一."细胞凋亡"概念:
细胞凋亡是基因调控的主动过程，典型的细胞凋亡过程涉及一系列胱天蛋白酶（caspase）的水解、活化和信号传递过程。细胞凋亡一词最早是由英国科尔等于1972年提出的。
一).正常情况下:
细胞凋亡与胚胎发育、组织发生、组织分化和修复等过程有紧密的联系。为适应发育或组织更新的需要，机体中的细胞会在某些特定的时刻发生凋亡。例如:
1.人的唯一透明组织——眼球晶状体的发育，在胎儿形成早期阶段，由干细胞发育来的晶状体细胞与其他所有细胞一样都含有细胞器，但随着发育和分化的进展，晶状体细胞发生特殊形式的凋亡，胞质中的细胞核和细胞器被毁坏，只保留完整的细胞膜，细胞膜内包裹着极浓稠的“晶状体蛋白质”溶液，成为成熟的晶状体。
2.人的皮肤外层细胞的形成过程中，皮肤细胞生成于皮肤深层，然后慢慢向外表面迁移，迁移途中有些会发生凋亡，凋亡细胞就会形成具有保护作用的皮肤角质层。
3.人类胎儿期肾上腺皮质的发育中，胚胎期肾上腺皮质原由胎儿皮质和永久皮质两部分组成，但在胎儿出生后，其胎儿皮质细胞即发生凋亡，一周内全部消失，只留下永久皮质。
4.在成年阶段，细胞凋亡机制也是机体用于清除体内多余的、受损的、癌变的或被微生物感染的细胞的重要手段。如T淋巴细胞在胸腺成熟过程中，约有95%以上不成熟的细胞发生凋亡，只有不到5%的细胞分化为成熟的T淋巴细胞进入外周血，并发挥其免疫学功能。因此，细胞凋亡具有保证个体正常发育、维持正常生理功能，并使机体适应内外环境变化的重要生理意义。
注:希腊语中，apo的意思是脱离，ptosis的意思为落下，将这两个词组合（apoptosis）用来描述与秋叶落下和花儿凋谢类似的细胞死亡现象。
二).病理情况下:
细胞凋亡调节失控或错误将会引起生物体的发育异常、功能紊乱和严重疾病。
1.与细胞凋亡相关的疾病如滤泡性淋巴瘤、乳腺癌和白血病等恶性肿瘤，系统性红斑狼疮和肾炎等自身免疫性疾病，腺病毒和疱疹病毒感染的疾病等，均与细胞凋亡缺陷（“该死不死”）有关；
2.而阿尔茨海默病、帕金森氏病和小脑退化症等神经退行性疾病、骨髓发育不全性疾病、缺血性损伤和酒精中毒性肝炎等则与细胞凋亡过度（“不该死的死了”）有关。
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二."细胞自噬"概念
60年代即已发现细胞自噬"现象，它是指细胞内的溶酶体降解自身细胞器和其他大分子的过程。当细胞在缺乏营养或发生应激反应时，可发生细胞自噬现象。
一).正常情况下:
1.细胞开始自噬时，细胞质中形成大量由双层膜包裹着的待降解物质的泡状结构，称自噬泡。随后，自噬泡与溶酶体发生融合，自噬泡所包裹着的待降解物质进入溶酶体，此时的溶酶体称作自噬溶酶体。在自噬溶酶体中，待降解物质在各种酶的作用下分解成氨基酸和核苷酸等，并进入三羧酸循环，产生小分子和能量（ATP），再被细胞所利用。
2.因此，长期以来细胞自噬被认为是细胞的自救行为，溶酶体参与其中的全过程。但近年发现，在某些条件下，细胞自噬也能导致细胞死亡，并证明自噬的发生受多种基因的严格调控，如ATG（autophagy）基因、蛋白激酶基因和磷酸酶基因等。
3.自噬也是细胞适应内外环境或满足自身发育需要的一种调节方式。
二).病理情况下:
细胞自噬与疾病的发生发展有密切的关系。
1.在机体受到脊髓灰质炎病毒和SARS冠状病毒等病原体感染时，细胞自噬具有双重作用。一方面，细胞自噬能将进入胞内的病原体，通过降解作用加以清除，保护正常细胞不被感染；另一方面，细胞自噬形成的自噬泡双层膜结构成为病毒或细菌的“避难所”，使其逃避宿主的清除作用。
2.在心肌和骨骼肌中，过度自噬会导致α-葡糖苷酶缺失，引起糖原分解障碍，使糖原发生堆积，导致Ⅱ型糖元贮积病的发生。在神经细胞中变性蛋白的过度堆积是帕金森病、阿尔茨海默病和亨廷顿病等神经退行性疾病的主要病理特征。患病早期，被激活的细胞自噬行为能清除这些变性蛋白，但随着病情的发展，当变性蛋白的积累速率超过自噬的清除能力，就会引起自噬的过度激活，发生自噬性细胞死亡，加重病情发展。
