《細(xì)胞生物學(xué)》教案-細(xì)胞13章細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老23

PAGEPAGE31《細(xì)胞生物學(xué)》教案 （第23次課2學(xué)時）一、授課題目第十三章程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老（ProgrammedCellDeathandCellaging）二、教學(xué)目的和要求1.掌握細(xì)胞衰老,細(xì)胞凋亡的概念及基本特征;2.掌握細(xì)胞凋亡的基因調(diào)控機(jī)制;3.了解細(xì)胞衰老的學(xué)說;4.了解研究細(xì)胞衰老和死亡的意義.三、教學(xué)重點和難點教學(xué)重點：影響細(xì)胞凋亡的因素教學(xué)難點：細(xì)胞凋亡的機(jī)理四、主要參考資料五、教學(xué)過程我國已經(jīng)進(jìn)入老齡化社會，據(jù)統(tǒng)計，2011年全國60歲以上老年人已達(dá)1.78億人，占總?cè)丝诘?3.27%，人類衰老不僅僅意味著機(jī)體反應(yīng)能力和器官功能的減退，更重要的是，老年人易患各種衰老相關(guān)疾病，例如高血壓，冠心病，糖尿病，老年癡呆，白內(nèi)障和耳聾等。25年內(nèi)實現(xiàn)可忽略衰老，在延長壽命方面，科學(xué)家進(jìn)行技術(shù)干預(yù)的焦點是端粒。端粒位于染色體的末端，而DNA鏈則位于細(xì)胞核內(nèi)，每當(dāng)細(xì)胞分裂產(chǎn)生新細(xì)胞時，端粒就會變短，但每個細(xì)胞的端粒長度是天生的，并非一開始就相同，并且之后的縮短速度也各不相同。端粒損耗的速度是衡量“生物衰老”的一個辦法。細(xì)胞衰老(CellAging)概述細(xì)胞衰老的研究只是整個衰老生物學(xué)（老年學(xué)，人類學(xué)）研究中的一部分。所謂衰老生物學(xué)（biologyofsenescence）（或稱老年學(xué)，gerontology）是研究生物衰老的現(xiàn)象、過程和規(guī)律。其任務(wù)是要揭示生物（人類）衰老的特征，探索發(fā)生衰老的原因和機(jī)理，尋找推遲衰老的方法，根本目的在于延長生物（人類）的壽命。多細(xì)胞有機(jī)體細(xì)胞，依壽命長短不同可劃分為兩類，即干細(xì)胞和功能細(xì)胞。干細(xì)胞在整個一生都保持分裂能力，直到達(dá)到最高分裂次數(shù)便衰老死亡。如表皮生發(fā)層細(xì)胞，生血干細(xì)胞等。一、衰老的概念及特征衰老(senescing，aging)：是機(jī)體在退化時期生理功能下降和紊亂的綜合表現(xiàn),是不可逆的生命過程。人的衰老與細(xì)胞的衰老相關(guān)聯(lián)。細(xì)胞衰老（cellularaging或cellsenescence）：也指復(fù)制衰老，培養(yǎng)的正常細(xì)胞經(jīng)過有限次分裂后，停止分裂，細(xì)胞形態(tài)和生理代謝活動發(fā)生顯著改變的現(xiàn)象。生命現(xiàn)象不可逆的衰退和終止過程機(jī)體衰老——人的壽命到底有多長？哺乳類動物的壽命應(yīng)該是其生長期的7倍。人的生長期是最后一顆牙齒長出來的時間(20-25歲)。因此人的壽命應(yīng)該為100-175歲，正常應(yīng)該是120歲。現(xiàn)代人類面臨著3種衰老：生理性衰老：隨著年齡的增長而出現(xiàn)的生理性退化病理性衰老：由于內(nèi)外因素導(dǎo)致的病理變化，因而使衰老現(xiàn)象提前發(fā)生，也稱“早衰”心理性衰老：心理衰老有兩方面的表現(xiàn)：一是與生理性老化相聯(lián)系的認(rèn)知能力的衰老，如感覺知覺能力的衰退、記憶能力的衰退等。記憶力的衰退主要表現(xiàn)在對近期事物容易遺忘，而對兒時或者青壯年時代那些印象深刻的事物和知識技能往往記憶猶新。在認(rèn)知方面，思維能力下降最為緩慢。老年人知識經(jīng)驗豐富，故而有“老馬識途”、“老謀深算”等說法。心理衰老的另一種表現(xiàn)是社會性衰老。所謂社會性衰老，主要指與社會角色改變相聯(lián)系的意志衰退。如，退離了原來的工作崗位，從社會回到家庭，容易產(chǎn)生人生價值終結(jié)的失落感，甚至失去了生活信念，認(rèn)為“自己老了”、“沒多少日子了”、“離死不遠(yuǎn)了”……幾種心理性衰老的典型表現(xiàn)1、記憶力日漸減退，尤其記不住最近發(fā)生的事情。