醫(yī)學(xué)第十二章細(xì)胞衰老與死亡

1、醫(yī)學(xué)第十二章細(xì)胞衰老與死亡第一節(jié) 細(xì)胞衰老(cellular aging或cell senescence)細(xì)胞衰老的概念細(xì)胞衰老的特征細(xì)胞衰老的分子機(jī)理又稱老化，指生物發(fā)育成熟后，在正常情況下，隨著年齡的增加，其機(jī)能和結(jié)構(gòu)發(fā)生退行性變化，而趨向死亡的不可逆現(xiàn)象。衰老和死亡是生命的基本現(xiàn)象，衰老過程發(fā)生在生物界的整體水平、種群水平、個體水平、細(xì)胞水平以及分子水平等不同的層次。體內(nèi)各種細(xì)胞本身壽命差異較大。同一細(xì)胞不同階段來源，其壽命也有所差異。細(xì)胞來源人胚肺成纖維細(xì)胞中年人成纖維細(xì)胞老年人成纖維細(xì)胞可增殖代數(shù)40-60 20 2-4不同年齡來源的人成纖維細(xì)胞的增殖代數(shù)機(jī)體從生命一開始，其生長、發(fā)

2、育、衰老與死亡都按遺傳密碼中規(guī)定的程序進(jìn)行，在生命過程中隨著時間的推延，有關(guān)基因啟動與關(guān)閉的命令按時發(fā)生，細(xì)胞“自我摧毀”的計劃按期執(zhí)行。四、細(xì)胞衰老的分子機(jī)理一、遺傳決定學(xué)說（一）“差誤”學(xué)說 DNA復(fù)制效率下降；核酸、蛋白質(zhì)、酶等大分子的合成差錯，導(dǎo)致細(xì)胞功能下降，逐漸衰老、死亡。（二）細(xì)胞有限分裂學(xué)說 1961年，Hayflick 提出“Hayflick limit”學(xué)說。 1990年，Harley 等發(fā)現(xiàn)體細(xì)胞染色體的端粒DNA 會隨 著分裂次數(shù)的增加而不斷縮短。當(dāng)縮短到Hayflick 點(diǎn) 時，細(xì)胞停止復(fù)制，而衰亡。 （如：人的成纖維細(xì)胞端粒每年縮短1418bp）。 認(rèn)為生物體的一生

3、中，隨機(jī)的和自發(fā)的突變能破壞有些分裂后細(xì)胞的基因和染色體，并逐漸增加它的突變負(fù)荷。這種突變的增加和功能基因的喪失減少了功能性蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的突變負(fù)荷超過臨界值時，細(xì)胞發(fā)生衰老死亡。（三）衰老基因?qū)W說 認(rèn)為分化和生長的出現(xiàn)，是由于該時期所特有的某些基因發(fā)生了有序的開啟和關(guān)閉。有些在生命后期才開啟的基因控制著機(jī)體的衰老過程，這些基因被稱為“衰老相關(guān)基因”。如：age-1、clk、wrn、p16 等。（四）體細(xì)胞突變學(xué)說二、自由基學(xué)說p189自由基是機(jī)體代謝過程中產(chǎn)生的一些高活性的化合物，細(xì)胞可通過自身隔離、保護(hù)性的酶和其他抗氧化的分子三種主要的機(jī)制來清除過多的自由基。自由基若不能及時清除，

4、則過多的自由基會對許多細(xì)胞組分（如膜脂、膜蛋白、蛋白質(zhì)、DNA等）造成損傷。三、神經(jīng)內(nèi)分泌-免疫調(diào)節(jié)經(jīng)學(xué)說神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)是機(jī)體內(nèi)外環(huán)境平衡的重要保證。此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成包括神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)的器官、組織、細(xì)胞及參與免疫調(diào)節(jié)的各種介質(zhì)分子?，F(xiàn)有許多證據(jù)表明，下丘腦是人體的“衰老生物鐘”。第二節(jié) 細(xì)胞凋亡(Apoptosis)細(xì)胞凋亡的概念及其生物學(xué)意義細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)特征細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控機(jī)理一、細(xì)胞凋亡的概念及其生物學(xué)意義概念：細(xì)胞凋亡是一個主動的由基因決定的自動結(jié)束生命的過程，所以也常被稱為細(xì)胞程序性死亡（PCD）。生物學(xué)意義：細(xì)胞凋亡對于多細(xì)胞生物個體發(fā)育 的正常進(jìn)行，自穩(wěn)

