细胞凋亡是细胞在一定的生理或病理条件下，遵循自身程序，自己结束其生命的过程，是机体维持内环境稳定，由基因调控的细胞自主的有序性死亡。细胞凋亡不是一种被动的过程，而是涉及一系列基因激活、表达以及调控等的主动过程，是机体为了更好地适应生存环境而主动采取的一种死亡过程。

对于一个多细胞生物来说，要维持完整性和保持平衡性，凋亡是一个非常重要的生物学过程。多数细胞生物的诞生、生长、发育、存活以及死亡，无一不伴随着细胞凋亡的过程。凋亡一词1972年开始使用，但当时由于检测技术的限制，这种现象只停留在形态学的描述上，一直未被病理工作者重视。20世纪80年代末，随着细胞生物学、分子生物学等学科的发展，凋亡的检测技术也有了很大发展，人们逐渐认识到细胞凋亡的特殊生物学意义，由此促成了新的医学研究热点，促进了凋亡理论在生物医学各领域的广泛应用。

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。

凋亡的启动是细胞在感受到相应的信号刺激以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，包括细胞凋亡的膜受体通路、细胞色素C释放和caspase激活的生物化学等途径。

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。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（death domain，DD）。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，吸引了胞质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caspase-8酶原发生同嗜性交联，聚合多个 caspase-8的分子，caspase-8分子遂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。

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。细胞色素C从线粒体释放是细胞凋亡的关键步骤。释放到细胞质的细胞色素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能激活其他的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分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制研究的关键问题。多数凋亡刺激因子通过线粒体激活细胞凋亡途径。有人认为受体介导的凋亡途径也有细胞色素C从线粒体的释放。如对Fas应答的细胞中，一类细胞（type 1）中含有足够的caspase-8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（type 2）如肝细胞中，Fas受体介导的 caspase-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径来放大，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caspase-8向线粒体传递的信使。

尽管凋亡过程的详细机制尚不完全清楚，但是已经确定caspase在凋亡过程中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基本分为两类：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 caspase-2、3、6、7、8、9、10。caspase 家族一般具有以下特征：①C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（initiator）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。

该阶段可通过死亡受体（death receptors，DR）、应 激 途 径 和 转 化 生 长 因 子-β（transfor-ming growth factor-β，TGF-β）途径来实现，细胞根据所处的不同环境及不同的凋亡激动剂，通过不同的途径发生凋亡。其中主要是通过DR。DR 包括肿瘤坏死因子（TNF）、CD95（Fas或 APO-1）和凋亡诱导配体受体 TRAILR。当死亡配体（death ligands）和DR结合激活死亡蛋白酶系统后，可以在几小时内诱导细胞凋亡。许多抗肿瘤药物就是通过这个途径来杀伤癌细胞的。转化生长因子-β家族包括TGF-β、激活素、Smada蛋白以及骨形态发生蛋白。它们对多种细胞均具有广泛的生物学作用，如调节细胞周期、细胞分化、细胞外的基质蛋白，免疫系统和细胞凋亡等。丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）家族可将多种细胞的外界刺激由表面传递至细胞核，从而调节细胞的增殖、分化和凋亡。

促细胞凋亡因子和抗细胞凋亡因子之间的比例决定了细胞是否对近端的凋亡信号刺激发生反应以及细胞是存活还是凋亡。当细胞接受凋亡刺激后，Bax和Bid等从胞质移至线粒体内，引起线粒体通透性改变，从而活化细胞凋亡的级联反应，细胞色素 C从线粒体释放到胞质中，caspases活化、PARP裂解、DNA断裂，最终导致细胞凋亡。而Bcl-xL和Bcl-2能在线粒体上形成离子通道，从而防止了线粒体通透性改变和细胞凋亡。

在前2个阶段的基础上，细胞就进入了凋亡执行阶段。此时凋亡细胞出现特异的形态变化和生化改变，如膜上出现小泡、细胞皱缩、核致密、微绒毛消失、核酸内切酶活化、线粒体损伤、磷脂酰丝氨酸转移到质膜外层小体等。

凋亡与坏死不同，涉及单个细胞。其特征为细胞首先变圆，连接消失，与邻近细胞脱离，失去微绒毛，细胞质收缩，内质网扩张呈泡状并胞膜融合，核染色质密度增高呈半月形，聚集在核膜周边，核仁裂解，DNA降解成为约 180～200bp及其整数倍的片段；进而胞膜内陷将细胞分割成多个有膜包裹，内容物不外溢的凋亡小体（apoptosis body）。终被相邻的细胞或吞噬细胞所识别、吞噬或自然脱落而离开生物体。自始至终没有线粒体膜、溶酶体膜及胞膜的破裂，无细胞内容物外溢，无炎症反应。

对于绝大多数类型的细胞来说，凋亡过程的最后阶段都会发生细胞核DNA的降解，成为片段化小体。由于核酸内切酶激活，基因组的DNA在核小体连接区发生非随机性降解，产生寡核小体片段，其大小相当于核小体（180～200bp）的倍数。由于降解后产生的DNA片段是由多聚体组成，故在琼脂糖凝胶电泳中可见特征性的“梯状”（1adder pattern）条带。但在整个过程中，线粒体内的DNA并不发生断裂。目前的研究发现，细胞凋亡时DNA链的断裂有三种方式。

这种降解非常特异，所产生的不同长度的 DNA片段均为 180～200bp的整倍数，这正好是在核小体与核小体的连接部位被切断，产生不同长度的寡聚核小体片段。已有学者证实，凋亡过程中这种 DNA的有控降解是一种Ca、Mg依赖、内源性核酸内切酶作用的结果。但到目前为止，是否存在凋亡特异性DNA内切酶的问题还未解决。细胞凋亡时DNA的有控降解表现在琼脂糖凝胶电泳中，呈现特异的“梯状”图谱，与标准相对分子质量参照物相比，条带分别为180～200bp的整倍数。虽然细胞坏死后期也有DNA降解，但那种降解是DNA随机断裂成大小不等的连续片段，琼脂糖凝胶电泳表现为弥漫的连续图谱（smear），与 ladder明显不同。

大分子 DNA片段是指50～300kbp的DNA片段，它可以单独出现于凋亡细胞，也可与寡聚核小体大小的DNA片段共同出现。这种大分子DNA片段与核支架染色质环区的分子大小相一致。因此，有人认为核小体间DNA链断裂与大分子DNA片段形成可能仅仅是核酸内切酶对DNA链的切割部位不同所导致的产物，如果凋亡细胞只有大分子片段，那么可能是由于对DNA的切割只发生在核支架部位；在核支架部位切割DNA的同时，核小体连接处组蛋白H1也被切割，则同时出现大分子DNA片段和核小体大小的DNA片段；如果先在核支架部位切割，之后再在组蛋白 H1部位切割，则先出现大分子DNA片段，后出现核小体大小的DNA片段。此外，在大多数情况下并不发生核支架部位的切割，而只在组蛋白H1部位切割DNA链，此时就只有核小体大小的DNA片段出现。但目前，尚不清楚不同条件下细胞凋亡何以出现大小不同的酶切产物。

以喜树碱（拓扑异构酶Ⅰ抑制酶）作用于 HL-60细胞，可引起DNA单链断裂。去除药物后，断裂点可很快恢复，但4h后却出现核小体间DNA链的断裂，提示DNA单链断裂可能只是细胞凋亡过程中DNA片段化形成的信号。

