第十八章 细胞死亡
多细胞生物的发育和维持不仅取决于细胞生长和细胞分裂，还取决于细胞死亡。例如，在动物发育过程中，精心安排的细胞生长、分裂和死亡模式有助于确定肢体和器官的大小和形状。成年动物组织大小的维持通常需要细胞以与产生相同的速度死亡，这一过程称为细胞周转。这种正常的细胞死亡也发生在植物的发育过程中以及花叶的衰老过程中，也可能发生在单细胞生物中，包括酵母和细菌。大多数正常的细胞死亡都是自杀，其中一系列分子事件从内部摧毁了细胞，但分子机制可能大不相同。在本章中，我们将重点介绍一种分子上不同的细胞自杀形式，称为凋亡（来自希腊语，意思是脱落，如树叶从树上掉下来），尽管它只发生在动物细胞中。细胞凋亡被认为发生在所有动物中，而且它是迄今为止我们细胞死亡最常见的方式。它也是研究最深入的细胞死亡形式。凋亡细胞会经历特征性的形态和生物化学变化，部分原因是将自身包装起来，以便被附近的细胞快速吞噬和消化。图181显示正常大鼠细胞（图A）和经历两种不同细胞死亡形式的同类型大鼠细胞（图BD）。在凋亡中，细胞收缩和凝聚，细胞骨架崩溃，核膜解体，核染色质凝聚和碎裂（图181B）。凋亡细胞表面通常形成多个大突起，称为水泡（电影18.1），如果细胞很大，它会分裂成膜包裹的碎片，称为凋亡小体。重要的是，细胞及其碎片的表面会发生化学改变，因此邻近细胞（通常是脊椎动物中的巨噬细胞）会在细胞和碎片溢出其内容物之前迅速吞噬它们（图181C）。这样，细胞就会干净利落地死亡，细胞及其碎片也会迅速被清除，而不会引起破坏性的炎症反应。由于凋亡细胞被吃掉和消化得如此之快，因此即使在大量细胞因凋亡而死亡的组织中，也通常很少看到死细胞。受损或感染的细胞也会因凋亡而死亡，确保它们在威胁动物健康之前被消灭。然而，严重受损或受压的动物细胞有许多非凋亡方式死亡。这些通常被归类为细胞坏死。一种常见的、主要是被动形式的细胞坏死发生在细胞因急性组织损伤（如创伤或血液供应受阻）而溶解时：细胞肿胀并破裂（图181D），将其内容物溢出到邻近细胞上并引发炎症反应。在其他形式的细胞坏死中，细胞积极参与死亡过程，并根据诱导应激的性质和所涉及的分子机制，赋予它们特殊名称，例如坏死性凋亡或焦亡。
在本章中，我们讨论了脊椎动物中细胞凋亡的主要功能、其分子机制和调控，以及过度或不足的细胞凋亡如何导致人类疾病。
细胞死亡
第18章
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1090第18章：细胞死亡
凋亡消除不需要的细胞
许多发育和成年脊椎动物组织中发生的细胞凋亡数量令人震惊：健康成年人中每秒至少有100万个细胞以这种方式死亡（并被细胞分裂取代）。这么多细胞死亡似乎非常浪费，尤其是绝大多数细胞在自杀时都是完全健康的。如此大规模的细胞死亡有什么好处？在某些情况下，特别是在动物发育过程中，细胞死亡的作用是显而易见的。细胞凋亡有助于在胚胎发育过程中塑造我们的手和脚：这些附属物最初是铲状结构，各个手指只有在它们之间的细胞死亡时才会分开，如图182中的小鼠爪子所示。在其他情况下，当细胞形成的结构不再需要时，它们会因细胞凋亡而死亡。例如，当蝌蚪在变态过程中变成青蛙时，尾巴中的细胞会因细胞凋亡而死亡，而青蛙不需要的尾巴会消失。细胞凋亡在发育过程中也起着质量控制过程的作用，消除异常、错位、无功能或对动物有潜在危险的细胞。脊椎动物的适应性免疫系统中就出现了引人注目的例子，细胞凋亡会消灭正在发育的T和B淋巴细胞，这些细胞要么无法产生可能有用的抗原特异性受体，要么产生使细胞具有潜在危险性的自身反应性受体（第24章将对此进行讨论）；它还会消灭大多数因感染而激活并增殖的淋巴细胞，因为它们已经帮助消灭了致病微生物。在既不生长也不萎缩的成人组织中，必须严格控制细胞死亡和细胞分裂以确保它们保持平衡。例如，如果成年大鼠的部分肝脏被切除，肝细胞增殖就会增加以弥补损失。相反，如果给大鼠服用苯巴比妥这种刺激肝细胞生长和分裂（从而导致肝脏增大）的药物，然后停止苯巴比妥治疗，肝脏细胞凋亡会大大增加，直到肝细胞数量恢复正常，通常在一周左右。因此，通过调节细胞死亡率和细胞出生率，肝细胞数量保持恒定。负责控制这种显著的调节在很大程度上是未知的。
动物细胞可以识别其各种细胞器中的损伤，如果损伤足够大，它们可以通过凋亡自杀。一个重要的例子是DNA损伤，它可以产生促进癌症的
图181两种不同的细胞死亡形式。这些电子显微照片显示了不同状态下的大鼠少突胶质细胞前体细胞：（A）培养中的正常细胞；（B）培养中的细胞因缺乏细胞外生存信号而因凋亡而死亡（稍后讨论）；（C）正常发育视神经中的细胞因凋亡而死亡并被邻近的吞噬细胞吞噬；（D）培养中的细胞因坏死而死亡。请注意，B和C中的凋亡细胞具有完整的质膜，但染色质已浓缩、扭曲并集中在细胞核边缘，而D中的坏死细胞似乎已爆炸。B中细胞的细胞质中可见的大空泡是凋亡的一个可变特征。（由JuliaBurne和MartinRaff提供。）
图182通过凋亡在发育中的小鼠爪中塑造手指。
（A）这只小鼠胎儿的爪子已用染料吖啶橙染色，染料进入凋亡细胞，从而在正常发育的爪子中明亮地标记它们。
凋亡细胞呈现为集中在发育手指之间的亮绿色点。（B）指间细胞死亡已经消除了发育中的指间大部分组织，如一天后所见，此时凋亡细胞非常少。（来自W.Wood等人，Development
127:52455252,2000。经生物学家公司许可。）
1毫米
（B）
（A）
MBoC7m18.02/18.02
（D）(B)10米(A)10米(C)吞噬
死细胞
吞噬细胞
MBoC7m18.01/18.01
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1091
突变如果不是修复。细胞有多种检测DNA损伤的方法（见图1760），如果无法修复，细胞就会因凋亡而死亡。
细胞凋亡依赖于由胱天蛋白酶介导的细胞内蛋白水解级联反应
一类专门的细胞内蛋白酶家族通过在特定氨基酸序列处裂解大量但特定的细胞内蛋白质来触发细胞凋亡，从而引起细胞凋亡期间发生的剧烈变化。由于这些蛋白酶在其活性位点处具有半胱氨酸，并在特定的天冬氨酸处裂解其靶蛋白，因此它们被称为胱天蛋白酶（c代表半胱氨酸，asp代表天冬氨酸）。并非所有的胱天蛋白酶都参与细胞凋亡：事实上，第一个被鉴定的人类胱天蛋白酶，胱天蛋白酶-1，主要通过裂解两种促炎性细胞外信号分子（细胞因子，第24章讨论）的前体来帮助刺激炎症反应。参与细胞凋亡的胱天蛋白酶在几乎所有细胞的胞质溶胶中都以无活性的前体（通常称为procas-
