植物细胞程序性死亡研究进展

细胞死亡的分类

博士生资格考试综述（2005年10月24日） 细胞死亡的分类 吕冰峰 北京大学基础医学院免疫学系分子免疫实验室 北京大学人类疾病基因研究中心 摘要：细胞死亡是多细胞生物生命过程中重要的生理或病理现象。细胞死亡有很多种，基于不同的分类标准，其分类结果也不一样。细胞死亡有程序性和非程序性之分，后者即坏死。程序性细胞死亡按其发生机制不同可以分为凋亡、自吞噬性程序性细胞死亡、Paraptosis、细胞有丝分裂灾难、胀亡等。也有很多学者按照死亡时细胞的形态特征进行分类：按照细胞核形态可以分为凋亡、凋亡样程序性细胞死亡、坏死样程序性细胞死亡和坏死；按照Clarke形态学分类，程序性细胞死亡分为I、II、III类。形态学分类与机制分类有很大的重叠，我们总结了它们的对应关系。 关键词：程序性细胞死亡，凋亡，自吞噬，Paraptosis，细胞有丝分裂灾难，胀亡，坏死 一、前言 多细胞生物的发育及生存依赖于其细胞分裂增殖和死亡之间的平衡，一旦这种平衡被打破，就会发生胚胎发育异常、退行性疾病以及癌症等。所以在进化过程中，多细胞生物逐渐拥有了复杂而精密的调节机制维持这种平衡。 细胞的死亡形式多种多样，在过去的150年其分类主要基于形态学[1]。而在最近的30年里，由于死亡分子机制方面的研究取得长足进步，使得死亡的分类更加科学化。但是，由于认识的局限性，细胞死亡分类的现状是形态和机制并存，甚至给人一种混乱的感觉，本文将对现有的细胞死亡分类加以综述，并尽量将形态学分类与机制分类联系起来。 二、非程序性细胞死亡 程序性细胞死亡的共同点在于它们是细胞主动的死亡过程，能够被细胞信号转导的抑制剂阻断，而非程序性细胞死亡则是细胞被动的死亡过程，不能被细胞信号转导的抑制剂阻断[2]。 非程序性细胞死亡即坏死，是指细胞在受到环境中的物理或化学刺激时所发生的细胞被动死亡[3]。其主要形态学特点是胞膜的破坏，细胞及细胞器水肿（胞

细胞坏死凋亡和细胞程序性死亡

细胞坏死necrosis、细胞凋亡apoptosis、 细胞程序性死亡programmed cell death(PCD) 死亡是生命的普遍现象，但细胞死亡并非与机体死亡同步，在正常的组织中，经常发生“正常”的细胞死亡，它是维持组织机能和形态所必需的；细胞死亡的方式通常有3种：即①细胞坏死（necrosis）。②细胞凋亡（apoptosis）。③细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）。 Ⅰ.细胞坏死 细胞坏死是细胞受到化学因素（如强酸、强碱、有毒物质）、物理因素（如热、辐射）和生物因素（如病原体）等环境因素的伤害，引起细胞死亡的现象。坏死细胞的形态改变主要是由下列2种病理过程引起的，即酶性消化和蛋白变性；参与此过程的酶，如来源于死亡细胞本身的溶酶体，则称为细胞自溶（autolysis）；若来源于浸润坏死组织内白细胞溶酶体，则为异溶（heterolysis）。 细胞坏死初期，胞质内线粒体和内质网肿胀、崩解，结构脂滴游离、空泡化，蛋白质颗粒增多，核发生固缩或断裂。随着胞质内蛋白变性、凝固或碎裂，以及嗜碱性核蛋白的降解，细胞质呈现强嗜酸 性，故坏死组织或细胞在苏木精 /伊红染色切片中，胞质呈均一 的深伊红色，原有的微细结构消 失。在含水量高的细胞，可因胞 质内水泡不断增大，并发生溶 解，导致细胞结构完全消失，最 后细胞膜和细胞器破裂，DNA 降解，细胞内容物流出，引起周 围组织炎症反应（图1）。 图1细胞坏死与凋亡的形态区别

Ⅱ.细胞凋亡 细胞凋亡（cell apoptosis）是借用古希腊语，表示细胞象秋天的树叶一样凋落的死亡方式，1972年Kerr最先提出这一概念，他发现结扎大鼠肝的左、中叶门静脉后，其周围细胞发生缺血性坏死，但由肝动脉供应区的实质细胞仍存活，只是范围逐渐缩小，其间一些细胞不断转变成细胞质小块，不伴有炎症，后在正常鼠肝中也偶然见到这一现象。 凋亡是一个形态学概念，是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡现象，不是一件被动的过程，而是主动过程，是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程，涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用。 凋亡细胞的主要特征见表1，共有：①染色质聚集、分块、位于核膜上，胞质凝缩，最后核断裂，细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体（图1、2）；②凋亡小体内有结构完整的细胞器，还有凝缩的染色体，可被邻近细胞吞噬消化，因始终有膜封闭，没有内溶物释放，故不会引起炎症；③凋亡细胞中仍需要合成一些蛋白质，但是在坏死细胞中ATP和蛋白质合成受阻或终止；④核酸内切酶活化，导致染色质DNA在核小体连接部位断裂，形成约200bp整数倍的核酸片段，凝胶电泳图谱呈梯状；⑤凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病理性变化。 表1细胞凋亡和细胞坏死的区别 区别点细胞凋亡细胞坏死 起因生理或病理性病理性变化或剧烈损伤 范围单个散在细胞大片组织或成群细胞 细胞膜保持完整，一直到形成凋亡小体破损 染色质凝聚在核膜下呈半月状呈絮状 细胞器无明显变化肿胀、内质网崩解 细胞体积固缩变小肿胀变大 凋亡小体有，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬无，细胞自溶，残余碎片被 巨噬细胞吞噬 基因组DNA 有控降解，电泳图谱呈梯状随机降解，电泳图谱呈涂抹 状 蛋白质合成有无 调节过程受基因调控被动进行 炎症反应无，不释放细胞内容物有，释放内容物。

