程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老專家講座

第十三章

程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第1頁(yè)

第一節(jié)、程序性細(xì)胞死亡

第二節(jié)、細(xì)胞衰老程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第2頁(yè)第一節(jié)程序性細(xì)胞死亡(programmedcelldeath,PCD

)細(xì)胞凋亡概念細(xì)胞凋亡形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)特征細(xì)胞凋亡分子調(diào)控機(jī)理程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第3頁(yè)一、細(xì)胞凋亡概念及其生物學(xué)意義概念：細(xì)胞凋亡是一個(gè)主動(dòng)由基因決定自動(dòng)結(jié)束生命過(guò)程，所以也稱細(xì)胞編程死亡（programmedcelldeath,PCD）。生物學(xué)意義：細(xì)胞凋亡對(duì)于多細(xì)胞生物個(gè)體發(fā)育正常進(jìn)行，自穩(wěn)平衡保持以及抵抗外界各種原因干擾方面都起著非常關(guān)鍵作用。比如：蝌蚪尾消失，脊椎動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育，發(fā)育過(guò)程中手和足成形過(guò)程。程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第4頁(yè)程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第5頁(yè)二、細(xì)胞凋亡形態(tài)學(xué)和

生物化學(xué)特征細(xì)胞凋亡與壞死(necrosis)細(xì)胞凋亡形態(tài)學(xué)特征細(xì)胞凋亡生化特征誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡因子細(xì)胞凋亡檢測(cè)程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第6頁(yè)●凋亡是主動(dòng)由基因決定細(xì)胞自我破壞過(guò)程。

●壞死是極端刺激引發(fā)細(xì)胞損傷和死亡細(xì)胞凋亡過(guò)程中，細(xì)胞質(zhì)膜反折，包裹斷裂染色質(zhì)片段或細(xì)胞器，然后逐步分離，形成眾多凋亡小體（apoptoticbodies），凋亡小體則為鄰近細(xì)胞所吞噬。整個(gè)過(guò)程中，細(xì)胞質(zhì)膜保持良好整合性，死亡細(xì)胞內(nèi)容物不會(huì)逸散到胞外環(huán)境中去，因而不引發(fā)炎癥反應(yīng)。在細(xì)胞壞死時(shí)，細(xì)胞質(zhì)膜發(fā)生滲漏，細(xì)胞內(nèi)容物，包含膨大和破碎細(xì)胞器以及染色質(zhì)片段，釋放到胞外，造成炎癥反應(yīng)。程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第7頁(yè)壞死細(xì)胞凋亡細(xì)胞程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第8頁(yè)正常細(xì)胞細(xì)胞核完整；凋亡細(xì)胞染色質(zhì)凝集，細(xì)胞核分解。程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第9頁(yè)細(xì)胞凋亡生化特征細(xì)胞凋亡主要特征是形成大小為180～200bp特征性DNAladders程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第10頁(yè)細(xì)胞色素c誘導(dǎo)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）程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第11頁(yè)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡因子物理性因子，包含射線（紫外線，射線等），溫度刺激（如熱激，冷激）等化學(xué)及生物因子：包含活性氧基團(tuán)和分子，DNA

和蛋白質(zhì)合成抑制劑，激素，細(xì)胞生長(zhǎng)因子，腫瘤壞死因子（TNF）等。程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第12頁(yè)細(xì)胞凋亡檢測(cè)形態(tài)學(xué)觀察：染色法、透射和掃描電鏡觀察DNA電泳：DNA片段就展現(xiàn)出梯狀條帶TUNEL測(cè)定法，即DNA斷裂原位末端標(biāo)識(shí)法彗星電泳法（cometassay）流式細(xì)胞分析程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第13頁(yè)三、細(xì)胞凋亡分子調(diào)控機(jī)理●線蟲(chóng)是研究個(gè)體發(fā)育和細(xì)胞程序性死亡理想材料（生命周期短，細(xì)胞數(shù)量少）。線蟲(chóng)神經(jīng)系統(tǒng)由302個(gè)細(xì)胞組成。這些細(xì)胞來(lái)自于407個(gè)前體細(xì)胞?？刂凭€蟲(chóng)細(xì)胞凋亡基因主要有3個(gè),Ced-3、Ced-4和Ced-9Ced-3和Ced-4作用是誘發(fā)凋亡；Ced-9抑制Ced-3、Ced-4作用。程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第14頁(yè)與細(xì)胞增殖相關(guān)原癌基因和抑癌基因都參于對(duì)細(xì)胞凋亡凋控。其中研究較多有Caspase、

