1.14 第十三章 细胞死亡

第十三章 细胞死亡

大纲要求

1.掌握细胞死亡的概念和细胞死亡类型。

2.掌握细胞凋亡的概念。

3.熟悉细胞凋亡与细胞坏死的主要特征及其区别。

4.熟悉细胞凋亡的机制、生物学意义和细胞凋亡的主要检测方法。

5.了解细胞凋亡与疾病的关系。

重点和难点

1.重点

(1)细胞死亡的概念和细胞死亡类型。

(2)细胞凋亡的概念。

(3)细胞凋亡与细胞坏死的区别。

2.难点

(1)细胞凋亡的机制。

(2)细胞凋亡的主要检测方法。

内容精要

一、细胞死亡

1.是细胞一个生命周期的归宿,是细胞生命现象不可逆的停止。

2.根据细胞死亡的模式不同,可分为坏死和凋亡。

3.细胞坏死是病理过程,而细胞凋亡是一个主动的由基因决定自动结束生命的过程。

二、比较细胞凋亡与细胞坏死

细胞凋亡与细胞坏死的比较见下表:

img16

三、细胞凋亡的检测方法

1.细胞凋亡的形态学检测:染色法、透射和扫描电镜观察。

2.Annexin V法检测:根据凋亡细胞DNA断裂和丢失,采用碘化丙啶使DNA产生激发荧光,用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细胞,同时又能观察细胞的周期状态。

3.DNA片段化检测:DNA片段呈现出梯状条带。

4.TUNEL法:即DNA断裂的原位末端标记法。

5.胱冬肽酶-3活性的检测。

6.线粒体膜势能和细胞色素C的检测。

四、细胞凋亡的机制

1.死亡受体介导细胞凋亡:FasL-Fas系统介导的细胞凋亡和肿瘤坏死因子α-肿瘤坏死因子受体1(TNFα-TNFR1)系统介导的细胞凋亡。

2.线粒体介导细胞凋亡:通过Ca2+释放、质子渗漏和细胞色素C的释放激活胱冬肽酶,实现细胞凋亡。

3.内质网介导细胞凋亡:非折叠蛋白反应和Ca2+起始信号等。

4.多种基因及基因家族参与细胞凋亡的调控,其中包括胱冬肽酶基因家族、bcl-2基因家族、p53基因、Fas/Apo基因及c-myc基因等。

综合练习题

一、名词解释

1.细胞死亡(cell death)

2.程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD)

3.凋亡小体(apoptotic body)

4.胱冬肽酶蛋白家族(caspase family)

5.坏死(necrosis)

二、填空题

1.根据细胞死亡的模式不同,可分为_______和_______两种类型。

2.中性红染色时活细胞_______,死细胞_______;台盼蓝染色时活细胞_______,死细胞_______。

3.细胞凋亡表现出与细胞坏死的不同特征,主要是染色质_______,胞质凝缩,最后核断裂,细胞通过出芽的方式形成许多_______,线粒体_______,溶酶体活性_______。细胞凋亡的生物学意义在于_______,_______和_______。