pases）的形式存在，在细胞凋亡期间被激活。这些凋亡胱天蛋白酶主要分为两类：启动胱天蛋白酶和执行胱天蛋白酶。启动胱天蛋白酶，顾名思义，启动凋亡程序。在哺乳动物中，它们主要是胱天蛋白酶-8和胱天蛋白酶-9。它们以无活性的可溶性单体形式存在，只有当单体二聚化时才会被激活。当凋亡信号触发特定衔接蛋白复合物的组装时，就会发生二聚化，然后该复合物会募集多个相同的启动蛋白酶单体以形成更大的活化复合物，单体在其中二聚化并被活化。活化的蛋白酶二聚体中的每个单体随后在特定位点切割其伴侣，形成成熟的、活化的启动蛋白酶二聚体（图183）。启动蛋白酶的主要功能是激活执行蛋白酶，从而协调凋亡程序。脊椎动物中有三种执行蛋白酶：caspase-3、caspase-6和caspase-7。与启动蛋白酶不同，执行蛋白酶通常以无活性的可溶性二聚体形式存在，通过裂解激活，几乎总是由启动蛋白酶介导（图184）。每个启动蛋白酶可以激活一个或多个执行蛋白酶的许多副本，从而导致蛋白酶级联扩增。一旦被激活，执行者胱天蛋白酶就会催化广泛的蛋白质裂解事件，这些事件负责以特征性方式杀死细胞，并为快速吞噬和消化做好准备
前结构域
（适配器结合）
蛋白酶结构域
裂解位点
非活性启动子
胱天蛋白酶单体
活化启动子
胱天蛋白酶二聚体
成熟活性启动子胱天蛋白酶
凋亡
信号
组装适配器-
蛋白质复合物
胱天蛋白酶通过二聚化激活
交叉裂解、
亚基重排和释放OF活性胱天蛋白酶二聚体来自前结构域衔接子复合物
大亚基
小亚基
MBoC718.03top/18.03
图183凋亡开始时启动胱天蛋白酶的激活。启动胱天蛋白酶在其较大的羧基末端区域包含一个蛋白酶结构域，在其氨基末端区域包含一个较小的衔接子蛋白结合前结构域。胱天蛋白酶以无活性单体的形式存在，通过二聚化激活。二聚化和激活仅当凋亡信号触发特定衔接子蛋白复合物的组装时才会发生（此处显示为假设最简单的同型二聚体）。然后，每种类型的衔接子复合物都会招募一种类型的启动胱天蛋白酶单体的多个副本，使它们二聚化并从而变得活跃。在图示的情况下，一旦被激活，活化的
胱天蛋白酶二聚体中的每个单体都会在特定位点交叉切割其伴侣；蛋白酶结构域中的切割使大和小
胱天蛋白酶亚基能够重新排列，大蛋白酶结构域和前结构域之间的切割会从前结构域衔接复合物中释放出成熟的
活性胱天蛋白酶二聚体。
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1092第18章：细胞死亡
邻近细胞。胱天蛋白酶启动的蛋白水解级联不仅具有自我扩增和破坏性，而且不可逆，因此一旦细胞开始走向凋亡，就无法回头。
执行者胱天蛋白酶在凋亡过程中切割数百种不同的细胞蛋白，但这些靶蛋白在凋亡中的作用仅在少数情况下为人所知，我们在此提到了其中几种。例如，胱天蛋白酶-6切割核层蛋白会导致核层不可逆破裂（第12章讨论）。胱天蛋白酶-3切割抑制蛋白，该抑制蛋白通常将特定的DNA降解内切酶保持在非活性形式，从而释放内切酶以在凋亡期间切割细胞核中的DNA（图185）。某些调节肌动蛋白细胞骨架的蛋白质的裂解会导致细胞皮层中的肌动蛋白聚合，而这会导致细胞凋亡时表面起泡，如前所述（参见电影18.1）。其他肌动蛋白调节剂和一些将细胞附着到其邻近细胞上的细胞粘附蛋白的裂解有助于凋亡细胞聚集并与邻近细胞分离，从而使邻近细胞更容易吞噬它。正如我们稍后讨论的那样，质膜中两种磷脂转移蛋白的裂解会导致磷脂酰丝氨酸暴露在凋亡细胞的表面，在那里它充当邻近吞噬细胞的“吃我”信号。重要的是，阻止任何单个蛋白质裂解步骤都不能阻止凋亡细胞死亡，尽管它会按预期在每种情况下改变其特性。启动蛋白酶如何在凋亡信号的作用下首先被激活？
我们的细胞使用两种主要的激活途径：一种是从细胞外部发出信号
，称为外部途径，另一种是从线粒体发出信号
蛋白酶
结构域
前结构域
非活性执行者
蛋白酶二聚体
成熟活性
执行者蛋白酶
通过切割、
亚基重排和
前结构域去除激活
活性启动蛋白酶
多种类型的细胞蛋白的切割，
导致细胞凋亡
大亚基
小亚基
MBoC7m18.03bottom/18.04
图184细胞凋亡期间执行者蛋白酶的激活。执行者胱天蛋白酶具有非常短的脯氨酸结构域，缺乏与其他蛋白质相互作用的位点。它们最初形成为无活性二聚体，通过在每个蛋白酶结构域的位点处进行切割而激活，几乎总是由启动胱天蛋白酶进行。切割使大亚基和小亚基重新排列以形成两个活性蛋白酶位点，然后每个位点从其伴侣单体的脯氨酸结构域上切下，产生成熟的活性执行者胱天蛋白酶，如图所示。成熟的活化胱天蛋白酶随后切割各种细胞靶蛋白，导致细胞受控凋亡。图185凋亡期间的DNA碎片。(A)在健康细胞中，胱天蛋白酶活化的DNase(CAD)由抑制蛋白iCAD保持在非活性状态。在细胞凋亡过程中，执行者caspase-3的激活导致iCAD裂解，释放活性DNase以切割核小体之间的染色体DNA。(B)由于DNA裂解仅发生在核小体之间连接区域的可接近位点，因此DNA被切割成大小不等的片段，相当于与一个或多个核小体相关的DNA（如A所示），在DNA凝胶电泳时产生梯形图。显示的模式是获得的该方法通过用地塞米松诱导小鼠胸腺淋巴细胞凋亡，在凝胶顶部指示的时间提取DNA，通过琼脂糖凝胶电泳按大小分离片段，并用溴化乙锭对凝胶中的DNA进行染色。（B，来自D.McIlroy等人，GenesDev.14:549558,2000。
经ColdSpringHarbor
LaboratoryPress许可。）（B）（A）
MBoC7m18.04/18.05
013612
时间（小时）
iCAD
iCAD
切割
活性执行者
胱天蛋白酶（胱天蛋白酶-3）
非活性
CAD
活性
CAD
染色质片段
iCAD的切割
核小体之间
DNA的切割
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1092第18章：细胞死亡1093
细胞内，称为内在或线粒体途径。正如我们现在讨论的那样，每个途径都使用自己的启动蛋白酶和衔接蛋白。
