細胞的衰老和死亡

1、細胞的衰老和死亡細胞的衰老和死亡第1頁細胞的衰老和死亡第2頁 人體衰老時，身體各個別功效都發(fā)生衰老。 如: 一名男子從 36 歲到 75 歲味覺喪失 64腎小球降低 44腎小球過濾率降低 31脊神經(jīng)元降低 37神經(jīng)傳導速度減慢 10腦供血量降低 20肺活量降低 44細胞的衰老和死亡第3頁第一節(jié) 細胞衰老 一、 細胞衰老概念 衰老，是時間依賴性遲緩進程，主要是機體內(nèi)部結構衰變，是以細胞生理功效衰退或喪失而實現(xiàn)。 細胞衰老：是指正常細胞形態(tài)結構、化學成份和生理功效和增殖能力逐步減弱衰退現(xiàn)象。細胞的衰老和死亡第4頁（一） 細胞衰老與機體衰老關系 細胞衰老與人體衰老現(xiàn)有聯(lián)絡又有區(qū)分： 1.區(qū)分：細胞衰

2、老與人體衰老是兩個不一樣概念。 2.聯(lián)絡：機體衰老以細胞總體衰老為基礎，細 胞總體衰老反應了機體衰老。細胞的衰老和死亡第5頁（二）體內(nèi)各類細胞壽命不一樣1.更新組織細胞 如上皮細胞、血細胞。2.穩(wěn)定組織細胞 如肝臟、腎臟細胞和胃壁細胞。3.恒久組織細胞 如神經(jīng)細胞、骨骼細胞和心肌細胞。4.可耗盡組織細胞 如卵巢實質(zhì)細胞。細胞的衰老和死亡第6頁（三）細胞在體外培養(yǎng)條件下壽命Hayflick界限：正常細胞增殖能力是有一定界限，細胞最大分裂次數(shù)即Hayflick界限。細胞的衰老和死亡第7頁二、細胞衰老表現(xiàn)（一）形態(tài)學改變（1）細胞核改變 核膜內(nèi)折、核質(zhì)固縮。（2）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體改變 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)彌散分布，

3、尼氏體含量降低；線粒體數(shù)量降低。（3）細胞內(nèi)色素或臘樣物質(zhì)沉積（4）膜系統(tǒng)改變 膜流動性降低，脆性增加。細胞的衰老和死亡第8頁衰老細胞形態(tài)改變 細胞的衰老和死亡第9頁（二）生化方面改變（1）DNA：復制與轉錄受到抑制，端粒DNA丟失，線粒體DNA特異性缺失，DNA氧化、斷裂、交聯(lián)等。 （2）RNA： mRNA和rRNA含量降低。 （3）蛋白質(zhì)：含量下降，胞內(nèi)蛋白發(fā)生糖基化、氨甲?；⒚摪被确磻?。（4）酶分子：活性中心被氧化，金屬離子Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+等丟失，造成酶失活。（5）脂類：不飽和脂肪酸被氧化，引發(fā)膜脂之間或與脂蛋白之間交聯(lián)，膜流動性降低。 細胞的衰老和死亡第10頁

4、三、細胞衰老學說差錯學派（Error theories）和遺傳學派（Genetic /Programmed theories）前者強調(diào)衰老是因為細胞中各種錯誤積累引發(fā)，后者強調(diào)衰老是遺傳決定自然演進過程。差錯學派：細胞衰老是各種細胞成份在受到內(nèi)外環(huán)境損傷作用后，因缺乏完善修復，使“差錯”積累，造成細胞衰老。遺傳學派：認為衰老是遺傳決定自然演進過程，一切細胞都有內(nèi)在預定程序決定其壽命，而細胞壽命又決定種屬壽命差異，外部原因只能使細胞壽命在限定范圍內(nèi)變動。細胞的衰老和死亡第11頁自由基學說： 經(jīng)過氧化損傷不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)和破壞DNA，而引發(fā)對細胞膜、核膜、蛋白質(zhì)等氧化性損傷，最終造成衰老。 自