细胞程序性死亡机制的研究

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｎｘｉＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ 细胞程序性死亡机制的研究 苑丽霞１，２，孙毅３，杨艳君１，赵鸿飞４ （１．晋中学院生物科学与技术学院，山西晋中０３０６００；２．山西农业大学，山西太谷０３０８０１； ３．山西省农业生物技术研究中心，山西太原０３００３１；４．中国人民解放军某部队后勤部农林管理处，甘肃兰州７３２７５０） 摘要：细胞程序性死亡是细胞在自身基因编码、多种因子调控的作用下发生的一种正常的生理反应。它是植物和动物生长发育过程中的一种普遍现象，已成为当前生物学的研究热点之一。介绍ＰＣＤ的概念和基本特征，重点说明了ＰＣＤ的作用机制，同时展望了ＰＣＤ研究中有待进一步解决的问题和实际意义。 关键词：细胞程序性死亡；ＰＣＤ；生长；发育；细胞凋亡 中图分类号：Ｑ２５５文献标识码：Ａ文章编号：１００２－２４８１（２００８）０８－００１５－０３ ＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＰｒｏｇｒａｍｍｅｄＣｅｌｌＤｅａｔｈ ＹＵＡＮＬｉ－ｘｉａ１，２，ＳＵＮＹｉ３，ＹＡＮＧＹａｎ－ｊｕｎ１，ＺＨＡＯＨｏｎｇ－ｆｅｉ４ （１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＪｉｎｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｈａｎｘｉＪｉｎｚｈｏｎｇ０３０６００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａｎｘｉＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｈａｎｘｉＴａｉｇｕ０３０８０１，Ｃｈｉｎａ；３．Ａｇｒｉ．ＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｒｅｏｆＳｈａｎｘｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，ＳｈａｎｘｉＴａｉｙｕａｎ０３００３１，Ｃｈｉｎａ；４．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅａｎｄＦｏｒｅｓｔｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＬｏｇｉｓｔｉｃｓＤｉｖｉｓｉｏｎ，ＣｈｉｎｅｓｅＰｅｏｐｌｅ＇ｓＬｉｂｅｒａｔｉｏｎＡＡｒｍｙ６３６００ Ｔｒｏｏｐｓ，ＧａｎｓｕＬａｎｚｈｏｕ７３２７５０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄｃｅｌｌｄｅａｔｈ（ＰＣＤ）ｉｓａｎｏｒｍａｌｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｓｔｈａｔｏｃｃｕｒｉｎｃｅｌｌｓｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｉｒｏｗｎｇｅｎｅｔｉｃｃｏｄｉｎｇａｎｄａｖａｒｉｅｔｙｏｆｆａｃｔｏｒｓ．Ｉｔｉｓａｕｎｉｖｅｒｓａｌｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｇｒｏｗｔｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｐｌａｎｔｓａｎｄａｎｉｍａｌｓ，ａｎｄｈａｓｂｅｃｏｍｅｏｎｅｏｆｔｈｅｆｏｃｕｓｏｆｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ．ＴｈｅａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔａｎｄｔｈｅｂａｓｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＰＣＤ，ｈｉｇｈｌｉｇｈｔｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＰＣＤ，ａｎｄｏｕｔｌｏｏｋｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｈａｔｎｅｅｄｔｏｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙｉｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆＰＣＤ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄｃｅｌｌｄｅａｔｈ；ＰＣＤ；Ｇｒｏｗｔｈ；Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；Ａｐｏｐｔｏｓｉｓ 细胞的死亡是个体存活的正常现象。细胞中既存在着存活途径，也存在着死亡途径。生物体内健康细胞在特定的细胞外信号的诱导下，死亡途径被激活，在有关基因的调控下发生死亡，细胞的这种死亡方式称为细胞程序性死亡（Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄｃｅｌｌｄｅａｔｈ，ＰＣＤ）［１］。１细胞编程性死亡的概念 ＰＣＤ的定义最早由Ｇｌｕｃｈｓｍａｎ于１９５１年在研究两栖动物的变态现象时首先提出。它是指生物体生长发育过程中，由自身基因编码的、主动并有序的进程，是生物体新陈代谢过程中正常的生理反应（ＰｅｎｎｅｌａｎｄＬａｍｂ，１９９７）［２］。１９７２年Ｋｅｒｒ，Ｊ．Ｆ等在研究组织变化时又创用了细胞凋亡（ａｐｏｐｔｏｓｉｓ）一词，是指细胞受到生理或病理刺激发生的死亡。ａｐｏｐｔｏｓｉｓ源自古希腊语，原意是指秋天树木落叶之意，用来表示细胞的这种死亡方式比较形象化。然而从生物学意义上来讲，细胞程序性死亡则更要贴切一些，因为细胞的这种死亡并不是因受体外因素的影响而发生枯萎，而是个体发育、存活所必须的正常秩序的一部分。现在，细胞凋亡和细胞程序性死亡作为两个同义词在学术界同时使用［１］。然而，细胞程序性死亡在性质上完全不同于细胞坏死（ｎｅｃｒｏｓｉｓ）。细胞坏死是指细胞受到极端的物理、化学因素的刺激引起的细胞死亡。细胞坏死时质膜和核膜发生断裂，细胞质溢出，影响到周围细胞，发生炎症反应。而细胞编程性死亡过程比较平稳，无炎症反应［１］。 ２细胞程序性死亡的主要特征 细胞程序性死亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程［３］。细胞程序性死亡对于多细胞生物个体发育的正常进行，自身平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都起着非常关键的作用。在ＰＣＤ发生过程中，一般伴随有特定的形态、生化特征出现。其形态学上分为三个阶段：凋亡的起始，主要表现为细胞表面的特化结构入微绒毛的消失，细胞间接触的消失。凋亡小体的形成，核染色质断裂为大小不等的片段，与某些细胞器聚集，为反折的细胞膜所包围，使细胞表面产生许多泡状或芽状突起，以后逐渐分割，形成单个的凋亡小体。凋亡小体逐渐为邻近的细胞所吞噬并消化。 细胞凋亡的发生过程中，最重要的生化特征是由于核小体间的断裂ＤＮＡ产生含有不同数量核小体单位的片段，在进行琼脂糖凝胶电泳时，形成特征性的梯状条带；同时组织转谷氨酰胺酶（ｔｉｓｓｕｅ ＊收稿日期：２００８－０６－１１ 作者简介：苑丽霞（１９８０－），女，山西武乡人，讲师，主要从事分子遗传与基因工程方面的研究工作。 山西农业科学２００８，３６（８）：１５～１７ １５