细胞表面死亡受体的激活启动细胞凋亡的外在途径
与细胞表面死亡受体结合的细胞外信号蛋白触发细胞凋亡的外在途径。死亡受体是跨膜蛋白，包含细胞外配体结合结构域、单个跨膜结构域和细胞内死亡结构域，这是受体激活凋亡程序所必需的。这些受体是同源三聚体，属于肿瘤坏死因子(TNF)受体家族，该家族有8个成员，包括TNF本身的受体和Fas死亡受体。激活死亡受体的配体也是同源三聚体，属于TNF信号蛋白家族。
关于死亡受体如何触发细胞凋亡的外部途径的一个相对容易理解的例子是杀伤性（细胞毒性）淋巴细胞表面的Fas配体激活靶细胞表面的Fas受体（第24章讨论）。Fas信号在调节T和B淋巴细胞数量方面发挥着作用，正如Fas信号失活导致这些细胞异常增加的研究结果所表明的那样。如图186所示，
非活性
caspase-8
单体
蛋白酶
结构域
杀伤性
淋巴细胞
caspase-8
丝状体
28
caspase-8
复制
caspase-8
DISC
杀伤性
淋巴细胞
质膜
细胞核
死亡
结构域
激活的Fas
死亡受体
暴露的
死亡
结构域
FADD适配器
暴露的
死亡
效应域(DED)
未暴露的
死亡
效应域(DED)
FADD适配器蛋白
非活性的Fas
死亡受体
Fas配体
靶细胞
质膜
FAS受体
活化、圆盘组装
和通过二聚化激活Caspase-8
CASPASE-8
交叉裂解、亚基
重排和释放
成熟活化的
CASPASE-8二聚体进入细胞溶胶
通过切割
执行者caspase
3和7激活
凋亡靶细胞
凋亡
MBoC7m18.05/18.06
活化的
caspase-8
二聚体
图186通过Fas死亡受体激活的细胞凋亡的外在途径。杀伤性淋巴细胞表面的三聚体Fas配体与靶细胞表面的三聚体Fas死亡受体结合，诱导靶细胞通过外部途径进行细胞凋亡而自我杀死。虽然图中未显示，但至少两个三聚体Fas配体必须与至少两个三聚体Fas受体结合并聚集在一起才能激活该途径；为清晰起见，图中仅显示了配体和受体的单个副本。配体诱导的受体聚集（未显示）在受体尾部暴露出死亡结构域，如这里所示，结构域的颜色在暴露后从浅红色变为深红色。每个暴露的死亡结构域都与细胞溶质衔接蛋白FADD（Fas相关死亡结构域）上类似的暴露死亡结构域结合。结合的FADD蛋白随后暴露出死亡效应域(DED；深蓝色)，使FADD能够通过与caspase前结构域上暴露的DED(深蓝色)结合来招募无活性的单体启动caspase(主要是caspase-8)。每个caspase-8单体都有两个DED，当一个与暴露的DED结合时，另一个就会暴露出来（如DED颜色从浅蓝色变为深蓝色所示）并且可以招募另一个caspase-8单体；这会导致链式反应，其中caspase-8单体寡聚化为三维螺旋细丝（未显示），每个FADD蛋白最多可附着八个caspase-8分子。最终结果是组装一个由多个Fas、FADD和caspase-8副本组成的大型死亡诱导信号复合物(DISC)。在DISC中，相邻的caspase-8单体相互作用形成
活化二聚体，这些二聚体现在可以交叉切割其伴侣单体（未显示，但见图183），切割前结构域并形成
成熟的活化二聚体，这些二聚体被释放到细胞溶胶中，在那里它们可以切割并激活执行者胱天蛋白酶以诱导细胞凋亡。在人类细胞中，胱天蛋白酶-10启动胱天蛋白酶也可以被整合到DISC中，但与胱天蛋白酶-8不同，它对于Fas诱导的细胞凋亡并非必不可少。
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1094第18章：细胞死亡
三聚体Fas配体与三聚体Fas受体聚集，在受体尾部暴露死亡结构域，然后结合并聚集一种称为FADD的小细胞内衔接蛋白。成簇的FADD蛋白依次募集多个无活性的单体启动蛋白酶（主要是caspase-8）的拷贝，这些蛋白酶寡聚化，在靶细胞质膜的细胞质表面形成一个大的死亡诱导信号复合物(DISC)。
caspase-8的寡聚化使caspase二聚化和活化，然后caspase自身裂解形成成熟、活性的caspase-8二聚体，这些二聚体可以裂解和激活下游执行蛋白酶以诱导细胞凋亡。
不同细胞类型对Fas诱导的细胞凋亡的敏感性各不相同。许多细胞产生抑制蛋白，可抑制外在凋亡途径。例如，一些细胞会产生一种称为FLIP的蛋白质，这种蛋白质与caspase-8相似，但缺乏蛋白酶活性，因为它缺少活性位点所需的关键半胱氨酸。FLIP与DISC中的caspase-8二聚化，并阻止其激活执行者caspase来启动细胞凋亡。这样，FLIP设置了一个抑制阈值，外部途径必须通过激活caspase-8来克服该阈值才能触发细胞凋亡。正如我们稍后讨论的那样，外部途径要杀死某些细胞类型，就必须克服另一种caspase抑制剂，它通过招募内部凋亡途径（我们现在讨论的途径）来实现这一点。
细胞凋亡的内在途径取决于线粒体释放的蛋白质
细胞还可以从细胞内部激活其凋亡程序，通常是对发育信号或DNA损伤等损伤作出反应。在脊椎动物细胞中，这些凋亡反应由细胞凋亡的内在途径介导，该途径也称为线粒体途径，因为它取决于线粒体蛋白质释放到细胞溶胶中，这些蛋白质通常位于这些细胞器的膜间隙中（见图1247）。这些释放的蛋白质中最重要的是细胞色素c，它是线粒体电子传递链的水溶性成分，因此在线粒体氧化磷酸化产生ATP的过程中起着核心作用（见图1418）。
然而，当它被释放到细胞溶胶中（图187）时，它就具有了全新的功能：它可以诱导细胞凋亡，而与其电子传递活性无关。
25m10m
细胞色素cGFP线粒体染料细胞色素cGFP
MBoC7m18.06/18.07
(A)对照细胞(B)紫外线处理的细胞
图187在细胞凋亡的内在途径中，细胞色素c从线粒体释放到细胞溶胶中。这些荧光显微照片显示了培养中的人类癌细胞。
这些细胞被转染了一种编码融合蛋白的基因，该融合蛋白由与绿色荧光蛋白（细胞色素cGFP）连接的细胞色素c组成，并且还用一种在线粒体中积累的红色染料处理。(A)未受刺激的对照细胞：绿色和红色的重叠分布证实细胞色素cGFP位于线粒体中。(B)用紫外线(UV)照射细胞以诱导细胞凋亡的内在途径，并在5小时后拍照。这张显微照片右下方的七个细胞已将其细胞色素c从线粒体释放到细胞溶胶中，而显微照片中的其他细胞尚未这样做。（摘自J.C.Goldstein等人，《自然细胞生物学》2:156162，2000年由NaturePublishingGroup出版。经SNCSC许可转载。）