2、遇到急事總感覺心情焦躁不安。3、凡事以我為主，以關(guān)系自己為重。4、總愛說過去的事情，喜歡夸耀自己過去的本領(lǐng)和功勞。5、愿意獨立生活，不愿意旁人介入。6、對噪音十分煩惱，對社會的變化誠惶誠恐，愛發(fā)牢騷。7、固執(zhí)己見，喜歡收集一些不實用的東西。8、自卑感越來越強(qiáng)，人際關(guān)系也開始變得更為敏感。延緩心里衰老的辦法擴(kuò)展視野，科學(xué)用腦心地善良，寬以待人樂觀向上，淡泊名利鍛煉身體，增加營養(yǎng)自我調(diào)節(jié)，防止心衰忘年交，不服老，防心里衰老合理的飲食結(jié)構(gòu)；良好的生活習(xí)慣；適宜的體育鍛煉；樂觀的生活態(tài)度。（一）早期的細(xì)胞衰老研究1.100年前，魏斯曼曾提出種質(zhì)不死而體質(zhì)會衰老和死亡的學(xué)說；（將原生動物的衰老除外），但原生動物的“不死性”也是不成立的，因為新細(xì)胞中存在著老化的結(jié)構(gòu)成分；2.原生動物細(xì)胞；3.34年的雞心細(xì)胞的否定（Carrel和Ebeling認(rèn)為細(xì)胞本身不會衰老，衰老是由于環(huán)境的影響造成的）；（后來Hayflick認(rèn)為Carrel每次向培養(yǎng)基中加入的雞胚提取物中可能混有新鮮的細(xì)胞）4.特別是20世紀(jì)40-50年代，由于L系小鼠細(xì)胞和Hela細(xì)胞系的建立，又使細(xì)胞不死性的觀點更加鞏固；（L系小鼠細(xì)胞和Hela細(xì)胞系是不正常的細(xì)胞）5.直到60年代初，Hayflick等人的出色工作對細(xì)胞不死的觀點徹底動搖了。（二）Hayflick界限Hayflick通過對不同生物的胚成纖維細(xì)胞的體外培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)物種壽命和培養(yǎng)細(xì)胞壽命之間存在著確切的相互關(guān)系。Hayflick巧妙的設(shè)計實驗，進(jìn)一步證明了決定細(xì)胞衰老的因素在細(xì)胞內(nèi)部，而不是外部環(huán)境。1961年，Hayflick首次報道了體外培養(yǎng)殖分裂的極限。他利用來自胚胎和成體的二倍體成纖維細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)胚胎的成纖維細(xì)胞分裂傳代50次后開始衰退和死亡，而來自成年組織的成纖維細(xì)胞只能培養(yǎng)15～30代就開始死亡。Hayflick的一些經(jīng)典實驗：1Hayflick等進(jìn)行細(xì)胞連續(xù)傳代實驗，發(fā)現(xiàn)平均只能傳代40～60次，此后細(xì)胞就逐漸解體并死亡。體外培養(yǎng)的年輕和老的人成纖維細(xì)胞的顯微形態(tài)2.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)。體外培養(yǎng)成纖維細(xì)胞來自胎兒可傳代50次（與供體年齡有關(guān)）來自成人可傳代20次來自小鼠可傳代14－28次（與供體物種特性有關(guān)）來自烏龜可傳代90－125次3.1961年Hayflick等觀察到在人二倍體成纖維細(xì)胞體外連續(xù)培養(yǎng)時，增殖能力有一定限度。正常細(xì)胞培養(yǎng)到一定時期，會出現(xiàn)生長停滯，漸漸失去有絲分裂的能力并在細(xì)胞內(nèi)積累大量碎片和顆粒，最終難免死亡。海弗立克認(rèn)為這是人的壽命在細(xì)胞水平的表示。Hayflick還比較取自壽命長度不同的生物的胚成纖維細(xì)胞在體外培養(yǎng)條件下的傳代次數(shù)和壽命的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)物種壽命與培養(yǎng)細(xì)胞壽命之間存在著確定的相互關(guān)系（表12－1）。體外培養(yǎng)的人和動物細(xì)胞的壽命與他們個體壽命的關(guān)系物種成纖維細(xì)胞傳代數(shù)個體最長壽命（年）龜90－125175（？）水貂30－3410雞15－3530小鼠14－283.5人胚胎40－60110出生至15歲20－4015歲以上10－30早老病患者2－1010－20物種的壽命與體外培養(yǎng)時細(xì)胞傳代次數(shù)的關(guān)系4.