最新细胞凋亡与细胞程序性死亡的区别

细胞凋亡与细胞死亡及细胞程序性死亡的区别 1细胞凋亡和细胞死亡 细胞凋亡 (Apoptosis)是生物界广泛存在的一种现象，与其它的生命现象一样具有同等重要的生理学或病理学意义。 尽管其最终结果也是导致细胞死亡,但其诱导因素、发生机制和过程及意义均明显不同于一般的病理性细胞死亡 (即细胞坏死性死亡,简称细胞死亡)。细胞凋亡的形态特征与细胞坏死性死亡的形态特征不同。细胞坏死性死亡是被动的病理性死亡,其形态特征首先是 膜通透性增加,细胞外型发生不规则变化,内质网扩张,核染色质不规则移位,进而线粒体及核肿张,溶酶体破坏,细胞膜破裂,胞浆外溢,这种死亡过程常常引起炎症反应。细胞凋亡则是在某些因素的诱导下，由细胞内在的有规律的机制引起的,是主动的生理性细胞自杀。其特征是细胞首先变圆,随即与邻近细胞脱离,失去微绒毛,胞浆浓缩,内质网扩张呈泡状并与细胞膜融合,线粒体无明显变化,核染色质浓 缩成块并凝聚在核膜周边,胞膜内陷将细胞自行分割为多个有外膜包裹、内涵物不外溢的凋亡小体,后被吞噬细胞或邻周细胞所识别、吞噬。由于细胞凋亡过程不导致溶酶体破坏及胞膜破裂,没有细胞内容物外泄,故不引起炎症反应,在生理条件下,生物体内细胞存活与死亡是由自身发育阶段提供的遗传信息,或由邻近细胞和其微环境提供的信号决定的,其中包括细胞相互接触提供的信号以及周围环境中活性物质、激素等。这些刺激信号的增加或减少调节着细胞产生和凋亡,维系着机体细胞的有序状态。

2．胞凋亡与程序性细胞死亡 长期以来,细胞凋亡往往又被称为程序性细胞死亡,两种名称被不加区别地互换使用，而事实上,两者的含义是完全不同的。产生这种误解的原因在于凋亡和PCD均涉及了“程序性”的概念,这两种不同的“程序性”往往被混为一谈了。PCD的概念提出较凋亡早,最初提出的程序性细胞死亡是描述发生于各生物种系胚胎发育过程中的正常细胞死亡的所有表型,具高度可遗传的时序性和空间性,即细胞在发育的特定阶段按序死亡。例如在小鸡的胚胎发育过程中,其胎盘中的一群细胞必须在一个精确的时间内死亡,使得翅膀的轮廓得以形成,即使这群细胞被移植到胚胎的其它部位,也仍然会按时死亡。生物各种组织的发育和变态过程等均是在这种内在的“时间程序”激发下开始的。当细胞凋亡时间到来时,就需要另一种程序来提供细胞死亡的武器以控制细胞发生主动的“自杀”过程,这种“手段程序”便是细胞凋亡中“程序性”的含义。另外,在形态学方面,PCD与细胞凋亡也存在着差异,在发育过程中的许多明显的程序性死亡并未显示出凋亡中诸如细胞浓缩、染色质聚集、核酸内切酶活化、凋亡小体等特征,因此有学者认为PCD是一种没有核酸内切酶诱导的DNA梯形带的出现,并常有伴自噬溶酶体活性升高的细胞发育死亡过程。严格地说,凋亡是一形态学概念,是对多种方式引起的一种特征性形态和生化改变的概括。它并非代表引起细胞死亡的过程和路径,而是指众多因素造成的众多死亡途径的最终表现。尽管随着对PCD的时间机制和激发因素的越来越多的了解,细胞凋亡和PCD在某种程度上有很多相似之处,但是,程序性细胞死亡的

细胞凋亡的研究进展

细胞凋亡的研究进展 姓名：郝先行 学号：10000821 学院：通达学院

摘要：细胞凋亡(apoptosis)是机体正常细胞在受到生理和病理性刺激后出现的一种自发的死亡过程,是一个主动、高度有序、基因控制及一系列酶参与的过程。细胞凋亡在保证多细胞生物健康生存过程中扮演着关键角色,对个体的正常发育具有重要作用。机体在产生新生细胞的同时,衰老和突变的细胞通过凋亡机制而被清除,使器官和组织得以正常地发育和代谢。细胞凋亡发生异常会导致疾病的发生,如肿瘤、自身免疫性疾病、病毒感染等。本文概述了细胞凋亡的特征、分子机理、2条主要信号途径、检测方法、生物学意义及与疾病的关系。 关键词：细胞凋亡；分子机理；信号通路；检测方法；疾病 参考文献： 1.潘耀谦高丰.细胞凋亡与细胞坏死比较的研究进展[J].动物医学进展，2000，21(4)：5-8. 2.唐兆新高洪.细胞凋亡的生化特征和生物学意义[J].动物医学进展，1998，19(4)：1- 3. 3.高利波高洪.细胞凋亡与疾病防治[J].动物医学进展，2001，22(2)：37-38. 4.宋建领王金萍等.细胞凋亡的研究近况[J].云南畜牧兽医，2003(1)：5-7. 5.Kerr J FR., Winterford CM, Harmon BV. Apoptosis Its significance in cancer and cancer therapy[J]. Cancer ,1994 ,73 :2013～202 6. 6.Vaux DL. . Apoptosis timeline[J]. Cell Death Differ ,2002 ,9 :349～354. 7.杨宇泽师如意谷传慧.细胞凋亡的特征、检测方法及生物学意义[J].上海畜牧兽医通讯，2008(5)：67-67.

