一、概念：

由内外源因素触发细胞内固有的死亡程序而导致细胞死亡的方式。是一种主动有序的“细胞自杀”过程。
细胞凋亡是通过细胞固有的遗传调控通路诱导细胞死亡；凋亡是阻止具有恶性转化潜能细胞增殖的必要机制

特点：
① 细胞皱缩(shrinkage)；
② 染色质固缩(condense)、碎裂(fragmentation) ，DNA片段化；
③ 凋亡小体形成， 被周围细胞吞噬；
④ 膜结构保持完整，溶酶体活性不增加。

二、细胞凋亡的生理意义
1.  确保器官、组织的正常发育、生长。 如：指（趾）间隙的形成
2.  维持内环境稳定。如：清除受损、突变或衰老的细胞
3.  防御功能。如：使受到病毒感染的细胞凋亡

细胞凋亡过程
 

三、细胞凋亡的信号通路

●  外部通路——死亡受体途径

●  内部通路——线粒体途径

1.  凋亡的外部通路——死亡受体途径
通过与相应配体结合，传递凋亡信号的膜蛋白，属于肿瘤坏死因子受体(TNFR)超家族，具有一个富含半胱氨酸的胞外结构域和一个同源的胞浆序列(死亡结构域DD)。

死亡诱导信号复合物(DISC, death-inducing signaling complex)

凋亡的外部通路——死亡受体途径

1.  FasL--Fas--FADD
2.  TNF--TNFR1--TRADD--FADD
3.  APO-3L-DR3--TRADD--FADD

凋亡的外部通路——死亡受体途径
 

2.  内部通路——线粒体凋亡通路：

Bcl-2家族——killers & protectors
Bcl-2（B cell lymphoma/Leukemia-2）：第一个被确认的抑制凋亡的癌基因，最初发现于B细胞非霍奇金氏淋巴瘤，属于Bcl-2家族成员．
主要分布于线粒体内膜、细胞膜内表面、核膜及部分内质网中。

Bcl-2家族成员共分三类：
① Bcl-2样生存因子
② Bax样死亡因子
③ BH3-only死亡因子

Bcl-2样生存因子(Bcl-2, Bcl-XL, Mcl-1…)
 

Bax样死亡因子(Bax,Bak, Bcl-XS…)

BH3-only 死亡因子(Bad, Bid, Noxa, Puma…)
 

Bcl-2家族在线粒体凋亡通路中的作用

●  Bcl-2家族蛋白的结构与能形成离子通道的一些毒素非常相似，能插入膜结构中形成较大的通道。

●  Bcl-2家族蛋白能调节线粒体PT孔（permeability transition pore）的开放和关闭
促凋亡蛋白Bax等可以通过与线粒体内膜上的腺苷酸转运蛋白(ANT)或线粒体外膜上的电压依赖的阴离子通道(VDAC)或称孔蛋白的结合介导PT孔的开放；
抗凋亡类蛋白如Bcl-2、Bcl-xL等则与Bax竞争性地与ANT结合，或者直接阻止Bax与ANT、VDAC的结合。

线粒体产物－－细胞色素C的释放

●  线粒体PT孔主要由位于内膜的腺苷转位因子（ANT）和位于外膜的电压依赖性阴离子通道（VDAC）等蛋白所组成，PT孔开放会引起线粒体跨膜电位下降和细胞色素c等释放。

●  细胞色素C主要是通过线粒体PT孔或Bcl-2家族成员形成的线粒体跨膜通道释放到细胞质，介导凋亡体的组装。

●  Smac能通过N端的几个氨基酸与IAPs（凋亡抑制蛋白）的BIR结构域结合，从而解除IAP对Caspase的抑制；

●  AIF（依赖于黄素的一种氧化还原酶）：则引起核固缩和染色质断裂，DNA高分子量片段化质膜上磷脂酰丝氨酸外翻；

●  核酸内切酶G可以使DNA片段化。即使在Caspase不参与的情况下，由线粒体途径仍可引起细胞DNA片段化和凋亡。

线粒体凋亡通路
通道蛋白： VDAC：线粒体外膜上的电压依赖的阴离子通道或称孔蛋白
ANT：线粒体内膜上的腺苷酸转运蛋白

凋亡体(apoptosome)
 

细胞凋亡的外部通路和内部通路的crosstalk
 

Hengartner, M.O. 2000. Nature. 407:770.

Green, D. and Kroemer, G. 1998. Trends Cell Biol. 8:267.

p53与死亡外部和内部通路之间的相互作用
 

凋亡抑制蛋白家族（Inhibitor of Apoptosis protein，IAP）

●  直接与caspase结合，抑制其功能；

●  泛素化水解procaspase或活化的caspase；

●  Caspase非依赖途径：激活JNK1和NFκB。

细胞凋亡执行者——Caspase酶系
全称：cysteine aspartyl-specific proteases；属于半胱氨酸蛋白酶；
特性：

●  以无活性的酶原形式(procaspase)合成；包括原域和蛋白酶域，后者由大、小亚基组成；根据原域长度，分为长原域和短原域组，前者见于凋亡起始组，含有死亡效应域（DED）或caspase募集域（CARD），后者则见于凋亡效应组；

●  激活形式: caspase介导的各结构域间的蛋白酶解；α2β2 tetramer，两个大亚基和两个小亚基

Caspase酶系
特性：严格的底物特异性，即特异地剪切天冬氨酸残基后的肽键，酶切位点N侧的4个氨基酸残基的序列及其结构也非常重要；不同caspase识别的四肽序列不同
上百种底物，例如：

●  酶切ICAD （inhibitor of caspase-activated DNase） ，释放CAD，介导DNA降解

●  核纤层（lamina）蛋白，细胞骨架蛋白：导致细胞解体，形成凋亡小体

●  激活其他的caspase

●  细胞凋亡的抑制物，如Bcl-2

Caspase 如何杀死细胞？

●  使抑制凋亡因子失活，如CAD/ICAD

●  破坏细胞结构，如Lamina

●  将调节区与催化区分离，使蛋白失活，如Gelsolin

细胞凋亡发生的事件和进程
 

细胞凋亡与肿瘤耐药

●  多数情况下，肿瘤耐药是选择(selection)的结果

●  肿瘤细胞原发性的拥有、或治疗后产生的一些凋亡因子的突变或功能削弱，导致存活或增殖率提高、凋亡不充分(原发性耐药/继发性耐药)。

非凋亡细胞死亡

●  Autophagy(自噬): an intracellular degradation system that delivers cytoplasmic constituents to the lysosome

●  Autosis: Na+,K+-ATPase–regulated form of cell death triggered by autophagy-inducing peptides, starvation, and hypoxia–ischemia

●  Entosis: the invasion of a living cell into another cell's cytoplasm

●  Necroptosis(坏死性凋亡): a programmed form of necrotic cell death.

自噬（autophagy）
是将细胞内受损、变形、衰老或失去功能的蛋白质以及细胞器运输到溶酶体，并进行消化和降解的过程

自噬的一般过程

坏死性凋亡(Necroptosis)
 

校对：小全  2019年11月4日