醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座

細胞基本生命活動之一。大多數(shù)細胞都要經歷增殖、分化、衰老直至死亡過程。細胞衰老：細胞對環(huán)境改變適應能力減弱和維持細胞內環(huán)境穩(wěn)定能力降低,同時發(fā)生形態(tài)結構改變。

第一節(jié)細胞衰老

agingorsenescence醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第1頁一、細胞壽命與增殖能力和分化程度親密相關機體細胞分4類（細胞壽命角度）（一）恒久組織細胞

在機體出生后便永久失去了分裂能力,但高度分化專業(yè)工作細胞。衰老改變特點是細胞數(shù)量降低和細胞內結構發(fā)生改變。主要包含：心肌、骨骼肌、骨、腎上腺髓質、腎髓質和神經細胞等。醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第2頁光鏡照片顯示人類心肌細胞（左）、骨骼肌細胞（中）和骨細胞（右）（fromC.Starr,1998)細胞壽命較長，可觀察到衰老改變現(xiàn)象，是研究細胞衰老良好對象。醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第3頁（二）穩(wěn)定組織細胞在機體出生后便停頓分裂、但終生保留分裂能力、含有較高分化程度專業(yè)工作細胞。主要包含皮膚結締組織、呼吸道上皮、腎上腺皮質、腎皮質、唾腺細胞、胰腺及胰島、胃壁和肝細胞。這類細胞在正常情況下沒有顯著衰老死亡，但最終也將發(fā)生衰老和死亡。醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第4頁光鏡照片顯示人類呼吸道上皮（左）和皮下致密結締組織（右）（fromC.Starr,1998)醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第5頁（三）更新組織細胞有一定壽命專業(yè)工作細胞。主要包含皮膚表皮、角膜、毛囊、口腔黏膜上皮、胃腸道上皮、精原細胞和造血細胞。不一樣組織更新速度不一樣,如小腸絨毛上皮生命周期為2～5天,表皮細胞約1～2月。這類細胞壽命短，因而不發(fā)生衰老改變。醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第6頁光鏡照片顯示人類皮膚（fromC.Starr,1998)醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第7頁（四）可耗盡組織細胞是一個專業(yè)工作細胞,在機體一生某一階段逐步降低,但得不到補充,最終消耗殆盡。如卵巢實質細胞醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第8頁（五）體外培養(yǎng)細胞壽命1、Hayflik界限體外培養(yǎng)細胞也有一定壽命。1961年，Hayflick和Moorhead試驗，培養(yǎng)人二倍體細胞表現(xiàn)出顯著衰老、退化和死亡過程。

醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第9頁將細胞數(shù)以1：2比率連續(xù)進行傳代，則平均只能傳代40-60次，今后細胞就逐步解體并死亡。

醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第10頁細胞，最少是培養(yǎng)細胞，不是不死，而是有一定壽命；它們增殖能力不是無限，而是有一定界限——“Hayflick界限”。醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第11頁2、體外培養(yǎng)細胞壽命與

供體物種壽命和供體個體年紀關系Hayflick比較了各種動物成纖維細胞在體外培養(yǎng)下傳代次數(shù)和壽命關系發(fā)覺：體外培養(yǎng)細胞壽命取決于供體物種壽命供體個體年紀。醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第12頁生命越長壽，細胞傳代次數(shù)越多不一樣種屬平均壽命及其成纖維細胞分裂代數(shù)種類平均壽命（年）培養(yǎng)細胞分裂代數(shù)海龜

175

90～125人110

40～60雞3015～35小鼠3.514～28醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第13頁體外培養(yǎng)細胞增殖傳代能力也可反應出該種屬細胞在體內衰老情況。

供者年紀群體分裂代數(shù)人胚胎40～60出生后至15歲20～40

15歲以上10～30

早老癥患者2～10不一樣年紀人成纖維細胞分裂代數(shù)比較醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第14頁4、決定細胞衰老原因Hayflik將取自老年男性細胞和年輕女性個體細胞(間期可見巴氏小體)進行單獨或混合培養(yǎng)，結果混合培養(yǎng)中兩類細胞倍增次數(shù)與各自單獨培養(yǎng)時相同。結果說明:巴氏小體污染并沒有影響細胞衰老，決定細胞衰老原因在細胞內部，而不是外部環(huán)境。醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第15頁Wright和Hayflik試驗

