细胞凋亡
细胞凋亡的定义高中
细胞凋亡（apoptosis）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，而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。
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，已成为生物学、医学研究的一个热点。
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P35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。
人的部分生理结构属于自然凋亡，如人的有尾阶段，尾部在发育过程
中自动凋亡。
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。
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。
细胞凋亡过程中细胞的形态学变化阶段
细胞凋亡过程中细胞的形态学变化阶段
细胞凋亡是一种程序性死亡方式，是维持机体内稳态的一种重要方式。
在细胞凋亡过程中，细胞会经历一系列形态学变化，这些变化可以分为几个阶段。
第一阶段：细胞收缩
在细胞凋亡的初期阶段，细胞会出现收缩的现象。
细胞体积减小，胞浆变得致密，细胞核也开始变得浓缩。
这种收缩是由于细胞内部发生了一系列的生化变化，导致细胞内部的骨架蛋白发生重组，细胞的结构逐渐改变。
第二阶段：细胞核凝集
随着凋亡的进行，细胞核会出现凝集的现象。
细胞核内的染色质开始凝聚成块状，核膜也开始破裂。
在这个阶段，细胞核的形态会发生明显的改变，呈现出不规则的形状，与正常的细胞核形态有明显区别。
第三阶段：细胞膜凹陷
在细胞凋亡的后期阶段，细胞膜会出现凹陷的现象。
细胞表面会形成凹陷或者泡状结构，最终导致细胞膜破裂。
这种凹陷的现象是由于细胞内部发生了一系列的酶促反应，导致细胞膜的脂质双层结构发生破坏。
第四阶段：细胞碎裂
在细胞凋亡的最终阶段，细胞会发生碎裂的现象。
细胞内部的成分会被分解成小片段，形成称为“凋亡小体”的结构。
这些小片段最终会被吞噬细胞摄取，完成整个凋亡过程。
细胞凋亡过程中的形态学变化阶段可以清晰地反映出细胞内部发生的生化变化。
通过对这些形态学变化的观察，科研人员可以更深入地了解细胞凋亡的机制，为相关疾病的治疗提供参考。
同时，对细胞凋亡过程的研究也有助于揭示机体内部细胞生存与死亡的平衡机制，为未来的生命科学研究提供重要的参考价值。
细胞凋亡与免疫
生命科学系生物科学2班张彪学号6细胞凋亡与免疫细胞凋亡是细胞死亡的一种形式，但不同于细胞坏死。
细胞坏死是细胞对外部有害因子的无序反响，是一种被动性死亡；而细胞凋亡是程序化的，并受多种基因调控的，是一种主动性死亡。
人体免疫系统具有对自身抗原产生应答的能力，可以协助去除衰老细胞并维持内环境的稳定，但是当这种应答超过一定限度时，那么会对自身组织和机体造成损伤，形成自身免疫病。
自身免疫病常常伴有自身反响性淋巴细胞和自身抗体的产生，其发病机制十分复杂，但是大量实验证明，自身免疫病与细胞凋亡密切相关。
细胞凋亡的概念细胞凋亡又称程序性细胞死亡(PCD)，指的是细胞将自身裂解为许多膜小泡的一种准确调节的细胞死亡过程。
细胞凋亡是不同于坏死的一个主动的自我破坏过程。
细胞凋亡是免疫应答和免疫调控的重要形式之一，免疫细胞的增殖与分化过程是与免疫细胞的正常死亡相统一的，免疫应答的效应过程也是与靶细胞的死亡相伴随的。
对免疫学来说，细胞凋亡有特殊的意义，免疫系统识别外来异物和自身组织的形成，必须依靠对自身起反响的淋巴细胞的删除，而这种删除主要是通过细胞凋亡来完成的。
