《細(xì)胞生物學(xué)》課件第十六章 細(xì)胞凋亡

1、 第一節(jié) 細(xì)胞死亡第十六章 細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死細(xì)胞自噬性死亡1一、細(xì)胞凋亡概念：細(xì)胞凋亡是一個(gè)主動(dòng)的由基因決定的自動(dòng)結(jié)束生命的過(guò)程，所以也常常被稱(chēng)為細(xì)胞編程性死亡.凋亡細(xì)胞將被吞噬細(xì)胞吞噬。2（一）細(xì)胞凋亡的特征細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)特征細(xì)胞凋亡的生化特征3細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)特征凋亡的起始： 細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)如微絨毛消失，細(xì)胞間接觸的消失，但細(xì)胞膜依然完整；線粒體大體完整，但核糖體逐漸從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上脫離，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊腔膨脹，并逐漸與質(zhì)膜融合；染色質(zhì)固縮，形成新月形帽狀結(jié)構(gòu)等形態(tài)，沿著核膜分布凋亡小體的形成： 核染色質(zhì)斷裂為大小不等的片段，與某些細(xì)胞器如線粒體一起聚集，被細(xì)胞質(zhì)膜所包圍。細(xì)胞表

2、面產(chǎn)生了許多泡狀或芽狀突起（blebbing)，逐漸形成單個(gè)的凋亡小體凋亡小體逐漸被鄰近的細(xì)胞吞噬并消化4 細(xì)胞凋亡的過(guò)程 Morphologi changes: Early : 細(xì)胞收縮，染色質(zhì)凝集 Later : 細(xì)胞發(fā)泡，染色質(zhì)斷裂， 凋亡小體形成 At last: 吞噬細(xì)胞識(shí)別并吞噬凋亡小體或凋亡細(xì)胞567胸腺細(xì)胞正常凋亡8細(xì)胞凋亡的生化特征細(xì)胞凋亡的主要特征是形成大小為180200bp特征性的DNA 梯狀條帶凋亡細(xì)胞組織轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶積累并達(dá)到較高水平92） DNA 梯狀條帶 :Lane 10 h 21 h 32 h 43 h 54 h 6Control 7Marker 2.0kbp1

3、.00.50.2180200bp DNA 梯狀條帶10 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的因子物理性因子，包括射線（紫外線， 射線等）， 較溫和的溫度刺激（如熱激，冷激）等化學(xué)及生物因子：包括活性氧基團(tuán)和分子，DNA 和蛋白質(zhì)合成的抑制劑，激素，細(xì)胞生長(zhǎng)因子，腫 瘤壞死因子（TNF），抗Fas/Apo-1/CD95抗體等11（二） 細(xì)胞凋亡的檢測(cè)方法形態(tài)學(xué)觀測(cè)：染色法(DAPI)、透射和掃描電鏡觀察DNA電泳：DNA片段就呈現(xiàn)出梯狀條帶TUNEL測(cè)定法，即DNA斷裂的原位末端標(biāo)記法細(xì)胞凋亡中, 染色體DNA雙鏈斷裂或單鏈斷裂而產(chǎn)生大量的粘性3-OH末端，可在脫氧核糖核苷酸末端轉(zhuǎn)移酶（terminal deoxyn

4、ucleotidyl transferase TdT）的作用下，將脫氧核糖核苷酸和熒光素、過(guò)氧化物酶、堿性磷酸酶或生物素形成的衍生物標(biāo)記到DNA的3-末端，從而可進(jìn)行凋亡細(xì)胞的檢測(cè)，這類(lèi)方法稱(chēng)為脫氧核糖核苷酸末端轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的缺口末端標(biāo)記法（terminal -deoxynucleotidyl transferase mediated nick end labeling, TUNEL）。流式細(xì)胞分析 根據(jù)凋亡細(xì)胞DNA斷裂和丟失，采用碘化丙啶使DNA 產(chǎn)生激發(fā)熒光，用流式細(xì)胞儀檢出凋亡的亞二倍體細(xì) 胞，同時(shí)又能觀察細(xì)胞的周期狀態(tài)。12（三）細(xì)胞凋亡的生理學(xué)及醫(yī)學(xué)意義（1）生理意義：（a）維持多細(xì)

