这个系统的特点是：①多样性，即不同种类的细胞有不同的信号转导系统。②耦联性，即死亡信号的转导系统与细胞增殖、分化过程中的信号转导系统在某些环节上有交叉、耦联，因此同一个信号，在不同条件下既可引起凋亡，也可刺激增殖；③同一性，即不同的凋亡诱导因素可以通过同一信号转导系统触发细胞凋亡。这就意味着切断某一信号转导系统，就有可能影响多种凋亡诱导因素引起的细胞凋亡；④多途性，即同一凋亡诱导因素可经过多条信号转导途径触发凋亡。要完全阻抑某一凋亡诱导因素的作用，就必须同时切断多条相关的信号转导途径。
迄今为止，研究较多的信号转导系统有：①胞内Ca2＋信号系统；②cAMP／PKA 信号系统；③Fas／FasL 信号系统；④神经酰胺信号系统；⑤二酰甘油／PKC 信号系统；⑥酪氨酸蛋白激酶信号系统。
1．胞内Ca2＋信号系统
Ca2＋作为细胞第二信使介导了许多重要的细胞反应，如肌细胞收缩、免疫细胞活化及细胞增殖等。20世纪80年代初研究糖皮质激素诱导胸腺细胞凋亡时发现，细胞凋亡时胞内游离Ca2＋浓度显着上升。用Ca2＋载体A23187人为升高B 淋巴细胞内Ca2＋水平，可诱导B 淋巴细胞凋亡；而用钙络合剂降低细胞内Ca2＋水平，可阻止细胞凋亡。因此，Ca2＋在细胞凋亡中充当了传递凋亡信号的角色。胞内Ca2＋浓度上升可激活Ca2＋依赖的谷氨酰胺转移酶，活化核转录因子等触发细胞凋亡。
2．cAMP／PKA 信号系统
cAMP 是另一个重要的第二信使，它在胞内浓度的上升，可激活cAMP 依赖的PKA，使其靶蛋白上某些氨基酸残基磷酸化，从而改变蛋白质的功能。研究发现，cAMP 是细胞凋亡信号，例如：用可透过胞膜的双丁酰cAMP（db cAMP）可引起培养的髓样白血病细胞或胸腺细胞发生凋亡；糖皮质激素诱导淋巴细胞凋亡也是通过激活Ca2＋／钙调素信号系统，继而激活腺苷酸环化酶使胞内cAMP 浓度上升，然后活化PKA 引起细胞凋亡。
3．Fas／FasL 信号系统
Fas 蛋白是细胞膜上的跨膜蛋白，属于TNF 受体家族。作为一个膜受体，Fas 蛋白可以和T 淋巴细胞表面的Fas 配体（FasL）结合，也可以与抗Fas 的抗体结合，从而启动细胞凋亡。在Fas 蛋白所介导的细胞凋亡中其可能的信号转导机制如下：①FasL 或抗Fas 抗体与Fas 蛋白结合，引起神经鞘磷脂酶的活性迅速上升，使神经鞘磷脂分解产生神经酰胺，神经酰胺作为第二信使激活相应的蛋白激酶，从而诱导细胞凋亡；②抗Fas 抗体或TNF 与Fas 蛋白结合后可激活ICE 样的caspase，后者可降解H1组蛋白，使染色体松弛，DNA 链舒展而暴露出核酸内切酶的酶切位点，使DNA 链更容易被切割；③Fas 蛋白被激活后也可以通过Ca2＋信号系统传递死亡信息而导致细胞凋亡。
4．神经酰胺信号系统
神经酰胺（ceramide）是神经鞘磷脂（sphingomyelin，SM）在SM 酶的作用下产生的一类新型第二信使。其生物学效应包括：诱导凋亡；抑制细胞生长；引起细胞周期阻滞，细胞周期通常被阻滞于G0／G1期。目前证实，电离辐射、TNF‐a、Fas、糖皮质激素均可通过神经酰胺信号系统诱导细胞凋亡。
5．二酰甘油／PKC 信号系统
二酰甘油是磷脂酰肌醇和磷脂酰胆碱在磷脂酶C 的催化下产生的一种第二信使物质。
二酰甘油是PKC 的内源性激活物，促癌物佛波酯是PKC 的外源性激活物。研究表明：PKC 由三组同工酶组成，其中PKCβ1与细胞凋亡关系密切，活化的PKCβ1可诱导u937白血病细胞发生凋亡，抑制PKC 的活性，同时也可抑制糖皮质激素诱导的小鼠胸腺细胞凋亡。相反，PKC 激动剂佛波酯可抑制某些类型的细胞凋亡，如糖皮质激素、T 细胞受体激活及IL‐2撤除所引起的细胞凋亡。这些材料提示：二酰甘油／PKC 信号系统参与了细胞凋亡，起重要的调控作用。
6．酪氨酸蛋白激酶（PTK）信号系统
