第二十五章 细胞凋亡与疾病.docx

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第二十五章细胞凋亡与疾病

第二十五章细胞凋亡与疾病

一、基本要求

（一）掌握细胞凋亡的概念、生物学意义

（二）掌握细胞凋亡的发生机制

（三）熟悉细胞凋亡的过程及细胞凋亡与坏死的差别

（四）熟悉细胞凋亡的主要变化

（五）熟悉细胞凋亡的调控

（六）了解细胞凋亡与常见疾病或病理过程的关系

（七）了解细胞凋亡在疾病防治中的意义

二、知识点纲要

一、基本概念

（一）细胞凋亡的定义：

由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞自杀过程称为细胞凋亡（apoptosis），也称为程序性细胞死亡（programmedcelldeath，PCD）。

（二）细胞凋亡的基本过程

1．凋亡信号转导

2．凋亡基因激活

3．细胞凋亡的执行

4．凋亡细胞的清除

（三）凋亡时细胞的主要变化

1．细胞凋亡的形态学改变：

胞膜空泡化，细胞固缩，染色质边集，凋亡小体。

2．细胞凋亡的生化改变：

DNA“梯”状条带，内源性核酸内切酶激活，caspases（凋亡蛋白酶）激活。

（四）细胞凋亡的调控

1．细胞凋亡相关因素

细胞凋亡相关因素分诱导性因素和抑制性因素两大类

（1）诱导性因素:

激素和生长因子失衡,理化因素,免疫性因素,微生物等

（2）抑制性因素:

某些激素（ACTH、睾丸酮）或细胞因子（IL-2，神经生长因子等）的去除,某些二价金属阳离子如:

Zn2+，药物如:

苯巴比妥、半胱氨酸蛋白酶抑制剂，病毒如：

EB病毒，牛痘病毒CrmA等及中性氨基酸具有抑制细胞凋亡的作用。

2.细胞凋亡信号的转导

（1）特点:

凋亡信号转导系统是连接凋亡诱导因素与核DNA片段化断裂及细胞结构蛋白降解的中间环节。

这个系统的特点是:

①多样性;②偶联性;③同一性;④）多途性。

（2）研究较多的信号转导系统有：

①胞内Ca2+信号系统；②cAMP/PKA信号系统；③）Fas蛋白/Fas配体信号系统；④神经酰胺信号系统；⑤二酰甘油/蛋白激酶C信号系统；⑥酪氨酸蛋白激酶信号系统。

（五）凋亡相关基因

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（EIB、IAP、Bcl-2），促进凋亡基因（Fas、Bax、ICE、P53），双向调控基因（c-myc、Bcl-x）。

1．Bcl-2是抑制凋亡的基因。

2.FasFas基因的表达可促进细胞凋亡。

3．p53野生型P53基因具有诱导细胞凋亡的功能，当该基因发生突变后反而可抑制细胞凋亡。

4.c-myc，Bcl-xc-myc是一种癌基因，它能诱导细胞增殖，也能诱导细胞凋亡，具有双向调节作用。

（六）细胞凋亡发生的机制包括：

1.氧化损伤；2.钙稳态失衡；3.线粒体损伤

（七）细胞凋亡与疾病

细胞凋亡是机体维持细胞群体数量稳态的重要手段，细胞凋亡失调（凋亡不足或/和凋亡过度）可成为某些疾病的重要发病机制。

1.细胞凋亡不足:

可见于肿瘤、自身免疫病等

2.细胞凋亡过度:

可见于心血管疾病如：

心肌缺血-再灌注损伤、心力衰竭；神经元退行性疾病如：

阿尔茨海默氏病、帕金森氏病、Huntington病，多发性硬化症等；病毒感染如：

由人免疫缺陷病毒（HIV）感染引起的AIDS。

3．细胞凋亡不足与过度并存：

可见于动脉粥样硬化等。

二、复习思考题

（一）名词解释

1．细胞凋亡（apoptosis）

2．凋亡蛋白酶（caspases）

3．分子警察（molecularpoliceman）

（二）填空题

1．细胞凋亡重要的生理、病理意义是：

①②③。

2．细胞凋亡的大致过程是：

①②③④。

3．①是细胞凋亡抑制性基因，②是细胞凋亡诱导性基因。

4．细胞凋亡发生的机制是：

①②③。

5．细胞凋亡时主要的生化改变是：

①②③。

（三）选择题

[A型选择题]

