細(xì)胞程序性死亡和衰老

1、關(guān)于細(xì)胞程序性死亡與衰老第一張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié)細(xì)胞衰老Aging ，Senescence，指細(xì)胞隨著年齡增加，機(jī)能和結(jié)構(gòu)退行性變化，趨向死亡的不可逆現(xiàn)象。衰老是生命的普遍現(xiàn)象，發(fā)生在生態(tài)系統(tǒng)、群落、種群、個體、細(xì)胞以及分子等不同層次。第二張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月一、人體細(xì)胞的動態(tài)分類更新組織：如上皮細(xì)胞、血細(xì)胞。構(gòu)成更新組織的細(xì)胞可分為類： 干細(xì)胞、 過渡細(xì)胞、 成熟細(xì)胞。穩(wěn)定組織：可補(bǔ)償性增生，如：肝、腎細(xì)胞。恒久組織：細(xì)胞不再分裂，如神經(jīng)細(xì)胞?？珊谋M組織：如人類的卵巢實質(zhì)細(xì)胞。第三張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月二、細(xì)胞衰老的特征（

2、一）形態(tài)變化第四張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（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：含量減少。3.蛋白質(zhì)：含成下降，發(fā)生修飾、交聯(lián)。4. 酶分子：物理與化學(xué)特征改變，酶失活。5.脂類：不飽和脂肪酸被氧化。第五張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月三、細(xì)胞衰老的分子機(jī)理1. 代謝廢物積累：如：脂褐質(zhì)，老年性癡呆（AD）腦細(xì)胞內(nèi)的-淀粉樣蛋白。2.線粒體DNA突變：線粒體自由基濃度高，mtDNA是裸露分子，容易發(fā)生突變。腦、心、骨骼肌的氧負(fù)荷最大，組織最易衰老。caloric rest

3、riction能延長大鼠壽命50%-70%。第六張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Thin rat bury fat ratThe rats are both 1000 days old, very old for rats. The one on the right was calorie restricted. The one on the left is near death and shows typical signs of old age similar to what happens in humans.Image cited from Clive McCay 1939.

4、第七張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3自由基學(xué)說（free radical theories）自由基是含不成對電子的原子或基團(tuán)，具有高度反應(yīng)活性。包括：氧自由基（如OH）、氫自由基（H）、碳自由基、脂自由基等。自由基來源：外源性（如輻射）、內(nèi)源性。內(nèi)源性自由基產(chǎn)生于由線粒體呼吸鏈電子泄漏產(chǎn)生；由氧化酶（如MFO）催化底物羥化產(chǎn)生。第八張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月自由基可引起DNA、蛋白質(zhì)、脂類氧化、變性和交聯(lián)，實驗表明DNA中OH8dG隨著年齡而增加。正常細(xì)胞內(nèi)存在清除自由基的防御系統(tǒng)。酶系統(tǒng)：SOD、CAT、GSH-PX。非酶系統(tǒng)：維生素E、醌類電子受體Orr和Soh

5、al（1994），將SOD基因?qū)牍?，其壽命比野生型延長1/3。第九張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月4程序性衰老（programmed senescence）生物的生長、發(fā)育、衰老和死亡都由基因程序控制的，衰老是某些基因依次開啟或關(guān)閉的結(jié)果。例1. 在小鼠肝中，胚胎早期表達(dá)的胞質(zhì)丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（cAAT）為A型，隨后停止表達(dá)，衰老時則表達(dá)B型cAAT例2. 肝臟中的衰老標(biāo)志蛋白2在老年期表達(dá)。第十張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月5復(fù)制性衰老（replicative senescence）細(xì)胞的增殖次數(shù)是有限的，稱“Hayflick”極限。如人胚成纖維細(xì)胞可培養(yǎng)60-70代。

6、DNA每復(fù)制一次端粒就縮短一段，到一定程度時，則激活DNA損傷檢驗，細(xì)胞凋亡。人的成纖維細(xì)胞端粒每年縮短14-18bp。端粒酶可修復(fù)端粒，此酶僅在干細(xì)胞中表達(dá)。第十一張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月6. 衰老基因?qū)W說子女的壽命與雙親的壽命有關(guān)；動物都有相當(dāng)恒定的平均和最高壽命；成人早衰癥：約39歲衰老，47歲生命結(jié)束；嬰幼兒早衰癥：1歲衰老，1218歲生命結(jié)束；早衰癥患者體內(nèi)解旋酶發(fā)生突變 。衰老時，衰老相關(guān)基因（SAG）活躍表達(dá)，如senescent cell derived inhibition of DNA synthesis 。第十二張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月

