細(xì)胞衰老和死亡專家講座

八歲正常兒童（左）與早老癥兒童（右）細(xì)胞衰老和死亡第1頁第十四章細(xì)胞的衰老與死亡細(xì)胞衰老和死亡第2頁

衰老是生物界普遍現(xiàn)象。衰老人體通常表現(xiàn)出細(xì)胞數(shù)目降低、肌肉萎縮、行動(dòng)遲緩等特征。1.人體衰老表現(xiàn)出那些特征？2.老年人體內(nèi)有沒有幼嫩細(xì)胞？年輕人體內(nèi)有沒有衰老細(xì)胞？白發(fā)、皺紋、老年斑、耳聾、眼花、牙齒脫落、肌肉萎縮、血管硬化、感覺遲鈍、記憶力衰退等。有，精原細(xì)胞產(chǎn)生精子；有，角質(zhì)層細(xì)胞?！?xì)胞衰老和死亡是人體新陳代謝自然現(xiàn)象。細(xì)胞衰老和死亡第3頁概念第一節(jié)細(xì)胞的衰老一、細(xì)胞衰老(cellularaging)概念與特征生物體在其生命后期階段會(huì)發(fā)生全身性、多方面、十分復(fù)雜、循序漸進(jìn)退化過程－－機(jī)體衰老。機(jī)體衰老是以細(xì)胞總體衰老為基礎(chǔ)，細(xì)胞總體衰老反應(yīng)機(jī)體衰老。指細(xì)胞在正常條件下發(fā)生細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)、化學(xué)成份和生理功效逐步衰退并趨向死亡現(xiàn)象。細(xì)胞衰老和死亡第4頁細(xì)胞壽命與Hayflick界限

