细胞凋亡
细胞凋亡
医学病毒学研究所
刘媛媛
概念
细胞凋亡 (apoptosis ) 是在一定的生理或病理 条件下，一种由基因调控的细胞主动的死亡过程。 程序性细胞死亡(programmed cell death， PCD)，在一定时间内，细胞按一定的程序发生 死亡，这种细胞死亡具有严格的基因时控性和选 择性。
细胞凋亡与PCD的区别
②分隔机制 在凋亡细胞内由内质网分隔成大小不等 的分隔区，靠近细胞膜端的分隔膜与细胞膜融合并 脱落形成凋亡小体。
③自噬体形成机制 凋亡细胞内线粒体、内 质网等细胞器和其他胞质成分一起被内质网 膜包裹形成自噬体，自噬体在与凋亡细胞膜 融合后排出胞外形成凋亡小体。 有些细胞不形成若干个凋亡小体，而仅 仅发生核固缩和胞质浓缩，成为单个致密的 结构，这也被称为凋亡小体。在病毒性肝炎 中见到的嗜酸性小体就是凋亡小体的例子。
可见凋亡细胞表面微绒毛消失，核染色质 固缩、边集，常呈新月形，核膜皱褶，胞 质紧实，细胞器集中，胞膜起泡或出“芽” 及凋亡小体和凋亡小体被临近巨噬细胞吞 噬现象。
2. 生化特征检测
1.细胞凋亡最显著的生化特征是ca2+、 Mg2+依赖的内源性核酸酶激活后，将细 胞核染色体从核小体间断裂，形成约为 180-200bp或其多聚体组成的寡核苷酸 片段。 2.针对此寡核苷酸片段发展了检测凋亡的 琼脂糖凝胶电泳法、原位末端标记法和 ELISA法等，这些方法具有很高的特异 性和敏感性，为凋亡的研究提供了强有 力的工具和手段。
细胞凋亡从启动到凋亡小体被吞噬最短的仅需 数分钟，而凋亡小体被吞噬细胞吞入后几小时 才被消化成残余体，因此实验中经常见到的是 凋亡小体被吞入后进行消化降胞内聚集的染色质块形成大 小不等的核碎片后，整个细胞通过发芽(by budding)、起泡(by zeiosis)等方式形成一个个球 形突起，并在根部缩窄脱落，形成一些大小不等、 内含胞质、细胞器以及核碎片的膜性小体，即凋亡 小体。
细胞凋亡
琼脂糖凝胶电泳中可呈特征的阶梯状条带，是判
断细胞凋亡的客观指标之一。
DNA 'ladder
endonucleolytic
DNA fragmentation nucleosome core histone
DNA
chromatin
180bp
Detection of DNA fragmentation
亡程序而导致细胞死亡过程，又称程序性细胞死亡
（programmed cell death ,PCD）。
Cell death These electron micrographs show cells that have died by (A) necrosis or (B and C) apoptosis. The cells in (A) and (B) died in a culture dish, whereas the cell in (C) died in a developing tissue and has been engulfed by a neighboring cell.
分布：造血细胞、上皮细胞、淋巴细胞、多 种瘤细胞。 BCL-2 家族：抗凋亡的Bcl-2、Bcl-XL、Mc1-1等。 促凋亡的Bad、Bax、Bak、Bid等。
Bcl-2 family members
Chan and Yu (2004). Clin. Exp. Pharm. Phys. 31:119-28
2.细胞质的变化: 细胞表面微绒毛消失，并逐渐 与周围细胞脱离。 胞质脱水、体积缩小、空泡化；内 质网不断扩张并与胞膜融合，形成膜表面的芽状突起， 即出芽（buding）。
(二) 细胞凋亡时的主要变化
细胞凋亡的形态学变化
细胞凋亡与自噬
细胞凋亡与自噬细胞凋亡和自噬是两种常见的细胞死亡方式，它们在维持生态平衡、调控发育过程以及应对环境变化等方面发挥着重要的作用。