5、胞生物個(gè)體發(fā)育的正常進(jìn)行。（b）保持自穩(wěn)平衡。（c）抵御外界各種因素的干擾。（2）醫(yī)學(xué)意義 細(xì)胞凋亡失調(diào)可引起多種疾病。13（四） 細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制誘導(dǎo)因子: 物理因子、化學(xué)因子和生物因子三類(lèi)。調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的分子: 重要的有caspase超家族蛋白（可以引起級(jí)聯(lián)反應(yīng)）、天然caspase抑制劑、IAP、 Bcl 家族蛋白和p53 蛋白等。14凋亡相關(guān)基因抑制凋亡基因： bcl-2促進(jìn)凋亡基因： fas，P53雙向調(diào)控基因： c-myc，bclx151. caspase是一組對(duì)底物蛋白的天冬氨酸部位有特異水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶，至少有13個(gè)成員162. Caspase 依賴性

6、的細(xì)胞凋亡途徑17 細(xì)胞凋亡的信號(hào)途徑兩條基本途徑 外源性內(nèi)源性18193. Caspase 非依賴性的細(xì)胞凋亡204. 穿孔蛋白顆粒介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡 淋巴細(xì)胞通常通過(guò)穿孔素/ 淋巴顆粒（granule ）和FasL/TNF及其受體來(lái)介 導(dǎo)靶細(xì)胞的凋亡。穿孔素（perforin）蛋白模擬病毒入侵細(xì)胞膜的方式，介導(dǎo)顆 粒中的絲氨酸蛋白酶進(jìn)入靶細(xì)胞內(nèi)，絲氨酸蛋白酶從而有機(jī)會(huì)激活胞漿中的caspase-10 。21225. 生死抉擇：細(xì)胞凋亡的調(diào)控23二、細(xì)胞壞死1引起細(xì)胞壞死的因子：一般認(rèn)為細(xì)胞壞死是細(xì)胞在強(qiáng)烈的外界因素作用下產(chǎn)生的死亡現(xiàn)象。2特征：細(xì)胞壞死時(shí)，細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞器膨大受損, DNA隨

7、機(jī)降解，在體內(nèi)可引起炎癥反應(yīng)。3最新進(jìn)展：細(xì)胞壞死可能是細(xì)胞程序性死亡的另一種方式，因?yàn)?DNA 損傷和PARP活化可導(dǎo)致增殖旺盛的細(xì)胞壞死，但不引起非持續(xù)增殖細(xì)胞的死亡，其機(jī)制與胞內(nèi)ATP的水平高低有關(guān)。2425細(xì)胞凋亡與壞死的區(qū)別壞死 凋亡1.性質(zhì) 病理性，非特異性 ,非遺傳性 生理性或病理性，特異性 遺傳性2.誘導(dǎo)因素 強(qiáng)烈刺激（極端環(huán)境），隨機(jī)發(fā)生 較弱刺激，非隨機(jī)發(fā)生3.生化特點(diǎn) 被動(dòng)過(guò)程，無(wú)新蛋白合成， 主動(dòng)過(guò)程，有新蛋白合成， 不耗能 耗能4.形態(tài)變化 細(xì)胞結(jié)構(gòu)全面溶解、破壞、 胞膜及細(xì)胞器相對(duì)完整 細(xì)胞腫脹 細(xì)胞皺縮，核固縮5.DNA電泳 彌散性降解，電泳呈均一 DNA片段化（

8、180-200bp）， DNA片狀 電泳呈“梯”狀條帶6.炎癥反應(yīng) 溶酶體破裂，局部炎癥反應(yīng) 溶酶體相對(duì)完整，局部無(wú) 炎癥反應(yīng)7.凋亡小體 無(wú) 有8.基因調(diào)控 無(wú) 有 26三、自噬性細(xì)胞死亡1概念：是細(xì)胞在正常生理?xiàng)l件或饑餓狀態(tài)下將細(xì)胞的自身組分或結(jié)構(gòu)包裹起來(lái)，形成具有雙層膜的囊泡結(jié)構(gòu)（即自噬泡），再與溶酶體融合，內(nèi)含物被溶酶體中的水解酶消化的過(guò)程。2728292生理意義 細(xì)胞自噬可以幫助細(xì)胞度過(guò)營(yíng)養(yǎng)缺乏的時(shí)期，但是嚴(yán)重的自噬將導(dǎo)致細(xì)胞死亡。在動(dòng)物體的發(fā)育過(guò)程中，自噬活動(dòng)還參與新的組織器官的重建。303細(xì)胞自噬的相關(guān)基因： 細(xì)胞自噬有相關(guān)基因的蛋白產(chǎn)物參與（Atg基因）和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑介導(dǎo)（IP