与细胞凋亡相关的酶，最主要的就是凋亡性核酸内切（apoptotic endonuclease），而该酶又分为 DnaseⅠ型酶和 DnaseⅡ型酶。DnaseⅠ型酶为Ca ²⁺（主要）、Mg ²⁺依赖性核酸内切酶，该种酶能够被Ca ²⁺和Mg ²⁺所激活，并且随着其浓度的增加活性增加。所以要想该酶更好地发挥作用，就必须升高Ca ²⁺的水平；DnaseⅡ型酶为pH依赖性核酸内切酶，同理，要想该酶更好地发挥作用，也必须升高H ⁺的水平。

早在20世纪70年代就有人发现在正常细胞中存在Ca ²⁺和Mg ²⁺依赖性内源性核酸内切酶，这种Ca ²⁺、Mg ²⁺依赖性核酸内切酶是一种双链DNA内切酶，将这类与凋亡有关的核酸内切酶DNase，统称为凋亡性核酸内切酶。经这种酶切割后所产生的DNA最小单位长度为180bp，其余DNA片段长度为180bp的倍数（寡聚体），经此酶的消化，可产生类似凋亡细胞的DNA降解现象，Ca ²⁺和Mg ²⁺能激活此酶的活性，Zn ²⁺显著抑制其作用。DNA的切割动力学分析表明，这种DNA降解片段可以在 1～2h内检测到，DNA降解过程从细胞死亡前5h开始，到24h绝大多数凋亡细胞降解达到高峰。目前已有更多的实验证明，胞内酸性pH或H ⁺浓度的增加可促发凋亡的形成，其机制可能与相关蛋白酶类的激活有关。Park等在细胞培养中，通过改变pH研究白血病HL-60细胞凋亡，发现当培养基（细胞外pH，pHe）pHe=6.2～6.4时细胞 pHi为 6.6～6.9即诱发凋亡；当pHe=5时，细胞则表现为坏死形式。这一实验显示了胞内pHi可在一定范围内决定细胞的死亡形式。Gottlieb等则以细胞表面Fas蛋白抗体、放线菌酮及紫外线分别处理细胞，发现当细胞pHi降至6.8以下后，才相继出现“梯状DNA片段”及凋亡的形态特征，进一步表明了酸性pHi参与调控细胞凋亡的发生。

此外，由于凋亡性核酸内切酶被激活，所以细胞凋亡时细胞的蛋白质含量会明显减少。

细胞凋亡的生化改变不仅仅是DNA的有控降解，在糖皮质激素诱导鼠胸腺细胞凋亡过程中，加入RNA合成抑制剂或蛋白质合成抑制剂可抑制细胞凋亡的发生，这提示细胞凋亡发生可能需要新的基因表达来合成某些生物大分子作为调控因子。但是，另外一些实验结果表明，一些RNA、蛋白质合成抑制剂反而会诱发细胞凋亡。对于这种相互矛盾的现象目前有两种解释：一种认为，细胞凋亡的发生有生物大分子合成依赖和非依赖两个阶段，不同的刺激因子可能在不同类型细胞的凋亡途径的不同阶段启动凋亡程序；另一种认为，细胞凋亡的生化途径可能不止一种，在某些情况下，药物诱导白血病细胞凋亡并不需要新的基因表达，且抑制基因表达本身就可诱导或增强细胞凋亡的发生。因此，Martin等按细胞凋亡对大分子合成的需求与否将细胞凋亡分为三类：①细胞凋亡需要RNA和（或）蛋白质的合成，大分子合成抑制剂可阻断细胞；②细胞凋亡发生前所需生物大分子已存在于细胞内，只是被分割开来或以无活性状态存在，其活化需要磷酸化、去磷酸化或某些离子的存在，除非有活化信号传入，它们对细胞并不造成损害，这种情况下细胞凋亡不受蛋白质或RNA合成抑制剂的影响；③细胞内已有凋亡所需的大分子物质，只是其功能被其他生物大分子（如Bcl-2）的连续合成所抑制，此时蛋白质或RNA合成抑制剂能诱导或促进细胞凋亡的发生。

磷脂酰丝氨酸，英文名 phosphatidylserine，简称PS，由天然大豆榨油剩余物提取。是细胞膜的活性物质，尤其存在于大脑细胞中。其功能主要是改善神经细胞功能，调节神经脉冲的传导，增进大脑记忆功能。细胞膜主要由脂质、蛋白质和糖类等物质组成，脂质以双分子层的形式存在。在细胞凋亡早期，细胞膜的平衡结构被打乱，不对称性分布发生改变，表现为外翻。此时细胞膜与外界接触消失。

在细胞凋亡早期，线粒体会发生两个主要变化，一是跨膜电位下降，二是膜的通透性增强。当线粒体膜外电势差减少时，线粒体膜电位降低，并可以引起其膜内一系列生化改变，如caspase活化等。此时跨膜电位虽然下降，但仍然存在。另外，此时线粒体对膜外蛋白质的通透性增强，以便可溶性的膜间蛋白从线粒体释放出来。

细胞凋亡的发生取决于某些静息基因的表达。

细胞记忆体存在某些抑制基因（如 Bcl-2），使死亡程式的功能受到抑制或阻遏，当抑制因子消除则死亡程式释放表达。

外界凋亡触发因子主要以跨膜信息传递的方式给细胞以某种信息刺激，而将整个死亡程式连续起来，产生快速的凋亡反应。

死亡受体途径又称外源途径，主要是由膜上死亡受体介导的。死亡受体是一组细胞表面标记，属于肿瘤坏死因子（TNF）受体超家族。死亡受体家族的胞内部分含约80个氨基酸残基组成介导凋亡区域，称为死亡结构域（DD）。该结构域很重要，可将胞外信号传递到胞内，进而引发凋亡。配体与死亡受体相结合类 型 主 要 有 FasL/FasR、TNF-α/、Apo3L/DR3、Apo2L/DR4、Apo2L/DR5、TRAIL/DR5、DQM3/DR6等。

目前，经典的结合方式有 FasL/FasR、TNF-α/TNFR，其中Fas受体与 Fas-L配体结合后，Fas三聚化会使胞内的DD构象改变，然后与接头蛋白Fas相关死亡结构域（Fas-associated death domain，FADD）的DD区结合，而TNF-α受体与配体结合后，会先衔接TNF相关死亡结构域（TNF receptorassociated death domain protein，TRADD），TRADD 再招募FADD，FADD的N端死亡效应结构域（death effector domain，DED）区会与 caspase-8、caspase-10前体结合，形成死亡诱导信号复合体（deathinducing signaling complex，DISC），随 后 引 发caspase的级联反应；而 TRADD除了招募 FADD诱导凋亡外，还可招募肿瘤坏死因子受体相关因子（TRAF）和丝/苏氨酸蛋白激酶（RIP），活化 NF-κB诱导激酶（NIK），进一步激活 IKβα促进 NF-κB 的释放，移位到核内诱导基因表达。活化的caspase-8还可将胞质中的Bid切割成tBid作用Bax，通过线粒体途径诱导细胞凋亡。死亡受体介导的凋亡通路可被细胞型Fas相关死亡域样白介素-1β转换酶抑制蛋白（c-FLIP）所抑制，c-FLIP具有 DED结构，可竞争性与caspase-8结合FADD。