本文将重点探讨细胞凋亡和自噬的概念、机制以及它们在正常生理和疾病条件下的调控。
一、细胞凋亡的概念和机制细胞凋亡，简称凋亡，是一种主动性的程序性细胞死亡方式。
它在多细胞生物的生长发育、组织修复和免疫调节中起着至关重要的作用。
细胞凋亡通常伴随着一系列特征性的形态学变化，如细胞体积缩小、染色质凝缩、阶梯状DNA断裂等。
这些变化是由激活的凋亡信号通路引起的，其中包括外源性刺激（如细胞因子、药物）和内源性刺激（如DNA损伤、细胞应激等）。
细胞凋亡主要通过两个主要途径实现，即内源性凋亡途径（线粒体途径）和外源性凋亡途径（死亡受体途径）。
线粒体途径是最常见的细胞凋亡途径之一。
当细胞受到损伤或应激，线粒体膜的通透性发生改变，导致线粒体内外环境的失衡，释放出多种凋亡相关的蛋白质，如细胞色素C和凋亡诱导因子。
这些蛋白质进一步激活半胱天冬酶家族的凋亡蛋白酶（caspase），引起细胞的凋亡。
死亡受体途径主要通过细胞膜上的死亡受体激活下游蛋白激酶（如caspase-8）来介导细胞凋亡信号传导。
当外源刺激（如肿瘤坏死因子、Fas配体等）与死亡受体结合时，形成复合物，激活caspase-8，从而引发一系列的信号级联反应，最终导致细胞凋亡。
二、自噬的概念和机制自噬是一种细胞通过溶解和再利用自身组分来维持生命活动的机制。
它在调控细胞存活与死亡、维持细胞内环境稳定以及清除异常和老化细胞等方面起着重要作用。
自噬的主要特征是形成双膜包囊结构（称为自噬体），通过包囊的合并与内质网或内质网、线粒体、内核等细胞器中的细胞组分结合，然后进入溶酶体进行分解。
自噬的机制包括三个主要步骤：自噬体形成、自噬体融合和降解。
首先，细胞将封闭的双膜结构自噬体形成，膜包裹着待降解的细胞组分。
然后，自噬体与溶酶体融合形成自噬-溶酶体复合体，其中的酸性酶对降解物进行分解。
名词解释 细胞凋亡
名词解释细胞凋亡
细胞凋亡是指在生物体内部，细胞按照程序性死亡的过程。
这
个过程是由一系列精确的分子信号和细胞内部调控机制控制的。
细
胞凋亡在维持生物体内部组织结构和功能方面起着至关重要的作用。
细胞凋亡通常被认为是一种自我调控的过程，与坏死不同，它
是有序的、规范的细胞死亡。
在细胞凋亡过程中，细胞会出现一系
列特征性的变化，包括细胞体积减小、细胞核和细胞质的形态改变、DNA断裂和染色质凝集等。
这些变化最终导致细胞的死亡，而不会
引起炎症或对周围组织造成损害。
细胞凋亡在生物体内部起着多种重要的生理和病理作用。
在正
常生理条件下，细胞凋亡是维持组织稳态的重要机制，它可以帮助
清除老化、受损或异常细胞，促进组织的更新和修复。
在发育过程中，细胞凋亡也起着至关重要的作用，它可以帮助塑造器官和组织
的形态，促进生物体的正常发育。
另一方面，细胞凋亡也与多种疾病的发生和发展密切相关。
例如，癌症的发展通常伴随着凋亡抑制，导致异常细胞的不受控制增殖。
此外，多种神经退行性疾病和免疫性疾病也与细胞凋亡异常有
关。
总的来说，细胞凋亡是一个复杂的生物学过程，它在生物体内
部起着重要的调节作用。
对细胞凋亡的研究不仅有助于我们更深入
地理解生命的本质，也为疾病的治疗和预防提供了重要的理论基础。
细胞凋亡
多发性硬化症
3.病毒感染
AIDS
Gp120糖蛋白-CD4结合→ CD4+细胞凋亡 Fas基因表达↑ HIV -感染→ CD4+细胞→合胞体形成 T细胞激活→AICD 巨噬细胞→TNF分泌↑ HIV -感染→tat蛋白表达→ CD4+细胞 产生氧自由基 AICD：激活诱导细胞死亡
细 胞 凋 亡
凋 亡 细 胞 清 除
Caspases活化 ∶ 巨噬细胞 ↓ 吞噬、分解 凋亡小体形成
凋亡诱导因素 + 受体 cAMP Ca2+ 神经酰胺 死亡信号 信 号 转 导 Dnase激活 Caspases激活
细胞膜