细胞程序性死亡

细胞凋亡一词来源于希腊语, 原指树叶或花的自然凋落。由英、美三位科学家在1972年首次提出,于2002年获得诺贝尔医学奖。细胞凋亡是指机体在一定生理、病理条件下为维持内环境稳定, 通过基因控制而使细胞主动有序的死亡, 表现一系列形态和生化方面的特征。细胞凋亡是细胞正常的死亡,它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等作用,不造成炎症和自体的损伤, 是细胞为了更好地适应生存环境而主动争取的死亡过程。因这一死亡过程严格受到程序的控制, 又称细胞程序性死亡（Progammed cell death，PCD）【1】。 一．环境因子与PCD 1 病原体与植物PCD 植物受病原物(真菌、细菌和病毒)感染时往往会发生过敏性细胞死亡，即过敏反应（hypersensitive response，HR）：一方面死亡细胞可以将入侵寄主体内的病原病原微生物限制在感染点周围，阻止其进一步扩展而实现局部抗病性；另一方面也可进一步激活植物抗病防卫的相关信号通路，使植物获得对此后入侵的多种类型病原物的系统抗病性 [2]。现有研究结果表明，植物HR 中的细胞死亡往往表现出PCD 的典型特征。例如， Wakabayashi 等[3]发现，生菜感染细菌后，细胞线粒体会增大，出现类似动物PCD 的症状，细胞质内空泡化增加，使细胞丧失功能。Olszak等[4]用细菌侵染拟南芥突变体acdll 后发现，拟南芥AtFMO基因蛋白的表达既可以激活细胞的防御系统，又可以促进细胞发生PCD 现象，但并不是细胞发生PCD 现象所必需的。 2 低氧与植物PCD 由于淹水或水培中微生物和植物根的呼吸，降低了植物根际氧的浓度而出现了低氧或无氧状态，导致根部细胞发生PCD现象。He 等[5]研究表明，Ca2+和蛋白质磷酸化与植物通气组织的形成有关：在正常供氧条件下Ca2+通道抑制剂和蛋白质磷酸酯酶抑制剂都能促进玉米根中细胞的死亡，而在低氧的根中Ca2+螯合物EGTA 和蛋白激酶抑制剂都能防止细胞死亡。Xiong等[6]报道，玉米根尖细胞在淹水24 小时后细胞核出现明显类似PCD 现象的超微结构如质膜的变化，但并没有检测到明显的DNA ladder 等PCD 现象，由此推测，淹水条件下玉米根尖细胞的死亡是一种特殊的形式，既类似于PCD 现象，也类似于细胞坏死现象。 3 温度与植物PCD 温度的变化也会直接影响到植物细胞的正常生命活动，使部分器官乃至整个植株的生长发育受到抑制。Koukalova等[7]报道，体外培养的烟草细胞在低温胁迫下会出现梯状DNA 带、染色质浓缩等典型的PCD 特征。何文锦等[8]发现，低温胁迫下灰木相思的组培苗细胞核出现明显的PCD 特征，且组培苗细胞对低温的耐受性是有限的。Zuppini 等[9]研究表明，大豆悬浮细胞在44℃下处理2h，经过24h 恢复后进行HO/PI 双染发现有50%的细胞染色质凝集，20%的细胞被碘化丙啶(PI)染色，并且TUNEL 检测呈阳性，说明细胞发生PCD 使DNA 降解。Doyle 等[10]研究表明，在55℃条件下，拟南芥悬浮细胞发生了apoptotic-like（AL）PCD 现象，其程度受光照、叶绿体、活性氧（ROS）以及一些相关的核蛋白的共同调控。 4 金属盐离子与植物PCD 金属盐离子如铝（Al）、镉（Cd）、铁（Fe）等均能诱导植物发生PCD 现象。Panda 等[11]报道，用50μM/L 的铝处理烟草悬浮细胞18h 出现了细胞色素c 泄漏、ATP 含量下降、线粒体膜结构不正常、核DNA 片段化等现象。Wang 等[12]对烟草悬浮细胞研究发现，Bcl-2 的同源基因Ced-9 基因表达可提高烟草抵抗铝毒害的能力。Zhang 等[17]研究表明，400μmol/L 的铁离子能诱导水稻IR64 根尖细胞发生PCD 现象，并引起了SOD、POD和CAT 含量的显著变化。 5 药物与植物PCD