TRAIL配体与TNF-α、FasL不同，对正常细胞无作用而特异性杀死肿瘤细胞，从而为癌症的治疗提供靶向。近些年有关配体与受体的结合不断被发现，有报道称细胞外基质（extracellular matrix，ECM）中的细胞外基质糖蛋白（EMILIN2）可与死亡受体DR4结合引发凋亡；细胞外前列腺凋亡反应蛋白 4（Par-4）可与细胞表面葡萄糖调节蛋白 78（GRP78）结合通过死亡受体途径介导凋亡等。但配体与受体结合引发凋亡还受其他因素影响，相关报道发现在骨髓瘤细胞中CD95L配体与TNF受体结合会表现为促凋亡，但与CD95L相比RAILT配体与TNF受体结合引起凋亡就较弱，这说明细胞内还存在其他途径相互影响协同作用。另有研究结果表明干扰小 RNA使基质金属蛋白酶-2（MPP-2）上调，结果不仅导致抗凋亡蛋白减少，促凋亡蛋白生成，还会影响FAS/FasL及FADD的上调。死亡受体途径的发现，为人类癌症的治疗提供了良好契机，我们可从癌症细胞表面受体出发，找到与其相结合的配体，从而开发有效抗癌药为人类解决癌症难题。（图17-1）

线粒体途径又称内源途径，一般由细胞内信号引发。细胞内信号的产生又可分为内因及外因，内因一般为缺少生长因子、激素或细胞因子等，由于不能抑制细胞程序性死亡而产生凋亡；外因一般为环境因素（UV辐射、毒素、应激等），其产生胞内信号从而诱导凋亡。内源途径主要体现在对线粒体的作用，细胞内信号通过作用Bcl-2蛋白家族改变线粒体膜结构，使线粒体膜通透性转换孔（mPTP）开放，释放促凋亡物质如细胞色素C、半胱氨酸蛋白酶激活剂（Smac/DIABLO）、凋亡诱导因子（AIF）及核酸内切酶 G、丝氨酸蛋白酶（HtrA2/Omi）等。核酸内切酶G可移位到核内，不依赖caspase途径直接引起DNA片段化；AIF是位于线粒体内外膜间隙的黄素蛋白，在正常状态下催化细胞色素C和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸之间电子传递，还可作为氧化还原酶清除自由基，但在外界刺激下AIF会从线粒体转位到核内与线粒体核蛋白一起引起细胞染色体凝聚及DNA片段化，AIF诱导的凋亡同样不依赖于caspase途径；细胞色素C与胞质蛋白凋亡活化因子（Aparf-1）结合可引起Aparf-1多聚化，Aparf-1/cytc的复合体与 ATP/dATP结合后进一步连接 caspase招募区（caspase recruitment domain，CARD），召集 caspase-9 形成凋亡体激活 caspase-9，从而引发 caspase的级联反应；研究结果表明凋亡抑制蛋白（IAPsI）具有BIR结构可与caspase家族蛋白结合抑制其活性，这种抑制作用可被 Smac/DIABLO和 HtrA2/Omi移除；另外研究结果表明通过基因敲除试验，线粒体释放的部分蛋白（如Smac/DIABLO）单独与IAPs结合，并不能引发凋亡，这表明Smac/DIABLO诱导凋亡需要caspase蛋白的参与。IAP是一种多功能蛋白不仅调节细胞凋亡，还可参与细胞信号传导、炎症及细胞周期的过程。至今为止，人体内IAP家族蛋白已有8个成员被鉴定，包括细胞凋亡抑制蛋白（c-IAP1/2）、神经源性凋亡抑制蛋白（NAIP）、X 连锁凋亡抑制蛋白（XAIP）、细胞凋亡抑制蛋白（bruce）、生存蛋白（survivin）、抗凋亡因子（livin）和抑凋亡蛋白（apollon），其中生存蛋白对Smac有抑制作用。

内源途径中Bcl-2家族蛋白起关键作用，Bcl-2家族根据结构、功能的不同，可分3类：①Bcl-2家族：Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1及 Bcl-w等，通常具有4个BH 区域（BHI～BH4），具有抗凋亡作用；②BAX亚家族：Bax、Bak及 Bok等，具有 3个BH 区域（BHI～BH3），通常促细胞凋亡；③BH3-only 亚家族：Bid、Bim、Bad、Puma、Noxa、Bmf 和Bik等，只具有1个BH区域，同样是促进凋亡蛋白。其中Bax、Bak主要分布于细胞质中，部分吸附在线粒体表面，但并非插入到线粒体外膜内；Bcl-2、BclxL等大多分布于线粒体膜内外膜两侧，插入膜内；Bad由于没有跨膜区域所以一般分布于胞质中，大多研究结果表明仅含BH3区域的蛋白成员都是促凋亡的，且都与某个凋亡抑制家族成员相互作用。

BH3-only亚家族蛋白又可进一步分为两大类：一类为直接作用蛋白（tBid、Bim、Puma）；另一类为去抑制蛋白（Bad、Bik、Bmf、Bnip3、Hrk、Noxa、Puma）。相关报道指出丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（Akt）可诱导 Bad蛋白的 Serl36磷酸化，导致磷酸化的Bad与 14-3-3α相互作用并滞留在胞质中。减少Akt酶磷酸化可减少Bad与14-3-3α的结合作用，游离的Bad可与线粒体膜上的Bcl-2结合，从而释放出大量BH-only直接作用蛋白，进一步激活效应蛋白Bax改变线粒体膜结构，影响其通透性诱导凋亡。直接作用蛋白对效应蛋白的活化导致效应蛋白的N端构象变化，该变化对Bax的寡聚化和线粒体外膜形成空隙是必需的。另外，BH3-only蛋白与 Bcl-2抗凋亡蛋白的结合具有选择性，Bad蛋白只特异结合Bcl-2及 Bcl-xL；Noxa蛋白特异性结合 Bcl-w及Mc1-1/A1；Bid、Bim 及 Puma可结合所有抗凋亡蛋白。

另外，研究结果表明BH3-only去抑制蛋白将效应蛋白Bax从抗凋亡蛋白Bcl-2中释放后，Bax蛋白可自动发生构象变化被活化，诱导凋亡。实际上效应蛋白Bax与抗凋亡蛋白Bcl-2在细胞中存在的位置不同，理论上它们很难相遇结合，并且在正常细胞中并未发现Bak与Bcl-2相互作用，效应蛋白 Bax引起线粒体膜通透性的改变需BH3-only直接作用蛋白的激活。凋亡刺激物虽可上调直接作用蛋白Bid、Bim 及 Puma的表达，但它们通常会快速与Bcl-2蛋白结合，因此需去抑制蛋白Noxa、Bad、Bmf等通过竞争结合将其释放出来，目前关于如何将他们释放的机制尚不清楚。相关研究推测tBid、Bim及Puma a在转录表达后可能直接作用Bax或通过翻译后修饰激活Bax。目前关于BH3-only直接作用蛋白对Bax、Bak的作用机制仍不了解，BH-only直接作用蛋白对Bax、Bak的激活作用还需疏水区的参与。另外，研究发现一些生理生化因素如pH、非离子去污剂、氧化还原电位改变及热激可激活凋亡蛋白 Bax、Bak。