年輕細胞質體與年老完整細胞融合時，得到雜種細胞不能分裂；而年老細胞質體與年輕完整細胞融合時，雜種細胞分裂能力與年輕細胞幾乎相同。結果說明:是細胞核而不是細胞質決定了細胞衰老表現(xiàn)。醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第16頁

二、細胞衰老特征

1．細胞內水分降低，致使細胞脫水收縮，體積變小。2．細胞色素顆粒沉積增多，如脂褐素也稱老年色素，在光鏡下呈黃褐色圓形或橢圓形顆粒。脂褐素在胞漿中沉積隨老年化過程而增加，如肝細胞、肌細胞和神經細胞中積聚更為顯著。

醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第17頁細胞衰老特征3．細胞器衰老改變：（1）細胞膜流動性降低：衰老細胞膜發(fā)生脂質過氧化反應，流動性顯著減弱，因而細胞興奮性降低。（2）線粒體數(shù)量伴隨年紀增大而降低，而其體積則伴隨年紀增大而增大。（3）高爾基復合體分泌功效與囊泡運輸功效下降；溶酶體酶活性降低；內質網數(shù)量降低。（4）細胞核改變：染色質固化，核膜內折。

醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第18頁細胞衰老特征4．化學組成與生化反應改變(1)蛋白質合成速度下降；(2)細胞內酶活性與含量改變：老年神經細胞內單氨氧化酶升高、SOD下降，硫胺素焦磷酸酶活性減弱。

醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第19頁三、細胞衰老機制

關于細胞衰老機制，曾先后提出過各種學說，但至今尚無統(tǒng)一認識。人們已經認識到，細胞衰老是由體內各種原因引發(fā)，人類衰老還受到社會和環(huán)境等原因影響,使得衰老機制愈加復雜。醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第20頁

細胞衰老機制

1．自由基理論

自由基是在外層軌道上含有不成對電子分子或原子基團，與其它物質反應奪取電子，引發(fā)一些極主要生物分子失活，造成對細胞結構和功效產生有害生物學效應。機體去除自由基能力隨齡增加而下降，造成衰老。

醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第21頁2、遺傳程序論細胞衰老是按照各自特定程序和時間進行；認為細胞退化和衰老是由基因控制，如退化基因(deg)和機械傳感基因(mec)是控制神經細胞衰老遺傳因子。衰老是遺傳上程序化過程，受特定基因控制。醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第22頁遺傳基因變異對衰老發(fā)生影響極大，比如人類常染色體隱性遺傳病早老癥

8歲早老癥患者醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第23頁端粒與衰老近年來，提出端粒DNA序列縮短可能是細胞衰老主要原因，人體細胞端粒長度隨年紀增加而縮短。發(fā)覺端粒長度、端粒酶活性與衰老有著親密關系，提出細胞衰老“端粒鐘”或“有絲分裂鐘”學說醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第24頁細胞衰老還有其它學說：如神經免疫網絡說、錯誤成災說、鈣調蛋白學說等。醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第25頁

第二節(jié)細胞凋亡

死亡是生命普遍現(xiàn)象，但細胞死亡并非與機體死亡同時。正常組織中，經常發(fā)生“正常”細胞死亡，它是維持組織機能和形態(tài)所必需。醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第26頁

細胞死亡標志

判斷細胞是否死亡，慣用細胞活體染色方法進行判別，因為細胞死亡時，細胞膜通透性發(fā)生改變，喪失原有功效及增殖能力，可被臺盼藍染成藍色。

醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第27頁

一、細胞死亡方式

①細胞壞死necrosis②細胞凋亡cellapoptosis也稱細胞程序性死亡（programmedcelldeath）醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第28頁（一）細胞壞死（necrosis）：——是因為一些外界原因，如局部缺血、物理、化學和生物因子作用而產生急性損傷所致，故稱為病理性死亡。

被動醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第29頁

（一）細胞壞死

necrosis

特征細胞壞死誘導原因強烈刺激受累范圍成群細胞死亡膜完整性早期即喪失細胞體積增大腫脹染色質稀疏成網狀細胞器腫張破壞溶酶體破壞外溢細胞形狀破裂成碎片基因組DNA隨機降解大分子合成不需要基因調控無后果引發(fā)炎癥反應意義病理死亡方式醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第30頁細胞壞死

necrosis醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第31頁細胞凋亡是一個主動由基因決定自動結束生命過程。

主動程序性細胞死亡（programmedcelldeath，PCD）

是多細胞生物為調控機體發(fā)育、維護內環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制細胞主動死亡過程

