細(xì)胞生物學(xué) 細(xì)胞衰老與死亡

1、2022-3-19u掌握一些專業(yè)英語名詞掌握一些專業(yè)英語名詞u理解程序性細(xì)胞死亡的意義理解程序性細(xì)胞死亡的意義u掌握衰老細(xì)胞的特點(diǎn)掌握衰老細(xì)胞的特點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)第十三章第十三章 程序性細(xì)胞死亡與衰老程序性細(xì)胞死亡與衰老2022-3-19第十三章第十三章 程序性細(xì)胞死亡與衰老程序性細(xì)胞死亡與衰老細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老程序性細(xì)胞死亡程序性細(xì)胞死亡練習(xí)與拓展練習(xí)與拓展2022-3-19第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老2022-3-19一一 、細(xì)胞是否衰老、細(xì)胞是否衰老n胎兒胎兒/成人成人肺成纖維細(xì)胞體外培養(yǎng)肺成纖維細(xì)胞體外培養(yǎng) 胎兒的傳代胎兒的傳代50次，成人的傳代次，成人的傳代20次。次。n不同物種胚

2、成纖維細(xì)胞培養(yǎng)不同物種胚成纖維細(xì)胞培養(yǎng)n早衰癥成纖維細(xì)胞培養(yǎng)早衰癥成纖維細(xì)胞培養(yǎng) 傳代傳代2-4次次龜龜鼠鼠平均壽命平均壽命1751753.53.5傳代傳代90-12590-12514-2814-282022-3-19Werners syndrome 早早 衰衰2022-3-19細(xì)胞，至少是體外培養(yǎng)的細(xì)胞，不是不死細(xì)胞，至少是體外培養(yǎng)的細(xì)胞，不是不死的，而是有一定壽命的，細(xì)胞增殖能力也的，而是有一定壽命的，細(xì)胞增殖能力也是有一定限度的。是有一定限度的。Hayflick界限界限2022-3-19二、細(xì)胞衰老的原因二、細(xì)胞衰老的原因 環(huán)境還是細(xì)胞本身？環(huán)境還是細(xì)胞本身？老年男子細(xì)胞年輕女子細(xì)胞老年

3、男子細(xì)胞老年男子細(xì)胞年輕女子細(xì)胞年輕女子細(xì)胞（單獨(dú)培養(yǎng)）（單獨(dú)培養(yǎng)）（單獨(dú)培養(yǎng)）（單獨(dú)培養(yǎng)）（混合培養(yǎng)）（混合培養(yǎng)）結(jié)果：混合培養(yǎng)中兩類細(xì)胞的增殖次數(shù)與單獨(dú)培養(yǎng)相同。結(jié)果：混合培養(yǎng)中兩類細(xì)胞的增殖次數(shù)與單獨(dú)培養(yǎng)相同。 培養(yǎng)條件完全一致培養(yǎng)條件完全一致結(jié)論：細(xì)胞衰老的原因在于細(xì)胞內(nèi)部。結(jié)論：細(xì)胞衰老的原因在于細(xì)胞內(nèi)部。2022-3-19細(xì)胞質(zhì)還是細(xì)胞核？二、細(xì)胞衰老的原因二、細(xì)胞衰老的原因 年輕女性細(xì)胞細(xì)胞松弛素B 老年男子細(xì)胞 細(xì)胞核 細(xì)胞質(zhì) 細(xì)胞核 細(xì)胞質(zhì) 細(xì)胞核 細(xì)胞質(zhì) 細(xì)胞質(zhì) 細(xì)胞核分裂能力與年輕細(xì)胞相同分裂能力與年輕細(xì)胞相同不分裂不分裂 細(xì)胞融合是細(xì)胞核決定了細(xì)胞的衰老，而不是細(xì)胞質(zhì)。