mPTP开放受多种因素调控，如细胞氧化还原水平、能量代谢水平、胞质Ca ²⁺等，其中研究最多的是Bcl-2家族对mPTP的调控。目前关于细胞色素C的释放主要有2种说法：①Bcl-2家族蛋白Bax具有成孔性，相关研究结果表明Bax分子可在脂质双分子层中形成大的孔道，最大可允许2000ku的分子通过；②Bax还可直接作用于mPTP，mPTP位于线粒体内外膜之间由多个蛋白质组成的复合通道中，主要成分包括电压依赖性阴离 子通 道 （voltage-dependent anion channel，VDAC）和内膜的腺苷酸转位子（adenine nucleotide translocator，ANT），Bax 可与 ANT、VDAC 相互作用促进孔道开放，导致膜电位改变，ATP水平下降、胞质Ca ²⁺水平上升、AIF及细胞色素C释放等。相关研究结果表明Bcl-xL蛋白可在合成的脂质膜中形成通道，抑制内膜超极化，从而保持外膜的完整性，进一步抑制细胞色素C的释放。

最近研究结果表明利用RNA干扰技术敲除成纤维细胞VDAC的 1个或3个基因，在钙超载、氧化应激及Bax、Bid活化时，虽缺失 VDAC基因但与野生型一样能诱导线粒体通透性转换孔的开放，表明VDAC并不是形成mPTP所必需的，其他途径也可引起mPTP开放，引发凋亡。另外，研究还发现缺失ANT1和ANT2的细胞在氧化应激下，同样能发生线粒体膜通透性的改变。ANT是位于线粒体内膜的跨膜蛋白，其底物为 ADP、ATP、dADP。研究发现Bax与ANT相互作用会形成通道，而Bcl-2与ANT结合则会抑制孔道的形成，从而抑制线粒体膜通透化（MMP）的发生。对于线粒体成孔的确切机制仍存在很多疑问，研究结果表明效应蛋白Bax活化成孔需BH3-only直接作用蛋白和膜上疏水部位的参与，但目前尚无确切证据表明Bax可引起mPTP的形成。研究发现Bax可在线粒体膜表面形成类似伞状的结构而非孔；另外一些动力学方法表明Bax的单体（而非寡聚体）调控线粒体膜通透性转变孔的形成，资料显示Bax的二聚体及多聚体可激活Bax单体，通过结合或抑制抗凋亡蛋白间接影响线粒体膜通透性。线粒体膜通透性转换孔究竟有多少个Bax单体组成仍不明确，有研究结果表明可能在1～10之间。

细胞毒性T淋巴细胞（cytotoxic lymphocyte，CTL），又称细胞毒性T细胞（cytotoxic T cell）。该细胞可通过死亡受体途径诱导靶细胞凋亡，其中FasL/FasR是主要方式。另外，CTL还可分泌穿孔素，穿孔素会先在靶细胞膜上形成孔道，随后将颗粒酶通过该孔道运到靶细胞内，引发细胞凋亡。目前，最常见的颗粒酶有颗粒酶A和B。颗粒酶A可活化核小体装配蛋白SET，从而解除对肿瘤转移抑制基因（NM23-H1）的抑制，导致 DNA片段化。颗粒酶 A通常不经caspase途径，而是直接作用DNA诱导凋亡，但颗粒酶B可在天冬氨酸位点活化蛋白通过caspase途径引发凋亡。靶细胞一般为移植细胞、肿瘤细胞及受微生物感染的细胞，是一种有益途径。

MAPK/ERK 通路主要包括细胞外信号调节激酶（ERK1/2）MAPK、p38丝裂素原活化蛋白激酶（p38 mitogen activated protein kinase，p38 MAPK）、c-Jun 氨基端激酶/应激活化蛋白激酶（JUK/SAPK）MAPK 及 ERK5E/BMK1。有报道称MAPK家族中p38MAPK持续激活会作用p53蛋白调节Bax，另外，还可促进DR5/TRAIL、TNFR1T/TNF-α蛋白的表达，p38 MAPK介导凋亡可通过以下途径：磷酸化p53、参与Fas/FasLL介导的凋亡、激活 c-Jun等；另外，MAPK家族中的JUKs通路可通过转录依赖的方式调节下游凋亡相关靶基因的转录、蛋白的表达，还可使抗凋亡、促凋亡蛋白磷酸化，参与内外源途径介导的凋亡；有研究结果表明JUKs通路还参与细胞恶性转化和肿瘤的发生；ERK5是MAPK信号通路中较新的一条非经典通路，关于其作用机制还需进一步研究。

内质网在细胞内分布广泛，是细胞蛋白质合成、修饰及折叠的重要场所，同时也是细胞内Ca ²⁺的主要储存库。当胞内Ca ²⁺浓度迅速持续升高时，会进一步激活胞质中的钙依赖性蛋白酶，作用于线粒体影响其通透性和膜电位的改变，促进凋亡。除此之外，内质网源性转录因子（CHOP）通路是诱导凋亡的主要通路之一。CHOP主要存在于细胞质中，正常细胞内含量较低，当细胞处于应激状态时，其表达显著增加，过量表达的CHOP聚集在细胞核内，促进细胞凋亡。目前的研究对CHOP的上游调节机制有一定了解，但其下游的调节机制还不是很明确。此外，CHOP可上调促凋亡基因 Bax/Bak，抑制抗凋亡蛋白 Bcl-2B的表达。caspase-12是caspase亚家族成员之一，存在于内质网中并仅在内质网应激时被活化，是介导内质网凋亡的关键分子，在正常情况下，caspase-12与其他的家族蛋白一样以无活性的酶原形式存在细胞中，但在内质网应激损伤状态下，caspase-12酶原会被特异激活，并协同其他内质网应激分子激活 caspase-9酶原，再通过caspase级联反应导致细胞凋亡。

NF-κB 是一个关键转录调节因子，未被激活时 NF-κB复合物与 IKβα结合位于胞质中，当细胞受刺激时IKβα磷酸化降解释放NF-κB，游离的 NF-κB移位到细胞核与DNA结合影响基因表达。研究发现NF-κB通路的激活可引起抗凋亡蛋白Bcl-2、cFILP及ISPs的上调；但相关研究结果表明在特定细胞下不同刺激也会诱发细胞凋亡，其可抑制抗凋亡基因的表达，且NF-κB亚单位的种类、数量在细胞凋亡中起着决定性的作用。报道表明 c-FILPL、p43-FLIP的活化可作用抑制 IκB激酶（IKK）复合体，引起NF-κB的激活。

肿瘤抑制蛋白 p53对 Bcl-2蛋白家族有重要调节作用，研究结果表明p53蛋白可直接激活Bcl-2家族凋亡蛋白Bax，从而改变线粒体膜通透释放促凋亡蛋白，具有与BH3-only蛋白相似的功能；另外，p53还可作为转录因子促进凋亡蛋白的表达。其中Puma、Noxa凋亡蛋白受p53调控，但目前关于转录的机制尚未完全明确。当DNA发生损伤时，p53蛋白可阻止DNA复制，提供足够的时间让损伤的DNA进行修复；若修复失败，p53蛋白则会通过以上途径诱导细胞凋亡。若p53基因的2个拷贝都发生了突变，由于其不能抑制细胞增殖，细胞会发生癌变。依据其特性，可通过外界干扰调控p53通路，更好地预防治疗癌症。