3.在肿瘤恶性病变中，癌细胞是正常机体中的异质细胞，其中的某些基因受环境的改变或抗癌药物的诱导可激活细胞自噬，抑制癌细胞的增殖。但在肿瘤发生初期，由于癌前细胞的快速增长，会造成营养和氧气供应不足，细胞自噬作用可通过降解大分子或细胞器给肿瘤细胞补充营养，从而使肿瘤细胞存活和增殖。最新的研究表明，细胞自噬与衰老也有密切关系。因此，细胞自噬对人类健康是一把双刃剑。
链接:http://www./artdetail.asp?name=1003
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2010-08-29 07:20
链接:http://news.dxy.cn/bbs/topic/18122814?tpg=1&age=0
Yongqiang Chen, Meghan B. Azad, Spencer B. Gibson:Methods for detecting autophagy and determining autophagy-induced cell death;Can. J. Physiol. Pharmacol. 88(3): 285–295 (2010)
检测细胞自噬和确定其诱导细胞死亡的方法
HUABIN 初译稿
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Abstract:
Autophagy is an intracellular lysosomal degradation process, which in the case of macroautophagy, is characterized by the formation of double-membraned autophagosomes.
Enhanced under stress conditions, autophagy can function to promote cell survival or cell death depending on the type of cellular stress.
摘要：
细胞自噬是一种细胞内溶酶体降解之过程，在“巨自噬（macroautophagy）”情况下，它具有能形成双层膜自噬体之特点。
在增加刺激条件下，细胞自噬可依据细胞刺激类型不同，或促进细胞存活或导致细胞死亡。
Interest in autophagy has increased substantially in the past several years as new research implicates this “self-eating” pathway in cell growth, development, and many human diseases.
Various methods have been developed for detecting autophagy; however, the implementation of these methods and the interpretation of the results often vary between studies, and a more standardized approach is required.
在过去数年中，人们已大幅度地增加了对“细胞自噬”领域之新的研究，其暗示在细胞生长发育和许多人类疾病中，存在这种“自食”通道。
为了检测细胞自噬，人们已开发出各种方法；然而，这些方法的实施及其结果的解释，往往在各个研究之间存在很大的差异，因此必须有一个更加规范的做法。
In this review, we summarize the current methods available for detecting autophagy and for determining its contribution to cell death.
Furthermore, we discuss the critical points for the successful application of these methods based on experiences from our laboratory and from other research groups.
