血管內皮細胞凋亡機制第1頁/共39頁1980年Furchgott等證實ACh能使血管內皮細胞釋放一種血管舒張物質，稱為內皮舒張因子EDRF。這是內皮細胞產生的又一種活性很強的物質，有舒張血管與抗血小板聚集作用，兼有抗血管平滑肌增生作用。其主要化學本質是一氧化氮（NO）氣體或含有NO的加合物。1981年DeMay與Vanhoutte提出并驗證了與EDRF相對應的內皮收縮因子EDCF的存在。1988年Yanagisawa與Masaki從內皮細胞中分離出一種有極強的收縮血管作用和促血管增生作用的物質，稱為內皮素ET，EDCF之一種。第2頁/共39頁血管內皮細胞產生的活性物質

第3頁/共39頁血管內皮細胞的功能1內皮層不僅僅是血液和組織的屏障，還具有其他多種功能，如減少血管通透性，調節組織與血液的物質交換，防止血漿成分和血液細胞無序地侵入；抗血栓作用，平衡抗血液凝固纖溶系統和抗血小板機能，維持血液的流動性—既有抗凝血功能，又有促凝血功能；第4頁/共39頁血管內皮細胞的功能2調節血管平滑肌功能，合成和分泌調節血管平滑肌舒張和收縮的相關因子（促進平滑肌細胞增殖的物質—PDGF,TGF,FGF,ET,AgII,NPY；抑制平滑肌細胞增殖的物質—肝素類蛋白聚糖，EDRF,PGI2,CGRP）抑制血管壁細胞的游走和增殖血管內皮細胞還能產生多種活性物質，有調節血管張力和血液流動性與粘附性等功能狀態的作用。血管內皮細胞還能攝取轉換或滅活血循環與局部產生的活性物質。第5頁/共39頁血栓形成的三大要素為血管壁損害、血流停滯及血液抗凝系統異常。內皮細胞在正常情況下發揮抗血栓形成作用，維持血液流動性，但在血管抗壁受損和細胞素存在等外部因素作用下，組織因子被激活，內皮細胞抗血栓能力減弱，血栓就容易在血管壁內形成。在某些病理情況下，如內毒素的釋放或細胞素等的刺激亦可活化組織因子，引發彌散性血管內凝血。心肌梗塞，腦梗塞等疾病也是由于血管內皮的破損、脫落而引發血栓。這些情況都與血管內皮細胞抗血栓作用下降有關。第6頁/共39頁APOPTOSISWhatisit?Whyisitimportant?Howisitcontrolled?Whatisitsroleindiseases?第7頁/共39頁APOPTOSISProgrammedcelldeathOrderlycellularselfdestructionProcess:ascrucialforsurvivalofmulti-cellularorganismsascelldivision第8頁/共39頁基本概念凋亡是一種受基因調節的自主控制過程，在生物個體發育和生存中起著非常重要的作用；而壞死則是細胞處于劇烈傷害性條件下發生的細胞死亡。在體內，兩者最大的區別是前者不引起機體炎癥反應，而后者則可引起炎癥反應。因此在生理和絕大多數病理條件下的細胞死亡都呈現凋亡或程序性細胞死亡的典型特征。第9頁/共39頁第10頁/共39頁MorphologicalFeaturesofApoptosis第11頁/共39頁DNAFragmentationAgarosegelelectrophoresis第12頁/共39頁CellsarebalancedbetweenlifeanddeathDAMAGEPhysiologicaldeathsignalsDEATHSIGNALPROAPOPTOTICPROTEINSANTIAPOPTOTICPROTEINS第13頁/共39頁APOPTOSIS:importantinembryogenesisMorphogenesis(eliminatesexcesscells):Selection(eliminatesnon-functionalcells):第14頁/共39頁Apoptosisinthedevelopingmousepaw第15頁/共39頁theeliminationofthetailduringthemetamorphosisofatadpoleintoafrog第16頁/共39頁STAGESOFAPOPTOSISHealthycellDEATHSIGNALCommitmenttodie(reversible)EXECUTION(irreversible)Deadcell(condensed,crosslinked)ENGULFMENTDEGRADATION第17頁/共39頁誘導凋亡的機理

誘導產生凋亡的因素很多，大體上分為以下幾大類--內部信號、外源性信號、凋亡誘導因子，但是它們之間并沒有嚴格的劃分，而是相互協調發揮作用。第18頁/共39頁內部信號

線粒體的功能變化可導致細胞凋亡--線粒體參與了細胞死亡的實時進程(activeprocess)，包括介導和調節細胞凋亡的發生，是一種調節細胞凋亡的細胞器。它可以通過三種方式影響細胞的生存與死亡：線粒體電子傳遞鏈的中斷和能量生成障礙可以直接導致細胞的死亡，線粒體可釋放或激活介導細胞凋亡的蛋白質，還可以通過改變細胞氧化還原的勢能(電位)而影響細胞的命運。第19頁/共39頁外源性信號

啟動凋亡的一條最具特征性的途徑即通過細胞外死亡信號蛋白(TNF-α、FASL、TRAIL、APO-3L)與它們相應的細胞表面受體結合，通過死亡受體的信號轉導包含一套獨特的蛋白，在死亡受體與其相應配體結合后，死亡受體結構域介導蛋白與這些蛋白間相互作用，將細胞內的接頭蛋白募集到細胞膜，誘導細胞凋亡。第20頁/共39頁凋亡誘導因子