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被活化，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：

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（cytokine response modifier A）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DMQDG被靶caspases特异切割，切割后的p35与caspase的结合更强，CrmA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（caspase-8，FADD-like interleukin 1β-converting enzyme）-inhibirory proteins]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、caspase-10结合，拮抗它们之间的相互作用，从而抑制caspase-8、caspase-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（inhibitors of Apoptosis protien，IAPs）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中克隆到，发现能够抑制由病毒感染引起的宿主细胞死亡应答。IAP超家族的成员较多，如 c-IAP1、c-IAP2、XIAP、NIAP、livin 和survivin，新的成员还在不断地被发现。IAP家族成员有一个共同的特征，含有一个或多个70个氨基酸的重复序列（BIR），类似于锌指状的结构。BIR功能域和之间的连接区域介导对caspase的抑制作用，而环指状结构则具有泛素化蛋白连接酶的作用，介导caspase-3和caspase-7的泛素化降解作用，进而抑制细胞凋亡。

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甘肽（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水平的上升与层粘连蛋白及PARP两种核蛋白的降解呈正相关。用Bax寡核苷酸处理的细胞，只能特异地阻断层粘连蛋白的降解，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。

p53作为反式转录激活因子，可主要调控三群凋亡相关基因的表达：第一群是可启动线粒体凋亡途径；第二群可启动死亡受体凋亡途径；第三群则为磷酸脂酶，可负调控细胞的生存、增殖信号途径，增加细胞的凋亡敏感性。此外，p53还可转位到线粒体，模拟BH3-only样蛋白的功能，直接诱导细胞凋亡。

Bc-l2、Bc-lxL主要是定位在线粒体膜上，通常与一个目前尚未鉴定的分子X（线粒体凋亡途径的启动分子Bax和Bak在胞质内被激活时需要的一个膜结合效应分子）结合，阻止Bax和Bak的激活和线粒体定位，或与Bax和Bak在线粒体膜上结合成复合物，阻止Bax或Bak同源聚合物的形成，从而发挥其抗细胞凋亡的作用。当BH3-only蛋白如Bim与Bcl-2或Bcl-xL结合时，可置换下分子 X。分子X则可直接或间接地活化Bax和Bak，BH3-only 蛋白亦可从 Bcl-2、Bcl-xL 与 Bax、Bak的复合物中置换出 Bax、Bak，从而启动细胞线粒体凋亡途径。细胞应激状态下，p53活化后可下调Bcl-2和Bcl-xL的表达。Bax在表达后主要贮存于胞质内，部分在线粒体膜上与Bcl-2或Bcl-xL结合成复合物。在其被分子X激活后，与凋亡相关点样 蛋 白 （apoptosis-associated speck-like protein，ASC）直接相互作用并共转位于线粒体。Bax在线粒体膜上寡聚化，形成一个跨膜通道，导致内外膜之间的电势能降低，细胞色素C释放，启动细胞凋亡途径。ASC是Bax转位于线粒体必需的。DNA严重损伤等情况下，p53活化并上调 ASC和 Bax的表达。

Puma（p53 upregulated modulator of apoptosis）、p53AIP1（p53-regulated apoptosis inducing protein 1）及Noxa等都是BH3-only样蛋白，转位于线粒体后可与Bcl-2或Bcl-xL相互作用，激活Bax，启动线粒体凋亡途径。p53AIP1和Puma可能是细胞内关键的凋亡基因。当Ser46发生突变而不能发生此位点的磷酸化时，p53诱导凋亡的功能即被抑制，同时也特异地阻断了p53AIP1的表达；用iRNA抑制p53AIP1表达，基本上阻断了肿瘤细胞的凋亡；而敲除小鼠PUMA基因，则基本上完全抑制了小鼠细胞的凋亡。DNA严重损伤等情况下，p53活化并上调三者的表达。

p53ABC1L（p53-inducible activity of bc1 complex like）蛋白定位在线粒体内，在DNA严重损伤等情况下，p53活化并上调其表达。用反义寡核苷酸抑制其表达时，显著减弱正常p53诱导的细胞凋亡反应。

p53也可直接转位于线粒体，直接启动非转录依赖的细胞凋亡途径，作为p53转录依赖的细胞凋亡途径的有益补充。研究发现，对恶性肿瘤细胞、永生细胞及小鼠的原代胸腺细胞进行缺氧或DNA损伤刺激 1h后，有少部分的p53转位到了线粒体中，伴随有Bax的线粒体转位，随后有细胞色素C释放，继之细胞凋亡；p53能剂量依赖性地促进细胞色素C的释放。利用WGA阻断UV处理时 p53入核，Bax ^+/+MEF发生凋亡，Bax ^-/-MEF却表现为凋亡抗性，说明p53确实是通过Bax发挥作用的。利用 WGA阻断 p53QS入核（p53L25Q、W26S，这两个残基同时位于转录反式激活结构域、N-NES和MDM2结合部位，因此既无转录因子活性，也不能核外运，亦不与MDM2结合而被抑制），即使不进行UV处理，Bax ^+/+MEF也发生凋亡，说明线粒体凋亡途径的引发确实是非p53转录依赖性的。p53与Bcl-xL结合的能力是Bax与Bcl-xL结合能力的50倍，说明 p53具备从 BclxL/Bax复合物中置换出Bax的能力。p53是通过蛋白相互作用启动线粒体凋亡途径的，它可与定位在线粒体外膜上的Bcl-2或Bcl-xL相互作用，形成了复合物；提纯的p53和Bcl-xL也可形成复合物。NMR扫描证实，p53与Bcl-xL相互作用的区域即是其可与DNA结合的核心结构域。p53、p53QS可致Bax寡聚化（活化）、细胞色素 C释放和细胞凋亡，但 p53ΔPP（富脯氨酸结构域，proline-rich domain缺失突变）则不能，说明proline-rich结构域是p53直接启动线粒体凋亡途径所必需的。人类肿瘤中，某些突变的p53既无转录激活功能，亦不能与Bcl-xL相互作用以促进细胞色素C的释放。此类突变有“一石二鸟，double-hits”的作用，同时封闭了p53的转录依赖和非转录依赖途径的凋亡诱导功能。

在细胞周期阻滞并进行DNA修复等努力时，p53转录激活了CSR、ALDH4等的表达，去除或消耗大量的ROS，减轻细胞承受的氧化压力。但在细胞选择了凋亡时，则可诱导产生大量的ROS，ROS活化p38激酶，p38再激活caspase-3，启动细胞凋亡程序。该过程伴随有线粒体膜势能在caspase-3激活前的升高和在caspase-3激活后的降低，但无胞质内Bax的线粒体转位及细胞色素C释放。因为caspase-3的活化抑制剂z-VAD-fink可以剂量依赖方式几乎完全阻断该凋亡发生，因此亦不可能是失能的线粒体释放了可启动非caspase依赖凋亡途径的AIF（apoptosis-inducing factor）。