9、3/TOR），因此細(xì)胞的自噬死亡是一種程序性細(xì)胞死亡方式。314與細(xì)胞凋亡的關(guān)系：目前細(xì)胞自噬程序性死亡與細(xì)胞凋亡的聯(lián)系還不清楚。兩者可先后發(fā)生，也可獨(dú)立發(fā)生。有研究表明，細(xì)胞自噬可能是細(xì)胞凋亡的補(bǔ)充途徑。32四、植物細(xì)胞與酵母的細(xì)胞程序性死亡（一）植物細(xì)胞的程序性死亡1生理意義：它在植物體正常發(fā)育、對(duì)環(huán)境脅迫和病原體入侵引發(fā)的過(guò)敏反應(yīng)中具有重要的作用。細(xì)胞死亡后的殘余物質(zhì)被細(xì)胞壁固定在原位，而被自身液泡的水解酶所消化。2形態(tài)特征：在形態(tài)方面因誘導(dǎo)源（活性氧、植物激素等）不同而可能有所差異。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些與植物細(xì)胞程序性死亡相關(guān)的基因。3334（二）酵母細(xì)胞的程序性死亡1特征：其形態(tài)學(xué)特征

10、與動(dòng)物細(xì)胞凋亡類(lèi)似（注意酵母具有細(xì)胞壁）。2細(xì)胞的程序性死亡在生命的演化過(guò)程具有共同的起源。35第二節(jié) 細(xì)胞衰老一、細(xì)胞衰老的概念及特征（1） Hayflick界限：體外培養(yǎng)的正常細(xì)胞存在有絲分裂次數(shù)的極限，這種現(xiàn)象稱(chēng)為Hayflick 界限。（2） 細(xì)胞的衰老： 一般含義是指復(fù)制衰老（replicative senescence）, 即體外培養(yǎng)的正常細(xì)胞經(jīng)過(guò)有限次數(shù)的分裂后，停止分裂，細(xì)胞形態(tài)和生理代謝活動(dòng)發(fā)生顯著改變的現(xiàn)象。（3）范圍：除胚胎干細(xì)胞、轉(zhuǎn)化細(xì)胞或者癌細(xì)胞具有永生性，其它原代培養(yǎng)細(xì)胞均存在復(fù)制衰老現(xiàn)象。363738392衰老細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化 細(xì)胞衰老時(shí)，細(xì)胞核、細(xì)胞器（如，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

11、、線粒體、致密體）和膜系統(tǒng)等都發(fā)生了一些列的變化，總的來(lái)說(shuō)是，原生質(zhì)失水，代謝降低， 結(jié)構(gòu)逐漸瓦解。40(一)衰老細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征核: 增大、染色深、核內(nèi)有包含物染色質(zhì): 凝聚、固縮、碎裂、溶解質(zhì)膜: 粘度增加、流動(dòng)性降低細(xì)胞質(zhì): 色素積聚、空泡形成線粒體: 數(shù)目減少、體積增大高爾基體: 碎裂尼氏體: 消失包含物: 糖原減少、脂肪積聚核膜: 內(nèi)陷(折）41（二）分子水平的變化1 . DNA：復(fù)制與轉(zhuǎn)錄受阻，端粒DNA、mtDNA缺失。DNA氧化、斷裂、缺失和交聯(lián)，甲基化程度降低。 2. RNA：含量降低。 3.蛋白質(zhì)：含成下降，發(fā)生修飾、交聯(lián)。 4. 酶分子：活性中心被氧化，金屬離子丟失，酶

12、分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)，溶解度，等電點(diǎn)發(fā)生改變，酶失活。 5.脂類(lèi)：不飽和脂肪酸被氧化。42二、細(xì)胞衰老的分子機(jī)制（一）復(fù)制衰老機(jī)制 復(fù)制衰老的分子機(jī)制：由于體細(xì)胞內(nèi)缺乏端粒酶活性，因此隨著細(xì)胞的分裂次數(shù)增多，端粒逐漸縮短。這會(huì)導(dǎo)致p53含量增加和通過(guò)磷酸化而活化，p53誘導(dǎo)p21表達(dá)，p21抑制CDK的活化，結(jié)果抑制性Rb不能被磷酸化， E2F處于失活狀態(tài)，最終引發(fā)細(xì)胞衰老。 p16維持細(xì)胞的衰老狀態(tài)。434445（二）壓力誘導(dǎo)的早熟性衰老1誘因：損傷的積累包括氧化性損傷、端粒序列的缺失、rDNA的變化、線粒體DNA的變化等。壓力誘導(dǎo)早熟性衰老的分子機(jī)制：外界的脅迫條件能夠縮短細(xì)胞的復(fù)制壽命，這種衰老稱(chēng)為脅迫誘導(dǎo)早熟性衰老（stress-induced