细菌的细胞程序性死亡中毒素_抗毒素系统的研究进展_季建军

[收稿日期] 2005-04-27 [作者简介] 季建军(1962-),男,河北省崇礼县人,主管技 师,从事医学微生物教学与研究。 细菌的细胞程序性死亡中毒素-抗毒素系统的研究进展 季建军1 ,邱景富1 ,杨瑞馥 2 (1.河北北方学院微生物学教研室,河北张家口 075029;2.军事医学科学院微生物流行病研究所,北京 100071) [摘要] 与哺乳动物细胞相同,细菌也存在着细胞程序性死亡。本文对细菌中存在的细胞程序性死亡现象、引发细菌造成细胞程序性死亡的毒素-抗毒素系统的组成、分类、意义以及影响细胞程序性死亡的因素进行了介绍。[关键词] 细胞程序性死亡;细胞凋亡;毒素类;毒素抗毒素系统;沉溺模块;细菌[中图分类号] R 996.1;Q 255 [文献标识码] A [文章编号] 1000-5501(2006)02-0184-04 P rogress in research on toxins -antitoxins syste m in bacterial progra mm ed cell death JI J ian-Jun 1 ,QIU J ing-Fu 1 ,Y ANG Rui -Fu 2 (1.Depart m ent of M icrob i o logy ,H ebei N orth U n i versity ,Zhangjiakou ,H ebe i 075029,Ch i na ;2.Institute o f M icrob i o logy and Ep i de m i o logy ,A cade m y o fM ilita ry M edical Sciences ,Be iji ng 100071,Ch i na) [Abstract] A s i n t he m amm ali an ce ll s ,progra mmed ce ll dea t h a l so ex ists i n bacter i a .In this paper ,the phenom enon o f prog ramm ed ce ll deat h i n bacteria ,the co m position and typing o f tox i ns -antitox ins syste m t hat i nduces progra mm ed cell death ,and severa l d ifferent stressf u l cond iti ons t hat tr i gger the m azEF-m ediated progra mm ed cell death i n bacter i a a re i n -troduced . [K ey words] prog ramm ed ce ll dea t h ;apoptosis ;tox i ns ;tox i ns -antit ox i ns syste m;additi on modu l e ;bac teria 细胞程序性死亡(progra mm ed ce ll death ,PCD )或称细胞凋亡(apoptosis)是指细胞遵循自身基因有序调控的主动自杀过程。真核细胞中的细胞凋亡是通过对美丽隐杆线虫(Caenorhabd itis ele gans )的研究发现的。通过细胞凋亡可以去除转化细胞以及有缺陷的细胞。细胞凋亡对哺乳动物的胚胎发育、免疫耐受、肿瘤发生、炎症转归及组织更新等生理、病理过程起着重要的调节作用。癌变、微生物感染和致死因子(如加热、诱变剂、氧化剂和化学毒素)都可以诱导哺乳动物细胞凋亡。细胞凋亡的形态学特征包括染色质固缩、细胞膜呈泡状、核裂解、细胞最终分解成凋亡小体而自然脱落或被吞噬细胞吞噬,整个过程不伴有炎症反应[1]。 近年的研究表明,与多细胞的哺乳动物细胞相同,细菌这样的单细胞原核生物中也存在着程序性细胞死亡。很显然,程序性细胞死亡对于细菌而言,具有特殊的含义。细菌的细胞程序性死亡是指被细胞内死亡程序介导的任何形式的细胞死亡[2],不管其为何种原因引起以及是否表现细胞凋亡所应出现的所有特征。在细菌中,细胞程序性死亡的存在可以通过多种实验得到证实。一类比较常见的细胞程序性死亡是一些细菌在出芽生长过程中,当子代细胞成熟后,亲代细胞所表现的自我溶解[3]。另一类被广泛研究的细菌的细胞程序性死亡是细菌的毒素抗毒素(tox i ns -antitox ins ,TA )系统[4~6]。细菌中细胞程序性死亡系统的发现与研究是对细菌代谢调控研究的一个重要补充,同时对于发现新的抗生素药靶具有一定的现实意义。本文试图对细菌的TA 系统组成及激活染色体TA 系统m az EF 模块的因素的研究进展 作简要综述。 1 细菌中的细胞程序性死亡基因 毒素-抗毒素 系统 在细菌中研究最为广泛的一个细胞程序性死亡系统是毒素-抗毒素系统,该系统是由一对独特基因组成的两种成分,下游基因编码稳定的毒素,该毒素作用于细菌可以导致细菌的死亡;上游基因编码能够使毒素失活的不稳定的抗毒素。毒素与抗毒素系统在细菌体内维持着一种动态平衡,一般情况下,抗毒素与毒素相互结合而不会对细菌构成威胁。 TA 系统首先在大肠杆菌低拷贝质粒中发现,近年来,在细菌的染色体内及染色体外均发现了这种能够引发细菌程序性死亡的TA 系统[7]。TA 系统的毒素都是蛋白质,抗毒素成分有所不同。根据其抗毒素成分的不同,TA 系统可以分为 型和 型。前者的抗毒素是不稳定的未翻译的反义RNA 分子,反义RNA 分子对毒素mRNA 的翻译具有抑制作用;后者的抗毒素是不稳定的蛋白质,可以与毒素结合。这两种类型的抗毒素在通常情况下都可以通过与毒素的相互作用使TA 系统处于一种静默状态,维持相互之间的平衡,从而防止毒素对细胞的致死作用。 Y ar m o li nsky [4]将TA 系统形象的比喻为存在于细菌内 184 军事医学科学院院刊 2006年4月第30卷第2期Bu llA cad M ilM ed Sc,i Ap r 2006; Vo l30 N o 2

细胞程序性死亡

细胞程序性死亡 作者： [摘要]：细胞程序性死亡（Programmed cell death, PCD）是指为维护内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序性的死亡。它是动植物生长发育过程中的一种普遍现象。本文主要介绍了有关细胞程序性死亡定义、基本特征、分子机制。 [关键词]：细胞程序性死亡；分子机制；细胞凋亡 引言 在发育过程及成熟细胞中，部分细胞死亡是正常过程，这一概念早在4O多年前已由Glicksmann (1950)提出。这种正常的细胞死亡是动物细胞的基本特性，它发生在大部分发育的组织中，许多组织整个生命过程中都存在正常的细胞死亡。近年来，细胞死亡被用不同方法加以分类，其中主要可将其分为两大类：意外死亡和程序死亡。意外死亡是指由不同的物理、化学因素，包括缺氧、缺血、损伤及不同的外源生物因素导致的死亡；程序死亡是指发生在内环境部分正常生理性稳定的细胞死亡，特别是在胚胎发生中的死亡，这对正常细胞更新及在发育过程中重整模式是必要的。因此，程序性细胞死亡（PCD）代表的不是细胞对外来损伤的效应，而是对激素、生长因子及离子内环境稳定改变的反应。所以，也可称其是机体细胞在正常生理或病理状态下，遵循自身的程序发生的一种自发的、程序化的死亡过程，其发生受一系列基因、蛋白的严密调控。[1] 1．程序性细胞死亡的特征 细胞程序性死亡具有明显的形态学特征，包括细胞变圆、染色质凝聚、分块胞质皱缩等。 1.1 程序性死亡细胞的形态结构变化[2] 程序性死亡细胞的核DNA 在核小体连接处断裂为核小体片段，并向核膜下或中央异染色质区凝聚形成浓缩的染色质块，在电镜下呈高电子密度。凋亡细胞的核经核碎裂形成染色质块（核碎片），然后整个细胞通过发芽起泡等方式形成一些球形的突起并在其基部绞断而脱落产生大小不等内含胞质、细胞器及核碎片的凋亡小体，最后凋亡小体被周围细胞或单核细胞吞噬。 1.2 程序性细胞死亡的生化特征 程序性死亡细胞最突出的特征是：第一，染色质DNA 的有控裂解。这是由于内源性内源性内切核酸酶基因活化和表达造成的结果，这种内源性内切核酸酶切割的染色质DNA 片段大小是有规律的，即都为200bp 的倍数；第二，细胞凋亡时磷脂酰丝氨酸常常由细胞转向细胞外，而巨噬细胞上存在的磷脂酰丝氨酸受体，结果有利于凋亡细胞被临近的吞噬细胞识别、吞噬。这中外释现象是细胞凋亡早期重要的生物化学特征；第三，即表现在组织转谷氨酰胺酶的积累并达到较高水平。[1] 2．程序性细胞死亡的机制 2.1 天冬氨酸特异性半脱氨酸蛋白酶（Caspase）家族