1.关于细胞凋亡，下列哪项是错误的

A.细胞凋亡是由基因控制的细胞死亡

B.细胞凋亡的特征性形态学改变是凋亡小体

C.细胞凋亡时，局部无炎症反应

D.细胞凋亡时，DNA片段化

E.细胞凋亡是一个不耗能的过程

2.关于细胞凋亡与坏死的区别，下列哪项是错误的

A.细胞凋亡是一个被动的过程，细胞坏死则是一个主动的过程

B.细胞凋亡时，DNA片段化，电泳呈“梯”状；细胞坏死时，DNA弥散性降解，电泳呈均一片状

C.细胞凋亡时，胞膜及细胞器相对完整；细胞坏死时，细胞结构全面溶解

D.细胞凋亡过程中有新蛋白的合成，细胞坏死过程中无新蛋白的合成

E.细胞凋亡时局部无炎症反应，细胞坏死时局部有炎症反应

3.细胞凋亡的特征性形态学改变是

A.细胞肿胀

B.炎症细胞浸润

C.凋亡小体

D.细胞空泡化

E.细胞固缩

4.关于凋亡小体，下列哪项是正确的

A.凋亡小体完全由固缩的核染色质组成

B.凋亡小体完全由胞浆组成

C.凋亡小体形成后只能被巨噬细胞吞噬、消化

D.电镜下典型的凋亡小体由透亮的空泡和不透亮的浓密的核碎片两部分组成

E.凋亡小体只有在电子显微镜下才能观察到

*5．关于细胞凋亡，下列哪种说法是错误的

A.细胞凋亡必须经凋亡诱导因素才会发生

B.不同的凋亡诱导因素可通过同一信号转导系统触发细胞凋亡

C.同一凋亡诱导因素可经过多条信号转导途径触发凋亡

D.同一个信号在不同条件下既可引起凋亡，也可刺激增殖

E.不同种类的细胞有不同的信号转导系统

6．下列哪种基因的激活能抑制凋亡

C.野生型P53

B.Bcl-2

C.Fas

D.ICE

E.Bax

7．列哪种物质能诱导细胞凋亡

a）抗癌药

b）IL-2

c）神经生长因子

d）半胱氨酸蛋白酶抑制剂D.半胱氨酸蛋白酶抑制剂

E.EB病毒

*8．下列哪种物质能抑制细胞凋亡

e）半胱氨酸蛋白酶抑制剂

B.HIV

C.粒酶

D.高温

E.TNF

9.细胞凋亡不足参与了以下哪种疾病的发病

f）心肌缺血

g）肿瘤

h）阿尔茨海默病

i）缺血-再灌注损伤

E.爱滋病

10.下列哪种疾病的发病既有细胞凋亡不足又有细胞凋亡过度

a）肿瘤

b）阿尔茨海默病

c）缺血-再灌注损伤

d）爱滋病

E.动脉粥样硬化

11.HIV病毒感染导致CD4+淋巴细胞凋亡与以下哪种因素无关

A．Fas基因上调

B.感染细胞表达gp120

C.TNF分泌↑

D.感染细胞表达tat蛋白

E．IL-2分泌↑

12.关于动脉粥样硬化的发病，下列哪项是正确的

A.血管内皮细胞凋亡过度导致血脂沉积增多

B.血管内皮细胞凋亡不足导致管腔狭窄

C.血管内皮细胞增生导致管腔狭窄

D.平滑肌细胞的凋亡减少

E.平滑肌细胞增殖活性升高，但凋亡幅度升高更大

13．关于凋亡相关基因，下列哪项是错误的

A.Bcl-2的高表达能阻抑多种凋亡诱导因素所引起的细胞凋亡

B.天然表达的Fas基因对细胞凋亡有促进作用

C.转染表达的Fas基因对细胞凋亡有抑制作用

D.野生型P53负责检查染色体DNA是否有损伤，一旦发现有缺陷且无法修复，则启动细胞凋亡机制

E.c-myc基因表达后，如果没有足够的生长因子持续作用细胞就发生凋亡，反之就处于增殖状态

14．列哪项不属于细胞凋亡的形态学变化

A.细胞固缩

B.染色质边集

C.核固缩

D.细胞肿胀

E.出芽

15．胞凋亡发生时DNA双链的断裂发生在

A.链的两端

B.高AT区

C.高GC区

a）DNA损伤部位

E.核小体连接区

16．列哪项不属于细胞凋亡的范畴

A.人胚胎肢芽发育过程中指（趾）间组织的消除

B.皮肤、粘膜上皮更新过程中衰老细胞的清除

C.针对自身抗原的T淋巴细胞的清楚

D.开水引起的皮肤、粘膜的烫伤

E.子宫内膜在周期性的增生之后由于激素撤退而脱落

17．下列哪项是细胞凋亡的主要执行者

i.caspases

ii.内源性核酸外切酶

iii.过氧化氢酶

iv.D.粒酶

E．超氧化物歧化酶

18．关于细胞凋亡，下列哪项是错误的

A.TNFα可通过神经酰胺信号途径触发细胞凋亡

