第16章 細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老

第十六章細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第二節(jié)細(xì)胞衰老第一節(jié)細(xì)胞死亡第一節(jié)細(xì)胞死亡一、動(dòng)物細(xì)胞的程序性死亡：凋亡、壞死、自噬（一）、1細(xì)胞凋亡概念：是由一系列基因控制并受復(fù)雜信號(hào)調(diào)節(jié)的細(xì)胞自然死亡的現(xiàn)象。

細(xì)胞凋亡的特征（p342圖16-1）凋亡的起始：細(xì)胞器、染色質(zhì)等開始變化凋亡小體的形成：質(zhì)膜包裹染色質(zhì)和細(xì)胞器凋亡小體的消化：被吞噬細(xì)胞消化2、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◆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◆彗星電泳法（cometassay）◆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)。細(xì)胞凋亡的生物化學(xué)特征

◆細(xì)胞凋亡的主要特征是形成大小為

180～200bp特征性的DNAladders◆凋亡細(xì)胞組織轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶tTG（tissue

Transglutaminase）積累并達(dá)到較高水平細(xì)胞色素c誘導(dǎo)的凋亡細(xì)胞DNA電泳圖1．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)0h2．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)1h3．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)2h4．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)3h5．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)4h6．陰性對(duì)照7．Marker

（自趙允、翟中和）3、細(xì)胞凋亡的生理學(xué)及醫(yī)學(xué)意義（p344-345）細(xì)胞凋亡對(duì)于多細(xì)胞生物個(gè)體發(fā)育的正常進(jìn)行，自穩(wěn)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。有利于清除多余無(wú)用的細(xì)胞，有利于器官的正常發(fā)育。

二、細(xì)胞壞死細(xì)胞凋亡和壞死的區(qū)別：魚蠑螈龜雞豬牛兔人胎兒的手的發(fā)育胎兒的發(fā)育細(xì)胞凋亡不足：腫瘤，自身免疫病等細(xì)胞凋亡過(guò)度：再生障礙性貧血，神經(jīng)元退行性疾?。ㄅ两鹕C合癥）等不足與過(guò)度并存：動(dòng)脈粥樣硬化等細(xì)胞凋亡與人體健康世界帕金森病日(４月１１)世界著名拳王阿里40多歲就患上了帕金森癥，昔日雄風(fēng)難在；帕金森癥：它的主要癥狀是“手腳不聽話”。病人在寫字、吃飯或做其他事情時(shí)，手會(huì)抖個(gè)不停。病情嚴(yán)重的，患者四肢都會(huì)出現(xiàn)無(wú)法控制的顫抖，說(shuō)話、吞咽都很困難，完全失去了生活能力。美國(guó)前總統(tǒng)里根患上了老年癡呆癥。老年癡呆癥：這種病有些癥狀，如反應(yīng)遲鈍、動(dòng)作緩慢，和帕金森癥相似。但是它的最致命之處是病人記憶力喪失，嚴(yán)重癡呆，甚至不認(rèn)識(shí)家人，失去方向感，生活完全要靠別人照顧。病因：神經(jīng)細(xì)胞凋亡過(guò)多。運(yùn)用神經(jīng)生長(zhǎng)因子延緩神經(jīng)細(xì)胞的凋亡

3、擇一些有趣的用腦活動(dòng)，如猜謎、下棋、閱讀，和參加體育運(yùn)動(dòng)，都能鍛煉大腦反應(yīng)敏捷，預(yù)防腦功能退化。4、只要保持健康心態(tài)、積極地面對(duì)生活，預(yù)防老年殺手的金鑰匙就握在人們手里。1、維生素E具有增強(qiáng)記憶、阻止腦細(xì)胞被破壞的功能。2、多吃魚對(duì)預(yù)防老年病有好處。關(guān)愛老人帕金森癥和老年癡呆癥的預(yù)防細(xì)胞凋亡細(xì)胞分裂細(xì)胞生長(zhǎng)分化細(xì)胞衰老過(guò)程機(jī)制概念生物學(xué)意義細(xì)胞凋亡與人體健康第二節(jié)細(xì)胞的衰老“生、老、病、死”是生命的四重奏。