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1094第18章：细胞死亡1095
（在进化过程中，线粒体和细胞色素c如何获得其在细胞凋亡中的惊人作用，这仍然是一个重要的谜团。）
一旦释放到细胞溶胶中，细胞色素c就会与一种名为Apaf1（凋亡蛋白酶活化因子）的衔接蛋白结合1)，导致适配器结合脱氧ATP并寡聚化成一个大的轮状七聚体。然后，七聚体将无活性的启动蛋白酶9单体招募到复合物中，形成更大的结构，称为凋亡小体（图188）。Caspase-9由凋亡小体内的二聚化激活，就像另一种主要启动蛋白酶caspase-8由DISC内的二聚化激活一样（见图186）。一旦被激活，caspase-9就会裂解并激活下游执行者caspases，介导细胞凋亡。
内在途径是脊椎动物中绝大多数细胞凋亡的原因。上游信号要激活内在途径，它们必须改变线粒体外膜，以便膜间隙中的可溶性蛋白质（如细胞色素c）可以扩散到细胞溶胶中。
这一关键的外膜通透步骤由Bcl2蛋白家族成员之间的相互作用控制，正如我们现在所讨论的。
Bcl2蛋白是细胞凋亡内在途径的关键控制者
内在途径受到严格调控，以确保细胞仅在适当的时候通过凋亡自杀。这种调节主要是Bcl2蛋白家族的功能，该家族以第一个描述的家族成员（B细胞淋巴瘤-2）命名，如下所述。在哺乳动物细胞中，这些蛋白质之间复杂的相互作用控制着线粒体外膜的通透性，从而控制细胞色素c和
图188细胞凋亡的内在途径。细胞内凋亡刺激导致线粒体释放细胞色素c。
细胞色素c与细胞质衔接蛋白Apaf1的结合诱导Apaf1发生构象变化，从而激活它，暴露出脱氧ATP(dATP)的结合位点、寡聚化结构域和caspase募集结构域
(CARD)。暴露的寡聚化结构域介导Apaf1组装成轮状七聚体。七聚体中的每个CARD随后通过其自身的CARD募集一个无活性的caspase-9单体，形成一个大的凋亡体，相互作用的CARD聚集在凋亡体的中心枢纽上方。在组装过程中，dATP水解为dADP。在凋亡体中，caspase-9单体通过二聚化被激活。活化的caspase-9二聚体随后裂解并激活下游执行者caspase，导致细胞凋亡。请注意，CARD结构域在结构和功能上与caspase-8的死亡效应域(DED)相关（参见图186）。
dATP结合
dATP
dADP
非活性Apaf1
衔接蛋白
活性Apaf1
释放
细胞色素c胞质溶胶
细胞色素c
在膜间隙中
细胞色素c和
dATP结合
激活Apaf1
Apaf1的寡聚化
招募
胱天蛋白酶9
单体形成
凋亡体
并通过二聚化激活胱天蛋白酶
非活性
胱天蛋白酶9
单体
活性
胱天蛋白酶9
二聚体
线粒体
暴露
CARD
未暴露
CARD
通过切割和激活执行者胱天蛋白酶
活化的胱天蛋白酶-9
二聚体
细胞凋亡
MBoC7m18.07/18.08
凋亡刺激
凋亡体
埋藏
卡
阻断
dATP-
结合位点
埋藏
寡聚化
域
暴露
寡聚化
域
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1096第18章：细胞死亡
膜间隙中的其他可溶性蛋白质，这一过程称为线粒体外膜通透性(MOMP)。与caspase家族一样，
Bcl2蛋白家族存在于所有动物中，并且得到了显著的保守性；
例如，人类Bcl2蛋白在秀丽隐杆线虫中表达时可以抑制细胞凋亡。
哺乳动物Bcl2家族蛋白有三种结构和功能类别：(1)抗凋亡Bcl2家族蛋白，包括Bcl2本身，通过阻止MOMP来抑制细胞凋亡。(2)促凋亡Bcl2家族效应物可以通过在外线粒体膜上产生开口来直接诱导MOMP。
(3)第二类促凋亡Bcl2家族蛋白，称为BH3特异性蛋白（原因稍后解释），通过调节其他两类来促进细胞凋亡。这三类蛋白活性之间的平衡在很大程度上决定了MOMP是否发生，从而决定了哺乳动物细胞是通过细胞凋亡的内在途径生存还是死亡。
如图189所示，抗凋亡Bcl2家族蛋白（包括Bcl2本身和Bcl特大(BclxL)）具有四个独特的Bcl2同源性(BH)结构域(BH14)。两种主要的促凋亡Bcl2家族效应物Bak和Bax在结构上与Bcl2相似，但缺少BH4结构域。第二类促凋亡Bcl2家族蛋白的成员仅在BH3结构域中与Bcl2具有序列同源性，因此被称为仅BH3蛋白；它们是迄今为止最大的Bcl2蛋白类。
当凋亡刺激触发内在途径时，促凋亡的
Bcl2家族效应物Bak和Bax被激活，并通过
在线粒体外膜中聚集成各种大小的寡聚体来触发MOMP，
通过不确定的机制在膜上产生开口，允许
细胞色素c和其他膜间蛋白逃逸进入细胞溶胶（图1810A和B）。这些促凋亡效应物中的至少一种是内在凋亡途径在哺乳动物细胞中起作用所必需的：缺乏这两种蛋白质的突变小鼠细胞不会经历MOMP或参与内在凋亡途径。即使在没有凋亡信号的情况下，Bak也会与线粒体外膜结合（见图1810A和B），而Bax主要位于细胞溶胶中，直到凋亡信号激活它，导致它重新定位到外膜，在那里它寡聚化。正如我们下面讨论的那样，Bak和Bax的激活通常依赖于激活的BH3特异性蛋白。抗凋亡Bcl2家族蛋白（如Bcl2和BclxL）也位于线粒体外膜的胞浆表面，它们有助于防止不适当的MOMP。它们通过与活性促凋亡效应物Bak和Bax的BH3结构域结合，从而防止其寡聚化（图1810C）。哺乳动物抗凋亡Bcl2家族蛋白至少有五种，每个哺乳动物细胞都需要至少一种来避免凋亡并因此存活。此外，许多这些抗凋亡蛋白必须被抑制才能通过内在途径诱导凋亡，而BH3独有蛋白介导这种抑制。BH3特异性蛋白是Bcl2家族蛋白中最大的亚类，当它们在细胞中响应凋亡刺激而产生或激活时，会促进MOMP，从而导致细胞凋亡。它们至少通过两种方式实现这一点。
(1)一些BH3特异性蛋白，包括Bad（见图189），抑制某些
抗凋亡
Bcl2家族蛋白
（例如，Bcl2、BclxL、Mcl1）
促凋亡
Bcl2家族效应物
（例如，Bak、Bax）
促凋亡
BH3特异性蛋白
（例如，Bad、Bim、
Bid、Puma、Noxa）
BH4BH3BH1BH2