在这篇综述中，我们总结了能用于检测细胞自噬的各种现代方法，以便确定细胞自噬对于细胞死亡的作用。
此外，基于我们的实验室和其他研究小组之经验，我们讨论了成功应用这些方法之一些关键问题。
Key words: autophagy, autophagic cell death, apoptosis, necrosis, mitotic cell death, cell death
关键词:自噬，细胞自噬死亡，细胞凋亡，坏死，有丝分裂细胞死亡，细胞死亡
HUABIN 于2010.8.27 子夜 (初译稿)
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2010-08-29 10:51
五.细胞凋亡的过程及机理
链接:http://baike.baidu.com/view/24139.htm
细胞凋亡的过程大致可分为以下几个阶段： 接受凋亡信号→凋亡调控分子间的相互作用→蛋白水解酶的活化（Caspase）→进入连续反应过程
1．凋亡的启动阶段
细胞凋亡的启动是细胞在感受到相应的信号刺激后胞内一系列控制开关的开启或关闭，不同的外界因素启动凋亡的方式不同，所引起的信号转导也不相同，客观上说对细胞凋亡过程中信号传递系统的认识还是不全面的，目前比较清楚的通路主要有：
1）细胞凋亡的膜受体通路：
各种外界因素是细胞凋亡的启动剂，它们可以通过不同的信号传递系统传递凋亡信号，引起细胞凋亡，我们以Fas -FasL为例：
Fas是一种跨膜蛋白，属于肿瘤坏死因子受体超家族成员，它与FasL结合可以启动凋亡信号的转导引起细胞凋亡。它的活化包括一系列步骤：首先配体诱导受体三聚体化，然后在细胞膜上形成凋亡诱导复合物，这个复合物中包括带有死亡结构域的Fas相关蛋白FADD。 Fas又称CD95，是由325个氨基酸组成的受体分子，Fas一旦和配体FasL结合，可通过Fas分子启动致死性信号转导，最终引起细胞一系列特征性变化，使细胞死亡。Fas作为一种普遍表达的受体分子，可出现于多种细胞表面，但FasL的表达却有其特点，通常只出现于活化的T细胞和NK细胞，因而已被活化的杀伤性免疫细胞，往往能够最有效地以凋亡途径置靶细胞于死地。 Fas分子胞内段带有特殊的死亡结构域（DD, death domain）。三聚化的Fas和FasL结合后，使三个Fas分子的死亡结构域相聚成簇，吸引了胞浆中另一种带有相同死亡结构域的蛋白FADD。FADD是死亡信号转录中的一个连接蛋白，它由两部分组成：C端（DD结构域）和N端（DED）部分。DD结构域负责和Fas分子胞内段上的DD结构域结合，该蛋白再以DED连接另一个带有DED的后续成分，由此引起N段DED随即与无活性的半胱氨酸蛋白酶8（caspase8）酶原发生同嗜性交联，聚合多个caspase8的分子，caspase8分子逐由单链酶原转成有活性的双链蛋白，进而引起随后的级联反应，即Caspases，后者作为酶原而被激活，引起下面的级联反应。细胞发生凋亡。因而TNF诱导的细胞凋亡途径与此类似
2）细胞色素C释放和Caspases激活的生物化学途经
线粒体是细胞生命活动控制中心，它不仅是细胞呼吸链和氧化磷酸化的中心，而且是细胞凋亡调控中心。实验表明了细胞色素C从线粒体释放是细胞凋亡的关键步骤。释放到细胞浆的细胞色素C在dATP存在的条件下能与凋亡相关因子1（Apaf-1）结合，使其形成多聚体，并促使caspase-9与其结合形成凋亡小体，caspase-9被激活，被激活的caspase-9能激活其它的caspase如caspase-3等，从而诱导细胞凋亡。此外，线粒体还释放凋亡诱导因子，如AIF，参与激活caspase。可见，细胞凋亡小体的相关组份存在于正常细胞的不同部位。促凋亡因子能诱导细胞色素C释放和凋亡小体的形成。很显然，细胞色素C从线粒体释放的调节是细胞凋亡分子机理研究的关键问题。多数凋亡刺激因子通过线粒体激活细胞凋亡途经。有人认为受体介导的凋亡途经也有细胞色素C从线粒体的释放。如对Fas应答的细胞中，一类细胞（type1）中含有足够的胱解酶8 （caspase8）可被死亡受体活化从而导致细胞凋亡。在这类细胞中高表达Bcl-2并不能抑制Fas诱导的细胞凋亡。在另一类细胞（type2）如肝细胞中，Fas受体介导的胱解酶8活化不能达到很高的水平。因此这类细胞中的凋亡信号需要借助凋亡的线粒体途经来放大，而Bid -- 一种仅含有BH3结构域的Bcl-2家族蛋白是将凋亡信号从胱解酶8向线粒体传递的信使。
2．凋亡的执行