在有機(jī)體里總有細(xì)胞在不斷的衰老與死亡,同時(shí)又有新增殖的細(xì)胞來(lái)代替他們.在人肌體里僅紅細(xì)胞,每分鐘就要死亡數(shù)百萬(wàn)至數(shù)千萬(wàn)之多.肌體表面隨時(shí)有無(wú)數(shù)細(xì)胞死亡與脫落.細(xì)胞衰老是細(xì)胞生命活動(dòng)的必然規(guī)律。細(xì)胞的衰老：未分化分化衰老死亡衰老是一種正常的生命現(xiàn)象

生物體內(nèi)的絕大多數(shù)細(xì)胞，都有經(jīng)過(guò)未分化、分化、衰老、死亡這幾個(gè)階段?，F(xiàn)代人類面臨著三種衰老：生理性衰老，是指隨著年齡增長(zhǎng)所出現(xiàn)的生理性退化，這是一切生物的普遍規(guī)律。病理性衰老，即由于內(nèi)在的或外在的原因使人體發(fā)生病理性變化，使衰老現(xiàn)象提前發(fā)生，這種衰老又稱為早衰。心理性衰老，心理活動(dòng)是生理活動(dòng)更高級(jí)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式，人類由于各種原因，常常產(chǎn)生“未老先衰”的心理狀態(tài)而影響機(jī)體的整體功能。1.細(xì)胞不死性學(xué)說(shuō)細(xì)胞本身是沒(méi)有衰老和死亡的，細(xì)胞體內(nèi)的細(xì)胞衰老原因不在于細(xì)胞本身，而是由于來(lái)自多細(xì)胞有機(jī)體體外和體內(nèi)的影響。細(xì)胞不死性學(xué)說(shuō)的依據(jù)原生動(dòng)物的某些細(xì)胞，雞的心臟細(xì)胞，Hela細(xì)胞。2.Hayflick界限細(xì)胞，至少是培養(yǎng)的細(xì)胞并不是不死的，而是有一定的壽命的；它們的增殖能力并不是無(wú)限的，而是有一定的界限。

Hayflick的一些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)從胎兒肺取到的成纖維細(xì)胞可在體外培養(yǎng)條件下傳代50次。而從成人肺取到的成纖維細(xì)胞只能傳代20次，可見細(xì)胞的增殖能力與供體的年齡有關(guān)。圖14-1體外培養(yǎng)的年輕和老的人成纖維細(xì)胞的顯微形態(tài)

左邊是只分裂了幾代的年輕成纖維細(xì)胞，呈現(xiàn)薄層、細(xì)長(zhǎng)的形態(tài)；右邊是分離了50次的老的成纖維細(xì)胞，開始衰退，并很快死亡。

Hayflick還發(fā)現(xiàn)：

動(dòng)物體細(xì)胞在體外傳代的次數(shù)和物種的壽命有關(guān)，壽命愈長(zhǎng)的動(dòng)物，細(xì)胞可傳代的次數(shù)愈多。龜?shù)膲勖鼮?00年，細(xì)胞可傳代140代；小鼠的壽命為3年，細(xì)胞可以傳代12代；正常人的胚胎成纖維細(xì)胞可傳40-60代；成年人的成纖維細(xì)胞可傳10-30代；早衰癥是人體衰老中的一種病癥早老癥病人細(xì)胞培養(yǎng)只傳代2-4次美國(guó)華盛頓州達(dá)令頓地區(qū)男孩塞斯·庫(kù)克盡管只有12歲，但他的模樣看上去卻像一名頭發(fā)掉光、滿臉皺紋的八十老翁。庫(kù)克患有一種罕見的兒童早衰癥，盡管他的心仍是一顆孩子的心，但他的血管卻都已硬化，并飽受關(guān)節(jié)炎的折磨。由于沒(méi)有完整發(fā)育，他只有1米高，25磅重。12歲的庫(kù)克最大的夢(mèng)想，就是能活到“青少年時(shí)代”。全世界的早衰癥患者目前約有42人，但科學(xué)家至今沒(méi)找到治愈早衰癥的方法。早衰癥是一種先天疾病?；颊邫C(jī)體新陳代謝的速度是常人的八倍，因此他們大多只能活到十幾歲。來(lái)自世界各地的早衰癥患者聚集美國(guó)費(fèi)城，舉行了他們一年一度的特殊聚會(huì)。早衰癥的患病比例是1000萬(wàn)分之一，患者全部都是孩子。人體細(xì)胞每分裂一次，染色體末梢就會(huì)縮短一些。目前醫(yī)學(xué)界還沒(méi)有找到早衰癥的患病原因。但專家們認(rèn)為，這種疾病可能是染色體末梢太短引起的。早衰癥病童較常出現(xiàn)的癥狀包括：脫發(fā)、較晚長(zhǎng)牙、身材矮小及皮下脂肪減少等，但病童的心智年齡大多與同齡兒童無(wú)異。專家指出，病童一般只能活到7~20歲，并大多死于心血管疾病等衰老病。用巴氏體做標(biāo)記老人和年輕人兩種細(xì)胞----分別和混合兩種培養(yǎng)證明細(xì)胞內(nèi)部決定衰老