5、平衡的保持以及抵御外界各種 因素的干擾方面都起著非常關(guān)鍵的作用。二、細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)特征細(xì)胞凋亡與壞死(necrosis)細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)特征細(xì)胞凋亡的生化特征誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的因子細(xì)胞凋亡的檢測細(xì)胞凋亡與壞死(necrosis)二者的主要區(qū)別是，細(xì)胞凋亡過程中，細(xì)胞質(zhì)膜反折，包裹斷裂的染色質(zhì)片段或細(xì)胞器，然后逐漸分離，形成眾多的凋亡小體，凋亡小體則被鄰近的細(xì)胞所吞噬。整個過程中，細(xì)胞質(zhì)膜的整合性保持良好，死亡細(xì)胞的內(nèi)容物不逸散到胞外環(huán)境中去，因而不引發(fā)炎癥反應(yīng)。相反，在細(xì)胞壞死時，細(xì)胞質(zhì)膜發(fā)生滲漏，細(xì)胞內(nèi)容物，包括膨大和破碎的細(xì)胞器以及染色質(zhì)片段，釋放到胞外，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)。p193細(xì)胞

6、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，被反折的細(xì)胞質(zhì)膜所包圍。細(xì)胞表面產(chǎn)生了許多泡狀或芽狀突起，逐漸形成單個的凋亡小體 凋亡小體逐漸為鄰近的細(xì)胞吞噬并消化。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 ladders 凋亡細(xì)胞組織轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶積累并達(dá) 到較高水平誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的因子物理性因子，包括射

7、線（紫外線， 射線等），較溫和的溫度刺激（如熱激，冷激）等?；瘜W(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)胞生長因子、腫瘤壞死因子（TNF）等。細(xì)胞凋亡的檢測形態(tài)學(xué)觀測：染色法、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測定法，即DNA斷裂的原位末端標(biāo)記法。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，同時又能觀察細(xì)胞的周期狀態(tài)。細(xì)胞死亡與凋亡的判定：細(xì)胞死亡：細(xì)胞生命現(xiàn)象不可逆的停止。標(biāo)志對細(xì)胞進(jìn)行活體染色中性紅臺盼藍(lán)活細(xì)胞紅死細(xì)胞藍(lán)更重要的依據(jù)為細(xì)胞是否具有功能及繁殖能

8、力。三、細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控機(jī)理2002年10月7日英國人悉尼布雷諾爾、美國人羅伯特霍維茨和英國人約翰蘇爾斯頓，因在細(xì)胞程序性死亡方面的研究獲諾貝爾諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎。Sydney BrennerRobert HorvitzJohn Sulston 線蟲是研究個體發(fā)育和細(xì)胞程序性死亡的理想材料（生命周期短，細(xì)胞數(shù)量少）。線蟲神經(jīng)系統(tǒng)由302個細(xì)胞組成。這些細(xì)胞來自于407個前體細(xì)胞。也就是說105個細(xì)胞發(fā)生了程序性死亡?？刂凭€蟲細(xì)胞凋亡的基因主要有3個Ced-3、Ced-4和Ced-9Ced-3和 Ced-4的作用是誘發(fā)凋亡；Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用。1、Caspase家族與凋