5、由基：是一類瞬間形成含不成對電子原子或分子基團。 自由基起源：.體外：空氣污染、高溫、輻射等.體內(nèi)：代謝產(chǎn)生；線粒體呼吸鏈電子泄漏產(chǎn)生；過氧化物酶體催化底物羥化產(chǎn)生。細胞的衰老和死亡第12頁遺傳程序論：衰老是遺傳原因決定程序化過程，是受特定基因控制。成人早衰癥細胞的衰老和死亡第13頁嬰幼兒早衰癥細胞的衰老和死亡第14頁12歲男孩塞斯庫克 9歲波恩細胞的衰老和死亡第15頁端粒telomere鐘學說： 端粒長度伴隨分裂次數(shù)增加而縮短，當縮短到一定程度時候細胞就不復制，細胞進入衰老過程。20世紀30年 MeClintoek和 Muller玉米和果蠅 端粒20世紀70年代 Olovnikow細胞分裂程

6、序中止與端粒復制細胞的衰老和死亡第16頁年 諾貝爾獎Elizabeth HBlackburn Carol WGreiderJack WSzostak細胞的衰老和死亡第17頁端粒結構和功效 染色體端粒是位于真核細胞染色體末端一個特殊結構，由端粒DNA和端粒蛋白質(zhì)組成。端粒DNA是高度保守重復核苷酸序列。人端粒DNA重復序列是5-TTAGGG-3。重復長度達15lkb。不含有編碼蛋白質(zhì)功效；端粒DNA3末端較5末端長1216bp。細胞的衰老和死亡第18頁端粒酶結構和功效 端粒酶是一個核糖核蛋白，含有逆轉錄活性，不需DNA聚合酶就能夠與本身攜帶RNA模板合成端粒序列，其活性能夠經(jīng)過調(diào)控端粒酶成份或蛋

7、白質(zhì)成份來實現(xiàn)。端粒酶在多個物種中均存在，是當前發(fā)覺參加端粒長度保持最主要酶，主要由一段RNA(端粒RNA)和端粒酶催化亞基(TERT)組成。細胞的衰老和死亡第19頁端粒酶：集天使與魔鬼于一身合成端粒DNA，實現(xiàn)了端粒長度延伸。腫瘤細胞是具備無限增殖和生長能力永生細胞，端粒長度以及端粒酶在其中飾演主要角色。細胞的衰老和死亡第20頁端粒，端粒酶與細胞衰老1.端粒長度和細胞衰老2.端粒酶活性與細胞衰老 沈自尹等經(jīng)過試驗研究發(fā)覺中藥淫羊霍總黃酮含有保護衰老細胞端粒長度縮短作用。經(jīng)過中藥有效成份調(diào)整端粒長度縮短而保護衰老細胞是更安全治療辦法。細胞的衰老和死亡第21頁端粒，端粒酶與腫瘤 正常情況下人類體

8、細胞端粒酶檢測結果是陰性，但在400 個腫瘤樣品中，85%以上能檢測到端粒酶存在。細胞端粒酶活性因一些原因被激活，使端粒不停維持在一定長度，細胞所以逃過死亡而成為無限增殖細胞腫瘤細胞。從端粒酶出發(fā)治療腫瘤？細胞的衰老和死亡第22頁 2.還有一些問題需要處理： 1)端粒酶激活與腫瘤發(fā)生之間是因果關系還是相關關系尚需深入研究； 2)端粒酶在正常細胞無活性，但在生殖細胞、造血干細胞及T、B淋巴細胞中都有酶活性，該方法可能對生殖、造血及免疫系統(tǒng)有影響； 3)端粒長度維持可能有其它路徑，假如這些路徑被激活，端粒酶抑制療法將失敗 1.端粒酶活性與惡性腫瘤這種親密關系，為腫瘤診療提了有效標志物。端粒酶是正常