三、是非题

1.引发死亡的内因通常指衰老所导致的自然死亡,外因则指外界环境对细胞的伤害。

2.PCD的最终结果是细胞凋亡,但细胞凋亡并非都是程序化的。

3.细胞坏死表现为核固缩、细胞器膜完整、一般有炎症反应。

4.在细胞培养中判断细胞死亡的常用方法是看是否形成集落,或用台盼蓝活体染色。

5.神经退行性疾病属于细胞凋亡减少有关疾病。

6.c-myc在转录过程中可以激活启动而诱导细胞周期进程和分化,不具备抑制作用。

7.p53基因是一种抑癌基因,也是凋亡相关基因。

8.Bcl-2家族成员中抑制凋亡的蛋白与促进凋亡的蛋白可形成异二聚体。

9.死亡受体属于TNF基因家族,其共同特征是都有富含半胱氨酸的死亡结构域。

10.线粒体功能障碍除能直接诱导细胞凋亡外,还可间接引起细胞凋亡。

四、选择题

(一)单选题

1.下列不是细胞凋亡特征的是

A.染色质聚集    B.胞质凝缩    C.凋亡小体

D.溶酶体活性增加  E.线粒体无变化

2.DNA凝胶电泳图谱显示特异性梯状电泳见于

A.凋亡细胞     B.衰老细胞    C.坏死细胞

D.肿瘤细胞     E.干细胞

3.台盼蓝可将死亡细胞染成

A.红色       B.蓝色      C.不着色

D.紫色       E.褐色

4.中性红染色则将死亡细胞染成

A.红色       B.蓝色      C.不着色

D.紫色       E.褐色

5.下列不是细胞凋亡增加的有关疾病

A.艾滋病      B.神经退行性疾病  C.血细胞疾病

D.心肌梗死     E.肿瘤

6.关于细胞凋亡的描述正确的是

A.是一种病理过程   B.是由意外事件引起的细胞损伤造成的

C.是细胞坏死     D.是基因控制细胞自我消亡的过程

E.与炎症反应有关

7.迅速判断细胞是否死亡的方法是

A.形态学改变     B.功能状态检测   C.活体染色法

D.繁殖能力测定    E.内部结构观察

8.细胞凋亡时DNA发生断裂,形成约什么bp核小体整倍数的核酸片段

A.30      B.150C.200

D.500      E.300

9.动物细胞中与线虫ced-3同源的编码细胞死亡的基因是

A.ICE      B.bcl-2C.p53

D.Fas      E.Fas-1

10.下列可促进细胞凋亡作用的基因有

A.Bcl-2     B.Bcl-w     C.Bax

D.Bcl-xL     E.Mcl-1

11.关于Fas和Fas-L的描述正确的是

A.Fas又称CD30

B.Fas-L是Fas的受体

C.Fas-L是TNF家族成员之一

D.Fas-L是死亡受体家族之一

E.Fas-L的编码产物为相对分子质量45 000的跨膜蛋白

12.关于c-myc的描述错误的是

A.c-myc的主要作用是参与转录

B.c-myc可引起细胞进入凋亡状态

C.c-myc可促进细胞增殖和分裂

D.c-myc是抑癌基因

E.是凋亡激活因子也是抑制因子

13.在培养细胞中判断细胞死亡常用的方法是

A.形态     B.形成集落的能力    C.营养状况

D.生长密度   E.大小

14.既能促进细胞增殖,又能诱导细胞凋亡的基因是

A.c-myc    B.RB     C.p53

D.ras     E.Fas-L

15.下列对细胞凋亡描述正确的是

A.细胞膜不能保持完整性    B.细胞质内溶酶体解体

C.线粒体肿胀         D.核酸内切酶活化

E.核膜破裂,核组分散出

(二)多选题

16.细胞凋亡的生物学意义在于

A.参与两栖类动物的变态发育

B.清除衰老和损伤的细胞

C.参与淋巴细胞的发育分化

D.参与帕金森病等老年病的发病过程

E.参与炎症反应

17.细胞凋亡减少的有关疾病

A.艾滋病       B.肿瘤   C.红斑狼疮

D.神经退行性疾病   E.病毒性疾病

18.凋亡相关基因包括

A.胱氨酸酶基因家族     B.bcl-2基因家族

C.Fas      D.p53       E.c-myc

19.下列关于bcl-2家族描述正确的是

A.包括促进和抑制凋亡的两大类蛋白

B.促进凋亡的蛋白和抑制凋亡的蛋白可形成异二聚体

C.通过甲基化和去甲基化修饰活性

D.可通过改变线粒体的通透性调节细胞的凋亡

E.Bax是抑制细胞凋亡基因

20.细胞凋亡和细胞坏死的区别包括

A.前者是由基因控制的主动过程,后者是被动的

B.前者需要效应蛋白,后者不需要

C.前者细胞体积变小,后者细胞肿胀变大

D.前者有炎症反应,后者没有炎症反应

E.前者细胞器一般完整,后者则多损伤丢失

21.下列属于细胞坏死特征的是

A.膜破裂、胞质逸出   B.引起炎症反应  C.特异性梯状电泳

D.细胞核固缩      E.细胞器一般完整

22.下列关于凋亡小体的特征描述正确的是

A.具有完整的膜结构

B.膜的完整性不能保持

C.可被邻近细胞吞噬消化

D.内容物除完整的细胞器,还有凝缩的染色体

E.线粒体无变化

23.细胞凋亡DNA降解特点不包括

A.染色质DNA断裂的位置多位于核小体连接部位

B.染色质DNA片段大小是有规律的

C.DNA片段有膜包被

D.凝胶电泳图谱呈梯状

E.断裂的原因是核酸内切酶的活化

24.在线粒体介导的细胞凋亡中起到关键作用的因素包括

A.Ca2+的释放         B.质子的渗漏

C.细胞色素C的释放       D.Fas和Fas-L

E.TNF

25.下列关于胱冬肽酶的描述正确的是

A.所有的胱冬肽酶均以酶原形式合成

B.不同的胱冬肽酶有各自底物的特异性

C.不同的胱冬肽酶在凋亡信号转导途径中执行不同的功能

D.胱冬肽酶-3抑制凋亡

E.胱冬肽酶-2执行凋亡

五、简答题

1.简述细胞凋亡的形态特征。

2.试比较细胞凋亡和细胞坏死的区别。

3.简述细胞凋亡的生物学意义。

4.如何判断细胞死亡?