bcl-2、c-myc、p53、Fas/APO-1等（一）細(xì)胞凋亡相關(guān)基因程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第15頁(yè)Caspase家族與凋亡◆Caspase活性位點(diǎn)是半胱氨酸(Cysteine)，裂解靶蛋白位點(diǎn)是天冬氨酸殘基后肽鍵，所以稱為天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白水解酶。Caspase蛋白酶參加Fas誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，與線蟲(chóng)細(xì)胞凋亡基因ced-3同源。程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第16頁(yè)Caspase活化Caspase兩類，起始者和執(zhí)行者，本身以非活化Procaspase存在

起始者：自體活化，能夠自剪切而激活。當(dāng)天冬氨酸后肽鍵被切斷后，變成大小兩個(gè)亞基，從而含有活性。包含：caspase2,8,9,10，11

執(zhí)行者：異體活化，其激活依賴于起始者Caspase，負(fù)責(zé)切割細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)中結(jié)構(gòu)蛋白和調(diào)整蛋白，包含caspase3,6,7程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第17頁(yè)Fas誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡路徑凋亡信號(hào)通路

配體（如腫瘤壞死因子）與Fas結(jié)合，使得Fas三聚化---與接頭蛋白（FADD）結(jié)合（接頭蛋白含有與caspase8,10結(jié)合能力）---caspase8,10能夠自剪切而激活---開(kāi)啟caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)，使得caspase3,7激活----降解胞內(nèi)功效蛋白和結(jié)構(gòu)蛋白，使細(xì)胞凋亡。下游Caspases活化后，作用底物：裂解核纖層蛋白，造成細(xì)胞核形成凋亡小體；裂解DNase結(jié)合蛋白，使DNase釋放，降解DNA形成DNALadder;裂解參加細(xì)胞連接或附著骨架和其它蛋白，使凋亡細(xì)胞皺縮、脫落，便于細(xì)胞吞噬。程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第18頁(yè)Fas參加細(xì)胞凋亡路徑程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第19頁(yè)Bcl-2家族、線粒體與細(xì)胞凋亡Bcl-2是ced-9在哺乳類中同源物，能延長(zhǎng)細(xì)胞生存，抑制細(xì)胞凋亡；Bcl-2蛋白羧基末端有一穿膜結(jié)構(gòu)域，與線粒體及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜相結(jié)合。程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第20頁(yè)BCL-2家族組員

Bcl-2家族依據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)能夠分為三個(gè)亞家族：Bcl-2亞家族，抑制細(xì)胞凋亡作用，含有全部BH結(jié)構(gòu)域；Bax亞家族，包含Bax、Bak，普通只含BH1、BH2、BH3三種結(jié)構(gòu)域；BH3亞家族，包含Bad、Bik、Bid，普通只含BH3結(jié)構(gòu)域。后兩種含有促進(jìn)細(xì)胞凋亡作用。程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第21頁(yè)Bcl-2、線粒體與細(xì)胞凋亡當(dāng)Caspase8活化后，它首先作用于procaspase3，另首先使Bid裂解成2個(gè)片段，其中含BH3結(jié)構(gòu)域C-端片段被運(yùn)輸?shù)骄€粒體，與Bcl-2/BaxBH3結(jié)構(gòu)域形成復(fù)合物，造成細(xì)胞色素C釋放。CytC與胞質(zhì)中Apaf-1(凋亡酶活化因子)結(jié)合并活化Apaf-1，活化Apaf-1再活化Procaspase9，最終引發(fā)細(xì)胞凋亡。程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第22頁(yè)細(xì)胞凋亡路徑總結(jié)程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第23頁(yè)植物細(xì)胞凋亡與動(dòng)物細(xì)胞凋亡不一樣是，植物細(xì)胞凋亡后細(xì)胞內(nèi)含物被細(xì)胞壁固定在原處，然后被液泡中水解酶水解。程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第24頁(yè)第二節(jié)細(xì)胞衰老

