放射肿瘤学/放射生物学/细胞死亡
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细胞死亡
- 定义
- 生理学：细胞的物理死亡
- 放射生物学：失去无限增殖的能力（克隆形成死亡）
- 细胞死亡类型
- 凋亡：高度调控（程序性）过程
- 自噬：消化细胞质的一部分以产生基本营养物质并消除受损的蛋白质和细胞器
- 坏死：由于极度不利的条件导致的死亡
- 衰老：永久失去分裂能力
- 有丝分裂灾难：在异常有丝分裂后发生的死亡
- RT 后的时间
- 有丝分裂前
- 通常在 RT 后几小时内
- 通常仅限于胸腺细胞、淋巴细胞、精原细胞和其他快速增殖的细胞
- 通常通过凋亡
- 有丝分裂后
- 细胞可能会经历一个、两个或多个细胞周期
- 死亡可能是通过多种机制，包括坏死和凋亡
- 有丝分裂前
- 在 RT 后，大多数细胞通过有丝分裂死亡
- RT剂量
- 失去增殖能力的平均致死剂量 <2 Gy
- 破坏非增殖组织中细胞功能的剂量 >100 Gy
- 主动细胞死亡，需要能量、RNA 和蛋白质合成
- 快速吞噬轮廓清晰的细胞片段
- 没有炎症，没有组织损伤
- 发生在 4-6 小时内（继发性凋亡可能在 24-96 小时后在经历有丝分裂灾难的细胞中观察到）
- 功能
- 多细胞结构的发育（例如，组织的塑造、调节神经元的发育）
- 免疫反应和淋巴细胞发育
- 癌症
- 检测
- 显微镜：小而深染的细胞核，通过 TUNEL 测定法检测到的游离 3' DNA 末端
- 凝胶电泳：DNA 梯形，间隔为 180 bp
- 流式细胞术：用碘化丙啶检测 DNA 片段
- 细胞质：细胞色素 c 染色
- 半胱天冬酶活性：PARP 染色
- 触发因素
- 细胞外信号：Fas、p75、TNF
- 有毒刺激：病毒、化学物质
- DNA 损伤：p53
- 质膜损伤：鞘磷脂酶
- 三个阶段
- 诱导
- 来自细胞膜受体的外部途径
- 通过线粒体的内部途径
- 来自质膜损伤的鞘磷脂酶途径
- 执行：半胱天冬酶，以二聚体形式存在，并被蛋白水解激活
- 降解：膜、细胞质和 DNA 破坏
- 诱导
- 外在途径 ([失效链接：概述))
- 不受 RT 诱导
- Fas 配体 附着在 FAS 受体（“死亡受体”）上，该受体被内化。类似地，肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体 (TRAIL) 附着在死亡受体 DR4 和 DR5 上
- 衔接分子 FADD 附着在内化的 FAS/DR4 上，形成诱导死亡的信号复合物 (DISC)
- 在 DISC 中，不活跃的 pro-caspase 8 被转化为活跃的 caspase 8 (FLICE)
- 活化的 caspase 8 然后通过两个不同的途径激活 caspase 3
- 直接途径，当 caspase 8 浓度很高时：caspase 8 直接切割 pro-caspase 3 并将其激活
- 间接途径，当 caspase 8 浓度较低时：caspase 8 切割 Bcl-2 相互作用蛋白 (Bid)，导致线粒体释放细胞色素 c。
- 这加入了下面的内在途径
- 内在途径
- 在 DNA 损伤和 p53 激活后由 RT 诱导
- p53 反过来激活 Bcl-2 蛋白家族 的促凋亡成员（Bax、Bak、Bim、Puma），它们与该家族的抗凋亡成员（Bcl-2、Bcl-xL）保持平衡。它们共同控制线粒体膜的通透性，特别是对钙的通透性
- 响应钙离子升高，细胞色素 c 从线粒体释放到细胞质中，并与 Apaf-1 结合以产生 凋亡体复合物（六聚体）
- 凋亡体复合物募集并激活 caspase 9 来自 procaspase 9
- 凋亡体复合物中活化的 caspase 9 激活 caspase 3
- caspase 3 激活多个因素
- DNA 片段化因子 (DFF) 导致 DNA 切割
- caspase 7 激活 PARP（PARP 活性可以用作凋亡的指标）
- caspase 6 靶向核纤层蛋白
- 细胞骨架蛋白
- 凋亡细胞最终被吞噬作用清除，不留痕迹
- 鞘磷脂酶途径
- 辐射损伤质膜
- 可以在没有 DNA 损伤的情况下由 IR 触发
- 酸性鞘磷脂酶被激活，并将鞘磷脂水解为神经酰胺
- 神经酰胺激活线粒体凋亡系统（见内在途径），可能是通过与 Bax 相互作用
- 该途径在内皮细胞中特别表达，可能导致辐射引起的血管损伤
- 半胱天冬酶类型
- 启动子：caspase 8（外在）、caspase 9（内在）、caspase 10（外在）
- 执行者：caspase 3、caspase 6、caspase 7
- 促进剂
- Smac (Diablo) 抑制 IAP
- 抑制剂
- Bcl-2 反抗 Bid（外在）或 Bax/Bak/Bim/Puma（内在）的作用
- IAP（凋亡抑制剂）阻止凋亡体复合物对 caspase 3 的激活
- NFkB 途径激活 IAP 和 Bcl-2 的转录
- 被动细胞死亡
- 由破坏正常细胞稳态的非生理性情况触发（例如，缺氧、中毒等）
- 由膜溶解引起
- 细胞物质，包括降解酶，释放到周围组织中，导致炎症和组织损伤
- 程序性细胞死亡
- 对营养物质缺乏、缺氧、拥挤、衰老、遗传毒性应激的反应，或者只是消除受损细胞器的机制
- 细胞器和其他细胞成分，包括部分细胞膜和细胞质，被隔离在自噬体中。它们与溶酶体融合，导致内容物降解（自消化 = 自噬）
- 与凋亡或坏死的形态不同
- 内吞作用增加、空泡化、膜起泡和核浓缩
- 没有半胱天冬酶激活
- 取决于 p53/p16 驱动的 G1 阻滞
- 据认为是由端粒缩短驱动的
- 细胞不分裂，但保持代谢活跃
- 一种在有丝分裂过程中发生的细胞死亡类型
- 据推测，这是由细胞周期检查点缺陷（特别是 DNA 结构检查点和纺锤体组装检查点）和细胞损伤共同导致的
- 受许多分子参与者的控制，特别是细胞周期特异性激酶（如细胞周期蛋白 B1 依赖性激酶 Cdk1、极性样激酶和极光激酶）、细胞周期检查点蛋白、survivin、p53、半胱天冬酶和 Bcl-2 家族成员