胞質(zhì)體和完整細(xì)胞的融合實(shí)驗(yàn)證明是細(xì)胞核決定衰老

三、細(xì)胞在體內(nèi)條件下的衰老

人體和動(dòng)物的各種器官和組織都是由細(xì)胞組成的，整體水平的老化是機(jī)體各部分組織細(xì)胞老化的總的反映。一名男子從36歲到75歲味覺(jué)喪失64％腎小球減少44％腎小球過(guò)濾率減少31％脊神經(jīng)元減少37％神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢10％腦供血量減少20％肺活量減少44％問(wèn)題是細(xì)胞本身的衰老還是體內(nèi)環(huán)境的惡化？人們做了許多實(shí)驗(yàn)1小鼠的表皮移植表皮移植7-8年，說(shuō)明體內(nèi)環(huán)境因素影響了細(xì)胞的壽命2骨髓移植說(shuō)明骨髓干細(xì)胞的衰老至少是緩慢的

四、衰老細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化（一）細(xì)胞核的變化核膜內(nèi)折：電鏡檢測(cè)可見衰老細(xì)胞核形狀不規(guī)則、內(nèi)陷和斷裂。在體內(nèi)細(xì)胞中也觀察到核膜的不同程度的內(nèi)折，神經(jīng)細(xì)胞尤為明顯，這種內(nèi)折隨年齡增長(zhǎng)而增加，最后可能導(dǎo)致核膜崩解。染色體固縮化：在衰老細(xì)胞中，細(xì)胞核固縮，還常常出現(xiàn)核內(nèi)容物，核質(zhì)染色加深，核的細(xì)致結(jié)構(gòu)逐漸消失，核仁也發(fā)生明顯的變化。

（二）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化在衰老細(xì)胞中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)排列變得無(wú)序，膜腔膨脹擴(kuò)大甚至崩解，膜面上核糖體數(shù)量減少。

（三）線粒體的變化線粒體的數(shù)量隨著年齡的增大而減少，體積則隨著年齡的增長(zhǎng)而增大。衰老的神經(jīng)元、肝臟細(xì)胞和肌細(xì)胞的線粒體數(shù)目減少，但體積增大。同時(shí)，線粒體的結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，腫脹空泡化，內(nèi)部嵴大大減少。線粒體崩解是細(xì)胞衰老變化的重要標(biāo)志。

線粒體變化主要是自由基損傷的結(jié)果，因?yàn)榫€粒體的呼吸鏈?zhǔn)菗p傷性自由基的發(fā)源地。線粒體DNA成為自由基的主要攻擊目標(biāo)，使線粒體DNA呈逐漸減少或使線粒體DNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物逐漸減少，直接影響與線粒體呼吸和能量轉(zhuǎn)換過(guò)程有關(guān)的蛋白質(zhì)的合成，造成ATP合成和細(xì)胞能量供應(yīng)不足，引起細(xì)胞功能紊亂，直到細(xì)胞死亡。（四）

致密體的生成（五）膜體系的變化1細(xì)胞的間隙連接明顯減少，組成間隙連接的膜內(nèi)顆粒聚集體變小，這種變化使細(xì)胞間代謝協(xié)作減少了。2細(xì)胞膜上的微絨毛數(shù)目增加，補(bǔ)償了衰老時(shí)細(xì)胞間聯(lián)系的衰退，以利于保持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。