4、是細(xì)胞核決定了細(xì)胞的衰老，而不是細(xì)胞質(zhì)。2022-3-19三、體內(nèi)條件下的細(xì)胞衰老n體內(nèi)細(xì)胞衰老和死亡是自然現(xiàn)象。體內(nèi)細(xì)胞衰老和死亡是自然現(xiàn)象。n終身保持分裂的細(xì)胞，分裂能力隨機(jī)體年終身保持分裂的細(xì)胞，分裂能力隨機(jī)體年齡的增高而下降。齡的增高而下降。細(xì)胞本身的衰老還是體內(nèi)環(huán)境的惡化？細(xì)胞本身的衰老還是體內(nèi)環(huán)境的惡化？2022-3-19實(shí)驗(yàn)：組織移植實(shí)驗(yàn)：組織移植小鼠皮膚小鼠皮膚 F1 F2 結(jié)果：皮膚細(xì)胞存活結(jié)果：皮膚細(xì)胞存活7-8年年小鼠壽命：小鼠壽命：3.5年年衰老機(jī)體內(nèi)環(huán)境因素影響上皮細(xì)胞的增殖和衰老。衰老機(jī)體內(nèi)環(huán)境因素影響上皮細(xì)胞的增殖和衰老。2022-3-19四、衰老細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化四

5、、衰老細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化2022-3-19五、細(xì)胞衰老的分子機(jī)制n復(fù)制衰老的機(jī)制復(fù)制衰老的機(jī)制n脅迫誘導(dǎo)的早熟性衰老脅迫誘導(dǎo)的早熟性衰老端粒（端粒（telomere）：）：染色體末端染色體末端,由高度重復(fù)的由高度重復(fù)的短序列組成，高度保守。短序列組成，高度保守。 端粒與衰老理論端粒與衰老理論2022-3-19支持：支持：1998年，年，Wright等人將端等人將端粒酶相關(guān)基因引入正常人粒酶相關(guān)基因引入正常人體細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)表達(dá)端粒酶體細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)表達(dá)端粒酶的轉(zhuǎn)染細(xì)胞，端粒長(zhǎng)度增的轉(zhuǎn)染細(xì)胞，端粒長(zhǎng)度增加，分裂旺盛。加，分裂旺盛。不支持：不支持：敘利亞倉鼠胚細(xì)胞在復(fù)敘利亞倉鼠胚細(xì)胞在復(fù)制分裂各階段始終表達(dá)制

6、分裂各階段始終表達(dá)端粒酶，端粒長(zhǎng)度不變，端粒酶，端粒長(zhǎng)度不變，但是經(jīng)過但是經(jīng)過20-30代分裂后，代分裂后，細(xì)胞仍然衰老。細(xì)胞仍然衰老。 端粒與衰老理論端粒與衰老理論端粒受損后端粒受損后p53p53表達(dá)量高，表達(dá)量高，p21p21量隨之變多，抑量隨之變多，抑制制CDK4CDK4、6 6，阻止細(xì)胞進(jìn)入，阻止細(xì)胞進(jìn)入S S期。期。2022-3-19氧化性損傷學(xué)說氧化性損傷學(xué)說自由基理論自由基理論在生物氧化過程中會(huì)產(chǎn)生一些活性氧基團(tuán)在生物氧化過程中會(huì)產(chǎn)生一些活性氧基團(tuán)或分子，它們可以導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的或分子，它們可以導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的改變，最終導(dǎo)致細(xì)胞衰老，這就是所說的改變，最終導(dǎo)致細(xì)胞衰老，這

7、就是所說的自由基理論。自由基理論。2022-3-19自由基對(duì)細(xì)胞的損傷性作用自由基對(duì)細(xì)胞的損傷性作用氧化質(zhì)膜的不飽和脂肪酸，從而導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)破氧化質(zhì)膜的不飽和脂肪酸，從而導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)破 壞，膜的運(yùn)輸功能紊以致喪失。壞，膜的運(yùn)輸功能紊以致喪失。氧化蛋白質(zhì)中的巰基而造成蛋白質(zhì)的鉸鏈、變氧化蛋白質(zhì)中的巰基而造成蛋白質(zhì)的鉸鏈、變 性使酶失活性使酶失活。2022-3-19細(xì)胞內(nèi)清除自由基的機(jī)制細(xì)胞內(nèi)清除自由基的機(jī)制1、保護(hù)性的酶; 如超氧化物岐化酶(SOD)2、抗氧化分子 如維生素E、維生素C2022-3-19第二節(jié)第二節(jié) 程序性細(xì)胞死亡程序性細(xì)胞死亡 （programmed cell death, PCD