（決定細(xì)胞衰老根本原因是細(xì)胞核而不是細(xì)胞質(zhì)）依據(jù)細(xì)胞壽命可將細(xì)胞分成三類：A.更新快、壽命短，如表皮、上皮細(xì)胞、新生骨髓細(xì)胞B.遲緩更新，但壽命比機(jī)體壽命短，如：肝細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、胃壁細(xì)胞、腎細(xì)胞C.出生后不再分裂增殖，壽命與機(jī)體壽命靠近且基本不更新,骨細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、肌肉細(xì)胞等Hayflicklifespan：體外培養(yǎng)細(xì)胞是有一定壽命，其增殖能力與細(xì)胞傳代次數(shù)、物種壽命、個(gè)體年紀(jì)有一定關(guān)系。細(xì)胞衰老和死亡第5頁細(xì)胞衰老特征一、形態(tài)學(xué)改變細(xì)胞外觀細(xì)胞皺縮、體積變小核增大、核膜內(nèi)折、染色質(zhì)固縮化質(zhì)膜膜通透性、脆性和粘度增加、流動(dòng)性降低細(xì)胞質(zhì)色素積聚、空泡形成線粒體體積變大、數(shù)目降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)彌散、降低高爾基體碎裂包含物糖原降低、脂肪積聚、代謝降低細(xì)胞衰老和死亡第6頁1、DNA：2、RNA：3、蛋白質(zhì)：4、酶分子：復(fù)制與轉(zhuǎn)錄受到抑制，端粒DNA丟失，線粒體DNA特異性缺失，DNA氧化、斷裂、缺失和交聯(lián)，甲基化程度降低mRNAtRNA含量降低含量下降、合成速率降低發(fā)生糖基化、氨甲?；?、脫氨基等修飾反應(yīng)，造成穩(wěn)定性、抗原性、可降解性下降自由基使蛋白質(zhì)肽鍵斷裂，交聯(lián)而變性二、生物大分子改變活性中心被氧化；金屬離子丟失造成酶分子二級(jí)結(jié)構(gòu)、溶解度和等電點(diǎn)發(fā)生改變，最終使酶失活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(dòng)性降低細(xì)胞衰老和死亡第7頁第二節(jié)細(xì)胞的死亡指細(xì)胞生命現(xiàn)象不可逆終止。細(xì)胞死亡：標(biāo)志對(duì)細(xì)胞進(jìn)行活體染色中性紅臺(tái)盼藍(lán)活細(xì)胞紅—死細(xì)胞—藍(lán)形式：細(xì)胞壞死和細(xì)胞凋亡（細(xì)胞自噬、脹亡）Live/deaddye細(xì)胞衰老和死亡第8頁一、細(xì)胞壞死概念與特征細(xì)胞壞死（cellnecrosis）是細(xì)胞對(duì)外來傷害一個(gè)被動(dòng)、無規(guī)則反應(yīng)，是細(xì)胞突發(fā)性病理性死亡。細(xì)胞壞死原因：嚴(yán)重病理刺激、物理化學(xué)傷害、生物因子作用等細(xì)胞衰老和死亡第9頁壞死主要特征核濃縮、碎裂、核膜破裂核仁逐步溶解和消失DNA與蛋白質(zhì)隨機(jī)降解胞內(nèi)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體腫脹、溶酶體酶彌散細(xì)胞質(zhì)外溢、體積變小細(xì)胞成群死亡、并引發(fā)周圍組織發(fā)生炎癥細(xì)胞衰老和死亡第10頁一、概念：細(xì)胞凋亡是細(xì)胞在一定生理或病理?xiàng)l件下，一個(gè)主動(dòng)、由基因決定細(xì)胞“自殺”過程。第三節(jié)細(xì)胞凋亡cellapoptosis程序性細(xì)胞死亡（programmedcelldeath,PCD）：指在生長發(fā)育過程中細(xì)胞在基因調(diào)控下，按照一定程序發(fā)生死亡。細(xì)胞凋亡與程序性細(xì)胞死亡，交叉使用，細(xì)胞凋亡更強(qiáng)調(diào)形態(tài)學(xué)，程序性細(xì)胞死亡強(qiáng)度功效上。細(xì)胞衰老和死亡第11頁年10月，Sydney、Horvitz和Sulston因在PCD方面研究取得諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)H.RobertHorvitzJohnE.SulstonSydneyBrenner細(xì)胞衰老和死亡第12頁凋亡形態(tài)學(xué)特征細(xì)胞質(zhì)：胞質(zhì)脫水皺縮、密度增加，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)線粒體膨大，骨架紊亂，但溶酶體相對(duì)完整。細(xì)胞核：核DNA在核小體連接處斷裂，形成新月形、馬蹄形、花瓣形或眼球狀等染色質(zhì)塊，核纖層斷裂解體、形成核碎片細(xì)胞膜：膜表面特化結(jié)構(gòu)如微絨毛、細(xì)胞突起等消失，胞膜皺縮內(nèi)陷，分割包裹胞質(zhì)。凋亡小體形成與去除：出芽脫落機(jī)制；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分隔機(jī)制；自噬體形成機(jī)制。?凋亡過程中不會(huì)引發(fā)周圍組織炎癥反應(yīng)。細(xì)胞衰老和死亡第13頁凋亡小體形成：三種方式：1、發(fā)芽脫落機(jī)制；2、分隔機(jī)制；3、自噬體形成機(jī)制細(xì)胞衰老和死亡第14頁胸腺細(xì)胞正常凋亡細(xì)胞衰老和死亡第15頁細(xì)胞衰老和死亡第16頁細(xì)胞凋亡生化特征內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶活化致DNA片段化：約180～200bp大??；電泳時(shí)表現(xiàn)為DNA梯狀條帶ladder，而壞死表現(xiàn)為smear（彌散狀）；蛋白酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)：控制凋亡開啟、發(fā)生、發(fā)展等一系列過程；胞漿Ca2＋↑、活化胱冬酶，誘導(dǎo)凋亡；線粒體作用：產(chǎn)生活性氧介質(zhì)ROS、通透性增加、線粒體呼吸鏈?zhǔn)軗p、Cytc釋放細(xì)胞衰老和死亡第17頁二、細(xì)胞凋亡影響原因1、誘發(fā)原因生理性誘導(dǎo)因子：腫瘤壞死因子、轉(zhuǎn)化生長因子、神經(jīng)遞質(zhì)、Ca2+、糖皮質(zhì)激素等損傷性相關(guān)因子：疾病治療相關(guān)因子其它一些細(xì)胞毒性物質(zhì)2、抑制原因生理性抑制因子病毒基因其它細(xì)胞衰老和死亡第18頁三、細(xì)胞凋亡分子機(jī)制細(xì)胞凋亡相關(guān)基因：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)胞凋亡調(diào)控。研究較多有Bcl-2、caspases、Fas/FasL(APO-1)、C-myc、p53、ICE等。細(xì)胞衰老和死亡第19頁?1、bcl-2細(xì)胞凋亡抑制基因，名稱起源于B細(xì)胞淋巴瘤/白血病-2(B-celllymphoma/Leukemia-2，bcl-2)。bcl-2能夠編碼bcl-2α（26KD）和bcl-2β（22KD）兩種蛋白質(zhì)，是膜整合蛋白，主要存在于線粒體外膜、核膜及部分內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。?2、fas/fasLfas又稱作APO-1，屬TNF受體和NGF受體家族。1993年統(tǒng)一命名為CD95。fas基因編碼產(chǎn)物為分子量45KD跨膜蛋白。Fas蛋白與Fas配體組成Fas系統(tǒng)，二者結(jié)合造成靶細(xì)胞走向凋亡。?3、Caspases（冬胱酶家族）結(jié)構(gòu)上相關(guān)半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶，能特異地?cái)嚅_天冬氨酸殘基肽鍵，是引發(fā)細(xì)胞凋亡關(guān)鍵酶，被認(rèn)為是造成凋亡主要原因之一。細(xì)胞衰老和死亡第20頁?4、C-myc屬原癌基因，既能夠參加細(xì)胞增生轉(zhuǎn)化，又可誘導(dǎo)或促進(jìn)細(xì)胞凋亡發(fā)生，當(dāng)生長因子存在，促進(jìn)細(xì)胞增殖，反之細(xì)胞凋亡。?5、p53二種類型，即：可誘導(dǎo)細(xì)胞調(diào)亡野生型（wtp53）和抑制凋亡突變型(mtp53)。是主要細(xì)胞周期、凋亡調(diào)整基因。wtp53：引發(fā)細(xì)胞周期阻滯、誘導(dǎo)凋亡、促進(jìn)細(xì)胞終末分化，與細(xì)胞凋亡發(fā)生、發(fā)展親密相關(guān)；mtp53：抑制凋亡并造成細(xì)胞轉(zhuǎn)化和過分增殖，使DNA受損細(xì)胞逃脫p53監(jiān)控，細(xì)胞就在遺傳物質(zhì)變異基礎(chǔ)上不停增殖而癌變。?