MBoC7m18.08/18.09
图189三类Bcl2家族蛋白中的BH结构域示意图。请注意，
BH3结构域是所有Bcl2家族成员共享的四个BH结构域中唯一的一个；它介导促凋亡和抗凋亡家族成员之间的直接相互作用（见图1810C和D）。
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1096第18章：细胞死亡1097
抗凋亡Bcl2家族蛋白通过其BH3结构域与抗凋亡蛋白上的BH3结合槽结合。这种结合阻断了Bcl2家族蛋白的抗凋亡活性，从而使Bax和/或Bak在粒线体外膜上寡聚化以触发MOMP（图1810D）。（2）一些BH3特异性蛋白，包括Bim和Bid（见图189），可以直接结合并激活Bak和Bax，刺激它们寡聚化并触发MOMP。通过这些方式，BH3特异性蛋白提供了凋亡刺激和凋亡内在途径之间的重要联系，不同的刺激激活或诱导不同的BH3特异性蛋白的产生。例如，当细胞遭受无法修复的DNA损伤时，肿瘤抑制蛋白p53（第17章和第20章讨论）会在细胞核中积聚，并激活编码BH3独有蛋白Puma和Noxa的基因转录（见图189），然后触发MOMP和细胞凋亡，从而消除可能变成癌细胞的潜在危险细胞。我们将看到，一些细胞外生存信号通过阻止细胞存活来促进细胞存活
BclxL的结合阻断了
活化Bak的寡聚化
Bad与BclxL结合，
释放活化Bak
抑制的
活化Bak
+
凋亡刺激
凋亡刺激
凋亡刺激
非活性Bak
膜间
外
线粒体
膜
内
线粒体
膜
细胞色素c
膜间
中的其他蛋白质
MBoC7m18.09/18.10
活化Bak的寡聚化
诱导MOMP
活化Bak的寡聚化
诱导MOMP
膜间空间
胞质溶胶
膜间空间
胞质溶胶
胞质溶胶
外线粒体
膜
外线粒体
膜
非活性Bak蛋白
活化Bak
BH3
结构域
BH3结构域活性Bad
非活性Bak蛋白
暴露于活化Bak
BH3结构域
BH3结合槽
(A)Bak的活化和寡聚化BclxL预防MOMP(C)
(B)Bak寡聚体诱导MOMP(D)A诱导MOMPBH3唯一蛋白（如Bad）
BclxL
BclxL
MOMP
阻断
寡聚化
暴露的BH3结合槽
激活
图1810促凋亡Bcl2家族效应物如何诱导MOMP以及抗凋亡Bcl2家族蛋白如何阻断它。（A）大多数促凋亡效应物Bak在蛋白质被激活之前已经附着在线粒体外膜上。当受到凋亡刺激激活时，蛋白质会发生构象变化，从而h
暴露BH3结构域并产生BH3结合槽，使BakBak在外膜中发生寡聚化。(B)
Bak寡聚体通过在外膜上产生开口来诱导MOMP，从而使细胞色素c和膜间隙中的其他可溶性蛋白质
扩散到细胞溶胶中；尽管Bak(和Bax)寡聚体如何产生
开口的细节尚不确定，但人们认为它们会形成破坏外膜完整性的大环结构。一旦
释放到细胞溶胶中，细胞色素c就会刺激凋亡体的组装（见图188）。(C)抗凋亡的Bcl2家族蛋白BclxL与Bak一样，通常与线粒体外膜结合，在那里它可以通过其BH3结合槽与活化Bak上暴露的BH3结构域相互作用，从而阻止BakBak寡聚化、MOMP和凋亡。(D)仅含BH3的蛋白质（如Bad）被认为间接诱导MOMP和凋亡的一种方式是通过抑制某些抗凋亡的Bcl2家族蛋白（如BclxL）。
MBOC7_ptr_ch18_1089-1104.indd1097MBOC7_ptr_ch18_1089-1104.indd109702/12/2112:26PM02/12/2112:26PM
1098第18章：细胞死亡
通过抑制某些BH3特异性蛋白的合成或活性而发生细胞凋亡（见图1813B）。
如前所述，在某些细胞中，外在凋亡途径必须招募内在途径来帮助杀死靶细胞；BH3特异性蛋白
Bid是这两条途径之间的纽带。Bid在这些细胞中通常处于非活性状态，但当死亡受体激活外在途径时（见图186），启动蛋白酶caspase-8会裂解Bid，产生一种活性形式的蛋白质，该蛋白质会转移到线粒体外膜以激活Bax和/或Bak，导致它们寡聚化并触发MOMP。激活的死亡受体需要MOMP来杀死这些细胞，因为它会从线粒体膜间隙释放蛋白质，中和这些细胞胞质中存在的抑制蛋白，这种抑制蛋白通常会阻止细胞凋亡，我们将在下文中解释。
一种凋亡抑制剂(IAP)和两种抗IAP蛋白
有助于控制某些哺乳动物细胞胞质中的胱天蛋白酶活化
由于凋亡胱天蛋白酶级联的激活会导致某些细胞死亡，因此细胞采用多种机制来帮助确保这些蛋白酶仅在适当的时候被激活。FLIP蛋白在外在凋亡途径中对胱天蛋白酶-8的抑制就是前面讨论的一个例子（见第1095页）。
胱天蛋白酶抑制蛋白（称为凋亡抑制剂(IAP)）提供了另一道防线，以防止不适当的胱天蛋白酶活化。这些蛋白质首先在某些昆虫病毒（杆状病毒）中发现，这些病毒编码IAP蛋白，以防止被病毒感染的宿主细胞激活caspase并通过凋亡杀死自己，从而抑制病毒的复制。大多数动物细胞也产生IAP蛋白，尽管大多数这些蛋白质并不调节caspase和凋亡。哺乳动物细胞似乎只有一种IAP可以直接抑制caspase活性。它被称为XIAP（因为它在X染色体上编码），它存在于我们许多细胞的细胞质中。它与caspase-9（启动caspase）和caspase-3和caspase-7结合并抑制它们，从而设置这些caspase必须克服的抑制阈值才能触发凋亡。在这些细胞中，XIAP还有助于调节三种caspase蛋白的水平：它具有泛素连接酶结构域，可对XIAP结合的caspase进行多泛素化，标记它们以便在蛋白酶体中破坏（见图367）。
当细胞凋亡的内在途径被激活时，MOMP从线粒体膜间隙释放的蛋白质中有两种抗IAP蛋白，称为Smac和Omi。在胞质溶胶中含有XIAP的细胞中，这些抗IAP蛋白与XIAP结合并阻止其抑制caspase，从而促进caspase活化和细胞凋亡（图1811）。这就是为什么
外在凋亡途径需要招募内在途径（涉及
MOMP和caspases9、3和7）来诱导某些细胞凋亡，如前所述；这些细胞在胞质溶胶中表达XIAP。
细胞外存活因子以各种方式抑制细胞凋亡