B.Fas不能通过神经酰胺信号途径触发细胞凋亡

C.糖皮质激素可通过神经酰胺信号途径触发细胞凋亡

D.糖皮质激素可通过Ca2+信号系统触发细胞凋亡

E.糖皮质激素可通过cAMP-PKA途径触发细胞凋亡

19．氧化应激引起细胞凋亡的可能机制不包括

A.激活P53基因B.活化聚ADP核糖转移酶

C.激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶

D.抑制转录因子AP-1

E.直接造成细胞膜的损伤

20．“分子警察”指的是

A.EIB

B.Bax

C.野生型P53

D.Fas

E.ICE

[B型选择题]

A.Bcl-2

B.p53

C.Caspase

D.核酸内切酶

E.IL-2

21.水解细胞蛋白质结构的是

22.可抑制细胞凋亡的基因是

23.可抑制细胞凋亡的细胞因子是

24.可促进细胞凋亡的基因是

[X型选择题]

25．细胞凋亡过度参与了以下哪些疾病的发病

A.肿瘤

B.动脉粥样硬化

C.阿尔茨海默病

D.心肌缺血-再灌注损伤

26．稳态失衡引起细胞凋亡的机制可能包括

A.激活Ca2+/Mg2+依赖性核酸内切酶

B.激活谷氨酰胺转移酶，有利于凋亡小体的形成

C.激活核转录因子，加速凋亡相关基因的转录

D.使DNA舒展，暴露出核小体之间的连接区

27．下列哪些基因的激活能促进凋亡

a）野生型P53

b）Bcl-2

c）ICE

d）Bax

28．关于细胞凋亡信号的转导，下列哪些是正确的

A.不同种类的细胞有不同的信号转导系统

B.不同的凋亡诱导因素可通过同一信号转导系统触发细胞凋亡

C.同一凋亡诱导因素只通过同一条信号转导途径触发凋亡

D.同一个信号在不同条件下既可引起凋亡，也可刺激增殖

29．细胞凋亡与坏死的区别包括

A.细胞凋亡时，局部无炎症反应

B.细胞凋亡时，DNA片段化，电泳呈“梯”状

C.细胞坏死时，线粒体保持完整，其余的细胞器及胞核全部溶解

D.细胞坏死时，DNA弥漫性降解，电泳呈均一片状

30．下列哪些是细胞凋亡的抑制性因素

A.抗癌药B.EB病毒

C.神经生长因子D.Zn2+

31．有关动脉粥样硬化的发病，下列哪些是错误的

A.血管内皮细胞凋亡不足导致管腔狭窄

B.血管内皮细胞增生导致管腔狭窄

C.血管内皮细胞凋亡过度

D.平滑肌细胞的凋亡大幅度升高

32．凋亡信号转导过程中，常见的第二信使有

a）cAMP

b）神经酰胺

c）NO

D.Ca2+

33．心肌缺血与缺血-再灌注损伤的细胞凋亡有哪些特点

A.缺血早期以细胞凋亡为主，晚期以细胞坏死为主

B.在梗死灶的中央以坏死为主，梗死灶的周边以凋亡为主

C.轻度缺血以细胞凋亡为主，重度缺血以细胞坏死为主

D.急性缺血以细胞坏死为主，慢性缺血以细胞凋亡为主

*34.心肌缺血与缺血-再灌注损伤引起的细胞凋亡与下列哪些因素无关

A.氧化应激

B.IL-2高表达

C.P53基因的激活

D.Bcl-2基因的激活

（四）问答题

1．为什么P53有分子警察的美誉？

2．试述氧化应激引起细胞凋亡的可能机制。

3．细胞凋亡与坏死有哪些不同？

4．试述细胞凋亡在疾病防治中的意义。

（五）分析题

患者，王××，男，47岁，急性淋巴细胞性白血病，经连续化疗8周，自觉症状减轻，但食欲减退，轻度脱发，有低热。

抽血，分离淋巴细胞作DNA琼脂糖电泳，常规透射电镜检查及核酸内切酶活性测定，发现：

DNA电泳谱呈梯状条带；电镜检查发现：

细胞皱缩，胞膜及细胞器相对完整，核固缩；核酸内切酶活性显著增强。

问题：

病人淋巴细胞发生什麽病理改变？

为什麽

三、答案及题解

（一）名词解释

1.[答案]由体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致的细胞死亡过程称为细胞凋亡。

2．[答案]凋亡蛋白酶（caspases）是指一组对底物天冬氨酸部位有特殊水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶。