凋亡誘導因子(apoptosisinducingfactor，AIF)是一個57kd的黃素蛋白，與細菌氧化還原酶相似，它定位于線粒體雙層膜間區。凋亡誘導因子基因定位于X染色體上，其編碼產物是一種可直接介導細胞核凋亡的效應分子－當凋亡信號刺激時，AIF分子從線粒體釋放到胞漿，然后轉位到細胞核內，引起染色體核周邊凝集和DNA呈大片段斷裂(～50kb)。該作用是AIF獨立作用的結果，可以不依賴caspase-3的活性。因此AIF介導的細胞凋亡可能代表了獨立于caspase通路之外的另一條更原始、更保守的凋亡途徑。第21頁/共39頁Apoptosiscanbeactivatedinseveralways第22頁/共39頁第23頁/共39頁對凋亡的基因調控分為兩類，一是直接調控，如癌基因等直接控制凋亡的發生發展；另一是間接調控，如生物活性分子通過誘導基因的表達來調控。細胞凋亡相關的基因有：凋亡誘導基因，如p53、Fas、ICE、rpr、Bcl-xs、Bax、Bak、Bad、bid、bik等；凋亡抑制基因，如Bcl-2(B淋巴細胞瘤基因-2)、IAP家族(生存素)、Bcl-xl、Al、Bcl-w、Mcl、BAG-1等。Bcl-2家族包括了抗凋亡成分Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-W和Mcl-1以及促凋亡成分Bax、Bak和Bok

基因調控第24頁/共39頁影響MTP(微粒體甘油三酯轉運蛋白?)的開放以及cytc和AIF的釋放。抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL等可以抑制MTP的功能，減少cytc和AIF的釋放，并通過與線粒體內膜控制離子轉運的蛋白發生功能性或生理性的聯系，導致氫離子從線粒體中泵出，抑制由于呼吸鏈脫耦聯所導致的基質鈣離子的釋放，提高線粒體的鈣緩沖能力。促凋亡蛋白Bax等則可以促進MTP的功能，增加cytc和AIF的釋放，從而介導凋亡的發生。Bcl-2家族第25頁/共39頁caspases細胞凋亡與細胞內半胱氨酸蛋白水解酶(caspases)家族有關，caspases的激活可觸發細胞的凋亡，但抑制caspases的作用并不能完全阻斷由促凋亡因子引起的細胞凋亡。一些促凋亡基因如Bax(以線粒體膜為靶子的哺乳細胞蛋白)即使在caspases失活的情況下，仍可介導線粒體的損傷和細胞凋亡。第26頁/共39頁Caspasesarepresentineverycellasinactiveenzymescalledpro-caspase第27頁/共39頁Caspasesareactivatedincascadesthatleadtoextensivecellulardegradation第28頁/共39頁Mechanismofcytochromecrelease:MitochondrialpermeabilitytransitionporeAdeninenucleotidetransporterPorinOutermitochondrialmembraneInnermitochondrialmembraneWater,solutesApoptoticTriggerVolumedysregulationExpansionofmatrixspacecytochromeccaspaseactivators

DyDisruptionofelectrontransport第29頁/共39頁CaspaseactivationbymitochondriaCelldeathtriggersOxidants,calciumBax,ceramideChannelsopen,outermembraneintactMatrixswelling,outermembranerupturesCytochromecCytochromec&othercaspaseactivatorsNecrosisATP,Dy

ROSInactiveApaf-1ActiveApaf-1Caspase9CaspasesactivatedApoptosis第30頁/共39頁

細胞凋亡的檢測方法

第31頁/共39頁APOPTOSIS:controlReceptorpathway(physiological):Deathreceptors:(FAS,TNF-R,etc)FASligandTNFDeathdomainsAdaptorproteinsPro-caspase8(inactive)Caspase8(active)Pro-executioncaspase(inactive)Executioncaspase(active)DeathMITOCHONDRIA第32頁/共39頁APOPTOSIS:controlIntrinsicpathway(damage):MitochondriaCytochromecreleasePro-caspase9cleavagePro-executioncaspase(3)cleavageCaspase(3)cleavageofcellularproteins,Nucleaseactivation,Etc.DeathBAXBAKBOKBCL-XsBADBIDBIKBIMNIP3BNIP3BCL-2BCL-XLBCL-WMCL1BFL1DIVANR-13Severalviralproteins第33頁/共39頁APOPTOSIS:control

PhysiologicalIntrinsicreceptorpathwaydamagepathwayMITOCHONDRIALSIGNALSCaspasecleavagecascadeOrderlycleavageofproteinsandDNACROSSLINKINGOFCELLCORPSES;ENGULFMENT(noinflammation)第34頁/共39頁APOPTOSIS:RoleinDisease

TOOMUCH:組織萎縮TOOLITTLE:增生NeurodegenerationThinskinetcCancerAthersclerosisetc第35頁/共39頁APOPTOSIS:RoleinDiseaseNeurodegenerationNeuronsarepost-mitotic(cannotreplacethemselves)Neuronaldeathcausedbylossofproperconnections,lossofpropergrowthfactors(e.g.NGF),damage(especiallyoxidativedamage)Neuronaldysfunctionordamageresultsinlossofsynapses(synaptosis;reversible)apopsosis(irreversible)PARKINSON'SDISEASEALZHEIMER'SDISEASEHUNTINGTON'S