如第15章和第21章所述，细胞外信号调节动物细胞的大多数活动，包括细胞凋亡。它们是正常社会控制的一部分，在这种情况下，确保单个细胞的行为有利于整个生物体，当需要细胞时存活，当不需要细胞时自杀。一些细胞外信号分子刺激细胞凋亡，而另一些抑制细胞凋亡。我们已经讨论了激活死亡受体进行tr的信号蛋白，例如Fas配体刺激细胞凋亡的外在途径。其他刺激细胞凋亡的细胞外信号分子在脊椎动物发育过程中尤为重要：例如，血液中甲状腺激素的激增会向蝌蚪尾部的细胞发出信号，使其在变态时发生细胞凋亡。在小鼠中，局部产生的信号蛋白刺激发育中的手指和线粒体膜间隙之间的细胞
线粒体膜间隙
胞质溶胶
细胞色素c
Bak或Bax
寡聚体
MBoC7n18.103/18.11
MOMP
细胞凋亡
SmacOmi
XIAP
caspase-9
caspases
3和7
线粒体外膜
图1811MOMP如何克服XIAP抑制。在某些哺乳动物细胞中，胞质溶胶中XIAP的存在会抑制启动子caspase-9和执行子caspase3和7；XIAP与这三种酶的活性位点结合，从而阻断它们的活性。然而，除了释放细胞色素c外，MOMP还会释放两种抗IAP蛋白Smac和Omi，它们会抑制XIAP的抗caspase活性，从而允许在细胞凋亡的内在途径期间在胞质溶胶中激活这些caspase（见图188）。
MBOC7_ptr_ch18_1089-1104.indd1098MBOC7_ptr_ch18_1089-1104.indd109802/12/2112:26PM02/12/2112:26PM
1098第18章：细胞死亡1099
脚趾自杀，从而塑造了这些手指（见图182）。然而，在这里，我们关注通过抑制细胞凋亡促进细胞存活的细胞外信号分子，它们统称为存活因子。大多数动物细胞需要来自其他细胞的此类信号来避免发生细胞凋亡，通常通过内在途径。这种令人惊讶的安排显然有助于确保细胞仅在需要时和需要的地方存活。例如，一些神经细胞在发育中的神经系统中过量产生，然后争夺它们通常连接的靶细胞分泌的有限数量的生存因子。接收到足够生存信号的神经细胞存活，而其他神经细胞则因凋亡而死亡。这样，存活的神经元数量会自动调整，以使其适合它们连接的靶细胞数量（图1812）。局部或系统产生的有限数量的生存因子的类似竞争可能有助于控制其他组织中的细胞数量，无论是在发育期间还是在成年期。生存因子通常与细胞表面受体结合，从而激活抑制凋亡程序的细胞内信号通路（第15章中讨论），通常通过调节Bcl2蛋白家族成员的表达或活性来抑制凋亡程序。例如，一些生存因子刺激抗凋亡Bcl2家族蛋白（如Bcl2本身或BclxL）的合成（图1813A）。其他一些生存因子通过抑制促凋亡BH3特异性蛋白（如Bad）的功能起作用（图1813B）。一些正在发育的神经元（如图1812所示）使用一种违反直觉的替代策略，其中生存因子受体在未被占用时刺激细胞凋亡，而在生存因子结合时停止这样做。所有这些情况的最终结果都是一样的：细胞存活取决于生存因子与细胞表面受体的结合。
神经细胞
凋亡
神经细胞
神经细胞
神经细胞
体
神经细胞
轴突
靶细胞
凋亡
调整神经细胞数量
以适应靶细胞释放的生存因子的大小
MBoC7m18.11/18.12
图1812生存因子和
凋亡如何帮助调整发育中的神经细胞数量
以适应神经细胞所支配的靶组织的大小。
在此示例中，产生的神经细胞数量多于靶组织中细胞产生的有限生存因子所能支持的神经细胞数量。因此，一些神经细胞接收的生存因子数量不足以避免
凋亡。这种在发育过程中先过量生产然后进行剔除的策略有助于确保所有适当的靶细胞都能与适当的神经细胞接触，而多余的神经细胞则被自动消除。
图1813细胞外存活因子抑制细胞凋亡的两种不同方式。(A)一些存活因子通过刺激编码抗凋亡Bcl2家族蛋白（如Bcl2（如图所示）或BclxL）的基因转录来抑制细胞凋亡。(B)许多其他因子激活丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Akt，除了其他许多靶标外，它还磷酸化和灭活促凋亡的BH3特异性蛋白Bad（见图189）。当未磷酸化时，
Bad通过结合并抑制抗凋亡Bcl2家族蛋白（如Bcl2本身）来促进细胞凋亡。一旦磷酸化，Bad就会解离，
释放Bcl2以抑制细胞凋亡（见图1810C和图1554）。
Akt也可以抑制细胞凋亡通过磷酸化和灭活转录调节蛋白，这些蛋白刺激编码促进细胞凋亡的蛋白质的基因转录，例如BH3独有的蛋白质Bim（未显示）。存活因子还可以通过许多其他方式抑制细胞凋亡，但这里没有说明。
生存因子生存因子
激活
受体
激活
转录
调节器
激活
受体
核
RNA
DNA
Bcl2
凋亡
凋亡
激活
Akt激酶
未抑制
Bcl2
抑制
Bcl2
活性
Bad
非活性
磷酸化
Bad
抗凋亡Bcl2家族蛋白产量增加
(A)(B)促凋亡BH3-only蛋白失活
MBoC7m18.12/18.13
PP
P
MBOC7_ptr_ch18_1089-1104.indd1099MBOC7_ptr_ch18_1089-1104.indd109902/12/2112:26PM02/12/2112:26PM
1100第18章：细胞死亡
健康邻居吞噬并消化凋亡细胞
凋亡细胞死亡是一个整洁的过程。凋亡细胞及其碎片不会破裂并释放其内容物。相反，它们通常保持完整，直到它们被邻近细胞（通常是人类的巨噬细胞）迅速吞噬和消化，不留痕迹。这样，细胞凋亡就避免了引发破坏性的炎症反应。吞噬过程依赖于凋亡细胞表面的化学变化，这种变化显示出吞噬细胞识别的各种吞噬信号。
这些信号中最重要的是带负电荷的磷脂磷脂酰丝氨酸。在健康细胞中，磷脂酰丝氨酸通常仅位于质膜脂质双层的内层（见图1015）；它由特定的磷脂翻转酶保持在那里，该酶利用ATP水解将磷脂酰丝氨酸(PS)和磷脂酰乙醇胺(PE)从外层翻转到内层。然而，在正在经历凋亡的细胞中，PS通过两种机制在细胞表面积累。首先，执行者胱天蛋白酶裂解磷脂翻转酶，从而使其失活，阻止PS和PE从外层转移到内层。其次，执行者caspases裂解并激活磷脂乱序酶，该酶将质膜磷脂非特异性地转移到内外脂质小叶之间，从而使它们在两个小叶之间乱序。这两种导致PS暴露在凋亡细胞表面的机制如图1814和电影18.2所示。即使在没有caspase激活的情况下，PS也会出现在细胞表面的某些形式的坏死性细胞死亡中；破坏质膜就足以做到这一点。凋亡和坏死细胞上的PS被各种可溶性桥接蛋白识别，这些蛋白与暴露的PS和邻近吞噬细胞表面上的特定受体相互作用，从而触发细胞骨架和其他变化，从而启动吞噬过程。巨噬细胞是专业的吞噬细胞，会吞噬死细胞、微生物、细胞碎片、乳胶珠和几乎任何其他颗粒，但它们不会吞噬生物体内的健康细胞，即使是那些在激活时会在其表面暂时暴露磷脂酰丝氨酸的健康细胞，例如血小板和一些T淋巴细胞。原因之一是，我们几乎所有的细胞表面都显示信号蛋白，这些蛋白与巨噬细胞表面的抑制受体结合，刺激受体阻止吞噬作用。因此，除了表达细胞表面的“吃我”信号（如刺激吞噬作用的磷脂酰丝氨酸）外，凋亡细胞还必须去除或灭活阻止吞噬作用的“不吃我”信号。
