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668次apoptosis
細胞凋亡是指細胞在一定的生理或病理條件下,受內在遺傳機制的控制自動結束生命的過程。而細胞程序性死亡(programmed cell death,PCD)是指生物在發(fā)育過程中對一定生理刺激的反應性死亡,它需要一定基因表達。凋亡是對細胞死亡過程中一系列固定模式的形態(tài)變化的描述,而PCD則是側重功能上的概念。兩者有差異,但常混為一談。
*(ap。Ptosis)或程序化細胞死亡(programmed cell death,PCD),是多細胞有機體為調控機體發(fā)育,維護內環(huán)境穩(wěn)定Pb基因控制的細胞主動死亡過程。目前,細胞自發(fā)退化死亡現(xiàn)象有種種命名。較為常用的是程序化細胞死亡(Programmed cell death,PCD),zui初用于胚胎發(fā)育方面。胚胎分化過程中特定部位的細胞自發(fā)退化死亡是由于該部位的細胞內基因按一定程序表達的結果,又稱基因指令性細胞死亡、生理性細胞死、自然發(fā)生細胞死亡、細胞舍生、凋亡或等。(援引《基礎與臨床》人民軍醫(yī)出版社)
該名詞在20世紀70年代被提出,指的是在生理或某些病理條件下由基因控制的一種單個細胞溫和死亡形式。多細胞生物在發(fā)生、發(fā)展過程中,為了保持正常的生理機能,一部分的細胞發(fā)生自發(fā)性細胞死亡,這種細胞死亡是被細胞內一系列相關的分子所調控,并伴隨有典型的形態(tài)學改變,這種現(xiàn)象被稱為。作為一種積極排除生物體內的過剩細胞和有害細胞的機制在個體形態(tài)形成、形態(tài)改變等發(fā)生過程中,成體的恒常性的維持以及生物體的防御等方面發(fā)揮作用。此外在許多病理狀態(tài)下也存在著。有的學者認為,細胞程序死亡受基因的控制E.M.Hedgecock等人(1983)曾對隱桿秀麗線蟲在胚胎發(fā)生中的細胞死亡現(xiàn)象做過詳細觀察。這種動物在發(fā)生中基本上按一種形式進行細胞分裂,在所產(chǎn)生的細胞中,有的即在一定時間死亡。例如,在兩性動物胚胎發(fā)生中所產(chǎn)生的671個細胞,就有118個在孵化前死亡。死亡的細胞被臨近的細胞所吞噬分解。當有兩個基因(ced—1和ced—2)發(fā)生突變時,便失去了吞噬能力。但在這些突變體中,細胞仍按正常的時間死亡。這說明,細胞的死亡是因細胞“自殺”而發(fā)生程序死亡的結果。Ellis等人(1982)還發(fā)現(xiàn)了與紅細胞死亡有關的另一個基因(ced—3)。 ced—3突變即可阻止細胞開始死亡而且這些細胞還發(fā)生了分化進一步支持了程序死亡的觀點。是生物界廣泛存在的一種基本生命現(xiàn)象,如同細胞生長、發(fā)育、增殖一樣,起著十分重要的作用。目前認為,誘導凋亡的細胞外刺激必須通過細胞內一系列信號傳遞,造成DNA選擇性的在核小體之間斷裂是其重要標志之一。
是以細胞核濃縮、染色體DNA被以核小體為單位切成梯狀片段(ladder)、細胞縮小,zui終形成小體等形態(tài)變化為特征。不引起周圍細胞的溶解。是在細胞群中散發(fā),階段性進行,并且依存于ATP的供給和RNA、蛋白質的合成,是主動排除機制。不僅在個體發(fā)育時和卵細胞退縮等生理狀態(tài)下可觀察到,而且在自身免疫性疾病、神經(jīng)變質性疾病、缺血性疾病等很多疾病及病理狀態(tài)下也可觀察到。的細胞內信息傳導途徑可大致分為二個階段,即誘導階段和實行階段。