5.至少写出4种细胞凋亡的检测方法。

六、论述题

试述细胞凋亡的相关机制。

参考答案

一、名词解释

1.是细胞生命现象不可逆的停止。

2.在生物发育过程中,细胞在特定的地点、特定的时间发生的死亡,是生理性的、预先设定好的死亡方式。

3.凋亡细胞的染色质凝聚并裂解形成碎片,且细胞膜出现凹陷、分割、包裹,最终形成大小不等的内含胞质、细胞器及染色质碎片的膜包小体,称为凋亡小体。

4.是存在于胞质中的一组半胱氨酸蛋白酶,能特异的断开半胱氨酸后面的肽键,结果或是活化某种蛋白,或是使某种蛋白失活,在凋亡信号途径中执行不同的功能。

5.极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激,导致细胞质膜完整性丧失、内容物外泄而溶解死亡,表现为细胞膜破损、细胞器破碎、细胞内容物外泄、炎症反应发生。

二、填空题

1.坏死 凋亡

2.红色 不着色 不着色 蓝色

3.聚集分块 凋亡小体 不变化 不增加 参与胚胎发育 清除衰老死亡细胞 参与免疫系统

三、是非题

1.√2.√3.╳4.√5.╳6.╳7.√8.√9.╳10.√

四、选择题

1.D 2.A 3.B 4.C 5.E

6.D 7.C 8.C 9.A 10.C

11.C 12.D 13.B 14.A 15.D

16.A、B、C、D17.B、C、E 18.A、B、C、D、E 19.A、B、D

20.A、B、C、E 21.A、B 22.A、C、D、E23.A、B、C、D、E

24.A、B、C 25.A、B、C

五、简答题

1.主要是染色质聚集、分块、位于核膜上,胞质凝缩,最后核断裂,细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体;凋亡小体内有结构完整的细胞器,还有凝缩的染色体,可被邻近细胞吞噬消化,因始终有膜封闭,没有内容物释放,故不会引起炎症;线粒体无变化,溶酶体活性不增加;核酸内切酶活化,导致染色质DNA在核小体连接部位断裂,形成约200bp核小体整倍数的核酸片段,凝胶电泳图谱呈梯状。

2.细胞凋亡与细胞坏死的比较见下表:

img17

3.细胞凋亡几乎参与和影响所有胚胎的发育,不但参与清除胚胎发育过程中错位、迷途、多余的细胞,而且在动物组织器官形成及变态发育过程中起重要作用:可清除衰老和损伤细胞、抵御外界因素干扰、维持机体环境稳定;另外,还参与了许多年龄相关疾病的发病过程,如帕金森病、阿尔茨海默病等;淋巴细胞的发育分化、成熟过程中的阳性选择和阴性选择涉及了复杂的细胞凋亡过程。

4.以形态学的改变为指标,但更重要的依据是看其是否具有功能及繁殖能力。在培养细胞中常用的方法是看它是否还具有形成集落的能力,不能形成集落的细胞最终必然死亡。有时为了迅速判断细胞是否死亡,可以用台盼蓝或中性红等染料进行活体染色:台盼蓝可将死亡细胞染成蓝色,而存活细胞则不着色,呈透明无色状;中性红染色则将活细胞染成红色,死细胞不着色。

5.细胞凋亡的形态学检测:应用电镜可观察到凋亡小体的存在。

(1)Annexin V法检测:用碘化丙啶使DNA产生激发荧光,用流式细胞仪可检测凋亡的细胞。

(2)DNA片段化检测;常规方法分离、提纯细胞DNA,进行琼脂糖凝胶和EB染色,在凋亡细胞群中可观察典型的梯形电泳图谱。

(3)TUNEL法:对DNA分子3-OH断裂缺口进行原位标记,并用显微镜观察标记物的存在;胱冬肽酶3活性的检测。

(4)线粒体膜势能和细胞色素C的检测。

六、论述题

多细胞个体在凋亡过程中大多拥有相似的酶反应过程。死亡受体和线粒体介导的两条通路是经典的细胞凋亡信号传导通路,此外还有近来研究发现的过度内质网应激启动的细胞凋亡信号传导通路。死亡受体介导的细胞凋亡:FasL-Fas系统介导和TNFα-TNFR1系统介导。线粒体介导的细胞凋亡:死亡信号诱使线粒体渗透性转换孔开启,导致了线粒体跨膜电位的崩解,从而使凋亡相关活性物质释放,并继而对胱冬肽酶激活是细胞凋亡实现的最基本的生物化学途径。其中,Ca2+的释放、质子的渗漏以及细胞色素C的释放等都起到关键的作用。线粒体释放的另一凋亡诱导因子是凋亡诱导因子。另外,线粒体功能障碍除导致自由基产生增加、兴奋性氨基酸释放增多、Ca2+超载而引起细胞凋亡外,同时还能直接诱导细胞凋亡。内质网介导的细胞凋亡:引发内质网介导的细胞凋亡这一信号传导通路包括非折叠蛋白反应和Ca2+起始信号等机制。凋亡相关基因:在细胞凋亡的分子生物学研究过程中,发现了有多种基因及基因家族参与细胞凋亡的调控,其中包括胱冬肽酶基因家族、bcl-2基因家族、p53基因、Fas/Apo基因及c-myc基因等。

(潍坊医学院 于文静 潘智芳)