(cellularaging或cellsenescence)人壽命衰老涵義Hayflick界限(HayflickLimitation）細(xì)胞在體內(nèi)條件下衰老細(xì)胞衰老分子機(jī)理程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第25頁(yè)人壽命應(yīng)該有多長(zhǎng)？哺乳類動(dòng)物壽命應(yīng)該是其生長(zhǎng)久5-7倍。人生長(zhǎng)久是最終一顆牙齒長(zhǎng)出來(lái)時(shí)間(20-25歲)。所以人壽命應(yīng)該為100-175歲，正常應(yīng)該是120歲。遺傳、性別、工作環(huán)境、營(yíng)養(yǎng)等程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第26頁(yè)“衰”與“老”“衰”是指功效或體力減退?！袄稀笔侵改昙o(jì)超出某一界限。衰老是機(jī)體在退化時(shí)期生理功效下降和紊亂綜合表現(xiàn)，是不可逆生命過(guò)程。衰老是客觀存在，是細(xì)胞生命活動(dòng)客觀規(guī)律。機(jī)體衰老與細(xì)胞衰老是相關(guān)聯(lián)。復(fù)制衰老程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第27頁(yè)一、Hayflick界限(HayflickLimitation）概念：關(guān)于細(xì)胞增殖能力和壽命是有限觀點(diǎn)。細(xì)胞，最少是培養(yǎng)二倍體細(xì)胞，不是不死，而是有一定壽命；它們?cè)鲋衬芰Σ皇菬o(wú)限，而是有一定界限，這就是Hayflick界限。不一樣細(xì)胞，其增殖能力和壽命不一樣。程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第28頁(yè)細(xì)胞增殖能力相關(guān)原因◆物種壽命與培養(yǎng)細(xì)胞壽命之間存在著一定關(guān)系◆細(xì)胞增殖能力與供體年紀(jì)相關(guān)

程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第29頁(yè)細(xì)胞起源胎兒胚肺成纖維細(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不一樣年紀(jì)起源人成纖維細(xì)胞增殖代數(shù)程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第30頁(yè)二倍體細(xì)胞衰老是由細(xì)胞本身決定

◆決定細(xì)胞衰老原因在細(xì)胞內(nèi)部，而不是外部環(huán)境

◆是細(xì)胞核而不是細(xì)胞質(zhì)決定了細(xì)胞衰老。

最近有科學(xué)家提出衰老基因存在。程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第31頁(yè)二、細(xì)胞衰老特征

1細(xì)胞核改變：核膜內(nèi)折，染色質(zhì)固縮，核仁不規(guī)則。

2內(nèi)質(zhì)網(wǎng)改變：年老動(dòng)物：RER彌散、總量降低。

3線粒體改變：數(shù)量隨齡降低，體積隨齡增大。因?yàn)榫€粒體是細(xì)胞呼吸和氧化中心，有些人稱它是決定細(xì)胞衰老生物鐘。

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膜系統(tǒng)改變：當(dāng)前資料表明，膜改變確實(shí)與衰老有親密關(guān)系，年輕功效健全細(xì)胞膜是經(jīng)典液晶相。程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第32頁(yè)1.生長(zhǎng)停頓，細(xì)胞分裂停頓，且停滯是不可逆。2.衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶活化。當(dāng)前慣用衰老生物學(xué)特征程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第33頁(yè)（一）差錯(cuò)學(xué)派差錯(cuò)學(xué)派認(rèn)為細(xì)胞衰老是各種細(xì)胞成份在受到內(nèi)外環(huán)境損傷作用后，因缺乏完善修復(fù)，使“差錯(cuò)”積累，造成細(xì)胞衰老。三、細(xì)胞衰老分子機(jī)理程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第34頁(yè)（二）遺傳論學(xué)派遺傳決定學(xué)說(shuō)

認(rèn)為衰老是遺傳上程序化過(guò)程，其推進(jìn)力和決定原因是基因組?？刂粕L(zhǎng)發(fā)育和衰老基因都在特定時(shí)期有序地開(kāi)啟或關(guān)閉。長(zhǎng)壽者、早老癥患者往往含有顯著家族性，后者已被證實(shí)是染色體隱性遺傳病。所以衰老在一定程度上是由遺傳決定。端粒鐘學(xué)說(shuō)認(rèn)為端粒伴隨細(xì)胞分裂不?？s短，當(dāng)端粒長(zhǎng)度縮短到一定