的誘導階段誘導的因素有內源性的和外源性的因素。內源性的因素包括誘發(fā)機制(如Fas配體、腫瘤壞死因子等)的激活和抑制機制(生長因子、激素、受體因子等增殖性因子)的失活。外源性的因素包括放射線、熱休克等物理性因素,藥物、毒物等化學性因素以及病毒、04細菌等生物學因素。近年來還發(fā)現(xiàn)活性氧以及一氧化氮在神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管疾病、免疫性疾病及老化等方面的作用都不同程度地與有關。
近來研究表明,發(fā)生的關鍵環(huán)節(jié)不在細胞核,而在細胞質。在凋亡細胞被誘導產(chǎn)生特征性形態(tài)改變和DNA降解之前,線粒體膜功能發(fā)生改變,內膜跨膜電位消失和線粒體內蛋白酶活化物的釋放,激發(fā)各種凋亡相關的代謝變化。
的生物學功能
(1)清除無用的或多余的細胞,人腦在發(fā)育過程中有95%的細胞死亡。
(2)除去不再起作用的細胞。如蝌蚪變態(tài)時的尾部細胞死亡;哺乳動物子宮內膜上皮細胞在月經(jīng)期死亡。
(3)除去發(fā)育不正常的細胞。如脊椎動物視覺系統(tǒng)的發(fā)育,沒有形成正確神經(jīng)元連接的神經(jīng)元被清除掉。
(4)除去一些有害細胞,胸腺細胞在離開胸腺之前被誘導死亡。
的過程
的過程大致可分為四個階段:
( 1 )凋亡信號轉導
當細胞內外的凋亡誘導因素與被作用的細胞受體結合后,細胞產(chǎn)生復雜的生化反應,并形成與凋亡有關的第二信使: cAMP 、 Ca2+ 、神經(jīng)酰胺等信號分子形成死亡信號。
( 2 )凋亡基因激活
調控的凋亡基因在接受死亡信號后,開始按預定程序啟動,并合成執(zhí)行凋亡所需的各種酶和相關物質。
( 3 )凋亡的執(zhí)行(共同通路)
凋亡的主要執(zhí)行者有兩類酶:核酸內切酶( endogenous nuclease Dnase )—*破壞細胞的生物命令系統(tǒng); Caspases 3 —細胞的結構全面解體。
( 4 )凋亡細胞的清除
凋亡后細胞可以被鄰近巨噬細胞分解。
凋亡時細胞的主要變化
凋亡作為一種生理性、主動的細胞死亡,它的死亡過程和形態(tài)變化與細胞壞死有顯著的差別。
( 1 )形態(tài)學改變
① 實體時,其表面微絨毛消失,與周圍細胞脫接觸。
②凋亡細胞胞漿開始脫水產(chǎn)生空泡,并與胞膜融合,出現(xiàn)胞膜空泡化( blebbing )。
③因水份喪失出現(xiàn)細胞固縮( condensation )、核固縮和發(fā)芽。
④ 在末期,碎裂的核物質由一薄層胞漿包被,形成所謂的凋亡小體( apoptotic body )。
在凋亡的整個過程中,沒有細胞的內容物的外漏,因此也不伴有局部的炎癥反應。
( 2 )生化改變
① DNA 的片段化
由于核酸內切酶激活,基因組的 DNA 在核小體連接區(qū)發(fā)生非隨機性降解,產(chǎn)生寡核小體片段,其大小相當于核小體( 160 ~ 200bp )的倍數(shù)。在瓊脂糖凝膠電泳中可見特征性的“梯”狀( ladder pattern )條帶。
② 鈣超載
在 80 年代人們發(fā)現(xiàn)用糖皮質激素誘導胸腺時發(fā)現(xiàn)凋亡的細胞內游離 Ca2+ 濃度顯著上升。用 Ca2+ 載體 A23187 ,人為提高 B 淋巴細胞內 Ca2+ 的水平,可誘導 B 淋巴細胞的凋亡。而用鈣絡合劑降低細胞內水平,能阻止凋亡發(fā)生。后發(fā)現(xiàn)凋亡細胞存在鈣超載現(xiàn)象。 Ca2+ 在中充當?shù)蛲鲂盘杺鬟f的角色。