凋亡相关 基因激活
细胞核
凋亡过程Ⅰ
（二）细胞凋亡的调控
1. 细胞凋亡相关因素
提高AI（凋亡指数）/PI（增殖指数）是肿瘤 治疗的目标。
2. 自身免疫病—胸腺负选择机制失调
T细胞在胸腺发育过程中的正负选择
正选择：与非已抗原-MHC抗原结合的TCR 的单阳性细胞保留存活，进入外周T细胞库 负选择：与自身抗原-MHC抗原结合的TCR 的双阳性细胞通过细胞凋亡被清除 负选择失调→多发性硬化症、胰岛素依赖性糖
9.炎症反应
局部炎症反应
局部无炎症反应
细胞凋亡与坏死的比较
坏死
强刺激
凋亡
弱刺激
ATP(-) 溶酶体释出，炎症反应
ATP 细胞吞噬，无炎症反应
四. 细胞凋亡的过程及调控
（一）细胞凋亡的过程
凋 亡 诱 因 凋 亡 信 号 转 导
cAMP Ca2+ 神经酰胺
受体
死 亡 信 号
凋 亡 基 因 激 活
细胞凋亡
human prosurvival members (seven): Bcl-2, Bcl-xL, Bcl-w, Mcl-1, Bcl2l10, Bfl-1 and Bcl2l12 pro-apoptotic members (six): Bax, Bak, Bok, Bcl-G, Bcl-rambo and Bfk viral proteins (e.g. A52, K7) adopt a Bcl-2-like fold "BH3-only" subfamily (10): Bid, Bad, Bik, Bim, Bmf, Noxa, Puma, Hrk, Beclin1 and MULE.
BcL-2 family
Bc1-2（B cell lymphoma/leukemia-2，B细胞淋巴瘤 白血 （ 细胞淋巴瘤/白血 ， 细胞淋巴瘤 是一种原癌基因， 在哺乳类中的同源物。 病-2) 是一种原癌基因，是ced-9在哺乳类中的同源物。和一 在哺乳类中的同源物 般的癌基因不同， 延长细胞的生存， 般的癌基因不同，Bc1-2延长细胞的生存，能抑制细胞凋亡， 延长细胞的生存 能抑制细胞凋亡， 而不是促进细胞的增殖 。 Bcl-2家族已发现 个成员，所有 家族已发现26个成员 家族成员均含有1 家族已发现 个成员，所有Bcl-2家族成员均含有 家族成员均含有 个或多个BH结构域 蛋白含有4个 结构域。 同源结构域， 个或多个 结构域。蛋白含有 个Bcl-2同源结构域，依次命 同源结构域 名为BHl、BH2、BH3和BH4。 名为 、 、 和 。 可分为3个亚族： 可分为 个亚族：Bcl-2亚家族 Bax亚家族 BH3亚家族 个亚族 亚家族, 亚家族, 亚家族 亚家族 亚家族
凋亡抑制（ 凋亡抑制（apoptosis on）基因 ）
细胞凋亡的概念和意义
细胞凋亡的概念和意义细胞凋亡（apoptosis）是指细胞在特定生理或病理条件下，受到内在遗传机制的触发，而主动进行的一种细胞自我毁灭的过程。
这一过程涉及一系列有序的细胞内分子事件，包括细胞形态的改变、基因的调控以及能量的代谢等。
细胞凋亡不仅是一种自然的生理过程，而且对生物体具有重要的生物学意义。
一、细胞凋亡的概念细胞凋亡这一概念最早由比利时学者V. Kerr于1972年提出，是指细胞在一定的生理或病理条件下，受到内在遗传机制的触发，而主动进行的一种细胞自我毁灭的过程。
这一过程具有一系列独特的形态学和生物化学特征，如细胞皱缩、核染色质凝集、细胞器完整性的丧失以及细胞膜内陷或出芽等。
这些特征标志着细胞的死亡过程与细胞的自然生长和分裂过程有着根本的区别。
二、细胞凋亡的意义1.维持内环境稳定：细胞凋亡在维持生物体内环境稳定中起着重要的作用。
例如，人体手指和脚趾的末端细胞在发育过程中会受到程序性的死亡信号，以保证我们的手脚指尖能够保持正常的形状和功能。
同样，生殖器官中精子和卵子的死亡也是为了保证生物体的生殖过程能够正常进行。