Fas/CD95、Killer/DR5、STAG1（stromal antigen 1）等死亡受体定位到细胞膜发挥作用，启动FADD-caspase-8胞质凋亡途径。在DNA严重损伤等情况下，p53活化并上调这类死亡受体的表达。Fas/CD95和Killer/DR5介导的凋亡途径已研究得非常清楚。STAG1则是个新鉴定的p53依赖的凋亡相关分子，在RAd-p53S121F感染细胞中高表达。突变型的p53S121F比野生型的wtp53有更强的细胞凋亡诱导功能。用iRNA抑制STAG1的表达时，用RAdp53S121F和rAd-wtp53诱导的细胞凋亡反应均减弱。

细胞凋亡现象普遍存在于人类和多种动植物种，是多细胞生物体个体生长发育、维持成体组织结构不可缺少的部分，贯穿于生物全部的生命活动中。不仅只在一些人类重要的疾病，如癌症、后天免疫缺乏综合征和神经退化性疾病等扮演重要角色，也在正常生物体之发育及细胞状态的稳定举足轻重的角色。

细胞凋亡在生物的生长发育过程中具有重要的意义。我们每个人都是由受精卵发育而成的。受精卵分裂逐步形成大量的功能不同的细胞，发育成大脑、躯干、四肢等。在发育过程中，细胞不但要恰当地诞生，而且也要恰当地死亡。

在研究自身免疫性疾病、病毒感染和肿瘤的机制中发现自身反应性 T、B淋巴细胞，某些病毒感染细胞和一些肿瘤细胞可以通过细胞凋亡方式被清除，机体也可能通过细胞凋亡方式保护自身。

在胚胎发育至某个阶段时，特定区域的细胞（群）就发生自然凋亡，通过清除这些“多余”细胞可有利于器官的形态发生。人胚第4周，鳃弓发生时共有6对弓动脉，至第 6～9周，弓动脉的演变使其中第 1、2、5对编程死亡，其他也部分凋亡以改建成动脉干等结构。脊髓背根运动神经元开始时数目很多，当所支配的肌肉发育相对恒定后，约一半运动神经元相继凋亡，清除多余神经元以利于神经肌肉间匹配。如在肢体发生中，早期的手和足形似桨板，只有某些多余细胞凋亡后，才能形成正常的指和趾。

人体红细胞分化成熟后是无核有功能的细胞，可成活约120天，然后自然死亡；动物表皮不断角化脱落，是细胞从有生命向无生命转化的过程；胃肠道上皮一边脱落死亡，一边再生补充，相互交替。这些有序的细胞编程性死亡现象是维持个体正常生理活动及功能表达所必需的。

在形态发生过程中，一些遗迹随发育而凋亡，最终萎缩或消失。如人胚的尾芽和鳃的定期消亡；蝌蚪变成青蛙时尾巴受甲状腺素控制而退化；人的生殖腺早期并无性别差异，其性别分化决定于生殖腺细胞膜上有无H-Y抗原：如有，则生殖腺分化为睾丸，同时发育成女性生殖管道的中肾旁管（Müller管）在雄性激素作用下有序凋亡；如无，则生殖腺分化为卵巢，同时发育成男性排精管道的中肾管退化。

细胞凋亡是同细胞增殖相反的过程，两者既对立又统一，相互协调，有条不紊。细胞生殖低下和凋亡过盛，引起器官萎缩。肿瘤的发生既与细胞增殖过度有关，又与细胞凋亡不足有关。

大鼠视丘突起有精密的空间结构与视神经轴突相连系，在其视觉系统发育中没有形成正确神经元连接的细胞，被认为是通过有效识别后启动细胞凋亡机制而清除的，这就保证了发育的正常性。

病原体侵染后，由于诱导凋亡可引起 HIV，而抑制凋亡可导致poxvirus；细胞凋亡不足可引起肿瘤以及自身免疫疾病；细胞凋亡过度可引起神经退行性疾病（AD，帕金森病）、心肌梗死、再生障碍性贫血、骨组织坏死等疾病。

肿瘤不仅是细胞增殖和分化异常性疾病，同时也是凋亡异常性疾病。随着科学的发展与技术的进步，肿瘤中的细胞凋亡越来越受到人们的普遍关注和重视。

一般认为恶性转化的肿瘤细胞是因为失控生长，过度增殖，从细胞凋亡的角度看则认为是肿瘤的凋亡机制受到抑制不能正常进行细胞死亡清除的结果。肿瘤细胞中有一系列的原癌基因被激活，并呈过表达状态。这些基因的激活和肿瘤的发生发展之间有着极为密切的关系。癌基因中一大类属于生长因子家族，也有一大类属于生长因子受体家族，这些基因的激活与表达，直接刺激了肿瘤细胞的生长，这些癌基因及其表达产物也是细胞凋亡的重要调节因子。许多种类的癌基因表达以后，即阻断了肿瘤细胞的凋亡过程，使肿瘤细胞数目增加，因此，从细胞凋亡角度来理解肿瘤的发生机制，是由于肿瘤细胞的凋亡机制，肿瘤细胞减少受阻所致。因此，通过细胞凋亡角度和机制来设计对肿瘤的治疗方法就是重建肿瘤细胞的凋亡信号传递系统，即抑制肿瘤细胞的生存基因的表达，激活死亡基因的表达。

按癌细胞增殖速度预测肿瘤的发生，那么会发现实测值低于预测值，这是因为肿瘤组织除了增殖特性外也有一定程度的凋亡特性。在癌前病变和肿瘤的细胞，增殖与凋亡关系失调，包括：细胞增殖增强而凋亡减弱；细胞增殖并不增强但凋亡显著减弱；细胞增殖和凋亡都增强，但前者明显超过后者。无论这三种情况哪一种发生都会导致肿瘤细胞处于生长优势，死亡率下降，细胞数目增加。

正常细胞的存活需要特定的环境因素（如特异性细胞因子）存在。这种依赖特性可以防止细胞在非生理环境继续存活，当环境变得不适宜时，细胞就应凋亡，肿瘤细胞尤其是转移性肿瘤细胞失去上述特性，其对生理性刺激诱导的凋亡反应降低，可移行到远离起源组织的地方，并在那里定居存活。目前对这方面的工作报道还不多。

目前恶性肿瘤的治疗手段主要以手术、放疗、化疗、免疫及中西医结合治疗为主，但目前许多药物疗效不满意，还有严重的副作用。近年国内外学者越来越关注细胞凋亡与肿瘤治疗的关系，并取得可喜的成果。

细胞凋亡是正常胚胎发生过程和成人发育中细胞清除的正常途径，此过程的紊乱将导致发育异常和加快肿瘤的发生。国外学者认为，许多抗癌因子导致肿瘤细胞凋亡，并认为调节细胞凋亡的基因就是癌基因和抑癌基因，故认为肿瘤化疗的新目标是诱导细胞凋亡。

经证实，辐射是通过触发肿瘤细胞凋亡达到杀死癌细胞目的的，常用化疗药顺铂也可导致肿瘤细胞凋亡，雄激素间断治疗也能诱导前列腺癌的凋亡。最近一种德国开发，在国内临床应用已两年余，并显示出良好疗效的新的肿瘤治疗药保尔佳，经证实也可导致癌细胞凋亡。保尔佳为一种活性肽类，它具有控制肿瘤细胞和激活机体免疫的双重作用，其作用机制为抑制肿瘤细胞糖酵解，从而达到抑制肿瘤生长，其引起肿瘤细胞凋亡的机制尚有待进一步了解。