9、細胞轉變?yōu)槟[瘤細胞關鍵性物質(zhì)，是抗腫瘤治療主要靶點，而且，正常細胞與腫瘤組織中端粒酶表示、端粒長度和細胞動力學差異，使得選擇端粒酶作為藥品靶標成為相對安全治療伎倆。細胞的衰老和死亡第23頁多利死因猜測1.線粒體DNA突變自由基 mtDNA2.端粒細胞的衰老和死亡第24頁第二節(jié)細胞死亡 生如夏花之絢爛死如秋葉之精美細胞的衰老和死亡第25頁細胞死亡概念細胞因受嚴重損傷而累及胞核時，呈當代謝停頓、結構破壞和功效喪失等不可逆性改變，此即細胞死亡。引發(fā)細胞死亡原因：內(nèi)因、外因依據(jù)細胞死亡模式不一樣可將細胞死亡分為壞死（necrosis）凋亡（apoptosis）細胞的衰老和死亡第26頁 細胞壞死細胞壞死

10、形態(tài)學改變由酶性消化和蛋白質(zhì)變性引發(fā)參加細胞壞死酶假如起源于細胞本身溶酶體則稱為細胞自溶（autolysis）若起源于浸潤壞死組織內(nèi)白細胞溶酶體則稱為異溶（heterolysis）細胞的衰老和死亡第27頁 細胞凋亡是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制細胞自主有序死亡。因為細胞凋亡受到嚴格由遺傳機制決定程序化控制，所以也被稱為程序性細胞死 亡programmed cell death,PCD 。細胞的衰老和死亡第28頁細胞的衰老和死亡第29頁細胞凋亡形態(tài)學特征細胞體積縮小、連接消失、與周圍細胞脫離，染色質(zhì)聚集、核質(zhì)邊緣化，胞質(zhì)凝縮、密度增加，核斷裂，胞膜有小泡狀形成，胞膜結構依然完整，形成凋亡小體，

11、凋亡小體可快速被周圍專職或非專職吞噬細胞吞噬。細胞的衰老和死亡第30頁細胞凋亡生化特征膜內(nèi)側磷脂酰絲氨酸外翻到膜表面，線粒體膜電位消失，通透性改變，釋放細胞色素C到胞漿，核酸內(nèi)切酶活化，造成染色質(zhì)DNA在核小體連接部位斷裂，形成DNA降解成為約180bp-200bp整倍數(shù)片段。在細胞凋亡過程中往往還有新基因表示和一些生物大分子合成作為調(diào)控因子。細胞的衰老和死亡第31頁細胞凋亡過程1.凋亡起始 細胞膜：表面特化結構（如微絨毛）消失，胞間 接觸消失，細胞膜依然完整。 細胞質(zhì)：線粒體大致完整，核糖體從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脫 落, 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊腔膨脹并與質(zhì)膜融合。 細胞核：染色質(zhì)固縮，沿核膜分布。2.凋亡小體形成 細胞

12、內(nèi)部: 染色質(zhì)斷裂，與線粒體等細胞器聚 集，為反折細胞膜所包圍。 細胞外觀: 出芽形成凋亡小體。細胞的衰老和死亡第32頁3.凋亡小體被吞噬消化形成凋亡小體最終經(jīng)過特異識別，被鄰近細胞如巨噬細胞或上皮細胞所吞噬。細胞的衰老和死亡第33頁細胞的衰老和死亡第34頁細胞凋亡影響原因一、凋亡抑制因子 1.生理性抑制因子 2.病毒基因 3.其它二、凋亡誘導因子 1.生理性誘導因子 2.與損傷相關因子 3.與治療相關因子細胞的衰老和死亡第35頁細胞凋亡生理學意義凋亡現(xiàn)象普遍存在于人類及各種動植物中，是多細胞生物體個體正常發(fā)育、維持成體組織結構不可缺乏個別，貫通于生物全部生命活動中，是確保個體發(fā)育成熟所必需過