尽管凋亡过程的详细机制尚不完全清楚，但是已经确定Caspase即半胱天冬蛋白酶在凋亡过程中是起着必不可少的作用，细胞凋亡的过程实际上是Caspase不可逆有限水解底物的级联放大反应过程，到目前为止，至少已有14种Caspase被发现，Caspase分子间的同源性很高，结构相似，都是半胱氨酸家族蛋白酶，根据功能可把Caspase基本分为二类：一类参与细胞的加工，如Pro-IL-1β和Pro-IL-1δ，形成有活性的IL-1β和IL-1δ；第二类参与细胞凋亡，包括caspase2,3,6,7,8,9.10。
Caspase家族一般具有以下特征：
1）C端同源区存在半胱氨酸激活位点，此激活位点结构域为QACR/QG。
2）通常以酶原的形式存在，相对分子质量29000-49000（29-49KD），在受到激活后其内部保守的天冬氨酸残基经水解形成大（P20）小（P10）两个亚单位，并进而形成两两组成的有活性的四聚体，其中，每个P20/P10异二聚体可来源于同一前体分子也可来源于两个不同的前体分子。
3）末端具有一个小的或大的原结构域。
参与诱导凋亡的Caspase分成两大类： 启动酶（inititaor）和效应酶（effector）它们分别在死亡信号转导的上游和下游发挥作用。
Caspase活化机制
Caspase的活化是有顺序的多步水解的过程，Caspase分子各异，但是它们活化的过程相似。首先在caspase前体的N-端前肽和大亚基之间的特定位点被水解去除N-端前肽，然后再在大小亚基之间切割释放大小亚基，由大亚基和小亚基组成异源二聚体，再由两个二聚体形成有活性的四聚体。去除N-端前肽是Caspase的活化的第一步，也是必须的，但是Caspase-9的活化不需要去除N-端前肽，Caspase活化基本有两种机制，即同源活化和异源活化，这两种活化方式密切相关，一般来说后者是前者的结果，发生同源活化的Caspase又被称为启动caspase（initiator caspase），包括caspase-8,-10,-9，诱导凋亡后，起始Caspase通过adaptor被募集到特定的起始活化复合体，形成同源二聚体构像改变，导致同源分子之间的酶切而自身活化，通常caspase-8, 10, 2介导死亡受体通路的细胞凋亡，分别被募集到Fas和TNFR1死亡受体复合物，而Caspase-9参与线粒体通路的细胞凋亡，则被募集到Cyt c/d ATP/Apaf-1组成的凋亡体（apoptosome）。同源活化是细胞凋亡过程中最早发生的capases水解活化事件，启动Caspase活化后，即开启细胞内的死亡程序，通过异源活化方式水解下游Caspase将凋亡信号放大，同时将死亡信号向下传递。异源活化（hetero-activation）即由一种caspase活化另一种caspase是凋亡蛋白酶的酶原被活化的经典途径。被异源活化的Caspase又称为执行caspase(executioner caspase)，包括Caspase-3,-6,-7。执行Caspase不象启动Caspase ，不能被募集到或结合起始活化复合体，它们必须依赖启动Caspase才能活化。
Caspase的效应机制
凋亡细胞的特征性表现，包括DNA裂解为200bp左右的片段，染色质浓缩，细胞膜活化，细胞皱缩，最后形成由细胞膜包裹的凋亡小体，然后，这些凋亡小体被其他细胞所吞噬，这一过程大约经历30-60分钟，Caspase引起上述细胞凋亡相关变化的全过程尚不完全清楚，但至少包括以下三种机制：
1．凋亡抑制物
正常活细胞因为核酸酶处于无活性状态，而不出现DNA断裂，这是由于核酸酶和抑制物结合在一起，如果抑制物被破坏，核酸酶即可激活，引起DN***段化（fragmentation）。现知caspase可以裂解这种抑制物而激活核酸酶，因而把这种酶称为Caspase激活的脱氧核糖核酸酶（caspase-activated deoxyribonulease CAD），而把它的抑制物称为ICAD。因而，在正常情况下，细胞凋亡CAD不显示活性是因为CAD-ICAD，以一种无活性的复合物形式存在。ICAD一旦被Caspase水解，即赋予CAD以核酸酶活性，DN***段化即产生，有意义的是CAD只在ICAD存在时才能合成并显示活性，提示CAD-ICAD以一种其转录方式存在，因而ICAD对CAD的活化与抑制却是必需要的。
2．破坏细胞结构