9、亡細(xì)胞凋亡相關(guān)基因細(xì)胞凋亡的分子機(jī)理2、Bcl-2家族、線粒體與細(xì)胞凋亡3、 ICE基因家族4、 Fas家族感謝同學(xué)們一學(xué)期的支持！預(yù)祝同學(xué)們考試成功！謝謝！Caspase家族與凋亡Caspase家族Caspase活性位點(diǎn)是半胱氨酸(Cysteine)，裂解靶蛋白位點(diǎn)是天冬氨酸殘基后的肽鍵，因此稱為Cysteine aspartic acic specific protease，即Caspase。Caspase活化胞外信號分子誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑Caspase活化 Caspase自身以非活化的Procaspase存在，其激活依賴于其他的Caspase在它的天冬氨酸位點(diǎn)裂解活化。Bcl-2家族、線

10、粒體與細(xì)胞凋亡Bcl-2是一種原癌基因，是ced-9在哺乳類中的同源物，能抑制細(xì)胞凋亡；與線粒體及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜相結(jié)合；Bcl-2蛋白的羧基末端有一穿膜的結(jié)構(gòu)域；Bcl-2家族成員的基因中，常常含有三個保守的Bcl-2同源區(qū)，即BH1，BH2和BH3。p198 a 正常T細(xì)胞 b 凋亡細(xì)胞(掃描電鏡) c 凋亡細(xì)胞(透射電鏡)Caspase 超家族成員及其相應(yīng)底物BCL-2家族成員當(dāng)細(xì)胞接受凋亡信號分子(Fas,TNF等)后，凋亡細(xì)胞表面信號分子受體相互聚集并與細(xì)胞內(nèi)的銜接蛋白(Adaptor protein)結(jié)合，這些銜接蛋白又募集Procaspases聚集在受體部位，Procaspase相互活化

11、并產(chǎn)生級聯(lián)反應(yīng)，使細(xì)胞凋亡壞死細(xì)胞凋亡細(xì)胞細(xì)胞色素c誘導(dǎo)的凋亡細(xì)胞DNA電泳圖細(xì)胞衰老的特征1、細(xì)胞內(nèi)水分減少2、色素顆粒沉積增多3、細(xì)胞器的衰老變化4、化學(xué)組成與生化反應(yīng)的改變蛋白質(zhì)親水膠體系統(tǒng)中的膠粒帶電荷脂褐質(zhì)在神經(jīng)細(xì)胞、肝細(xì)胞和肌細(xì)胞中沉積細(xì)胞膜上微絨毛數(shù)目增加細(xì)胞膜流動性降低細(xì)胞膜受體-配體復(fù)合物形成效能降低線粒體在衰老過程中的變化細(xì)胞核在衰老過程中的變化蛋白質(zhì)合成的速度下降細(xì)胞內(nèi)酶的活性與含量改變p186Hutchinson-Gilford syndrome 動物細(xì)胞的一般壽命細(xì)胞壽命常見細(xì)胞類型接近或等于動物自身壽命的細(xì)胞神經(jīng)元、脂肪細(xì)胞、肌細(xì)胞、骨細(xì)胞、腎上腺髓質(zhì)細(xì)胞更新緩慢，

12、更新時間 30 d，短于動物壽命的細(xì)胞呼吸道上皮細(xì)胞、肝細(xì)胞、唾腺細(xì)胞、腎皮質(zhì)細(xì)胞、皮膚結(jié)締組織細(xì)胞快速更新，更新速度 30 d的細(xì)胞皮膚表皮細(xì)胞、紅細(xì)胞，口腔上皮細(xì)胞、胃腸道上皮細(xì)胞、白細(xì)胞Sydney Brenner 首創(chuàng)了以線蟲作為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ缴?，使得在顯微鏡觀察細(xì)胞的分裂、分化和器官發(fā)育過程成為可能，為把細(xì)胞的這些變化與遺傳學(xué)分析聯(lián)系起來奠定了基礎(chǔ)。 John Sulston 繪制了一個線蟲細(xì)胞系圖，利用該細(xì)胞系可以觀察到線蟲的組織形成過程中細(xì)胞分裂、分化的完整事件。他的研究表明細(xì)胞的死亡也是其正常分化過程的一部分，他還確定了與細(xì)胞程序性死亡相關(guān)的第一個基因突變。Robert Horvitz 發(fā)現(xiàn)了在線蟲體內(nèi)調(diào)控細(xì)胞程