13、程。 例：哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程一旦正常細胞凋亡過程受到破壞，將引發(fā)一系列疾病，包含癌癥、感染性疾病、本身免疫性疾病等。細胞的衰老和死亡第36頁細胞的衰老和死亡第37頁細胞的衰老和死亡第38頁細胞凋亡與壞死主要特征比較細胞的衰老和死亡第39頁細胞凋亡相關基因及其蛋白Ced基因家族（Ced Gene Family） Ced基因家族是線蟲細胞凋亡相關基因，包含Ced-3、Ced-4、Ced-9等。其中，Ced-3基因編碼產(chǎn)物與人半胱氨酸蛋白酶（如ICE）同源，Ced-4基因編碼產(chǎn)物與人Apaf-1蛋白同源，Ced-9編碼產(chǎn)物與人bcl-2有同源性。細胞的衰老和死亡第40頁 Ced基因家族表示產(chǎn)物

14、中，Ced-3和Ced-4能促進細胞凋亡；而Ced-9能與Ced-3和Ced-4形成復合物并抑制其活性，從而抑制細胞凋亡細胞的衰老和死亡第41頁2. rpr基因（rpr Gene） rpr基因是果蠅凋亡相關基因，該基因編碼一個與FasDD結構域同源小分子多肽，以Fas介導凋亡類似方式激活ICE/Ced-3樣蛋白酶，促進細胞凋亡。細胞的衰老和死亡第42頁3. Bcl-2基因超家族（Bcl-2 Gene Superfamily） Bcl-2基因定位于人第18號染色體上，與線蟲Ced-9基因同源，能編碼26kDBcl-2和22kDBcl-2兩種蛋白。Bcl-2基因為凋亡抑制基因，其表示產(chǎn)物是膜整合蛋

15、白。細胞的衰老和死亡第43頁 Bcl-2（Bcl-XL）蛋白含有以下抗凋亡作用：能抑制線粒體PT孔（通透性轉變孔）開放，降低Cyt c和凋亡誘導因子（AIF）釋放；能結合和滅活Apaf-1，阻斷其對caspase-9活化；能特異地結合Cyt c，阻止其誘導細胞凋亡。細胞的衰老和死亡第44頁現(xiàn)已發(fā)覺最少存在29個Bcl-2基因同源物，它們在線粒體介導凋亡路徑中起調(diào)控作用。 Bcl-2蛋白家族組員都含有14個Bcl-2同源結構域（BH14），而且通常有一個羧基端跨膜結構域（transmembrane region，TM）。 普通說來，BH4是抗凋亡蛋白所特有結構域，BH3則是與促進凋亡相關結構域。

16、所以，依據(jù)結構不一樣，Bcl-2家族組員中，有些含有抗凋亡活性，有些則含有促凋亡活性。細胞的衰老和死亡第45頁 依據(jù)功效和結構可將Bcl-2家族分為兩大類：抗凋亡（anti-apoptotic）：如Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w、Mcl-1等。促凋亡（pro-apoptotic）：包含多結構域（如Bax、Bak、Bok）和只有BH3結構域（如Bad、Bid、Bim、Bik等）兩個亞類（圖67）。 Bcl-2蛋白主要定位于線粒體外膜，可與促凋亡蛋白形成復合體，抑制其作用，因而含有拮抗促凋亡蛋白功效。而大多數(shù)Bcl-2家族促凋亡蛋白則主要定位于細胞漿，一旦細胞受到凋亡因子誘導，即可向線粒體膜

17、轉位。細胞的衰老和死亡第46頁這些促凋亡蛋白經(jīng)過寡聚化，在線粒體外膜形成跨膜通道 ；或者開啟線粒體通透性轉變孔（permeability transition pore，PT），促使線粒體內(nèi)凋亡因子（cyt c）釋放，激活蛋白水解酶caspase，引發(fā)細胞凋亡。細胞的衰老和死亡第47頁4. 胱-天蛋白酶基因超家族（Caspase Gene Superfamily） 哺乳動物中存在白介素-1-轉化酶（ICE）是細胞凋亡蛋白酶，與線蟲Ced-3同源，都屬于胱-天蛋白酶家族（cysteine aspartate-specific protease，caspase）。這些蛋白酶是引發(fā)細胞凋亡關鍵酶，一

