| 第一章 细胞、组织的适应和损伤 介绍本章的授课思路、框架和重点、难点内容。 第一节 概述 一、细胞凋亡的概念
细胞死亡（apoptosis)是每一个细胞必经之道，而细胞凋亡是最常用的细胞死亡机制。在多细胞个体中生命期的每个时期，细胞凋亡都是组织动力学的基本机制。不仅在多细胞个体中不可缺，甚至有一些单细胞个体也会出现或多或少的细胞凋亡特征。
在希腊文中，apoptosis这个字是用来描述树叶从枝头掉落的状态。细胞凋亡(apoptosis)首先被Kerr等于1972年用来描述一种与细胞坏死(necrosis)不同的、其过程被严密控制的细胞死亡机制。事实上，早在1885年Flemming就曾发表了卵巢滤泡细胞的细胞凋亡形态特征，当时他命名其为染色质溶解(chromatolysis)。虽然细胞凋亡现在被全世界的学者研究得如火如荼，他当时的描绘并未使学者们注意到这是一个与细胞坏死不同的细胞死亡机制。从chromatolysis到apoptosis的被提出，这个现象被忽视了将近一个世纪。
细胞凋亡概念提出至今还不到30年的时间，但由于它在保证多细胞生物的健康生存过程中扮演着关键角色，对个体的正常发育及细胞凋亡紊乱在病理学研究中的重要作用，引起了人们对其机制和组分的广泛而深入地研究，成为目前生命科学界最为热门话题之一，也是生命科学界乃至社会各界争相投入的研究领域。 那么什么是细胞凋亡呢？
细胞凋亡（apoptosis)是在体内外因素诱导下，由基因严格调控而发生的一种生理性细胞自杀过程，又称程序性细胞死亡（programmd cell death．PCD)。它是一个主动的，高度有序的，基因控制的，一系列酶参与的过程。它是一个不同于细胞坏死的一种细胞死亡形式。 二、主要变化
（－)形态学变化
1、细胞膜的变化 2、细胞质的变化 3、细胞核的变化 4、凋亡小体形成 5、吞噬 6、继发性坏死（secondary necrosis) 在体外实验诱导细胞凋亡时，由于没有巨噬细胞吞噬凋亡小体，凋亡小体会发生肿胀、破裂、溶酶体释放等细胞坏死的表现，称为继发性坏死。
（二)生化改变
1.凋亡启动因子
（1)细胞色素C(cytochrome c，Cyto-C)
（2)AIF
2.凋亡蛋白酶的活化
凋亡蛋白酶是细胞凋亡的“执行者”，在细胞凋亡的发生发展中起着非常重要的作用。“什么是凋亡蛋白酶，它有一些什么特性，以及它们是如何起作用的”等等，在凋亡发生机制中再做详细讲解。
3.内源性核酸内切酶与DNA片断化
细胞凋亡过程中执行染色质DNA切割任务的是内源性核酸内切酶，内源性核酸内切酶作用于DNA双链，形成高分子量的DNA片段或180-200bp整倍数的片段，在琼脂糖凝胶电泳中呈“梯”状(ladder pattern)条带，这是判断凋亡发生的客观指标之一。（凋亡发生机制中讲解) 三、细胞凋亡与坏死的比较
细胞坏死（necrosis)通常由严重损伤因素（如：毒物中毒、严重缺血、缺氧、强酸、强碱、强大电流等)所致，正常组织细胞不发生细胞坏死。细胞凋亡作为一种生理性、主动的细胞死亡的方式，在许多方面与坏死有显著的差别。细胞凋亡与坏死的比较。 四、分期
细胞凋亡的过程可分为三期：①诱导期：凋亡诱导因素作用于细胞后，细胞通过复杂信号转导途径将信号传入胞内，由细胞决定生存或死亡。②执行期：决定死亡的细胞将按预定程序启动凋亡，激活凋亡所需的各种酶类及降解相关物质，形成凋亡小体。③消亡期：凋亡的细胞被邻近的细胞所吞噬并在吞噬细胞内降解。