肿瘤的发生与细胞凋亡的调节紊乱有密切关系，而通过诱导细胞凋亡又可达到治疗肿瘤的目的，这正是肿瘤治疗研究的新课题，与此相关的生物活性技术方法（肿瘤的第四种疗法）也愈来愈受国内外学者的关注，目前，已证实许多疗效确切的化疗药均可导致癌细胞凋亡。相信，随着人们对细胞凋亡的研究深入，将开发出更多更好的抗癌药来为患者服务。

近年来的研究发现，越来越多的心血管疾病的发生发展与细胞凋亡有关。已经证实出现细胞凋亡异常的心血管疾病有：扩张型心肌病、缺血性心肌病、致心律失常的右室发育不全、急性心肌梗死、动脉粥样硬化、心肌炎、心脏移植排斥、预激综合征、先天性房室阻滞。

研究提示，凋亡在心脏发育过程中，在间隔、瓣膜、血管结构的形成中可能起重要作用。对大鼠胚胎及新生鼠心肌细胞凋亡的检测实验有力地说明心肌细胞的凋亡参与心肌发育过程中左右心室分化的调节，并可能是出生后左右心室发育过程中心肌数量调节的决定性因素。另外，心脏横纹肌瘤的形成亦与心肌细胞的凋亡有关，它是原始心肌细胞在发育过程中遗留下来的，从未成熟心肌细胞经细胞凋亡分化成为成熟心肌细胞过程中的遗留产物。

心肌细胞在衰老时数量减少，可导致心力衰竭，而其衰老过程与细胞凋亡密切相关。Kate通过实验提出慢性心肌肥大的有害反应包括心肌细胞对生长因子反应失调，即对衰老或持续负荷过重的心肌细胞，原可介导细胞肥大反应的某些生长因子可促进细胞凋亡；而具有生长抑制和扩血管作用的血管紧张素转换酶抑制剂（ACEI）和硝酸盐类药物，可通过抑制生长因子的产生而改善心衰的预后。此外，在持续超负荷的心脏中，生理状态下抑制细胞凋亡的营养因子数量减少，也可诱发心肌细胞的凋亡。

凋亡可能在血管壁的动脉粥样硬化性改变中起必不可少的作用。在人的冠状动脉粥样硬化病变和搭桥移植后大隐静脉的动脉粥样硬化病变，TUNEL染色查出广泛的凋亡现象（富含脂质的斑块中心，凋亡见于43%的细胞）。凋亡细胞常排列成细胞丛，主要为巨噬细胞及平滑肌细胞。

对人的粥样硬化的冠状动脉及正常冠状动脉的进一步研究发现，粥样硬化的和正常的冠状动脉平滑肌细胞均存在凋亡。但正常动脉的平滑肌细胞只是在去除血清中生长因子后才发生凋亡，而粥样斑块中的平滑肌细胞在有血清的情况下即可发生凋亡，去血清后凋亡率则明显增加。平滑肌细胞凋亡的可能机制是：血管平滑肌细胞在过度表达正性细胞周期调节剂c-myc或EIA之后，进行p53-依赖性凋亡，与正常血管的SMC比较，离体的人动脉粥样斑块的平滑肌对自发的凋亡和p53引致的凋亡都有较高的倾向性。另外的一个机制是死亡受体依赖机制。Fas广泛表达于人的动脉粥样硬化病变，包括相当一部分的SMC，Fas阳性的细胞20%有核小体之间DNA破碎，表现出凋亡的形态学特点。最近，Nishio等又在实验中证实一氧化氮能以浓度、时间依赖的方式诱导SMC的凋亡，从而影响平滑肌细胞的数量，参与动脉粥样硬化的发生。氧化型低密度脂蛋白（oxLDL）亦以浓度依赖方式诱导血管平滑肌细胞凋亡，血管平滑肌细胞的凋亡又可引起脂质过氧化，这一机制可能在动脉粥样硬化的发展过程中起重要作用。动脉粥样硬化病变中的细胞凋亡性死亡的重要临床意义可能是降低了斑块的稳定性。除蛋白水解外，已知病变的纤维帽中SMC丢失，使斑块倾向于不稳定，可能增加不稳定心绞痛和AMI的危险。

在正常的窦房结、房室结、希氏束和浦肯野纤维的胚胎发育及出生后数月内的发育过程中均存在细胞凋亡，而此时的细胞凋亡无论是过度、不足或是延迟均可导致心律失常的发生。James从形态学上总结了自己近 30年来对心脏传导系统紊乱研究的病例，认为心肌电活动的紊乱有许多源于先天，并指出，阵发性心律失常、传导系统紊乱及心律失常源性右心室发育不良与细胞凋亡有关。

心肌病的病理学特点是广泛的心肌细胞肥大和间质纤维化，许多心肌病患者的病理检查都发现多发性小灶性心肌细胞的非炎症性退化。James认为心肌细胞的这些非炎症性退化和间质的纤维化很可能是由于细胞凋亡引起的。在扩张型心肌病的实验犬模型中，不但存在细胞增殖，也有明显的心肌细胞凋亡。在一例慢性心肌炎患者中也发现了明显的心肌细胞凋亡，推测细胞凋亡很可能是心肌炎对细胞损伤的一个途径。

总之，细胞凋亡对心血管系统中的许多疾病具有重要意义，甚至在某些疾患中起决定性作用，随着细胞凋亡研究的深入，会使人们从一个全新的角度认识心血管系统疾病的发病机制，并可提供一种新型的诊断和治疗途径。

成熟的血细胞都有一定的寿命，需要骨髓造血干细胞源源不断生成、补充。造血干细胞具有高度的自我更新能力和进一步分化为各系祖细胞的特点。造血细胞的产生过程受精密调节。造血调控因子很多，如 SCF、EPO、CSF等，除刺激造血祖细胞的增殖外，也支持造血细胞的存活。如果从体外培养体系中去除这些细胞因子，造血干/祖细胞会迅速发生凋亡。

已发现部分造血衰竭性疾病如再生障碍性贫血患者骨髓中造血细胞凋亡增多。这类疾病可能由于骨髓基质细胞缺陷，分泌的造血存活因子减少，加之毒物的损害、免疫介质的攻击等，可能激活凋亡相关基因并最终启动造血细胞凋亡。

骨髓增生异常综合征（myelodysplastic syndrome，MDS）是一类起源于髓系定向干细胞或多功能造血干细胞的异质性克隆性疾病，主要特征是无效造血和高危演化为急性髓细胞性白血病。MDS骨髓的原发性损伤可能是为代偿细胞死亡加速的一种继发现象，从而产生无效造血。凋亡的增加与MDS病程演化和转化为白血病有关。

中枢神经系统（CNS）不同部位特殊类型神经元的逐渐丧失是各种神经退变性疾病的病理特点。在发育期间CNS是一个强烈的凋亡部位（估计 50%～80%的CNS神经元在发育期间死亡）。在成年时其存活似乎有赖于Bcl-xL这样的促生存基因的表达。CNS可能特别容易受凋亡途径紊乱的损害，特别是涉及钙和自由基生成的途径。凋亡细胞的死亡及其辅助分子介质可能在许多神经退变性疾病均有作用，例如早老性痴呆、帕金森病、脊柱肌肉萎缩和肌萎缩性侧索硬化。