Caspase可直接破坏细胞结构，如裂解核纤层，核纤层（Lamina）是由核纤层蛋白通过聚合作用而连成头尾相接的多聚体，由此形成核膜的骨架结构，使染色质（chromatin）得以形成并进行正常的排列。在细胞发生凋亡时，核纤层蛋白作为底物被Caspase在一个近中部的固定部位所裂解，从而使核纤层蛋白崩解，导致细胞染色质的固缩。
3．调节蛋白丧失功能
Caspase可作用于几种与细胞骨架调节有关的酶或蛋白，改变细胞结构。其中包括凝胶原蛋白（gelsin）、聚合粘附激酶（focal adhesion kinase ,FAK）、P21活化激酶α（PAKα）等。这些蛋白的裂解导致其活性下降。如Caspase可裂解凝胶原蛋白而产生片段，使之不能通过肌动蛋白（actin）纤维来调节细胞骨架。 除此之外，Caspase还能灭活或下调与DNA修复有关的酶、mRNA剪切蛋白和DNA交联蛋白。由于DNA的作用，这些蛋白功能被抑制，使细胞的增殖与复制受阻并发生凋亡。
所有这些都表明Caspase以一种有条不紊的方式进行"破坏"，它们切断细胞与周围的联系，拆散细胞骨架，阻断细胞DNA复制和修复，干扰mRNA剪切，损伤DNA与核结构，诱导细胞表达可被其他的细胞吞噬的信号，并进一步使之降解为凋亡小体。
细胞凋亡的调节
细胞凋亡受到严格调控，在正常细胞Caspase处于非活化的酶原状态，凋亡程序一旦开始，Caspase被活经随后发生凋亡蛋白酶的层叠级联反应，发生不可逆的凋亡。细胞是如何准确而又精确调节细胞凋亡呢？举例如下：
1．凋亡抑制分子：
迄今为止，已发现多种凋亡抑制分子，包括P35，CrmA,IAPs，FLIPs以及Bcl-2家族的凋亡抑制分子。
1）P35和CrmA是广谱凋亡抑制剂，体外研究结果表明P35以竞争性结合方式与靶分子形成稳定的具有空间位阻效应的复合体并且抑制Caspases活性，同时P35在位点DMQD！G被靶Caspases特异切割，切割后的P35与caspase的结合更强，CrmA（Cytokine response modfer A）是血清蛋白酶抑制剂，能够直接抑制多种蛋白酶的活性，但目前还未发现在哺乳动物中发现P35和CrmA的同源分子。
2）FLIPs(FLICE-imhibirory proterins)能抑制Fas/TNFR1介导的细胞凋亡。它有多种变异体，但其N-端功能前区（Prodomain）完全相同，C端长短不一。FLIPs通过DED功能区，与FADD和Caspase-8，10结合，拮抗它们之间的相互作用，从而抑制Caspase8，10募集到死亡受体复合体和它们的起始化。
3）凋亡抑制蛋白（IAPs,inhibitors of Apoptosis protien）为一组具有抑制凋亡作用的蛋白质，首先是从杆状病毒基因组克隆到，发现能够抑制由病毒感染引起的宿主细胞死亡应答。其特性是有大约20氨基酸组成的功能区，这对IAPs抑制凋亡是必需要的，它们主要抑制Caspase3,-7，而不结合它的酶原，对Caspase则即可以结合活化的，又可结合酶原，进而抑制细胞凋亡。
2．Bcl-2家族：
这一家族有众多成员，如Mcl-1、NR-B、A1 、Bcl-w、Bcl-x、Bax、Bak、Bad、Bim等，它们分别既有抗凋亡作用，也有促凋亡的作用。多数成员间有两个结构同源区域，在介导成员之间的二聚体化过程中起重要作用。Bcl-2成员之间的二聚体化是成员之间功能实现或功能调节的重要形式。Bcl-2生理功能是阻遏细胞凋亡，延长细胞寿命，在一些白血病中Bcl-2呈过度表达。
Bcl-2的亚细胞定位已经明确，它在不同的细胞类型可以定位于线粒体、内质网以及核膜上，并通过阻止线粒体细胞色素C的释放而发挥抗凋亡作用。此外， Bcl-2具有保护细胞的功能， Bcl-2的过度表达可引起细胞核谷胱苷肽（GSH）的积聚，导致核内氧化还原平衡的改变，从而降低了Caspase的活性。Bax是Bcl-2家族中参与细胞凋亡的一个成员，当诱导凋亡时，它从胞液迁移到线粒体和核膜。有人研究发现，细胞毒性药物诱发凋亡时，核膜Bax水平的上升与lamin及PARP两种核蛋白的降解呈正相关。用Bax寡核苷酸处理的细胞，只能特异地阻断Lamin的降解，对PARP的降解不起作用。这种效应的调控机制目前仍然不清楚。
总之，细胞凋亡的调节是非常复杂的，参与的分子也非常多，还有很多不为我们所知的机理需要我们一步的探索。
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2010-08-29 11:00
下面是一篇2005年法国学者发表的"细胞凋亡/自噬悖论"文章!