2.清除有害细胞：当体内出现异常细胞，如癌变或病毒感染的细胞时，细胞凋亡机制会对其进行识别并启动死亡程序，以清除这些有害细胞。
这在一定程度上阻止了疾病的发生和扩散。
3.塑造胚胎发育：在胚胎发育过程中，细胞凋亡起着至关重要的作用。
例如，人类胚胎在发育过程中会经历一系列的细胞凋亡过程，以确保身体各部分能够正常形成。
4.防止过度生长：细胞凋亡能够防止生物体过度生长。
例如，当手指或脚趾末端受到损伤时，周围的细胞会通过凋亡机制进行自我毁灭，以防止伤口处过度生长形成赘生物。
5.参与免疫反应：细胞凋亡在免疫反应中也起着关键作用。
当体内出现病原体（如病毒、细菌等）时，免疫系统会通过激活细胞凋亡机制来清除这些病原体及其宿主细胞。
这有助于保护生物体免受感染和疾病侵害。
6.保持组织更新：在成年阶段，人体需要不断更新和修复受损的组织。
细胞凋亡与免疫
细胞凋亡与免疫细胞凋亡是正常细胞死亡的一种重要方式，其在维持组织稳态、免疫调节等生理过程中发挥着重要作用。
本文将对细胞凋亡与免疫之间的关系进行探讨，以期加深对这一领域的理解。
一、细胞凋亡的基本概念细胞凋亡，又称程序性细胞死亡，是一种自主性细胞死亡的过程。
相比于坏死，细胞凋亡在形态上具有一系列特点，如细胞体积减小、染色质凝聚、核瓦解、细胞碎片化等。
此外，细胞凋亡还伴随着各种信号分子的参与，如半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶（Caspase）的激活以及B家族凋亡调节蛋白的表达等。
二、细胞凋亡与免疫的关系1. 免疫细胞凋亡免疫系统中的细胞凋亡是维持免疫平衡和调节免疫应答的重要手段。
在淋巴细胞发育过程中，自身免疫应答产生的自反应T细胞和B细胞通过凋亡被清除，以避免因自身抗原的攻击而引发自身免疫疾病。
此外，免疫细胞凋亡对于感染控制、肿瘤免疫等方面也具有重要影响。
2. 免疫调节与细胞凋亡细胞凋亡在免疫调节中起到了重要作用。
免疫调节通过适当地调节细胞凋亡的发生，来维持免疫平衡。
研究表明，细胞凋亡与活化的免疫细胞数量之间存在一种动态平衡关系，细胞凋亡的增加可抑制免疫细胞的过度活化，以防止过度炎症反应的发生。
3. 免疫逃逸与细胞凋亡细胞凋亡的异常调节与免疫逃逸密切相关。
在某些情况下，恶性肿瘤细胞可以通过抑制细胞凋亡逃脱免疫系统的识别和清除。
这种免疫逃逸的机制可能包括对凋亡信号分子的抑制、对免疫细胞活化的抑制等。
因此，研究细胞凋亡与免疫逃逸的关系对于癌症等疾病的治疗具有重要的意义。
三、细胞凋亡与免疫治疗1. 细胞凋亡促进免疫反应研究显示，通过诱导恶性肿瘤细胞的凋亡，可以增强肿瘤的免疫原性，激活免疫系统对肿瘤的杀伤作用。
因此，细胞凋亡在肿瘤免疫治疗中具有重要的应用价值。
目前，已有多种药物和技术可用于诱导肿瘤细胞凋亡，如经典的化疗药物、放疗、免疫检查点抑制剂等。
2. 免疫治疗促进细胞凋亡免疫治疗通过调节和增强免疫系统的活性，来促进恶性肿瘤细胞的凋亡。
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细胞凋亡
人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，成为生物学、医学研究的一个热点，至今，人们已经知道细胞的死亡有两种方式，即细胞坏死与细胞凋亡。
细胞凋亡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。
细胞凋亡与细胞坏死不同，细胞凋亡不是一件被动的过程，而是主动过程，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用，它并不是病理条件下，自体损伤的一种现象，而是为更好的适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。