上述全过程需时约数分钟至数小时不等。从凋亡信号转导到凋亡执行的各个阶段都有负调控因子存在，以形成完整的反馈环路，使凋亡过程受到精确严密的调控。 第二节 发生机制 一、细胞凋亡相关因素
细胞凋亡是一个非常复杂的过程，受到机体内、外多种因素的影响，其具体的分子机制尚不完全清楚。细胞凋亡相关因素分诱导性因素和抑制性因素两大类。
（一)诱导性因素
www.lindalemus.com/zhicheng/ 1.激素和生长因子失衡
2.理化因素 射线、高温、强酸、强碱、乙醇、抗癌药物等，均可导致细胞凋亡。 3.免疫性因素
4.微生物学因素 细菌、病毒等致病微生物及其毒素可诱导细胞凋亡。例如：HIV感染时，可致大量CD4+ T淋巴细胞凋亡。
5.其他 如缺血与缺氧，神经递质（如谷氨酸、多巴胺)，失去基质附着等因素都可引起细胞凋亡。在肿瘤治疗中，单克隆抗体、反义寡核苷酸、抗癌药物等均可诱导肿瘤细胞凋亡。
（二)抑制性因素
1.细胞因子
2.某些激素
3.其他 二、主要信号转导通路
大多数情况下来自于细胞外的细胞凋亡诱导因素作用于细胞后要转化为细胞凋亡信号，并通过胞内不同的信号转导通路，最终激活细胞死亡程序，导致细胞凋亡。
在细胞凋亡的发生发展过程中，主要信号转导通路有两条：一为死亡受体信号转导通路；二为线粒体信号转导通路。下面我们分别进行讲解。 （一)死亡受体通路
（二)线粒体通路
1、线粒体信号转导通路的提出
2、线粒体信号转导通路
3、凋亡蛋白酶
凋亡蛋白酶的激活是凋亡发生机制中最关键的环节之一。至今已发现14种caspases，这些成员在氨基酸序列 ,空间结构及底物特异性上均有相似性；体内合成时均以凋亡蛋白酶前体(procaspase) (30 -50 ku)形式存在 ,包括三个功能区 :N末端区(prodomain) ,大亚单位 (-2 0 ku) ,小亚单位 (-1 0ku) ;被激活的过程相似 ,即通过功能区间特异位点的蛋白酶解 ,继而以大小亚单位形式形成异源二聚体。半胱天冬酶对底物的切割不仅特异，而且高效。 依据caspases结构和功能的不同可分为三类
Caspases的分类与功能 4.内源性核酸内切酶
细胞凋亡过程中执行染色质DNA切割任务的是内源性核酸内切酶，有Ca2+／Mg2+非依赖性核酸内切酶和Ca2+／Mg2+依赖性核酸内切酶。 凋亡细胞双链DNA发生两种类型的断裂：①首先是形成高分子量的DNA片段，50kb和/或300kb，可能由染色质中的DNA断裂形成。②其次，内源性核酸内切酶作用于DNA双链的核小体(nucleosome)连接部，形成180-200bp或其整倍数的片段，在琼脂糖凝胶电泳中呈“梯”状(ladder pattern)条带www.lindalemus.com/kuaiji/，这是判断凋亡发生的客观指标之一。 三、细胞凋亡的相关基因
目前，已知细胞凋亡相关基因多达数十种，根据功能的不同可将其分为三类：抑制凋亡基因、促进凋亡基因和双向调控基因。
• 抑制凋亡基因：Bcl-2，IAP
促进凋亡基因：wtp53，Bax
双向调控基因：c-myc，Bcl-xbcl-2家族分子
下面我们重点学习几种：
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等基因都与细胞凋亡有关。
细胞凋亡是一个重要的生物学过程，对多细胞生物的完整性，体内平衡以及肿瘤的发生均有重要的生物学意义。许多的基因相互协调，共同参与了细胞凋亡精细调控。 第三节 细胞凋亡与疾病 一、细胞凋亡的生理意义