细胞凋亡过度或不足都会导致疾病
许多人类疾病中，过多的细胞发生凋亡，从而导致病理性组织损失。最常见和最显著的例子是心脏病发作和中风，它们分别由心脏或大脑血液供应的急性中断引起。在这些情况下，许多细胞最初会因坏死而死亡。如果通过动脉导管或使用凝块破坏药物疏通阻塞的血管，缺氧组织中的一些存活细胞会因细胞凋亡而死亡，从而导致组织损失。希望未来能够阻止细胞凋亡的药物以及能够阻止某些形式的坏死性细胞死亡的药物能够减少组织损失及其致残性后果。
还有其他疾病，其中细胞凋亡导致的死亡太少。例如，
如前所述，小鼠和人类的突变会使编码Fas死亡受体或其配体的基因失活，从而阻止n某些类型的淋巴细胞正常死亡，导致这些细胞在脾脏和淋巴腺中异常积聚。在许多情况下，这会导致自身免疫性疾病，因为一些自身反应性淋巴细胞无法被消除并对个体自身组织产生反应。淋巴细胞的增加还会导致淋巴细胞癌，称为淋巴瘤。事实上，凋亡减少对许多类型的癌症有重要影响，因为癌细胞中对凋亡的正常抑制控制通常存在缺陷。例如，Bcl2基因首次在一种常见的人类淋巴瘤中发现，其中染色体易位导致抗凋亡Bcl2蛋白的过量产生（如前所述，Bcl2因这种B细胞淋巴瘤而得名）。携带易位的淋巴细胞中Bcl2蛋白的增加通过抑制凋亡促进癌症的发展，从而异常延长细胞存活时间并增加其数量；Bcl2的增加还降低了细胞对抗癌药物的敏感性，这些药物通常通过导致癌细胞凋亡而起作用（第20章讨论）。
活性
?ippase细胞外
空间
胞质溶胶
非活性
scramblase
失活?ippase激活的scramblase血浆
膜
caspase
裂解
位点
caspase
裂解位点
FLIPPASE被EXECUTIONER
灭活
caspase介导的
裂解
SCRAMBLASE被EXECUTIONER
激活
caspase介导的
裂解
其他血浆
膜
磷脂
氨基磷脂
(PS和PE)
激活的执行者
caspase
激活的执行者
caspase
健康细胞
凋亡细胞
MBoC7n18.104/18.14
图1814两种caspase依赖性机制导致磷脂酰丝氨酸在凋亡细胞表面积累。在健康细胞中（图上半部分），ATP依赖性氨基磷脂翻转酶(ATP11C)主动将磷脂酰丝氨酸(PS)和磷脂酰乙醇胺(PE)从质膜脂质双层的外层翻转到内层，使这些脂质主要局限于内层。在细胞凋亡期间（图下半部分），激活的执行者caspase（caspase-3、caspase-7或两者）裂解并从而使ATP11C翻转酶失活，从而阻止其脂质转位活性；同时，激活的执行者caspase裂解并激活质膜中的磷脂乱序酶(Xkr8)，该酶非特异性地在膜的两个脂质小叶之间翻转磷脂，使它们在小叶之间乱序。（虽然没有显示，但ATP11C翻转酶与较小的跨膜蛋白CDC50紧密相关，后者需要陪伴翻转酶到达质膜并可能协助脂质易位过程。）随着翻转酶永久失活和乱序酶永久激活，PS和PE迅速且不可逆地暴露在凋亡细胞表面，其中PS作为邻近吞噬细胞的“吃我”信号。这两种caspase依赖性机制
都是产生这种快速有效的“吃我”信号所必需的：如果仅使翻转酶失活，
则PS可能需要很长时间才能在凋亡细胞
表面积累有效量，因为磷脂很少在没有酶（例如翻转酶）催化的情况下在脂质双层的两个小叶之间自发翻转（见图1010B）。同样，如果仅激活翻转酶，活性翻转酶会迅速将任何翻转的PS从外部小叶返回到内部小叶，从而将PS从细胞表面去除。图1239
说明了磷脂翻转酶在内质网膜脂质双层合成中的作用
以及磷脂翻转酶在某些其他细胞内膜中产生脂质双层不对称的作用。（改编自S.Nagata等人，CellDeathDiffer.23:952961,2016.）
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1102第18章：细胞死亡
同样，编码肿瘤抑制蛋白p53的基因在约50%的人类癌症中发生突变，因此它不再促进细胞凋亡或细胞周期停滞以响应DNA损伤（如第17章和第20章所述）。因此，缺乏p53功能使癌细胞即使在DNA受损的情况下也能存活和增殖；这样，细胞逐渐积累更多的突变，其中一些突变使癌症更加恶性。由于许多抗癌药物通过p53依赖机制诱导细胞凋亡（和细胞周期停滞），p53功能的丧失也会使癌细胞对这些药物的敏感性较低。
如果凋亡减少会导致癌症，那么我们应该能够用促进凋亡的药物治疗癌症。这种方法最近导致了小分子化学物质的开发，这些化学物质通过与这些蛋白质的BH3结合槽高亲和力结合来阻断抗凋亡Bcl2家族蛋白（如Bcl2和BclxL）的功能，其方式与促凋亡的BH3特异性蛋白非常相似（见图1810D）。这些BH3模拟药物（图1815）激活细胞凋亡的内在途径，增加某些癌症中肿瘤细胞死亡的数量，尤其是那些依赖特定抗凋亡Bcl2家族蛋白生存的癌症。
大多数人类癌症都是癌，发生在肺、肠道、乳腺和前列腺等上皮组织中（第20章讨论）。
此类上皮癌细胞表现出许多行为异常，包括在特殊细胞连接处粘附细胞外基质和彼此的能力下降。在下一章中，我们将讨论这些至关重要的结构，它们负责将我们的细胞保持在组织和器官中的正确位置。
摘要
当动物细胞受到严重损坏或压力、不再需要或对生物体构成威胁时，它们可以激活各种细胞内死亡程序并自杀。在大多数情况下，这些死亡都是由细胞凋亡引起的，在凋亡过程中，细胞萎缩，细胞核和细胞凝聚并经常碎裂，邻近的吞噬细胞在细胞质内容物泄漏之前迅速吞噬细胞或碎片。细胞凋亡是由一种称为胱天蛋白酶的蛋白水解酶介导的，这种酶会裂解特定的细胞内蛋白质，从而快速而干净地杀死细胞。凋亡胱天蛋白酶以无活性前体的形式存在于几乎所有有核动物细胞中。当凋亡刺激激活衔接蛋白时，就会发生启动胱天蛋白酶的激活，衔接蛋白会使无活性的启动胱天蛋白酶单体在大型活化复合物中靠近，单体通过二聚化被激活。活化的启动胱天蛋白酶二聚体会自我裂解，然后通过裂解激活下游执行胱天蛋白酶二聚体；激活的