MLKL的磷酸化导致细胞程序化坏死的分子机制

MLKL的磷酸化导致细胞程序化坏死的分子机 制 2014-04-20 00:07:18| 分类：生命医学 | 标签：mlkl 细胞程序化坏死|举报|字号订阅 北京生命科学研究所王晓东实验室详细描述了MLKL的磷酸化是如何导致了细胞程序化坏死的分子机制。 科学探索来源：北京生命科学研究所 北京生命科学研究所王晓东实验室详细描述了MLKL的磷酸化是如何导致了细胞程序化坏死的分子机制。并Epitomics公司的科学家合作开发的能特异识别人源MLKL磷酸化的单克隆抗体;并证明这一磷酸化抗体可作为标识，用于检测在体外培养的人源细胞和人体组织中细胞程序性坏死是否发生。相关文章发表于2014年4月3日的《Molecular Cell》杂志上。 哺乳动物细胞的程序性死亡除通过凋亡通路以外还可借由程序性坏死通路发生。细胞的程序性坏死由肿瘤坏死因子受体家族以及Toll-like的受体家族启动，并通过和受体蛋白互作的两个蛋白激酶RIP1和RIP3传递死亡信号。

王晓东实验室在何苏丹博士(NIBS 2008 协和博士生)2009年发现了RIP3是在细胞程序性坏死通路必不可少的信号传递蛋白后(He et al., Cell 137, 1100)，在过去的几年中努力的去攻克蛋白激酶如何引起细胞坏死的难题。 他们实验室以孙丽明博士(NIBS 2010 北师大博士生)为主的团队和北生所陈涉与雷晓光实验室紧密合作，利用精密的蛋白分析与化学生物学手段，在2012年发现了RIP3的特异性底物蛋白MLKL。MLKL此前还从未被报道过。他们发现MLKL是拥有激酶结构域但无激酶功能的假激酶，其激酶结构域的375位的苏氨酸和358位的丝氨酸(人源)在细胞程序性坏死被启动后被RIP3磷酸化。MLKL的磷酸化是细胞程序性坏死通路中不可或缺步骤(Sun et al., Cell 148, 213)。 在今天发表的molecular Cell杂志封面文章中，王晓东实验室又详细描述了MLKL的磷酸化是如何导致了细胞程序化坏死的分子机制。MLKL的磷酸化使其从单体状态向多聚体状态的转化。多聚化的MLKL可以结合磷酸肌醇(phosphoinositides)和心肌磷脂(cardiolipn)，从而由细胞质转移到细胞膜和细胞器膜上;并在这些膜结构中形成通透性孔道，从而破坏膜的完整性，引起细胞坏死。 这篇文章同时介绍了王晓东实验室和Epitomics公司的科学家合作开发的能特异识别人源MLKL磷酸化的单克隆抗体;并证明这一磷酸化抗体可作为标识，用于检测在体外培养的人源细胞和人体组织中细胞程序性坏死是否发生。 王晓东实验室在和北京302医院王福生教授的合作中发现在药物引起的肝损伤病人活检组织中有明显升高的MLKL磷酸化信号，直接证明了RIP3/MLKL 介导的细胞死亡程序在人类器官损伤性疾病中被启动了。 这项工作由王华翌博士和孙丽明博士主导完成。北京生命科学研究所的博士生刘磊，美国西南医学中心的Lijing Su 和Josep Rizo以及302医院的王立峰参与了研究工作。此项工作由北京市科委和中华人民共和国科技部提供科研支持，在北京生命科学研究所完成。 原文摘要： Mixed Lineage Kinase Domain-like Protein MLKL Causes Necrotic Membrane Disruption upon Phosphorylation by RIP3