P53基因編碼產(chǎn)物與細(xì)胞凋亡及腫瘤發(fā)生、發(fā)展親密相關(guān)，是細(xì)胞主要防護(hù)機(jī)制。細(xì)胞衰老和死亡第21頁細(xì)胞凋亡生物學(xué)意義(一)、參加發(fā)育過程中錯(cuò)位、迷途和多出細(xì)胞去除(二)、參加免疫系統(tǒng)調(diào)整(三)、參加機(jī)體損傷、衰老和突變細(xì)胞去除細(xì)胞衰老和死亡第22頁細(xì)胞衰老和死亡第23頁細(xì)胞壞死：指在外來致病因子作用下，細(xì)胞生命活動(dòng)被強(qiáng)行終止所致病理性、被動(dòng)性死亡過程。只發(fā)生于病理情況下，如創(chuàng)傷、缺血、缺氧等。細(xì)胞凋亡：指在特定信號(hào)誘導(dǎo)下，細(xì)胞內(nèi)死亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)被觸發(fā)所致生理或病理性、主動(dòng)性死亡過程。多發(fā)生于生理情況下，也可發(fā)生在病理情況下（如抗癌藥致癌細(xì)胞死亡、循環(huán)負(fù)荷過重引發(fā)死亡等）。細(xì)胞自噬：經(jīng)過降解細(xì)胞內(nèi)長壽命蛋白質(zhì)和細(xì)胞器，產(chǎn)生氨基酸以維持細(xì)胞在缺乏營養(yǎng)時(shí)生存。特征：形成雙層膜自噬泡，包裹細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞器，然后與溶酶體結(jié)合，分解產(chǎn)生生物體能夠利用大分子細(xì)胞衰老和死亡第24頁形態(tài)比較細(xì)胞衰老和死亡第25頁細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死區(qū)分（p213）“自殺”“他殺”細(xì)胞衰老和死亡第26頁（一）遺傳決定學(xué)說認(rèn)為衰老是遺傳上程序化過程機(jī)體從生命一開始，其生長、發(fā)育、衰老與死亡都按遺傳密碼中要求程序進(jìn)行，在生命過程中伴隨時(shí)間推延，相關(guān)基因開啟與關(guān)閉命令按時(shí)發(fā)生，細(xì)胞“自我摧毀”計(jì)劃按期執(zhí)行。例：嬰幼兒早衰癥，因?yàn)榫幋a核膜蛋白基因突變引發(fā)；成人早衰癥：39歲出現(xiàn)衰老，47歲左右生命結(jié)束，與DNA解旋相關(guān)總之，遺傳決定學(xué)說認(rèn)為衰老在一定程度上是由遺傳決定二、細(xì)胞衰老學(xué)說細(xì)胞衰老和死亡第27頁（二）自由基學(xué)說自由基是機(jī)體代謝過程中產(chǎn)生一些高活性化合物，細(xì)胞可經(jīng)過本身隔離化、保護(hù)性酶和其它抗氧化分子等三種主要機(jī)制來去除過多自由基。自由基若不能及時(shí)去除，則過多自由基會(huì)對(duì)許多細(xì)胞組分（如膜脂、膜蛋白、蛋白質(zhì)、DNA等）造成損傷?；钚匝趸鶊F(tuán)造成細(xì)胞損傷和衰老A：B

A·

＋B·有些人認(rèn)為在衰老原因中，99%是由自由基造成細(xì)胞衰老和死亡第28頁（三）端粒鐘學(xué)說端粒隨細(xì)胞分裂不停縮短為衰老主要原因端粒（telomere）:端粒是位于染色體兩端重復(fù)DNA序列，細(xì)胞分裂時(shí)，部分端粒丟失，被細(xì)胞感知為DNA損傷。端粒酶：由RNA和蛋白質(zhì)組成核糖核蛋白酶，端粒酶可使丟失端粒得到補(bǔ)充。在正常體細(xì)胞中少見，而在生殖細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞中常見細(xì)胞衰老和死亡第29頁端粒鐘學(xué)說認(rèn)為端粒隨細(xì)胞分裂不停縮短，當(dāng)端粒長度縮短到一定閾值時(shí)，細(xì)胞就進(jìn)入衰老過程。細(xì)胞衰老和死亡第30頁