8、)凋亡凋亡壞死壞死自噬自噬2022-3-19一、細(xì)胞凋亡概念：概念：受基因調(diào)控的主動(dòng)的生理性細(xì)胞自殺的行為。受基因調(diào)控的主動(dòng)的生理性細(xì)胞自殺的行為。生物學(xué)意義：生物學(xué)意義：1 1、保證多細(xì)胞生物的個(gè)體發(fā)育正常進(jìn)行。、保證多細(xì)胞生物的個(gè)體發(fā)育正常進(jìn)行。2 2、保持機(jī)體的自穩(wěn)平衡。、保持機(jī)體的自穩(wěn)平衡。3 3、抵御外界因素的干擾。、抵御外界因素的干擾。2022-3-192022-3-19凋亡的形態(tài)學(xué)特征凋亡的形態(tài)學(xué)特征1、凋亡啟始細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)消失，細(xì)胞間接觸消失，核糖體從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脫落，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊腔膨脹，逐漸與質(zhì)膜融合，染色質(zhì)固縮2、凋亡小體形成染色質(zhì)斷裂，細(xì)胞膜反折。3、凋亡小體的吞噬消化2022

9、-3-19胸腺細(xì)胞胸腺細(xì)胞正常正常凋亡2022-3-19凋亡凋亡2022-3-19細(xì)胞凋亡的檢測(cè)方法細(xì)胞凋亡的檢測(cè)方法形態(tài)學(xué)觀測(cè)：染色法、透射和掃描電鏡觀察形態(tài)學(xué)觀測(cè)：染色法、透射和掃描電鏡觀察DNADNA電泳：電泳：DNADNA片段就呈現(xiàn)出梯狀條帶片段就呈現(xiàn)出梯狀條帶TUNELTUNEL測(cè)定法，即測(cè)定法，即DNADNA斷裂的原位末端標(biāo)記法斷裂的原位末端標(biāo)記法彗星電泳法（彗星電泳法（comet assaycomet assay）流式細(xì)胞分析流式細(xì)胞分析 2022-3-19凋亡的分子基礎(chǔ)凋亡的分子基礎(chǔ)n分子基礎(chǔ)分子基礎(chǔ)Caspase天冬氨酸天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白水解酶。特異性半胱氨酸蛋白水解

10、酶。n分子機(jī)制分子機(jī)制激活期，激活期，caspase激活成為二聚體，同型活化。激活成為二聚體，同型活化。執(zhí)行期，執(zhí)行期， caspase把底物水解，異型活化。把底物水解，異型活化。2022-3-19caspase 激活模型激活模型2022-3-19外源性死亡通路外源性死亡通路 死亡受體死亡受體: CD95 (或者Fas), TNFR1 (TNF receptor-1) DR4 和 DR5. 2022-3-19p 凋亡配體凋亡配體p 受體，如與受體，如與TNFTNF同源的膜受體，可識(shí)別和結(jié)同源的膜受體，可識(shí)別和結(jié) 合凋亡配體合凋亡配體p 編輯蛋白，致瘤因子受體編輯蛋白，致瘤因子受體 (TNFR)

11、1(TNFR)1相關(guān)的死相關(guān)的死 亡結(jié)構(gòu)域亡結(jié)構(gòu)域(TRADD) (TRADD) 對(duì)募集信號(hào)分子結(jié)合到膜對(duì)募集信號(hào)分子結(jié)合到膜 上的上的TNFRITNFRI受體復(fù)合物上起重要作用。受體復(fù)合物上起重要作用。p 編輯蛋白結(jié)合在受體的胞質(zhì)面，募集信號(hào)分子編輯蛋白結(jié)合在受體的胞質(zhì)面，募集信號(hào)分子外源性凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的主要組分外源性凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的主要組分2022-3-19p 執(zhí)行執(zhí)行caspasescaspases完成細(xì)胞凋亡過程。這些受體的胞完成細(xì)胞凋亡過程。這些受體的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域有一段內(nèi)結(jié)構(gòu)域有一段8080個(gè)氨基酸的伸展肽鏈，我們稱之個(gè)氨基酸的伸展肽鏈，我們稱之為死亡結(jié)構(gòu)域。在死亡結(jié)構(gòu)域形成一個(gè)