18、旦被信號路徑激活，能將細胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解，使細胞不可逆走向死亡。細胞的衰老和死亡第48頁 在人類細胞中已發(fā)覺13個ICE同源物，分為2個亞家族：ICE亞家族包含caspase-1、4、5、11、12、13等，主要參加炎癥反應；CED-3亞家族包含caspase-2、3、6、7、8、9、10等，主要參加細胞凋亡。細胞的衰老和死亡第49頁當前，已經(jīng)判定caspase水解底物包含：多聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）；纖層蛋白（lamins）；caspase依賴DNA酶抑制蛋白（ICAD）；小核蛋白體蛋白（HnRNP proteins）等20各種。細胞的衰老和死亡第50頁 多聚（ADP-核糖）聚合酶

19、（PARP）是一個與DNA損傷修復、基因完整性監(jiān)護相關聚合酶，其作用是將NAD+分子中ADP轉移到與DNA修復相關酶分子上，提升其催化效率。當細胞凋亡開啟時，PARP被caspase剪切，造成受PARP負調(diào)控核酸內(nèi)切酶活性增高，進而裂解核小體之間DNA，引發(fā)細胞凋亡。 纖層蛋白（lamins）屬于中間纖維絲蛋白家族，參加組成支撐核內(nèi)膜網(wǎng)架結構，同時對染色質(zhì)定向和組織起作用。 小核糖體蛋白（HnRNP proteins）則參加組成小核蛋白體，與hnRNA成熟加工相關。細胞的衰老和死亡第51頁5. Apaf-1基因（Apaf-1 Gene） Apaf-1基因表示Apaf-1蛋白為凋亡酶激活因子-1

20、（apoptotic protease activating factor-1），與線蟲Ced-4蛋白同源，在線粒體介導凋亡路徑中起主要作用。細胞的衰老和死亡第52頁 Apaf-1含有3個不一樣結構域：CARD（caspase recruitment domain）結構域，能召集caspase-9；Ced-4 同源結構域，能結合ATP/dATP；C端結構域，含有色氨酸/天冬氨酸重復序列，當細胞色素c結合到這一區(qū)域后，能引發(fā)Apaf-多1聚化而激活。細胞的衰老和死亡第53頁Apaf-1含有激活caspase-3作用，而這一過程又需要細胞色素c（Apaf-2）和caspase-9（Apaf-3）參

21、加。Apaf-1-細胞色素c復合體與ATP/dATP結合后，Apaf-1就能夠經(jīng)過其CARD結構域召集caspase-9，形成凋亡體（apoptosome），激活caspase-3，開啟caspase級聯(lián)反應。細胞的衰老和死亡第54頁6. Fas和FasL基因（Fas and FasL Genes） Fas基因，定位于人第10號染色體上，其編碼產(chǎn)物為45kD跨膜受體，屬于TNF受體家族。Fas受體（又稱APO-1或CD95）分子結構可分為三個區(qū)，即含有三個富含半胱氨酸胞外區(qū)、跨膜區(qū)和含有死亡結構域（Death domain， DD）胞內(nèi)區(qū)。細胞的衰老和死亡第55頁 Fas胞內(nèi)區(qū)DD結構域可與接

22、頭蛋白FADD （Fas associated death domain protein）偶聯(lián)，然后再經(jīng)過FADD死亡效應結構域（death effecter domain，DED）與Pro-caspase-8偶聯(lián)，從而將胞外凋亡信號傳遞到細胞內(nèi)。 Fas與其配體（FasL）相互作用，是引發(fā)細胞凋亡主要路徑之一。Fas與其抗體或FasL結合后，可快速激活caspase級聯(lián)反應，裂解DNA，誘發(fā)細胞凋亡。 FasL基因定位于人第1號染色體上，主要在活化淋巴細胞表面表示，產(chǎn)生凋亡信號；也可在T細胞激活過程中被誘導表示。Fas與FasL協(xié)同表示，對胸腺中T淋巴細胞發(fā)育、分化與凋亡以及細胞毒活性起調(diào)整