PTK 所介导的信号系统对细胞凋亡起重要的负调控作用。一些生长因子或细胞因子（NGF、表皮生长因子、IL‐3等）与其受体结合后，通过直接或间接激活PTK，然后PTK 将其靶蛋白上的酪氨酸磷酸化进而使Ras 蛋白激活，并通过Raf‐1（cytosolic kinase），MAPKK（丝裂原激活蛋白激酶激酶）、MAPK（丝裂原激活蛋白激酶）引起蛋白质磷酸化并产生促进细胞分化的效应，此信号途径被阻断可引起细胞凋亡。生长因子或细胞因子撤除引起的细胞凋亡是由于PTK 不能被有效激活所致。
（三）细胞凋亡的执行
1．caspases
根据caspases 在凋亡中的作用可将其分为两类，启动型caspases（initiator caspase）和效应型caspases（effector caspase），前者如caspase‐8，‐9，‐10，后者如caspase‐3，‐6，‐7。以caspase‐8为例，凋亡信号结合死亡受体Fas 后，Fas 的胞内死亡结构域DD 与接头蛋白FADD 结合，并进一步激活caspase‐8，caspase‐8具自身催化功能，进一步活化本身，在局部形成高浓度的启动型caspase，后者再活化其他效应型caspase，引起凋亡。
目前已知的caspase 功能有：①灭活凋亡抑制蛋白。如CAD （caspase‐activated deoxyribonuclease，caspase 激活的脱氧核糖核酸酶），正常细胞中CAD 与ICAD 结合在一起而不表现催化活性。当发生凋亡时，ICAD 被caspase 灭活并与CAD 分离，此时CAD 即表现出核酸酶活性，使DNA 片段化；再如Bcl‐2，Bcl‐2是凋亡抑制蛋白，是另一种由caspase负调控的蛋白。caspase 不仅可以抑制Bcl‐2，同时还可产生一些可促进凋亡的片段。②直接作用于细胞结构并使之解体。在核膜下有一层由lamins 物质构成的板层结构，它参与染色质构成。凋亡细胞中，lamins 被caspase 裂解，从而使板层结构崩解并导致染色质浓缩。
③分解与细胞骨架构成相关的蛋白如FAK、PAK2，从而使细胞结构重组、凋亡。④caspase可使一些与DNA 修复、复制和mRNA 缝接有关的蛋白的调节区和催化区解离，瓦解核结构，使细胞降解为凋亡小体。
2．内源性核酸内切酶
内源性核酸内切酶的本质和作用尚未完全阐明，这些酶多数为Ca2＋／Mg2＋依赖的，但Zn2＋可抑制其活性。由内源性核酸内切酶作用引起的DNA 断裂产生的单链缺口优先发生于核小体连接区，这导致DNA 断裂成核小体倍数大小的片段，即180～200bp 倍数大小的片段，在琼脂糖凝胶电泳上出现典型的阶梯状DNA 区带。
3．组织型转谷氨酰胺酶（tissue‐type transglutaminase）
据认为，该酶与凋亡小体的形成有关，它催化γ 谷氨酰与ε 赖氨基交联（cross‐linking），造成的蛋白质交联形成稳定的构架，使内容物保留在凋亡小体内而不至于外泄。
4．Calpains
这也是一类Ca2＋依赖性蛋白酶，主要定位于可溶的胞浆隔室中，基本功能为参与酶的活化和膜的再塑过程。当胞浆Ca2＋增加时，Calpains 被活化，则参与分解细胞骨架、膜蛋白及其他一些蛋白成分，参与凋亡的执行。
（四）细胞凋亡的基因调控
细胞凋亡是在基因调控下的细胞自我消亡过程。许多研究表明，细胞凋亡涉及一个基因表达的级联反应。目前，细胞凋亡相关基因多达数十种，根据功能的不同可将其分为三类：抑制凋亡基因，如EIB、IAP、Bcl‐2等；促进凋亡基因，如Bax、ICE、P53等；双向调控基因，如c‐myc、Bcl‐x 等。
1．Bcl‐2
Bcl‐2是B 细胞淋巴瘤／白血病‐2（B cell lymphoma／leukemia‐2，Bcl‐2）基因的缩写形式，它是第一个被确认有抑制凋亡作用的基因（见图8‐4）。人的Bcl‐2蛋白由229个氨基酸组成，小鼠为236个。应用单克隆抗体定位研究证实，Bcl‐2蛋白主要分布在线粒体内膜、细胞膜内表面、内质网、核膜等处。广泛存在于造血细胞、上皮细胞、淋巴细胞、神经细胞及多种瘤细胞。Bcl‐2的高表达能阻抑多种凋亡诱导因素所引发的细胞凋亡。例如：依赖NGF的神经细胞，当撤除NGF 后，细胞会迅速发生凋亡。如果将表达Bcl‐2的基因质粒注入细胞中，则可防止神经细胞凋亡。临床研究发现，当淋巴细胞性白血病病人外周淋巴细胞有20%以上呈Bcl‐2阳性时，其预后不佳，因为Bcl‐2的过高表达，可导致肿瘤细胞对射线、抗癌药物的耐受性增强，不容易发生凋亡。