12、接頭蛋白為死亡結(jié)構(gòu)域。在死亡結(jié)構(gòu)域形成一個(gè)接頭蛋白FasFas相關(guān)蛋白與之結(jié)合相關(guān)蛋白與之結(jié)合(FADD)(FADD)的死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合體的死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合體 (DISC) (DISC) ，且前體，且前體caspasecaspase 8 8 變成有活性的變成有活性的caspasecaspase 8 8 。p 有活性的有活性的 caspase 8caspase 8激活執(zhí)行激活執(zhí)行caspasescaspases 的下游分子。的下游分子。2022-3-19受體受體 配體配體CD95 (Fas) CD95L(FasL)TRAIL-R1-4 TRAILAPO-2LTNFR1(CD120a) TNF，T

13、NF(LT)OPG TRANCERANKLOPGLLTb -R Lymphotoxinb LTbCD40 CD40LTRAP/gp 39CD30 CD30LCD27 CD27LCD704-IBB 4-IBB LOX-40 OX-40 Lgp34NGF-R1 NGFDeath receptor 3(DR3) TWEAK(Apo3L)Death receptor 4(DR4) TRAIL(Apo2L)Death receptor 5(DR5) TRAIL(Apo2L)Death receptor 6(DR6) TNFa, LymphotoxinaLTaDecoy receptor 1(DcR1)

14、TRAIL(Apo2L)Decoy receptor 2(DcR2) TRAIL(Apo2L)2022-3-19內(nèi)源性死亡通路內(nèi)源性死亡通路 2022-3-19 胞內(nèi)和胞內(nèi)和/ /或胞外促凋亡信號(hào)或胞外促凋亡信號(hào) 細(xì)胞色素細(xì)胞色素 c c 從線粒體釋放，進(jìn)入胞漿從線粒體釋放，進(jìn)入胞漿 細(xì)胞色素細(xì)胞色素 c c 與凋亡蛋白酶激活因子與凋亡蛋白酶激活因子 -1(Apaf-1) -1(Apaf-1) 蛋白結(jié)合蛋白結(jié)合, , 前體前體caspasecaspase 9 9 激活，三磷酸腺苷激活，三磷酸腺苷/ /脫氧三磷酸脫氧三磷酸腺苷腺苷 (ATP/dATP)(ATP/dATP)水解，細(xì)胞色素水解，細(xì)胞

15、色素c c與與 Apaf-1 Apaf-1 結(jié)合結(jié)合使寡聚化，凋亡小體形成。使寡聚化，凋亡小體形成。執(zhí)行執(zhí)行caspasescaspases (caspases3, 6, 7) (caspases3, 6, 7)完成細(xì)胞凋亡完成細(xì)胞凋亡進(jìn)程。進(jìn)程。內(nèi)源性凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的主要組內(nèi)源性凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的主要組分分2022-3-192022-3-19DNA 損傷啟動(dòng)凋亡信號(hào)損傷啟動(dòng)凋亡信號(hào)通路通路 (箭頭代表激活， T 代表抑制)2022-3-19線粒體在不依賴caspase的細(xì)胞程序性死亡和細(xì)胞壞死的內(nèi)源性凋亡通路中的作用2022-3-19凋亡通路中的蛋白凋亡通路中的蛋白2022-3-19凋亡蛋

16、白凋亡蛋白 p532022-3-19Bid凋亡蛋白凋亡蛋白 Bcl-2 家族家族Bid凋亡蛋白 Caspase 家族C Caspase已知功能已知底物Caspase-1inflammationpre-Interleukin-1, Interleukin-18, Lamins Caspase-2initiator/effecter of apoptosis Golgin-160 , Lamins (?)Caspase-3effecter of apoptosisPARP, SREBs, Gelsolin, Caspase-6, Caspase-7, MDM2Caspase-9, DNA-PK,

17、Gas2 Fodrin Catenin, Lamins NuMA, HnRNP proteins, Topoisomerase I, FAK Calpastatin, p21Waf1, Presenelin2, ICADCaspase-4Inflammation/ApoptosisCaspase-1Caspase-5Inflammation/Apoptosis? Caspase-6effecter of apoptosisPARP, Lamins, NuMA, FAK, Caspase-3, Keratin-18Caspase-7effecter of apoptosisPARP, Gas2,