细胞凋亡在机体的一生中，从受精至成熟、老化等各个方面都发挥重要作用。
(一)确保正常生长发育。
例如：人胚胎肢芽发育过程中的指（趾)间组织通过细胞凋亡机制而被逐渐消除，形成指（趾)间隙。 (二)维持机体内环境稳定。
细胞凋亡参与了正常成年组织细胞更新（如上皮组织、血细胞的更新，衰老细胞的清除)、生理器官的内分泌调控（如子宫产后复原，月经期子宫内膜的脱落)以及对受损不能修复的细胞或突变细胞的清除等重要生理过程。 (三)发挥积极的防御功能。
当机体受到病原微生物感染时，宿主细胞发生主动凋亡，导致被感染细胞的死亡和微生物的清除。 二、 细胞凋亡与疾病发生的关系 细胞凋亡调控异常可导致多种疾病的发生。细胞凋亡与疾病的关系—— 该“死”的细胞不死，不该“死”的细胞却死了，也就是说无论凋亡过度或凋亡不足都可以导致疾病的发生。 下面我们具体讨论细胞凋亡与几种常见疾病发生的关系
(一) 细胞凋亡在肿瘤发生中的作用
目前认为细胞增殖和分化异常是肿瘤发病的途径之一，而凋亡受抑、细胞死亡不足是肿瘤发病的另一途径。许多人类恶性肿瘤细胞对生理刺激做出凋亡反应的能力显著下降。p53突变，Bcl-2的高表达在许多肿瘤中都存在。 (二) 细胞凋亡在缺血性心脏病及心衰发病机制中的作用
心肌细胞虽为终末分化细胞，但仍存在凋亡在心肌梗死、I/R损伤及慢性心衰等心脏疾病的动物模型及临床病人均观察到细胞凋亡的存在。这是一梗死的心肌，将梗死区边缘的心肌做成切片后，可发现有凋亡细胞。 动物实验证明caspase抑制剂，缺血预适应可减少心肌细胞凋亡，缩小梗塞范围，改善心功能。
（三)细胞凋亡在其它疾病发生中的作用
1．神经元退行性病变
在神经系统疾病中有一类以特定神经元进行性丧失为其病理特征的疾病，如阿尔茨海默氏病，帕金森氏病。现在研究表明，造成神经元丧失的主要机制是细胞凋亡。由于大量神经元发生凋亡，大脑皮质出现广泛萎缩，脑沟变宽，脑回变窄。
2．自身免疫性疾病
正常情况下，免疫系统在发育过程中已将针对自身抗原的免疫细胞以细胞凋亡的方式有效清除。如清除失败，针对自身抗原的T细胞就可存活，进而攻击自身组织，产生自身免疫性疾病。
3．病毒感染
如人免疫缺陷病毒（HIV)感染引起的AIDS，其关键的发病机制是CD4+淋巴细胞被选择破坏。研究表明，细胞凋亡在AIDS CD4+淋巴细胞减少中扮演了非常重要的角色。
4．创伤合并休克，肝衰，免疫排斥反应等等 第四节 凋亡在疾病防治中的意义（自学) 细胞凋亡是一个程序化过程，可以通过不同的手段在不同的阶段进行干预而治疗疾病
一．合理利用凋亡相关因素
（一)诱导靶细胞凋亡
某些生长因子或激素是细胞生长所必须的，一旦撤除细胞即可发生凋亡。
（二)减少细胞凋亡
IL－2、神经生长因子等具有抑制凋亡的作用。 二．干预凋亡信号转导
可利用阿霉素刺激肿瘤细胞在其膜上表达Fas/FasL，导致肿瘤细胞发生凋亡。 三．调节凋亡相关基因
运用分子生物学手段人为地控制凋亡相关基因（P53，Bcl-2)的表达，便有可能控制凋亡过程。 四．控制凋亡相关的酶
在凋亡执行阶段，核酸内切酶和caspases在摧毁细胞结构方面起着关键性作用，因此若能控制他们的活性。细胞凋亡过程必然受到控制。 五．防止线粒体跨膜电位的下降
线粒体跨膜电位就可以防止细胞凋亡的发生。目前已发现环胞霉素A可抑制线粒体跨膜电位的下降，并因此而防止细胞凋亡的发生。 小结 布置作业 | 