3．答案]野生型P53在细胞周期的G1期发挥检查点的功能，负责检查染色体DNA是否有损伤，一旦发现有缺陷且无法修复，则启动细胞凋亡机制。

因此P53被称为“分子警察”。

（二）填空题答案

1．细胞凋亡重要的生理、病理意义是：

①确保正常生长、发育，②维持内环境稳定，③发挥积极防御功能。

2．细胞凋亡的大致过程是：

①凋亡信号转导，②凋亡基因激活③细胞凋亡的执行，④凋亡细胞的清除。

3．①Bcl-2是细胞凋亡抑制性基因，②p53是细胞凋亡诱导性基因。

4．细胞凋亡发生的机制是：

①氧化损伤，②钙稳态失衡，③线粒体损伤。

5．细胞凋亡时主要的生化改变是：

①DNA片段化，②内源性核酸内切酶激活，③凋亡蛋白酶激活。

（三）选择题

[A型]

1．[答案]E

[题解]细胞凋亡是一个耗能的过程。

2．[答案]A

[题解]细胞凋亡是一个由基因控制的主动的过程，细胞坏死则是一个被动的过程。

3．[答案]C

[题解]细胞凋亡的特征性形态学改变是凋亡小体，这是凋亡细胞所独有的。

细胞肿胀和炎症细胞浸润是坏死的表现。

4．[答案]D

[题解]有些凋亡小体可完全由固缩的核染色质组成，也有些凋亡小体可完全由胞浆组成，但典型的凋亡小体是由固缩的核染色质和胞浆两部分组成的。

而且体积较大的凋亡小体用高倍光镜也可观察到。

凋亡小体形成后可被临近的各种细胞吞噬、消化，如上皮细胞、肌肉细胞等。

5．[答案]A

[题解]大多数情况下，来自细胞外的细胞凋亡诱导因素作用于细胞后可转化为细胞凋亡信号，并通过胞内不同的信号转导途径激活细胞死亡程序。

少数情况下细胞凋亡也可自发产生。

6．[答案]B

[题解]Bcl-2基因是一个存活基因，它的激活表达能抑制凋亡；而野生型P53、Fas、ICE、Bax等基因的激活会诱导凋亡。

7．[答案]A

[题解]抗癌药能诱导肿瘤细胞的凋亡，这本身就是抗癌药治疗的机制之一。

其余四种物质都能抑制凋亡。

8．[答案]A

[题解]半胱氨酸蛋白酶抑制剂能抑制凋亡蛋白酶的活性，因而能抑制细胞的凋亡。

9．[答案]B

[题解]肿瘤除了是一种细胞增殖和分化异常的疾病，还是一种细胞凋亡不足的疾病；细胞凋亡不足导致了肿瘤的发生、增殖和转移。

而其余四种均为细胞凋亡过度的疾病。

10．[答案]E

[题解]动脉粥样硬化的发病过程中，内皮细胞的凋亡过度而平滑肌细胞的凋亡不足。

B、C、D均为细胞凋亡过度的疾病，而A为细胞凋亡不足的疾病。

11．[答案]E

[题解]IL-2是一种细胞凋亡的抑制性因素，它的分泌增多会抑制细胞凋亡，因此不可能参与HIV感染所致的细胞凋亡。

12．[答案]A

[题解]动脉粥样硬化病人血管内皮细胞凋亡过度导致血管内膜的通透性增加，有利于脂质的通过、沉积。

患者平滑肌细胞的凋亡大幅度升高，但平滑肌细胞的增殖活性升高更大，故平滑肌细胞仍以增殖为主。

13．[答案]C

[题解]天然表达和转染表达的Fas对细胞凋亡均有促进作用。

14．[答案]D

[题解]细胞肿胀是细胞坏死的表现，细胞凋亡时体积缩小，表现为细胞固缩。

15．[答案]E

[题解]细胞凋亡时DNA链的断裂发生在核小体的连接区，正因为如此，DNA链的断裂会形成180-200bp或其整数倍长度的片段，电泳时呈“梯状”条带。

16．[答案]D

[题解]开水烫伤引起的是皮肤、粘膜细胞的坏死。

17．[答案]A

[题解]细胞凋亡的主要执行者是内源性核酸内切酶和凋亡蛋白酶，故选A。

18．[答案]B

[题解]TNFα、Fas和糖皮质激素均能能通过神经酰胺信号途径触发细胞凋亡。

