmunesystem5.DeletionofperipheralTcellsbyapoptosisThecourseofaT-cellimmuneresponseandtheapoptosisphenotypeoftheT-cells.Apoptosisintheimmunesystem1）anIL-2-dependentclonalexpansionandeffectorphaseafterchallengewithantigen.2）adownphaseinwhichmostantigen-specificTcellsareeventuallyeliminated.3）aphaseinwhichcertainTcellsthatsurvivethedownphaseenterthememoryT-cellpool.Apoptosisintheimmunesystem6.Co-stimulationandT-cellsurvival☛CD28isamajorco-stimulatingco-receptorexpressedonTcells;☛CD28isstimulatedbyCD80andCD86expressedonAPCsandfunctionstoincreasecytokineproductionandcytokinereceptorinductionforsavingTcellsfromAICD.Apoptosisintheimmunesystem7.B-lymphocytedeath☛B-cellreceptor(BCR)activationinducesapoptosisbythemitochondrialpathway；☛AsinTcellsco-stimulatedbyCD28,BCR-activatedBcellscanberescuedfromapoptosisbyco-stimulationbywayofCD40thathasbeenactivatedbyCD40LexpressedonTcellsandmacrophages；Apoptosisintheimmunesystem8.Thereceptor-ligandsystemsa、CD95-CD95LsystemBcellsgenerallydonotexpressCD95L;TcellskillCD95-positiveBcells;b、Blys,APRIL/TACI,BCMAsystemBlys,APRILbindingtoTACI,BCMAupregulateNF-B,B-cellproliferationandimmunoglobulinproduction.Apoptosisintheimmunesystem9.APCs,TcellsandBcells☛activatedAPCssynthesizeCD95L,TRAIL,TNFandotherfactorsthatmodulatetheactivityandfunctionofTcells；☛Inturn,activatedTcellsinfluenceAPCfunctionandtherebyaffectthecourseoftheimmuneresponse；☛theCD40-CD40LsystemallowsthesurvivalofAPCsandtheCD95-CD95Lsysteminducestheirdeath；Apoptosisintheimmunesystem10.Anotherdeathreceptor—TNF-aDiseasesoftheimmunesyste