放射腫瘤學/放射生物學/細胞死亡
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細胞死亡
- 定義
- 生理學：細胞的物理死亡
- 放射生物學：失去無限增殖的能力（克隆形成死亡）
- 細胞死亡型別
- 凋亡：高度調控（程式性）過程
- 自噬：消化細胞質的一部分以產生基本營養物質並消除受損的蛋白質和細胞器
- 壞死：由於極度不利的條件導致的死亡
- 衰老：永久失去分裂能力
- 有絲分裂災難：在異常有絲分裂後發生的死亡
- RT 後的時間
- 有絲分裂前
- 通常在 RT 後幾小時內
- 通常僅限於胸腺細胞、淋巴細胞、精原細胞和其他快速增殖的細胞
- 通常透過凋亡
- 有絲分裂後
- 細胞可能會經歷一個、兩個或多個細胞週期
- 死亡可能是透過多種機制，包括壞死和凋亡
- 有絲分裂前
- 在 RT 後，大多數細胞透過有絲分裂死亡
- RT劑量
- 失去增殖能力的平均致死劑量 <2 Gy
- 破壞非增殖組織中細胞功能的劑量 >100 Gy
- 主動細胞死亡，需要能量、RNA 和蛋白質合成
- 快速吞噬輪廓清晰的細胞片段
- 沒有炎症，沒有組織損傷
- 發生在 4-6 小時內（繼發性凋亡可能在 24-96 小時後在經歷有絲分裂災難的細胞中觀察到）
- 功能
- 多細胞結構的發育（例如，組織的塑造、調節神經元的發育）
- 免疫反應和淋巴細胞發育
- 癌症
- 檢測
- 顯微鏡：小而深染的細胞核，透過 TUNEL 測定法檢測到的遊離 3' DNA 末端
- 凝膠電泳：DNA 梯形，間隔為 180 bp
- 流式細胞術：用碘化丙啶檢測 DNA 片段
- 細胞質：細胞色素 c 染色
- 半胱天冬酶活性：PARP 染色
- 觸發因素
- 細胞外訊號：Fas、p75、TNF
- 有毒刺激：病毒、化學物質
- DNA 損傷：p53
- 質膜損傷：鞘磷脂酶
- 三個階段
- 誘導
- 來自細胞膜受體的外部途徑
- 透過線粒體的內部途徑
- 來自質膜損傷的鞘磷脂酶途徑
- 執行：半胱天冬酶，以二聚體形式存在，並被蛋白水解啟用
- 降解：膜、細胞質和 DNA 破壞
- 誘導
- 外在途徑 ([失效連結：概述))
- 不受 RT 誘導
- Fas 配體 附著在 FAS 受體（“死亡受體”）上，該受體被內化。類似地，腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體 (TRAIL) 附著在死亡受體 DR4 和 DR5 上
- 銜接分子 FADD 附著在內化的 FAS/DR4 上，形成誘導死亡的訊號複合物 (DISC)
- 在 DISC 中，不活躍的 pro-caspase 8 被轉化為活躍的 caspase 8 (FLICE)
- 活化的 caspase 8 然後透過兩個不同的途徑啟用 caspase 3
- 直接途徑，當 caspase 8 濃度很高時：caspase 8 直接切割 pro-caspase 3 並將其啟用
- 間接途徑，當 caspase 8 濃度較低時：caspase 8 切割 Bcl-2 相互作用蛋白 (Bid)，導致線粒體釋放細胞色素 c。
- 這加入了下面的內在途徑
- 內在途徑
- 在 DNA 損傷和 p53 啟用後由 RT 誘導
- p53 反過來啟用 Bcl-2 蛋白家族 的促凋亡成員（Bax、Bak、Bim、Puma），它們與該家族的抗凋亡成員（Bcl-2、Bcl-xL）保持平衡。它們共同控制線粒體膜的通透性，特別是對鈣的通透性
- 響應鈣離子升高，細胞色素 c 從線粒體釋放到細胞質中，並與 Apaf-1 結合以產生 凋亡體複合物（六聚體）
- 凋亡體複合物募集並激活 caspase 9 來自 procaspase 9
- 凋亡體複合物中活化的 caspase 9 啟用 caspase 3
- caspase 3 啟用多個因素
- DNA 片段化因子 (DFF) 導致 DNA 切割
- caspase 7 啟用 PARP（PARP 活性可以用作凋亡的指標）
- caspase 6 靶向核纖層蛋白
- 細胞骨架蛋白
- 凋亡細胞最終被吞噬作用清除，不留痕跡
- 鞘磷脂酶途徑
- 輻射損傷質膜
- 可以在沒有 DNA 損傷的情況下由 IR 觸發
- 酸性鞘磷脂酶被啟用，並將鞘磷脂水解為神經醯胺
- 神經醯胺啟用線粒體凋亡系統（見內在途徑），可能是透過與 Bax 相互作用
- 該途徑在內皮細胞中特別表達，可能導致輻射引起的血管損傷
- 半胱天冬酶型別
- 啟動子：caspase 8（外在）、caspase 9（內在）、caspase 10（外在）
- 執行者：caspase 3、caspase 6、caspase 7
- 促進劑
- Smac (Diablo) 抑制 IAP
- 抑制劑
- Bcl-2 反抗 Bid（外在）或 Bax/Bak/Bim/Puma（內在）的作用
- IAP（凋亡抑制劑）阻止凋亡體複合物對 caspase 3 的啟用
- NFkB 途徑啟用 IAP 和 Bcl-2 的轉錄
- 被動細胞死亡
- 由破壞正常細胞穩態的非生理性情況觸發（例如，缺氧、中毒等）
- 由膜溶解引起
- 細胞物質，包括降解酶，釋放到周圍組織中，導致炎症和組織損傷
- 程式性細胞死亡
- 對營養物質缺乏、缺氧、擁擠、衰老、遺傳毒性應激的反應，或者只是消除受損細胞器的機制
- 細胞器和其他細胞成分，包括部分細胞膜和細胞質，被隔離在自噬體中。它們與溶酶體融合，導致內容物降解（自消化 = 自噬）
- 與凋亡或壞死的形態不同
- 內吞作用增加、空泡化、膜起泡和核濃縮
- 沒有半胱天冬酶啟用
- 取決於 p53/p16 驅動的 G1 阻滯
- 據認為是由端粒縮短驅動的
- 細胞不分裂，但保持代謝活躍
- 一種在有絲分裂過程中發生的細胞死亡型別
- 據推測，這是由細胞週期檢查點缺陷（特別是 DNA 結構檢查點和紡錘體組裝檢查點）和細胞損傷共同導致的
- 受許多分子參與者的控制，特別是細胞週期特異性激酶（如細胞週期蛋白 B1 依賴性激酶 Cdk1、極性樣激酶和極光激酶）、細胞週期檢查點蛋白、survivin、p53、半胱天冬酶和 Bcl-2 家族成員