19．[答案]D

[题解]氧化应激能激活转录因子AP-1，而不是抑制AP-1。

20．[答案]C

[题解]野生型P53在细胞周期的G1期发挥检查点的功能，负责检查染色体DNA是否有损伤，一旦发现有缺陷且无法修复，则启动细胞凋亡机制。

因此它被称为“分子警察”。

[B型选择题]

A.Bcl-2

B.p53

C.Caspase

D.核酸内切酶

E.IL-2

21.水解细胞蛋白质结构的是:

C

25.可抑制细胞凋亡的基因是:

A

26.可抑制细胞凋亡的细胞因子是:

E

27.可促进细胞凋亡的基因是:

B

[X型选择题]

25．[答案]B、C、D

[题解]动脉粥样硬化病人血管内皮细胞凋亡过度，阿尔茨海默病患者大脑神经元大量凋亡，心肌缺血-再灌注损伤时心肌细胞凋亡过度。

而肿瘤是一种细胞凋亡不足的疾病。

26．答案]A、B、C、D

[题解]Ca2+参与了许多生命活动，细胞内Ca2+浓度升高能通过A、B、C、D等多种方式引起细胞凋亡。

27．答案]A、C、D

[题解]Bcl-2是一种凋亡抑制基因，而A、C、D均为促进凋亡的基因。

28．[答案]A、B、D

[题解]同一种凋亡诱导因素可通过多条信号转导途径触发细胞凋亡，如：

糖皮质激素既可通过神经酰胺信号途径触发细胞凋亡，又能通过Ca2+、cAMP-PKA等信号系统触发细胞凋亡。

29．[答案]A、B、D

[题解]细胞坏死时，线粒体不能保持完整，而是会肿胀、破裂。

30．[答案]B、C、D

[题解]抗癌药能诱导肿瘤细胞的凋亡，这本身就是抗癌药治疗的机制之一。

其余三种物质都是凋亡的抑制性因素。

31．[答案]A、B

[题解]动脉粥样硬化病人血管内皮细胞凋亡过度，平滑肌细胞的凋亡大幅度升高，但平滑肌细胞的增殖活性升高更大，故平滑肌细胞仍以增殖为主。

32．[答案]A、B、D

[题解]Ca2+、cAMP、神经酰胺均为细胞凋亡信号转导过程中常见的第二信使。

33．[答案]A、B、C、D

[题解]教材中以明确列举了A、B、C、D均为心肌缺血与缺血-再灌注损伤的细胞凋亡特点。

34．[答案]B、D

[题解]B、D均能抑制细胞的凋亡。

（四）问答题

1.[答案要点]野生型P53在细胞周期的G1期发挥检查点的功能，负责检查染色体DNA是否有损伤，一旦发现有缺陷就刺激CIP的表达，阻止细胞进入细胞周期，并启动DNA修复机制；如果修复失败，P53则启动细胞凋亡机制。

因此P53有“分子警察”的美誉。

2.[答案要点]①激活P53基因，②活化聚ADP核糖转移酶，③膜脂质过氧化损伤，④激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶，⑤抑制转录因子NF-kB和AP-1，⑥钙超载。

3.[答案要点]①细胞凋亡是一个主动的过程，有新蛋白的合成且耗能，细胞坏死则是一个被动的过程，无新蛋白的合成且不耗能。

。

②细胞凋亡时，DNA片段化，电泳呈“梯”状；细胞坏死时，DNA弥散性降解，电泳呈均一片状。

③细胞凋亡时，胞膜及细胞器相对完整；细胞坏死时，细胞结构全面溶解。

④细胞凋亡时溶酶体相对完整，局部无炎症反应；细胞坏死时溶酶体破裂，局部有炎症反应。

4.[答案要点]①合理利用凋亡相关因素，②干预凋亡信号转导，③调节凋亡相关基因，④控制凋亡相关的酶学机制，⑤防止线粒体跨膜电位下降。

（五）分析题

答题要点：

病人淋巴细胞发生凋亡改变，依据是DNA琼脂糖电泳、电镜检查及核酸内切酶活性测定。

（吴伟康）