细胞的死亡类型

细胞的死亡类型 在活组织中，单个细胞受其内在基因编程的调节，通过主动的生化过程而自杀死亡的现象，称程序化细胞死亡（programmed cell death PCD也称细胞凋亡(apoptosis). 早在1972年，Kerr等在研究青蛙尾巴退化时，发现了一种既不同于细胞衰老死亡又不同干坏死的细胞死亡方式，即细胞凋亡，并从形态学上详细描述了其特征。然而直到近年来发现它的发生机制由基因调控，先与细胞识别和信号传递有关，才引起人们的重视。 细胞凋亡常为单个散在分布的细胞。早期形态学改变为染色质固缩，常聚集于核膜呈境界分明的颗粒状或新月形小体，细胞浆浓缩。继后胞核和细胞外形皱折，核裂解，质膜包绕其裂解碎片，细胞膜突出形成质膜小泡（即细胞“出泡”现象），脱落后形成凋亡小体其内可保留完整的细胞器和致密的染色质。组织中的凋亡小体很快被巨噬细胞或邻近细胞摄取消化，因此不出现明显的炎细胞浸出。 细胞凋亡出现时核小体之间连接部双股螺旋断裂形成多个180～200bp的寡核苷酸碎片，在含溴化乙淀的琼脂糖凝胶电泳上呈典型的“梯状”条带。这一过程是激活的钙离子依赖的核酸内切酶介导的。尽管目前对细胞凋亡的研究逐渐深入，研究方法已从细胞水平进入分子水平，但对其本身相关的基因知之较少。 体内的细胞注定是要死亡的，有些死亡是生理性的，有些死亡则是病理性的，有关细胞死亡过程的研究，近年来已成为生物学、医学研究的一个热点，到目前为此，人们已经知道细胞的死亡起码有两种方式，即细胞坏死与细胞凋亡（apoptosis）。细胞坏死是早已被认识到的一种细胞死亡方式，而细胞凋亡则是近年逐渐被认识的一种细胞死亡方式。细胞凋亡是细胞的一种基本生物学现象，在多细胞生物去除不需要的或异常的细胞中起着必要的作用。它在生物体的进化、内环境的稳定以及多个系统的发育中起着重要的作用。细胞凋亡不仅是一种特殊的细胞死亡类型，而且具有重要的生物学意义及复杂的分子生物学机制。凋亡是多基因严格控制的过程。这些基因在种属之间非常保守，如Bcl-2家族、caspase家族、癌基因如C-myc、抑癌基因P53等，随着分子生物学技术的发展对多种细胞凋亡的过程有了相当的认识，但是迄今为止凋亡过程确切机制尚不完全清楚。而凋亡过程的紊乱可能与许多疾病的发生有直接或间接的关系。如肿瘤、自身免疫性疾病等，能够诱发细胞凋亡的因素很多，如射线、药物等 细胞衰老是客观存在的。同新陈代谢一样, 细胞衰老是细胞生命活动的客观规律。对多细胞生物而言, 细胞的衰老和死亡与机体的衰老和死亡是两个不同的概念, 机体的衰老并不等于所有细胞的衰老, 但是细胞的衰老又是同机体的衰老紧密相关的。细胞衰老是正常环境条件下发生的功能减退，逐渐趋向死亡的现象。衰老是生物界的普遍规律，细胞作为生物有机体的基本单位，也在不断地新生和衰老死亡。生物体内的绝大多数细胞，都要经过增殖、分化、衰老、死亡等几个阶段。可见细胞的衰老和死亡也是一种正常的生命现象。我们知道，生物体内每时每刻都有细胞在衰老，死亡，同时又有新增殖的细胞来代替它们。例如，人体内的红细胞，每分钟要死亡数百万至数千万之多，同时，又能产生大量的新的红细胞递补上去。衰老是一个过程，这一过程的长短即细胞的寿命，它随组织种类而不同，同时也受环境条件的影响。高等动物体细胞都有最大分裂次数，细胞

第十三章 程序性细胞死亡与细胞衰老

第十三章程序性细胞死亡与细胞衰老 一、填空题 1．诱导细胞凋亡的因子大致可以分为和两大类。 2．细胞凋亡检测的方法有、、、和。 3．通常年轻的功能健全的细胞膜相是，衰老的或有缺陷细胞膜相是。 4．凋亡细胞DNA链的断裂主要发生在，从而产生bp整数倍的DNA片段。5．bcl2是一种(原癌／抑癌)基因，p53是基因。 6．细胞凋亡的过程，在形态学上可分为、和3个阶段。 7．细胞的死亡一般定义为，通常用鉴别细胞的死活，活细胞容易被染色，死细胞容易被染色。 8．细胞死亡有两种形式：一种为死亡，另一种为死亡。 9．脂褐质小体来源于。 10．人随着年龄的增大，细胞质膜中的磷脂含量逐渐下降，使质膜中胆固醇与磷脂的比值升高，最终导致细胞质膜的增加，降低。 11．细胞衰老端粒假说认为：随着细胞分裂次数的增加，端粒不断缩短。当端粒缩短到一定程度(临界长度)时引发了极限，细胞不再分裂。 二、选择题 1．对于体外培养的人二倍体细胞，决定其衰老的主要因素是： A．细胞培养的外环境B．细胞核 C．细胞质D．以上都不是 2．细胞核结构的衰老变化中最明显的变化是： A．核膜的内折染色质固缩化B细胞核体积增大 C．大量的核仁裂解D．凋亡小体出现 3．下列哪个选项不是衰老细胞结构的变化： A. 有序排列的内质网不复存在，内质网成分弥散性的分布于核周胞质中 B．线粒体的数量减少而体积增大，内容物呈现网状化并形成多囊体 C．致密体数量大大减少，几近消失 D．质膜处于凝胶相或固相；细胞间间隙连接减少 4．凋亡细胞特征性的形态学改变是： A．溶酶体膜和细胞膜破裂 B. 染色质边集，沿核膜分布 C．线粒体嵴消失 D. 形成凋亡小体 5．下列选项中，关于凋亡小体说法正确的是： A. 凋亡小体只有在电子显微镜下才能观察到， B. 凋亡小体完全由固缩的核染色质组成 C. 凋亡小体完全由胞浆组成 D．凋亡小体最终被邻近的细胞所吞噬 6．细胞凋亡的一个重要特点是： A. DNA随机断裂B．DNA发生核小体间的断裂 C. 70S核糖体中的rRNA断裂D．80S核糖体中rRNA断裂 7．下列哪项不属于细胞凋亡的形态学变化： A．细胞固缩B．细胞肿胀C核固缩D．染色质边集 8．细胞凋亡DNA双链断裂的主要部位是：