7、Werners syndromeA 37 years old patient， Adoue DFP 1997第十三張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Hutchinson-Gilford syndrome第十四張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 細(xì)胞壞死與凋亡細(xì)胞死亡并非與機(jī)體死亡同步。正常的組織中也發(fā)生細(xì)胞死亡，它是維持組織機(jī)能和形態(tài)所必需的。 第十五張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月一、細(xì)胞死亡的方式（一）細(xì)胞壞死細(xì)胞受到環(huán)境因素傷害，引起細(xì)胞死亡的現(xiàn)象。形態(tài)變化的原因：酶性消化、蛋白變性。如消化酶來源于死亡細(xì)胞本身的溶酶體，則稱為自溶（autolysis）；若

8、來源于浸潤壞死組織內(nèi)白細(xì)胞溶酶體，則為異溶（heterolysis）。第十六張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)胞壞死初期，胞質(zhì)內(nèi)線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腫脹、崩解，結(jié)構(gòu)脂滴游離、空泡化，蛋白質(zhì)顆粒增多，核發(fā)生固縮或斷裂。隨壞死進(jìn)程，細(xì)胞質(zhì)呈強(qiáng)嗜酸性，蘇木精/伊紅染色呈均一紅色。細(xì)胞膜不完整，臺盼藍(lán)染色陽性(活細(xì)胞不著色)。DNA隨機(jī)降解，細(xì)胞內(nèi)容物流出，引起炎癥。第十七張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）細(xì)胞凋亡細(xì)胞通過出芽的方式形成許多凋亡小體；凋亡小體內(nèi)有結(jié)構(gòu)完整的細(xì)胞器；不引起炎癥；線粒體無明顯形態(tài)變化，溶酶體活性不增加；內(nèi)切酶活化，DNA有控降解，凝膠電泳圖呈梯狀；凋亡通常

9、是生理性變化，壞死是病理性變化。 第十八張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月/第十九張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月胸腺細(xì)胞正常凋亡第二十張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月胸腺細(xì)胞正常凋亡第二十一張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十二張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）細(xì)胞程序性死亡細(xì)胞程序性死亡（PCD）是一種基因指導(dǎo)的細(xì)胞自我消亡方式。PCD和細(xì)胞凋亡的區(qū)別在以下方面：PCD是功能性概念，凋亡是形態(tài)學(xué)概念。PCD存在于胚胎發(fā)育過程中。第二十三張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月C. elegans是研究PCD的理想材料（生命周期短，細(xì)胞

10、數(shù)量少）。第二十四張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月C. elegans雄蟲有1031個體細(xì)胞、約1000個生殖細(xì)胞。神經(jīng)系統(tǒng)由302個細(xì)胞組成，來自于407個前體細(xì)胞，105個細(xì)胞發(fā)生了PCD。控制線蟲PCD的基因有：Ced-3、Ced-4和Ced-9。Ced-3和 Ced-4誘發(fā)凋亡；Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用。第二十五張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2002年10月7日英國人Sydney 、美國人Horvitz和英國人Sulston ，因在PCD方面的研究獲諾貝爾諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎。H. Robert HorvitzJohn E. Sulston Syd

11、ney Brenner第二十六張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月二、細(xì)胞凋亡的生理和病理學(xué)意義（一）生理學(xué)意義1. 生長發(fā)育：組織與器官的塑造（趾的分化）；動物變態(tài)；皮膚角質(zhì)形成；2. 免疫細(xì)胞分化：克隆選擇；3. 防御：清除衰老細(xì)胞、DNA損傷的細(xì)胞、和被病原體感染的細(xì)胞。第二十七張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Sculpting the digits in the developing mouse paw by apoptosis（Wood 2000）第二十八張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）病理學(xué)意義1. 病原體侵染；誘導(dǎo)凋亡HIV抑制凋亡Poxvirus

12、2. 細(xì)胞凋亡不足腫瘤，自身免疫疾?。?. 細(xì)胞凋亡過度神經(jīng)退行性疾?。ˋD，帕金森癥）、心肌梗塞、 再生障礙性貧血、骨組織壞死。第二十九張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月三、細(xì)胞凋亡的檢測方法1. 形態(tài)學(xué)，電鏡，光鏡；2. DNA凝膠電泳ladder；3. 流式細(xì)胞計；4. 核酸內(nèi)切酶活力檢測；5. 免疫學(xué)方法；6. Annexin V檢測細(xì)胞膜外表面PS；7. TUNEL技術(shù)。第三十張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月8. 常用檢測細(xì)胞凋亡的染料：二乙酸熒光素（FDA），綠色熒光，活細(xì)胞染色。Hoechst 33342或33258，DAPI，吖啶橙（AO），半通透，凋亡和固定