18、 SREB1, EMAP II, FAK, Calpastatin, p21Waf1Caspase-8initiator of apoptosisCaspase-3, Caspase-4, Caspase-6, Caspase-7, Caspase-9 Caspase-10, Caspase-13, PARP, BidCaspase-9initiator of apoptosisCaspase-3, pro-Caspase-9, Caspase-7, PARPCaspase-10initiator of apoptosisCaspase-3, Caspase-4, Caspase-6, Cas

19、pase-7, Caspase-8 Caspase-9Caspase-11Inflammation/Apoptosis? Caspase-12Apoptosis2022-3-19凋亡蛋白凋亡蛋白 IAP 家族家族livin2022-3-19凋亡誘導(dǎo)因子凋亡誘導(dǎo)因子AIF 是一種蛋白酶，位于線粒體膜間間是一種蛋白酶，位于線粒體膜間間隙。隙。 在很多凋亡模型中，在很多凋亡模型中， AIF 轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核中，誘導(dǎo)染轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核中，誘導(dǎo)染色質(zhì)凝聚和色質(zhì)凝聚和DNA降解。降解。 AIF對(duì)細(xì)胞死亡的作用取決于細(xì)胞類型和凋亡對(duì)細(xì)胞死亡的作用取決于細(xì)胞類型和凋亡insult ，且僅在且僅在caspases 被抑

20、制或沒有被激活時(shí)出現(xiàn)。被抑制或沒有被激活時(shí)出現(xiàn)。凋亡蛋白凋亡蛋白 AIF (凋亡誘導(dǎo)因子凋亡誘導(dǎo)因子)2022-3-19凋亡小體2022-3-19衰老和凋亡衰老和凋亡 凋亡調(diào)控失調(diào)引起的衰老凋亡調(diào)控失調(diào)引起的衰老 源于拮抗性多態(tài)的衰老和凋亡源于拮抗性多態(tài)的衰老和凋亡 衰老和凋亡都與線粒體有關(guān)衰老和凋亡都與線粒體有關(guān) 氧化應(yīng)激既可導(dǎo)致衰老，又可引起凋亡氧化應(yīng)激既可導(dǎo)致衰老，又可引起凋亡 衰老還是凋亡衰老還是凋亡? 2022-3-19牛肺動(dòng)脈上皮細(xì)胞。左邊為早期衰老細(xì)胞，右邊為凋亡細(xì)胞。2022-3-19凋亡和衰老都是細(xì)胞的錯(cuò)誤消除機(jī)制細(xì)胞應(yīng)對(duì)潛在的致癌性刺激時(shí)啟動(dòng)衰老和凋亡機(jī)制，細(xì)胞應(yīng)對(duì)潛在的致

21、癌性刺激時(shí)啟動(dòng)衰老和凋亡機(jī)制，這意味著這兩種錯(cuò)誤消除機(jī)制保護(hù)細(xì)胞不會(huì)轉(zhuǎn)化為腫這意味著這兩種錯(cuò)誤消除機(jī)制保護(hù)細(xì)胞不會(huì)轉(zhuǎn)化為腫瘤細(xì)胞。瘤細(xì)胞。潛在的致癌性刺激潛在的致癌性刺激正常正常 衰老衰老正常正常 凋亡凋亡正常正常 癌變癌變2022-3-192022-3-19癌細(xì)胞逃脫衰老和凋亡的命運(yùn)癌細(xì)胞逃脫衰老和凋亡的命運(yùn)2022-3-19拮抗性多效理論拮抗性多效理論指出自然選擇傾向于保留那些對(duì)早期繁殖有利，卻對(duì)生命晚期有惡劣影響的基因。 細(xì)胞 對(duì)環(huán)境影響反應(yīng)的結(jié)果，有些分子發(fā)生了與凋亡或者衰老有關(guān)的改變。這兩種細(xì)胞的命運(yùn)，即凋亡或細(xì)胞衰老，是細(xì)胞拮抗性多效選擇的最好例子。這兩個(gè)過程對(duì)年輕的生物的生存和適應(yīng)都是必須的，但都可能導(dǎo)致出現(xiàn)衰老表型，包括一些伴隨衰老出現(xiàn)的相關(guān)表型。源于拮抗性多態(tài)的衰老和凋亡源于拮抗