目前认为，Bcl‐2抗凋亡的主要机制是：①直接的抗氧化；②抑制线粒体释放促凋亡的蛋白质，如Cyt.C，AIF；③抑制促凋亡性调节蛋白Bax、Bak 的细胞毒作用；④抑制凋亡蛋白酶的激活；⑤维持细胞钙稳态。
2．P53
野生型P53（wtP53）基因具有诱导细胞凋亡的功能，当该基因发生突变后反而可抑制细胞凋亡。野生型P53基因编码的P53蛋白是一种DNA 结合蛋白，该蛋白在细胞周期的G1期发挥检查点（checkpoint）的功能，负责检查染色体DNA 是否有损伤，一旦发现有缺陷的DNA，它就刺激CIP（CDK‐interacting protein‐1，CDK 是cyclin dependent kinase 的缩写）的表达，阻止细胞进入细胞周期，并启动DNA 修复机制；如果修复失败，P53则启动细胞凋亡机制。因此，P53有“分子警察”（Molecular Policeman）的美誉。
3．c‐myc
c‐myc是一种癌基因，它能诱导细胞增殖，也能诱导细胞凋亡，具有双向调节作用。c‐myc蛋白作为重要的转录调节因子，既可激活介导细胞增殖的基因，也可激活介导细胞凋亡的基因，因此，细胞何去何从，取决于细胞接受何种信号以及细胞所处的生长环境。例如，在c‐myc基因表达后，如果没有足够的生长因子持续作用细胞就发生凋亡；反之，细胞就处于增殖状态。
4．Bcl‐x
Bcl‐x 基因可翻译出两种蛋白Bcl‐XL 和Bcl‐Xs，前者抑制细胞凋亡，后者促进细胞凋亡。Bcl‐x 激活后是否产生细胞凋亡则与这两种蛋白合成以谁为主有关。
5．Bax
Bax 蛋白是Oltvai（1993）在研究Bcl‐2蛋白时发现的Bcl‐2相关蛋白，分子量约为21kD，共有三个蛋白：Bax‐α、Bax‐β 和Bax‐γ。研究发现，Bax‐α 的高表达可加速细胞凋亡。
另外，Bcl‐2与Bax 的比率不同也可影响细胞凋亡，说明Bax 可能抵消Bcl‐2的作用。
（五）吞噬细胞对凋亡细胞的识别与吞噬
正在凋亡的细胞以及凋亡小体的最终结局是被邻近的吞噬细胞或正常细胞迅速识别和吞噬，进而被吞噬细胞内的溶酶体酶彻底消灭。这是机体保持正常生理功能的需要。否则，吞噬细胞内的内涵物外泄，就会引起炎症反应和次级损伤。体外研究表明，吞噬细胞上至少有3类受体，可对凋亡细胞进行识别。而凋亡细胞上也有相应的死亡标记，表明其“可食性”。
1．吞噬细胞凝集素（Lectin）
细胞相互作用的机制之一是，一个细胞表面的糖类可与另一个细胞表面的凝集素结合，这种结合作用可被凝集素所识别的单糖所抑制。凋亡细胞中，细胞表面糖蛋白失去唾液酸侧链时，原来处于隐蔽状态的N‐乙酰葡萄糖胺、N‐乙酰半乳糖和半乳糖等单糖暴露出来，从而可与吞噬细胞表面的植物凝集素结合并发生相互作用。
2．血小板反应蛋白（TSP）中介吞噬
吞噬细胞分泌的TSP 可介导吞噬细胞上的victronectin 受体（即αυβ3整合素）对凋亡细胞的吞噬。TSP 是一个多功能的三聚体式的并含有RGD 序列的黏附糖蛋白。许多细胞都能分泌，它与血小板凝集、肿瘤转移、胚胎发生等细胞间和细胞与基质的相互作用有关。TSP 由巨噬细胞合成并分泌入外周血，TSP 结合到αυβ3和CD36上，在巨噬细胞表面形成黏连复合物，使在巨噬细胞表面和凋亡的中性粒细胞之间形成分子桥，介导巨噬细胞对凋亡细胞的清除。
3．磷脂酰丝氨酸受体
正常血细胞膜上的磷脂是不对称分布的。中性磷脂如鞘磷脂与磷脂酰胆碱在外层，磷脂酰丝氨酸（PS）在内层。在细胞凋亡时，这种磷脂的不对称分布被破坏，从而导致这些细胞被巨噬细胞上的磷脂酰丝氨酸受体识别和吞噬。