淋巴细胞对靶细胞的杀伤过程局部也是通过靶细胞凋亡来实现的。
细胞凋亡如果出现紊乱，机体可能出现严重的病理状态，如肿瘤、白血病、自身免疫性疾病〔类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、强直性脊柱炎等〕、免疫缺陷等。
根本机制多细胞动物体内的细胞具有一套相似的酶系统，激活后可以启动细胞凋亡。
线虫Caenorhabditis elegans是研究细胞死亡机制的一种很好的生物模型。
C.elegans的三种基因产物：CED-3，CED-4和CED-9对凋亡而言是十分重要的，CED-3和CED-4促使凋亡，CED-9抑制凋亡。
CED-3是一种caspase,即一种半胱氨酸蛋白酶，它在天门冬氨酸存在的部位之后切断蛋白。
CED-3是一种酶原，通过自身切割而活化。
CED-4与CED-3结合并激活CED-3，CED-9与CED-4结合从而阻断CED-4激活CED-3。
细胞凋亡
1. 大分子染色体DNA片段的测定 细胞凋亡的早期,染色体断裂成为50~300kbp长的 DNA大片段。所有超过一定分子量大小的双链DNA分子 在琼脂糖凝胶中的迁移速度相同。线性DNA的双螺旋半 径超过凝胶半径时，即达到分辨力的极限。此时凝胶不 再按分子量的大小来筛分DNA，DNA像通过弯管一样， 以其一端指向电场一极而通过凝胶，这种迁移模式称之 为"爬行"。因此，细胞凋亡早期产生的50~300kbp长的 DNA大片段不能用普通的琼脂糖凝胶电泳来分离。通常 采用脉冲电泳技术可圆满地解决这一问题。
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检测膜电位。
四、DNA片断化检测 细胞凋亡时主要的生 化特征是其染色质发生浓缩, 染色质DNA在核小 体单位之间的连接处断裂, 形成50~300kbp长的 DNA大片段, 或180~200bp整数倍的寡核苷酸片 段, 在凝胶电泳上表现为梯形电泳图谱(DNA ladder)。细胞经处理后，采用常规方法分离提纯 DNA，进行琼脂糖凝胶和溴化乙啶染色，在凋 亡细胞群中可观察到典型的DNA ladder。如果细 胞量很少，还可在分离提纯DNA后，用32P-ATP 和脱氧核糖核苷酸末端转移酶（TdT）使DNA标 记，然后进行电泳和放射自显影，观察凋亡细 胞中DNA ladder的形成。
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创造性的毁灭——细胞凋亡
当地时间2002年10月7日，瑞典卡罗林斯卡医学院诺贝尔奖评审委员会将2002年诺贝尔生理学或医学奖授予了悉尼·布雷内、罗伯特·霍维茨和约翰·苏尔斯顿等三位科学家，以表彰他们在“细胞程序性死亡”这一领域中的开创性工作。
他们不但发现在生物的器官发育过程中存在细胞程序性死亡，而且阐明了细胞程序性死亡过程中的基因规律。
什么是“细胞程序性死亡”
细胞程序性死亡是细胞的一种主动性“自杀行为”，在生理及病理的情况下均可发生。
这些细胞死得有规律，似乎在按照编好了的“程序”进行，犹如秋天片片树叶的凋落，所以又被称为“细胞凋亡”。
细胞凋亡有别于细胞的坏死。
细胞坏死是由致病因子引发的急性损伤，引起细胞破裂，胞内溶酶体释放，最终导致炎症反应，对细胞的杀伤没有选择性。
而凋亡的细胞则不伴随炎症反应。
通常，凋亡的细胞发生皱缩，染色体被切成片段化，细胞核固缩、碎裂，形成凋亡小体，最终为体内的巨噬细胞所吞噬，对临近的细胞不产生影响。
在正常情况下，我们身体内细胞的死亡大都是凋亡，这可以让新生的细胞取代衰老的细胞，让我们的身体保持健康。
布雷内慧眼识线虫
20世纪60年代末，英国科学家悉尼·布雷内希望能找到一种适于基因水平研究，并能确定完整的神经系统的实验生物模型。