3.膜脂相發(fā)生改變，不飽和脂肪酸含量增加，膜流動(dòng)性下降。年輕的功能健全的細(xì)胞膜是典型的液晶相衰老的或有缺陷的膜通常處于凝膠相或固相從而干擾了膜蛋白的正常結(jié)構(gòu)與功能。膜的微粘度增加，從而影響膜表面受體的移動(dòng)特異性生物化學(xué)信號(hào)的傳導(dǎo)。五、細(xì)胞衰老的分子機(jī)制最為關(guān)注的有染色體端粒復(fù)制和自由基的假說(shuō)。（一）自由基學(xué)說(shuō)

自由基理論最初是由Harman于1956年提出來(lái)的，所謂自由基指那些帶有奇數(shù)電子數(shù)的化學(xué)物質(zhì)，即它們都帶有未配對(duì)的自由電子.自由基理論(freeradicaltheory)如AB兩個(gè)原子各提供一個(gè)電子通過(guò)共價(jià)鍵形成一個(gè)分子A∶B,這兩個(gè)電子是配對(duì)的。如果在化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生了均裂,A和B各帶走一個(gè)電子,它們就是未成對(duì)電子。A∶B→A·+·B在正常條件下，自由基是在機(jī)體代謝過(guò)程中產(chǎn)生的。此外，空氣污染，輻射，某些化學(xué)物質(zhì)等都可影響自由基的產(chǎn)生。具有自由基的是一類高度活化的分子。當(dāng)這種分子與其他物質(zhì)反應(yīng)時(shí)，力圖得到電子，而對(duì)細(xì)胞及組織產(chǎn)生十分有害的生物效應(yīng)。自由基對(duì)生物大分子的損傷：自由基由于活性強(qiáng)，容易與細(xì)胞內(nèi)的生物大分子發(fā)生反應(yīng)。過(guò)多的自由基會(huì)對(duì)許多細(xì)胞組分造成損傷。能將不飽和脂肪酸氧化，使膜內(nèi)酶活性破壞、膜蛋白變性、膜脆性增加、膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，因而膜的運(yùn)輸功能紊亂以至喪失；能將蛋白質(zhì)中的巰基氧化，造成蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)、變性，使酶失活；能使DNA鏈斷裂、交聯(lián)、堿基羥基化、堿基切除等，從而對(duì)DNA造成損傷。有人認(rèn)為在衰老的原因中，99％是由自由基造成的。衰老的自由基學(xué)說(shuō)衰老的自由基學(xué)說(shuō)是美國(guó)科學(xué)家Harman1955年在美國(guó)的原子能委員會(huì)提出的,題目是“衰老:根據(jù)自由基和放射化學(xué)提出的理論”。核心內(nèi)容：(1)衰老是由自由基對(duì)細(xì)胞成分的有害進(jìn)攻造成的。(2)這里所說(shuō)的自由基，主要就是氧自由基，因此衰老的自由基理論，其實(shí)質(zhì)就是衰老的氧自由基理論。（3）維持體內(nèi)適當(dāng)水平的抗氧化劑和自由基清除劑水平可以延長(zhǎng)壽命和推遲衰老。圖14-4老人斑：自由基攻擊細(xì)胞的見證老年斑（agespots）產(chǎn)生的原因是什么？隨著增齡，細(xì)胞合成蛋白質(zhì)的能力下降，也包括超氧化歧化酶和過(guò)氧化氫酶合成數(shù)量的減少或合成了沒(méi)有功能的超氧化歧化酶和過(guò)氧化氫酶自由基和過(guò)氧化氫積累，對(duì)細(xì)胞的蛋白質(zhì)、DNA、細(xì)胞膜等進(jìn)行攻擊破壞，細(xì)胞在自由基的攻擊下會(huì)導(dǎo)致死亡，就會(huì)在老人的皮膚上見到老年斑。細(xì)胞內(nèi)清除自由基的機(jī)制1細(xì)胞內(nèi)部自身隔離;

如線粒體2保護(hù)性的酶;

如超氧化物岐化酶(SOD)3

抗氧化分子如維生素E、維生素C（三）染色體端粒和衰老端粒是由簡(jiǎn)單的富含T和G的DNA片段的重復(fù)序列組成。人類端粒結(jié)構(gòu)為染色體末端重復(fù)上千次的TTAGGG序列所組成。DNA聚合酶不能完成線性染色體末端DNA的復(fù)制，由于RNA引物的原因，DNA聚合酶一定會(huì)留下染色體末端的一段DNA（一段端粒）使其不被復(fù)