近年发现早老素 2（presenilin 2）基因的突变与家族性早老性痴呆有关。推测早老素2在凋亡途径中起Fas下游的作用。早老素2的鼠同系物可防止T淋巴细胞上的FasL上调，正常情况下此现象发生于T细胞与家族性异体肽结合被激活时。在PCI2神经元细胞系中，早老素2的过度表达可导致凋亡；家族性早老性痴呆的主要特征之一是在脑中形成淀粉样蛋白β斑，此外，神经元凋亡的阈值亦发生改变。在原代培养的人类神经元，β-淀粉样蛋白的肽碎片能下调抗凋亡的Bcl-2的表达，并上调凋亡的Bax的表达，从而使神经元更易死亡，尤其是在氧化应激反应时。

帕金森病以纹状体多巴胺能的神经元变性为特点，可能与在对氧化损伤的反应中，通过凋亡和坏死死亡。虽然造成帕金森病的基因较造成早老性痴呆的基因更难捉摸，但帕金森病的治疗证明其发生与抑制凋亡密切相关。在历史上，盐酸司来吉兰（selegiline）曾用于治疗帕金森病，因其能不可逆转地抑制单胺氧化酶B，因此可增强多巴胺的信号。近年发现，司来吉兰能特异地改变细胞死亡和生存基因的转录，包括过氧化物歧化酶、Bcl-2和Bcl-xL、一氧化氮合酶和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸脱氢酶。与此相反，司来吉兰对单胺氧化酶B的作用可能是次要的。司来吉兰可防止线粒体膜电位的进行性还原，因而可抑制线粒体释放促凋亡物质。

阿尔茨海默病（AD）是一种不可逆的退行性神经疾病，淀粉样前体蛋白（APP）、早老蛋白-1（PS1）、早老蛋白-2（PS2）的突变导致家族性阿尔茨海默病（FAD）。研究证明 PS参与了神经细胞凋亡的调控，PS1、PS2的过表达能增强细胞对凋亡信号的敏感性。Bcl-2基因家族两个成员Bcl-xL和Bcl-2参与对细胞凋亡的调节。

在病毒性肝炎患者的肝切片上常见到凋亡小体，死亡的细胞呈个体化，没有邻近的炎症反应，提示肝细胞凋亡的存在。用乙型肝炎病毒表面抗原（HBVsAg）特异性CTL注射HBV转基因小鼠，发现CTL直接触发 HBVsAg阳性肝细胞发生凋亡，凋亡的肝细胞仅限于少数，一般远离局灶炎症反应区，或在局灶性炎症反应出现之前。随后吸引抗原非特异性炎症细胞至凋亡的肝细胞周围。肝细胞周围坏死数超过凋亡细胞数，表明大多数死亡的肝细胞属于坏死。CTL诱导肝细胞凋亡的机制中，Fas-FasL途径占重要位置。如何阻断该途径成为治疗肝炎药物设计的有效靶点。

乙醇受乙醇脱氢酶作用而氧化成为活性的乙醛，已知乙醛可延缓细胞周期的进行并诱导细胞发生凋亡。乙醛的氧化还可导致NAD ⁺减少，从而使NADH/NAD ⁺比例增加，这有利于自由基的形成而损伤细胞。此外，在慢性乙醇中毒患者，可激发肝细胞的高代谢状态，使中心小叶区的氧需求相对增加，这种缺氧状态可以解释中心小叶区常常损伤较重。用乙醛喂养的大鼠和小鼠，肝切片有许多凋亡小体，且在远离终末静脉的区域更多。

在胆汁淤积症患者的肝切片中常见到典型的凋亡细胞，体外实验证实，糖基脱氧胆酸或糖基鹅胆酸，在很低剂量时就可诱导肝细胞发生凋亡，且呈剂量和时间依赖性。该凋亡过程不需要生物大分子的合成，不伴有胞质游离钙离子的升高，但胞质游离镁离子浓度升高。在原发性胆管硬化症和原发性硬化性胆管炎的小胆管切片中也可以见到大量凋亡小体。

免疫系统的主要功能是对异种抗原的识别并产生免疫应答，以消除入侵的有害微生物、衰老或畸变的细胞，发挥免疫防御、免疫监视和自身稳定的生理功能。正常情况下，免疫系统对自身成分不产生免疫应答，或只产生微弱的免疫应答。但当自身耐受性因为某种原因而遭受破坏或丧失时，免疫系统就会对自身成分产生免疫应答，成为自身免疫性疾病。在生理条件下，细胞凋亡参与免疫细胞的发育，通过细胞凋亡过程可清除受病毒感染的或衰老的细胞，参与淋巴细胞的选择和免疫监控，因而在自身免疫中发挥重要作用。1994年Mountz提出自身免疫疾病的发病可能与针对自身成分产生免疫应答的细胞凋亡紊乱有关，为自身免疫疾病的研究提供了新的方向。

类风湿关节炎是机体对自身滑膜组织发生免疫反应的疾病，观察类风湿关节炎患者的滑膜细胞，发现患者滑膜细胞DNA发生片段化，电泳显示明显的梯形条带，用抗Fas抗体进行流式细胞仪检查，确认滑膜细胞有Fas抗原表达，提示滑膜细胞表达Fas抗原受到细胞毒T细胞等Fas配体的作用而凋亡。

多发性硬化是神经系统自身免疫性疾病，由于存在攻击髓鞘磷脂的自身免疫性T细胞所致。在个体发生阶段，自身反应性T细胞在胸腺凋亡，未凋亡者在末梢循环中以非活性形式存在。脑等特定脏器内存在着自身抗原，但与胸腺淋巴系统相隔离，因此机体很难激活攻击髓鞘磷脂的自身反应性T细胞。有时细菌有与隔离的自身抗原起交叉反应的抗原，当这些细菌感染时，易诱发自身免疫反应。

系统性红斑狼疮（SLE）是典型的自身免疫病，其病因至今不清，一般认为是多因素相互作用的结果导致B细胞功能亢进，并被多克隆激活，产生大量自身抗体，细胞因子失调。最近越来越多的研究表明，SLE患者及小鼠体内细胞凋亡紊乱，提示细胞凋亡过程参与 SLE的发病。当SLE患者吞噬细胞功能降低，吞噬细胞不能迅速吞噬患者体内凋亡的淋巴细胞产生的大量凋亡小体时，凋亡小体膜破裂，核小体释放入血，刺激机体产生诸如抗DNA抗体、抗组蛋白抗体等众多的自身抗体，这些抗体引起 SLE的发生或加重疾病的发展。

正常角膜的上皮细胞、基质细胞和内皮细胞中存在凋亡抑制基因Bcl-2、Bcl-xL和凋亡促进基因 Bax等，同时存在 Fas（CD95受体，是肿瘤坏死因子受体家族成员之一）和Fas配体的表达。在角膜上皮损伤之中，Glaso等证实了角膜上皮擦伤引起的凋亡。Wilson等亦证实角膜上皮擦伤之后，基质细胞的死亡主要是通过凋亡发生的。同时他也证实在单纯疱疹病毒性角膜上皮炎引起的角膜基质细胞的死亡，也是通过凋亡引起的。角膜基质细胞凋亡的发生多与角膜上皮损伤有关，其凋亡的发生主要是在IL-1α和IL-1β的诱导下，通过Fas和Fas配体途径而引起的。