最终布雷内选择了一种较为简单的生物——秀丽隐杆线虫。
秀丽隐杆线虫非常适合用作基因分析，除了显而易见的体形小、生长周期快等优点外，还因为它是一种可以自我繁殖的雌雄同体生物，非常有利于得到具有同一基因结构的纯合体线虫。
另外，秀丽隐杆线虫还存在一种雄性个体，它不能自我繁殖，必须与雌雄同体的线虫交配才可繁衍后代。
利用雄性个体，人们可以将突变基因从一种线虫转移到另一种线虫中去。
事实上，利用线虫的形体和运动特征以及协调性缺乏等突变特征，布雷内建立了最为丰富的突变体线虫株，并将线虫形体、行为的改变与染色体上的突变位点——对应起来。
这就使得基因分析能够和细胞的分裂、分化以及器官的发育联系起来，为后来人们发现细胞凋亡及其机制奠定了基础。
苏尔斯顿提出“细胞程序性死亡”
秀丽隐杆线虫非常小而且是透明的，成年的雌雄同体线虫总共才959个细胞，这就便于研究人员通过显微镜观察活的完整线虫的内部构造，并且能直接观察线虫发育过程中单个细胞的迁移、分裂以及死亡，从而使人们能了解线虫发育过程中各个细胞的命运。
英国科学家约翰·苏尔斯顿和美国科学家罗伯特·霍维茨就是利用这种手段．通过艰苦的工作，确定了线虫发育过程中每一个细胞的分裂和分化及其最终的命运。
科学家们发现，在脊椎动物和非脊椎动物的正常发育过程中都存在细胞正常死亡的现象，这些细胞的死亡都伴随着一系列的形态改变，不对周边细胞产生影响。
苏尔斯顿将这些细胞死亡解释为“细胞程序性死亡”，并且仔细地描述了在这一过程中细胞经历的变化。
在雌雄同体的秀丽隐杆线虫发育过程中，有131个细胞发生了凋亡。
苏尔斯顿发现线虫中这种不同寻常的细胞死亡后，和其他科学家对其机制展开了深入的研究。
他们利用布雷内建立的突变的线虫
株，发现并分离了一系列影响细胞凋亡的基因，包括ced-1、ced-2 和 nuc-1，提出生物发育过程中细胞的凋亡是由一系列基因控制的.
霍维茨等人确认“死亡基因”
1986年，罗伯特·霍维茨及其学生发现了线虫中在细胞凋亡过程中起关键作用的两种基因：ced-3 和ced-4。
这两种基因的缺失将改变细胞的命运，使线虫中原本正常情况下会死亡的细胞存活并继续分化下去。
同时，对于早先发现的在细胞凋亡中起作用的基因，他们也弄清楚了它们所起的确切作用。
在知道了控制线虫细胞凋亡的关键性基因后，霍维茨的一位中国学生于1993年克隆了ced-3 基因，并且发现该基因表达的蛋白质与哺乳动物中的一种酶非常相似。
随后的研究发现，该酶与细胞凋亡相关，这表明在哺乳动物中也存在引起细胞凋亡的基因及其表达。
研究新成就及研究的意义
现在，随着对细胞凋亡机制研究的深入，科学家们发现很多细胞内和细胞外信号都可以启动细胞的凋亡。
目前，科学家们发现与细胞凋亡相关的基因有三类：促进细胞死亡的基因、抑制细胞死亡的基因和在细胞死亡过程中表达的基因。
细胞凋亡的发现以及对细胞凋亡发生机制的研究，为科学开拓出一个神奇的新领域，意义非常深远。
首先，它加深了人类对于生命的认识。
在生物体内，有些细胞将牺牲自己以便于机体自身的维持与更新，可以说，细胞凋亡广泛存在于各种生物体内。
同时，细胞凋亡也存在于生物发育的各个阶段。
蝌蚪在变态期，尾部细胞将发生凋亡，从而使其能转变成正常的成体蛙。
从另外一个角度说，细胞凋亡是一种积极而主动的“创造性的毁灭”过程。
譬如，在生物体的正常新陈代谢过程中，细胞的凋亡有助于消除体内衰老的细胞，维持组织器官的形体大小，又不引发炎症反应。
此外，鉴于细胞凋亡过程受到许多基因及其产物的调控，在临床上，如果有选择性地、可控制性地诱导癌细胞的凋亡，同时对机体的正常细胞不产生或产生较小的副作用，对于攻克癌症及其他一些医学顽症将起到重大突破作用。
因此，对细胞凋亡及其机制的研究将为癌症、糖尿病等许多疾病的治疗提供新的可能的方法。
对人类健康事业产生重大影响。