细胞凋亡的过程大致分为三个阶段，他们分别是（1）凋亡的起始：细胞皱缩，细胞链接消失，内质网膨胀，染色体固缩并沿着核膜分布，但细胞膜依然完整。
（2）凋亡小体的形成：核膜破裂，染色质断裂为大小不等的片段，与一些细胞器聚集后被内折的细胞膜包围，在细胞表面形成了许多泡状和芽状的突起，这些突起就叫做凋亡小体。
（3）细胞的解体：凋亡小体逐渐与细胞分离，脱落至细胞间质，最终被周围的细胞吞噬并消化。
细胞凋亡的生化特征主要有1.形态学变化：首先出现的是细胞体积缩小，连接消失，与周围的细胞脱离，然后是细胞质密度增加，线粒体膜电位消失，通透性改变，释放细胞色素C到胞浆，核质浓缩，核膜核仁破碎，DNA降解成为片段；胞膜有小泡状形成，胞膜结构完整，最终可将凋亡细胞遗骸分割包裹为几个凋亡小体，无内容物外溢，因此不引起周围的炎症反应，凋亡小体可迅速被周围专职或非专职吞噬细胞吞噬。
2.生物化学变化：（1）DNA 的片段化，细胞凋亡的一个显著特点是细胞染色体的DNA降解，这是一个较普遍的现象。
（2）大分子合成，细胞凋亡的生化改变不仅仅是DNA的有控降解，在细胞凋亡的过程中往往还有新的基因的表达和某些生物大分子的合成作为调控因子。
细胞凋亡的检测方法包括：
一.形态学观察法
1.HE染色、光镜观察：凋亡细胞呈圆形，胞核深染，胞质浓缩，染色质成团块状，细胞
表面有“出芽”现象。
2.丫啶橙染色，荧光显微镜观察：细胞核染色质呈黄绿色浓聚在核膜内侧，可见细胞膜呈
泡状膨出及凋亡小体。
3.透射电镜观察：凋亡细胞表面微绒毛消失，核染色质固缩、边集，常呈新月形，核膜褶
皱，胞质紧实，细胞器集中，凋亡小体被临近巨噬细胞吞噬现象。
二、DNA凝胶电泳
细胞发生凋亡或坏死，其细胞DNA均发生断裂，细胞内小分子量DNA片段增加，高分子DNA片段减少，胞质内出现DNA片段。
但凋亡细胞的DNA断裂点均有规律的发生在核小体之间。
三：酶联免疫吸附法
凋亡细胞的DNA断裂使细胞质内出现核小体。
核小体由组蛋白及其伴随的DNA片段组成，可由ELISA法检测。
四、流式细胞仪分析
细胞发生凋亡时，其细胞膜的通透性也增加，但是其程度介于正常细胞与坏死细胞之间。
利用这一特点，被检测细胞悬液用荧光素染色，利用流式细胞仪测量悬液中细胞荧光强度即可测定出凋亡细胞。
在我们的生活中细胞凋亡的例子有很多，比如在胚胎发育过程中的尾体即尾巴的消失，手脚之间蹼的消失；每天的头皮屑以及皮屑的产生：红细胞的死亡和神经细胞的死亡等等。
机体中的细胞凋亡也可引起许多疾病，比如说由细胞凋亡不足而引起的疾病：肿瘤、；自身免疫性疾病，特点是1.自身抗原受到自身抗体攻击2.自身抗原受到致敏T淋巴细胞的
攻击；某些病毒能抑制其感染细胞的凋亡而使病毒存活。
细胞凋亡过度而引起的疾病，如：1.移植排斥反应中，细胞毒性T细胞介导的细胞死亡；2.缺血及再灌注损伤，导致心肌细胞和神经细胞的凋亡增多；3.神经系统退化性疾病的重要原因是细胞凋亡的异常增加；4.暴露于电离辐射可以引起多种组织细胞的凋亡。
细胞凋亡的生物学意义：无论在发育期还是在成人体内，即有大量的新细胞产生，也有大量的旧细胞死亡，这是生物体的一种自然现象。
为了维持机体组织中的适宜的细胞数量，在细胞分裂和细胞死亡之间需要一种精确的动态平衡。
由于这种生成与死亡的有序流程，在胚胎和成人期便维持着人体组织的适宜细胞数量。
而这种精密的控制细胞的消亡过程就称为程序性细胞死亡。
正常的生命需要细胞分裂以产生新细胞，并且也要有细胞的死亡，由此人体和生物的器官才得以维持平衡。
细胞凋亡也帮助我们理解一些病毒和细菌侵袭人体细胞的机理。
除了AIDS，另外一些疾病，如中风、心肌梗塞和自身免疫疾病等都是由于很多正常细胞被不正常地启动了程序性死亡过程而造成细胞过量死亡。