（二）細胞凋亡（cellapoptosis）醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第32頁

1、研究歷史

1.凋亡概念形成和形態(tài)學研究(1972）1972年Kerr等在英國癌癥雜志發(fā)表論文，首次提出細胞凋亡(apotosis)概念。宣告了對細胞凋亡真正探索開始。2．DNA降解和內源性核酸內切酶參加。(1987）3.蛋白質水解酶活化研究(1995)醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第33頁4.細胞膜改變(1997)5.線粒體改變和分子生物學研究(1998-)1)相關基因及調控2）信號轉導3）各種分子及其相互作用及相互關系4）疾病機制說明，以及新療法探索及問世。醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第34頁年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，因在器官發(fā)育遺傳調控和細胞程序性死亡方面研究獲諾貝爾諾貝爾生理與醫(yī)學獎。

年諾貝爾生理與醫(yī)學獎取得者（圖片來自http://www.nobel.se/）醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第35頁

2、細胞凋亡過程2023/4/2436Medicalcellbiologyyyswx@醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第36頁2、細胞凋亡過程細胞連接消失，微絨毛消失；細胞質密度增加，核質濃縮成一個或幾個大團塊，細胞核進而裂解為碎塊，形成凋亡小體，凋亡小體很快被單核巨噬細胞吞噬。醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第37頁凋亡起始細胞質密度增加凋亡小體形成凋亡小體逐步被吞噬細胞吞噬醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第38頁醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第39頁醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第40頁醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第41頁3、凋亡特征特征細胞凋亡

誘導原因生理及弱刺激受累范圍單個細胞丟失膜完整性保持到晚期細胞體積降低、固縮染色質凝聚成半月形細胞器無顯著改變溶酶體保持完整細胞形狀形成凋亡小體基因組DNA有控降解大分子合成普通需要基因調控有后果不引發(fā)炎癥反應意義生理死亡方式醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第42頁apoptosis醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第43頁壞死細胞凋亡細胞4、細胞凋亡與細胞壞死區(qū)分醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第44頁特征細胞凋亡細胞壞死誘導原因生理及弱刺激強烈刺激細胞數(shù)量單個細胞丟失成群細胞死亡膜完整性保持到晚期早期即喪失染色質凝聚呈半月狀稀疏呈網狀細胞核早期固縮斷裂晚期破裂細胞器無顯著改變腫脹、破裂細胞內容物無釋放釋放細胞形狀形成凋亡小體破裂成碎片基因組DNA有控降解隨機降解大分子合成普通需要不需要基因調控有無后果不引發(fā)炎癥反應引發(fā)炎癥反應意義生理死亡方式病理死亡方式醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第45頁

細胞壞死與凋亡形態(tài)區(qū)分醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第46頁二、細胞凋亡形態(tài)學改變及生化特征細胞調亡有許多特定形態(tài)學和生化特征主要：（1）調亡小體（apoptoticbody）（2）DNA片段化（fragmentation）

醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第47頁醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第48頁（1）凋亡小體電鏡觀察凋亡細胞體積變小，細胞質濃縮。凋亡Ⅰ期細胞核內染色質高度盤繞，出現(xiàn)許多稱為氣穴現(xiàn)象空泡結構。細胞凋亡晚期，細胞核裂解為碎塊，產生凋亡小體。

醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第49頁NuclearmorphologicalchangesofHeLacellsinapoptosisprocess（488nm400）醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第50頁醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第51頁圖15-8左，正常胸腺細胞；右，凋亡胸腺細胞（注意凋亡小體）

醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第52頁醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第53頁（2）DNA片段化（fragmentation）由核酸內切酶將核小體間連接DNA降解形成長度為180～200bp整倍數(shù)寡聚核苷酸片段在瓊脂糖凝膠電泳中呈特征性“梯狀”條帶（ladder）醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第54頁醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第55頁1．細胞色素c誘導0h2．細胞色素c誘導1h3．細胞色素c誘導2h4．細胞色素c誘導3h5．細胞色素c誘導4h6．陰性對照7．Marker細胞色素c誘導凋亡細胞DNA電泳圖醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老和死亡專家講座第56頁三、細胞凋亡生物學意義和作用

1、在發(fā)育中，幼體器官縮小和退化

如蝌蚪尾巴消失神經細胞數(shù)量調整（約50％凋亡，使神經細胞數(shù)量與需要神經支配靶細胞數(shù)量相適應）官腔結構形