13、后的細(xì)胞熒光較強(qiáng)。溴化乙啶（EB）、碘化丙啶（PI）、放線菌素D（7-AAD），不通透，正常和凋亡細(xì)胞拒染。可用不同性質(zhì)的染料對凋亡細(xì)胞進(jìn)行雙染色。第三十一張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Human embryo at day 4 morula containing 23 nuclei labelled with DAPI (blue), including seven TUNEL-labelled condensed nuclei (pink, arrow) that were excluded from development (Kate Hardy 1999).第三十二張，PP

14、T共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 細(xì)胞凋亡的分子機(jī)理第三十三張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月一、凋亡相關(guān)的基因和蛋白與細(xì)胞增殖有關(guān)的原癌基因和抑癌基都參于對細(xì)胞凋亡的凋控。研究較多的有ICE、Apaf-1、Bcl-2、Fas/APO-1、c-myc、p53、ATM等 。第三十四張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月1Caspase家族相當(dāng)于線蟲的ced-3，是引起凋亡的關(guān)鍵酶。特點(diǎn)：酶活性依賴于cys殘基的親核性；總是在asp之后切斷底物，故名caspase（cysteine aspartate-specific protease）。亞基由同一基因編碼，前體被切割后產(chǎn)生兩

15、個活性亞基，組成的異四聚體。第三十五張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Caspase classification（Zimmermann 2001）Executioner or effectorAutocatalytic initiator第三十六張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2Apaf-1凋亡酶激活因子-1（apoptotic protease activating factor-1），線蟲的同源物為ced-4。作用：參與線粒體凋亡途徑，該基因敲除后，小鼠神經(jīng)細(xì)胞過多，腦畸形發(fā)育。Apaf-1與cyt c、ATP/dATP結(jié)合后，召集caspase-9，形成凋亡體（apo

16、ptosome），激活caspase-3，啟動caspase級聯(lián)反應(yīng)。第三十七張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3. bcl-2基因家族含有1-4個Bcl-2同源結(jié)構(gòu)域（BH1-4）。分兩類：抗凋亡基因，如：Bcl-2；促凋亡基因，如：Bax。促凋亡蛋白能引起線粒體外膜通透性改變，導(dǎo)致cyt c釋放，引起凋亡。bcl-2相當(dāng)于線蟲的ced9。主要定位于線粒體膜、也存在于ER和外核膜，拮抗促凋亡蛋白的功能。第三十八張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Bcl-2 gene family（Zimmermann 2001）第三十九張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月4. Fas f

17、as又稱作APO-1，屬TNF受體家族。1993年人白細(xì)胞分型國際會議統(tǒng)一命名為CD95。fas基因編碼產(chǎn)物為分子量45KD的跨膜蛋白。Fas蛋白與Fas配體組成Fas系統(tǒng)，二者的結(jié)合激活caspase。第四十張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月5P53基因組的守護(hù)者。輻射誘導(dǎo)的DNA損傷可通過ATM激活p53，阻斷細(xì)胞周期，并提高Fas的表達(dá)，誘導(dǎo)凋亡。6Myc轉(zhuǎn)錄因子，生長因子存在，Bcl-2基因表達(dá)時，促進(jìn)細(xì)胞增殖，反之引起細(xì)胞凋亡。7. ATM是DNA損傷檢驗的重要蛋白激酶，能激活P53。第四十一張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）Fas誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡Fas與配體結(jié)合發(fā)生三聚化，通過胞內(nèi)的DD區(qū)（Death domain）與接頭蛋白FADD的DD區(qū)結(jié)合。FADD N端通過DED區(qū)（death effector domain）與Caspase-8前體結(jié)合，Caspase-8通過子剪接激活 。第四十二張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月Caspase-8引起caspase級聯(lián)反應(yīng)，激活Caspase-3、6、7。Caspase可降解結(jié)構(gòu)蛋白、信號蛋白、轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白、周期蛋白等等。Caspase還可降解CAD（ caspase-activated Dnase ）的調(diào)節(jié)蛋白，釋放出CAD，CAD進(jìn)入細(xì)胞核，在