执行者胱天蛋白酶随后裂解细胞中的数百种靶蛋白。
扩增的、不可逆的胱天蛋白酶级联负责所有细胞凋亡事件，
包括那些集体杀死细胞并准备被邻近细胞吞噬和快速消化的事件。
细胞使用两种不同的途径激活启动胱天蛋白酶以触发细胞凋亡：
外在途径由细胞外配体与细胞表面死亡受体结合激活；
内在途径由发育信号或应激信号从细胞内部激活。每条途径都使用自己的启动胱天蛋白酶、
衔接蛋白和活化复合物。在外在途径中，死亡受体通过衔接蛋白募集胱天蛋白酶-8以形成称为DISC的活化复合物。在内在途径中，细胞内信号诱导线粒体外膜通透化(MOMP)，从而将可溶性蛋白质从线粒体膜间隙释放到细胞质中；释放的细胞色素c激活衔接蛋白Apaf1，后者募集caspase-9单体形成称为凋亡体的大型活化复合物。抗凋亡和促凋亡的细胞内Bcl2家族蛋白相互作用，严格控制MOMP，以确保凋亡的内在途径通常仅在细胞死亡对动物有利时才被激活。
S
Cl
(B)
MBoC7m18.13/18.15
O
N
N
O
O
O
O
NH
NH
NH
N+
O
(A)
图1815一种特异性抑制Bcl2抗凋亡Bcl2家族蛋白的BH3模拟药物。如图1810D所示，BH3-only蛋白可以促进细胞凋亡的一种方式是通过结合抗凋亡Bcl2家族蛋白（如Bcl2本身）中的长BH3结合槽，从而阻止该蛋白阻断细胞凋亡。(A)维奈克拉的化学结构，其设计和合成是为了紧密且特异性地结合Bcl2的BH3结合凹槽。(B)维奈克拉(红色)与人类Bcl2蛋白(黄色)结合的晶体结构。通过抑制Bcl2的活性，该药物可促进任何依赖该蛋白生存的细胞凋亡，例如人类慢性淋巴细胞白血病细胞，该药物正在临床用于治疗该病。
（PDB代码：60OK。）
MBOC7_ptr_ch18_1089-1104.indd1102MBOC7_ptr_ch18_1089-1104.indd110202/12/2112:26PM02/12/2112:26PM
1102第18章：细胞死亡1103问题
问题
哪些陈述是正确的？解释为什么或为什么不正确。
181否在正常成体组织中，细胞死亡通常会平衡细胞分裂。
182没有细胞色素c的哺乳动物细胞应该对DNA损伤引起的细胞凋亡具有抵抗力。
讨论以下问题。
183Fas配体是杀伤性淋巴细胞上的同源三聚体质膜蛋白，可与靶细胞表面的同源三聚体死亡受体Fas结合，包括一些淋巴细胞（图Q181）。通过Fas配体簇的结合使三聚体Fas聚集，从而改变了Fas的构象，使其与衔接蛋白结合，然后该衔接蛋白募集并激活caspase-8，引发caspase级联，导致细胞凋亡。
在人类中，自身免疫性淋巴增生综合征(ALPS)与Fas的显性突变有关，包括点突变和C端截断。
在此类突变杂合的个体中，一些淋巴细胞不会以正常速度死亡，并会异常大量地积累，从而导致各种临床问题。与这些患者相比，突变杂合的个体完全消除了Fas表达，因此不会出现这些临床问题。
假设Fas的正常形式和显性形式表达到相同水平并随机组装成三聚体，那么杂合ALPS患者的淋巴细胞上FasFas配体复合物中有多少部分预计完全由正常Fas亚基组成？
您的计算是否能解释为什么表达Fas突变体的杂合子个体有临床问题，而未表达Fas突变体的杂合子个体没有临床问题？
184与类似的大脑异常相比，缺乏Apaf1或caspase-9的新生小鼠的爪子有明显的异常。缺乏Apaf1的小鼠无法消除正在发育的手指之间的网状结构，而缺乏caspase-9的小鼠的手指可以正常形成（图Q182）。如果Apaf1和caspase-9在相同的凋亡途径中发挥作用，那么这些缺乏的小鼠在网状细胞凋亡方面怎么可能有所不同？
185当人类癌细胞暴露于90mJ/cm2的紫外线(UV)光下时，大多数细胞会在24小时内凋亡。早在将此类细胞群暴露于紫外线后6小时，就可以检测到线粒体释放的细胞色素c，并且此后10多个小时内细胞色素c持续增加。这是否意味着单个细胞在此时间段内缓慢释放其细胞色素c？或者，单个细胞是否快速释放其细胞色素c，但不同的细胞在不同的时间被触发？为了回答这个基本问题，您已将绿色荧光蛋白(GFP)基因与细胞色素c基因融合，以便您可以通过共聚焦荧光显微镜观察单个细胞的行为。在表达细胞色素c
GFP融合蛋白的细胞中，荧光显示出线粒体蛋白的典型点状图案。然后，用紫外线照射这些细胞，观察单个细胞的点状图案变化。图Q183A和B显示了两个这样的细胞（白色轮廓）。释放
图Q181三聚体Fas配体与Fas的结合（问题183）。
虽然没有显示，但至少两个三聚体Fas配体必须结合并聚集至少两个三聚体Fas受体才能激活该途径；
为清楚起见，仅显示了配体和受体的单个副本。
杀伤性淋巴细胞
质膜
细胞核
未暴露的
死亡域
激活的Fas
死亡受体
与暴露的
死亡域
无活性的Fas
死亡受体
Fas配体
淋巴细胞
质膜
FAS受体
激活
MBoC7Q18.03/Q18.01
图Q182Apaf1/
和Casp9/新生小鼠的爪子外观与正常新生小鼠相比（问题184）。（摘自H.Yoshida等人，Cell94:739750,1998。经Elsevier许可。）
Casp9
Apaf1
MBoC7Q18.01/Q18.02
/
/+/+
+/
图Q183通过延时视频荧光显微镜分析单个细胞线粒体释放的细胞色素cGFP（问题185）。（A）在紫外线照射后10小时观察细胞6分钟。（B）在紫外线照射后17小时观察细胞8分钟。A中的一个细胞和B中的一个细胞（每个细胞都以白色勾勒出轮廓）在观察的时间范围内释放了细胞色素cGFP，每个面板下方显示为小时：分钟。（摘自
J.C.Goldstein等人，《自然细胞生物学》2:156162，2000年由
NaturePublishingGroup出版。经SNCSC许可转载。）
MBoC7Q18.02/Q18.03
(B)
(A)
17:1017:18
10:0910:15
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1104第18章：细胞死亡
JiangX&Wan