González-Polo RA, Boya P, Pauleau AL,ET AL:The apoptosis/autophagy paradox: autophagic vacuolization before apoptotic death.J Cell Sci. 2005 Jul 15;118(Pt 14):3091-102. Epub 2005 Jun 28.
Abstract
Autophagic cell death is morphologically characterized by an accumulation of autophagic vacuoles. Here, we show that inactivation of LAMP2 by RNA interference or by homologous recombination leads to autophagic vacuolization in nutrient-depleted cells. Cells that lack LAMP2 expression showed an enhanced accumulation of vacuoles carrying the marker LC3, yet a decreased colocalization of LC3 and lysosomes, suggesting that the fusion between autophagic vacuoles and lysosomes was inhibited. While a fraction of mitochondria from starved LAMP2-expressing cells colocalized with lysosomal markers, within autophagolysosomes, no such colocalization was found on removal of LAMP2 from the experimental system. Of note, LAMP1 depletion had no such effects and did not aggravate the phenotype induced by LAMP2-specific small interfering RNA. Serum and amino acid-starved LAMP2-negative cells exhibited an accumulation of autophagic vacuoles and then succumbed to cell death with hallmarks of apoptosis such as loss of the mitochondrial transmembrane potential, caspase activation and chromatin condensation. While caspase inhibition retarded cell death, it had no protective effect on mitochondria. Stabilization of mitochondria by overexpression of Bcl-2 or the mitochondrion-targeted cytomegalovirus protein vMIA, however, blocked all signs of apoptosis. Neither caspase inhibition nor mitochondrial stabilization antagonized autophagic vacuolization in LAMP2-deficient cells. Altogether, these data indicate that accumulation of autophagic vacuoles can precede apoptotic cell death. These findings argue against the clear-cut distinction between type 1 (apoptotic) and type 2 (autophagic) cell death.
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