23、作用。細胞的衰老和死亡第56頁 7. IAP基因超家族（IAP Gene Superfamily） 細胞凋亡抑制因子（inhibitor of apoptosis，IAP）超家族組員較多，如c-IAP1，c-IAP2，XIAP，NIAP 和Survivin等，新組員仍在不停被發(fā)覺。IAP家族組員有一個共同特征，含有一個或多個70個氨基酸重復序列（BIR），類似于zinc指狀結構。 c-IAP1、 c-IAP2和XIAP還含有環(huán)指狀結構域（RING）。細胞的衰老和死亡第57頁 BIR功效域和連接區(qū)域介導對caspase抑制作用，而環(huán)指狀結構域（RING）則含有泛素化蛋白連接酶作用，介導caspa

24、se-3和-7泛素化降解作用。細胞的衰老和死亡第58頁8. p53基因（p53 Gene） p53基因定位于人第17號染色體上， 是一個多功效基因，其表示產(chǎn)物P53能在G1期監(jiān)視DNA完整性。如有損傷，則抑制細胞增殖，直到DNA修復完成；如受損DNA不能修復，則誘導細胞進入凋亡程序。 P53作為一個轉錄因子，是Bax正調(diào)整因子，Bcl-2負調(diào)整因子。當細胞受到射線照射后，P53可快速上調(diào)Bax表示，從而促進細胞凋亡。細胞的衰老和死亡第59頁9. c-Myc基因（c-Myc Gene） c-Myc基因也是一個多功效基因，定位于人第8號染色體，編碼分子量為62kD蛋白質(zhì)。c-Myc蛋白位于細胞核內(nèi)

25、，含有轉錄因子活性，首先能激活控制細胞增殖基因，另首先也能激活促進細胞凋亡基因表示，故含有促進細胞增殖和凋亡雙重效應。 c-Myc與Bcl-2之間存在協(xié)同作用。Bcl-2能抑制c-Myc所致細胞凋亡，但不影響其促有絲分裂作用，即當生長因子存在、Bcl-2表示時，c-Myc促進細胞增殖，反之則細胞凋亡。細胞的衰老和死亡第60頁c-Myc蛋白作用機理與另一個轉錄因子Max形成異源二聚體相關。此復合物可與特定DNA序列相結合，發(fā)揮調(diào)整基因表示作用。已知這兩種轉錄因子可形成Myc-Max和Max-Max兩種不一樣二聚體，但它們都能與同一DNA序列相結合，產(chǎn)生不一樣調(diào)整效應。當缺乏生長因子時，更多形成M

26、yc-Max復合物，從而誘導細胞凋亡（圖1415）。細胞的衰老和死亡第61頁細胞的衰老和死亡第62頁細胞凋亡分子機制當前已知，細胞凋亡可分為caspase依賴和caspase不依賴兩種機制，而caspase依賴細胞凋亡又包含三種方式：受體介導細胞凋亡（外源通路）；線粒體介導細胞凋亡（內(nèi)源通路）；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導細胞凋亡（內(nèi)源通路）。細胞的衰老和死亡第63頁1. 胱-天蛋白酶依賴細胞凋亡（Caspase-dependent Cell Apoptosis）1.1 死亡受體介導細胞凋亡（Cell Apoptosis Mediated by Death Receptor）由存在于細胞膜上死亡受體介導，將外源型凋亡信號傳遞到細胞內(nèi)，引發(fā)細胞調(diào)亡（圖16）。常見死亡受體包含：TNFR、Fas、DR3、DR4、DR5等。細胞的衰老和死亡第64頁由死亡受體介導細胞凋亡信號調(diào)控過程細胞的衰老和死亡第65頁Fas 介 導 死 亡 信 號細