第十三章 程序性细胞死亡与细胞衰老

第十三章程序性细胞死亡和细胞衰老 名词解释 1、白介素-1β转换酶interleukin-1β converting enzyme，ICE Caspase-1,Caspase家族成员之一，线虫Ced3在哺乳动物细胞中的同源蛋白，催化白介素-1β前体的剪切成熟过程。 2、程序性细胞死亡programmed cell death，PCD 是受到严格的基因调控、程序性的细胞死亡形式。对生物体的正常发育、自稳态平衡及多种病理过程具有重要的意义 3、凋亡复合体apoptosome 凋亡分子Apaf-1与细胞色素c形成的复合体，相对分子量为（700-1400）x103，细胞质中Caspase-9的前体被招募到复合体上并发生自身切割活化，引起细胞凋亡。 4、凋亡小体apoptotic body 细胞凋亡过程中断裂的DNA或染色质与细胞其他内容物一起被反折的细胞质膜包裹，形成的圆形小体。凋亡小体被邻近细胞识别并吞噬。 5、端粒telomere 位于染色体末端的重复序列，对染色体结构稳定、末端复制等由重要作用。端粒常在每条染色体末端形成一顶帽子结构。 6、端粒酶telomerase 含有RNA的反转录酶，能以自身RNA为模板，对DNA端粒序列进行延长而解决线性染色体末端复制问题。 7、衰老相关的β-半乳糖苷酶senescence associated β-galactosidase，SA β-gal 衰老细胞中存在的pH6.0条件下即表现活性的β-半乳糖苷酶。

8、细胞凋亡apoptosis 一种有序的或程序性的细胞死亡方式，是细胞接受某些特定信号刺激后进行的正常生理应答反应。该过程具有典型的形态学和生化特征，凋亡细胞最后以凋亡小体被吞噬消化。 9、细胞凋亡抑制因子inhibitor of apoptosis 细胞中天然存在的Caspase抑制因子家族。所有成员都具有由70个氨基酸组成的BIR结构域，这一区域对抑制凋亡的作用是必须的。 10、细胞坏死necrosis 细胞受到意外损伤，如极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激而发生的细胞被动死亡形式。细胞坏死时，细胞内含物释放到胞外，引起周围区域的炎症反应。 11、细胞衰老cell ageing/cell senescence 一般含义是复制衰老，指正常细胞经过有限次数的分裂增殖后，停止生长，细胞形态和生理代谢活动发生显著退化的过程。 12、肿瘤坏死因子tumor necrosis factor，TNF 具有多种生物学效应的细胞因子家族。由激活的单核-巨噬细胞分泌，能够通过与死亡配体结合诱导细胞凋亡，还可诱发炎症反应。 13、转录因子NF-κB nuclear factor κB 一类在哺乳动物细胞中广泛表达的转录因子，通常与抑制因子IκB结合在一起，以非活性的形式定位在细胞质中，被激活时进入细胞核内起始基因转录。在免疫反应及拮抗细胞凋亡过程中发挥重要作用。 14、自然杀伤细胞natural killer cell，NK 对感染细胞进行非特异性攻击，并引发感染细胞进行凋亡的淋巴细胞。 15、自体吞噬autophagy

细胞凋亡与细胞死亡及细胞程序性死亡的区别

细胞凋亡与细胞死亡及细胞程序性死亡的区 别 细胞凋亡(Apoptosis) 概念是1972 年由美国病理学家Kerr 等人首次提出的。近十几年来已成为生物学界研究的热点问题之一。在讨论该问题时,往往把它和细胞程序性死亡( Programmed cell death ,PCD) 、细胞坏死性死亡联系在一起,有时导致几个概念的混淆。本文简要介绍细胞凋亡与细胞程序性死亡及细胞死亡的区别。 1 细胞凋亡和细胞死亡 细胞凋亡(Apoptosis) 是生物界广泛存在的一种现象,与其它的生命现象一样具有同等重要的生理学或病理学意义。尽管其最终结果也是导致细胞死亡,但其诱导因素、发生机制和过程及意义均明显不同于一般的病理性细胞死亡(即细胞坏死性死亡,简称 细胞死亡) 。 细胞凋亡的形态特征与细胞坏死性死亡的形态特征不同。细胞坏死性死亡是被动的病理性死亡,其形态特征首先是膜通透性增加,细胞外型发生不规则变化,内质网扩张,核染色质不规则移位,进而线粒体及核肿张,溶酶体破坏,细胞膜破裂,胞浆外溢,这种死 亡

过程常常引起炎症反应。细胞凋亡则是在某些因素的诱导下,由细胞内在的有规律的机制引起的,是主动的生理性细胞自杀。其特征是细胞首先变圆,随即与邻近细胞脱离,失去微绒毛,胞浆浓缩,内质网扩张呈泡状并与细胞膜融合,线粒体无明显变化,核染色质浓缩成块并凝聚在核膜周边,胞膜内陷将细胞自行分割为多个有外膜包裹、内涵物不外溢的凋亡小体,后被吞噬细胞或邻周细胞所识别、吞噬。由于细胞凋亡过程不导致溶酶体破坏及胞膜破裂,没有细胞内容物外泄,故不引起炎症反应,在生理条件下,生物体内细胞存活与死亡是由自身发育阶段提供的遗传信息,或由邻近细胞和其微环境提供的信号决定的,其中包括细胞相互接触提供的信号以及周围环境中活性物质、激素等。 这些刺激信号的增加或减少调节着细胞产生和凋亡,维系着机体细胞的有序状态。 2 细胞凋亡与程序性细胞死亡 长期以来,细胞凋亡往往又被称为程序性细胞死亡,两种名称被不加区别地互换使用,而事实上,两者的含义是完全不同的。产生这种误解的原因在于凋亡和PCD 均涉及了“程序性”的概念,这两种不同的“程序性”往往被混为一谈了。PCD 的概念提出较凋亡早,最初提出的程序性细胞死亡是描述发生于各生物种系胚胎发育过程中的正常细胞死亡的所有表型,具高度可遗传的时序性和空间性,即细胞在发育的特定阶段按序死亡。例如在小鸡的胚胎发育过程中,其胎盘中的一群细胞必须在一个精确的时间内死