③ 內源性核酸內切酶激活
在凋亡時,細胞核內的核酸內切酶常常被激活,從無活性狀態(tài)變成有活性,多數(shù)核酸內切酶是一種二價金屬離子依賴性酶, Ca2+ /Mg2+ 可增加酶的活性,而 Zn2+ 能抑制它的活性。當然在某些細胞內也存在非二價金屬離子依賴性核酸內切酶。 Zn2+ 也不能抑制其活性。
除了上述外,還有可出現(xiàn)細胞膜磷脂酰*外翻(由細胞膜內側轉向膜外側)、 caspase 激活、蛋白激酶 C ( PKC )活化等。
又稱細胞編程性死亡——PCD。是一個主動的由基因決定的自動結束生命的過程,又稱為細胞編程性死亡。有人以秀麗隱桿線蟲為材料,觀察發(fā)現(xiàn)該線蟲個體發(fā)育中,共產(chǎn)生1090個體細胞,其中131個細胞在發(fā)育過程中必定死亡。蝌蚪變態(tài)時,尾部細胞退化也是一種編程性死亡。研究表明,尾部退化是受甲狀腺素控制的,當蝌蚪發(fā)育到一定時期,甲狀腺素分泌就會增加,發(fā)出編程性死亡信號,隨后細胞開始凋亡,形成凋亡小體,這些凋亡小體被周圍的巨噬細胞吞噬清除。
2. 的生物學意義
近年來大量的研究工作揭示和細胞增殖與分化同樣具有重要的意義。機體內的細胞隨著生命過程的進行會不斷的衰老、磨損、畸變、過剩,這些無用、衰老的細胞不僅是機體的負擔,還可能變?yōu)橛泻毎瑢C體造成威脅,通過凋亡可以將它們清除。因而是調節(jié)生物體正常發(fā)育和生命活動的一種*的機制,該調節(jié)一旦失敗,可能導致機體疾病、畸形甚至死亡。
3.與壞死 的區(qū)別
性質 主要特征 凋亡小體 炎癥反應
生理性死亡 膜反折包裹胞內物
形成凋亡小體被吞噬 有 無
細胞壞死 病理性死亡 膜發(fā)生滲漏
胞內溶物釋放到胞外 無 有
二、的形態(tài)學特征
1. 凋亡起始
該時期特征主要為:
①骨架雜亂,細胞間接觸消失,細胞間粘附力下降;
②細胞質和核濃縮,顯微鏡下觀察可發(fā)現(xiàn)細胞膜發(fā)泡,染色質凝集,沿著核膜形成新月形帽狀結構;
③內質網(wǎng)腔膨脹,核糖體從內質網(wǎng)上脫落,伴隨著這些變化凋亡小體逐漸形成。
2.凋亡小體形成
隨著細胞膜內折,染色質斷裂成片斷,染色質片斷及線粒體等細胞器反折的細胞膜包圍并逐漸分開,形成單個的凋亡小體。
3.凋亡小體消失
凋亡小體被鄰近的細胞或巨噬細胞識別吞食及消化。該過程一般較快,從凋亡開始到凋亡小體形成不過幾分鐘的時間,整個凋亡過程大約持續(xù)幾個小時。
三、的分子機制
1、caspase家族與凋亡
caspase是近年發(fā)現(xiàn)的一組存在于胞質溶膠中的結構上相關的半*蛋白酶,它們可特異地斷開天冬氨酸殘基后的肽鍵。切割的結果是使某些蛋白活化或失活,由此。
2、天然的caspase抑制劑
失機體用來清除病毒、防止其進一步感染的一種機制,而病毒也發(fā)展出一種對抗機制──抑制caspase的活性,來逃避或阻止凋亡的發(fā)生。痘病毒蛋白CrmA和桿病毒蛋白p35就是這樣的天然的caspase抑制劑。
3、Bcl2家族
Bcl2是一種原癌基因,是ced9在哺乳類中的同源物。Bcl2能延長細胞的壽命,但不促進細胞增殖,能抑制。
4、P53與
p53是腫瘤抑制基因,其產(chǎn)物主要存在于細胞核內。p53基因在人類腫瘤有關基因的突變率zui高,人類腫瘤的50%以上是由p53基因的缺失造成的。將p53基因重新導入已轉化的細胞中,可能產(chǎn)生或細胞生長阻遏兩種結果
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