早老癥病人細(xì)胞培養(yǎng)只傳代2-4次早衰癥是人體衰老中的一種病癥細(xì)胞的壽限根據(jù)細(xì)胞的增殖能力，壽命，可將人體（哺乳動物）的組織細(xì)胞主要分為3類：恒久組織細(xì)胞：出生后，細(xì)胞不再分裂，其壽命接近于動物的整體壽命。如神經(jīng)、骨骼、心肌細(xì)胞；穩(wěn)定組織細(xì)胞：其壽命比機(jī)體的壽命短，可補(bǔ)償性增生。如：肝、腎細(xì)胞；更新組織細(xì)胞：壽命短，其衰老和凋亡在個體發(fā)育的早期也會發(fā)生，但可快速更新。如上皮細(xì)胞、血細(xì)胞。5.用巴氏小體做標(biāo)記老男和少女細(xì)胞的培養(yǎng)證明細(xì)胞內(nèi)部決定衰老：取老年男性個體的細(xì)胞（間期無巴氏小體）和年輕女性個體的細(xì)胞（間期有巴氏小體）進(jìn)行單獨或混合培養(yǎng)，并統(tǒng)計其倍增次數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，混合培養(yǎng)中的兩類細(xì)胞的倍增次數(shù)與各自單獨培養(yǎng)時相同，即在同一培養(yǎng)液，當(dāng)年輕細(xì)胞旺盛增殖的同時，年老細(xì)胞就停止生長了；5胞質(zhì)體和完整細(xì)胞的融合實驗證明是細(xì)胞核決定衰老:年輕細(xì)胞的胞質(zhì)體與年老的完整細(xì)胞融合時，得到的雜種細(xì)胞不能分裂；年老細(xì)胞的胞質(zhì)體與年輕的完整細(xì)胞融合時，雜種細(xì)胞的分裂能力幾乎與年輕細(xì)胞相同。充分說明決定細(xì)胞的衰老是細(xì)胞核，而不是細(xì)胞質(zhì)。Hayflick得出這樣的結(jié)論：細(xì)胞、至少是培養(yǎng)的細(xì)胞，不是不死的而是有一定壽命的。它們的增殖能力不是無限的，而是有一定界限的。這就是有名的Hayflick界限。從而引出了細(xì)胞最高分裂次數(shù)的問題。對于體外培養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞衰老研究，當(dāng)前常用的生物學(xué)特征有2個：①不可逆的生長停滯：細(xì)胞停止分裂；②衰老相關(guān)的β-半乳糖苷酶（SAβ-gal）的活化：衰老細(xì)胞中存在的pH6.0條件下即表現(xiàn)活性的溶酶體β-半乳糖苷酶。A.第20代的年輕細(xì)胞，細(xì)胞體積較小，極少表達(dá)衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶B.第55代的衰老細(xì)胞，細(xì)胞體積明顯增大，表達(dá)衰老細(xì)胞特征的偏中性的β-半乳糖苷酶PAGE6三、細(xì)胞在體內(nèi)條件下的衰老1.在機(jī)體內(nèi)，細(xì)胞的衰老和死亡是常見的現(xiàn)象，甚至在個體發(fā)育的早期也會發(fā)生；2.正常情況下終生保持分裂的細(xì)胞，其分裂能力也表現(xiàn)出隨著有機(jī)體年齡的增高而下降；=1\*GB3①衰老動物體內(nèi)，細(xì)胞分裂速度顯著減慢，其原因主要是G1期明顯延長；=2\*GB3②衰老個體內(nèi)的環(huán)境因素影響了細(xì)胞的增殖和衰老；=3\*GB3③骨髓干細(xì)胞移植實驗說明隨著年齡的增加，干細(xì)胞增殖速度也趨緩慢.人體和動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。從五官的感覺功能的老年性退化，如人眼的視力調(diào)節(jié)能力隨年齡而降低，到老年性疾病引起死亡率的提高，如腎、心、腦組織中血管的故障、骨質(zhì)疏松、肺功能和免疫功能的缺陷等等，都是以細(xì)胞發(fā)生的變化為基礎(chǔ)的。特別是那些出生后不再進(jìn)行有絲分裂的細(xì)胞所組成的器官和組織，其細(xì)胞以及基質(zhì)的衰老變化必然會顯示出該器官功能的衰退。骨骼肌的重量是隨年齡變化的，70歲以上的老人肌肉的重量只有成年初期的將近一半左右。新生兒到95歲老人的腦細(xì)胞數(shù)與年輕呈反比，每年失去成年時期的0.8%，至60歲時將失去一半。此外，運動神經(jīng)的傳導(dǎo)速度和感覺神經(jīng)的傳導(dǎo)速度也都隨年齡增加而降低，大約每年遞減0.4%左右。一名男子從36歲到75歲味覺喪失64％腎小球減少44％腎小球過濾率減少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％不同種類的細(xì)胞壽命相差很大。高等動物體內(nèi)存在了3種不同類型的細(xì)胞：第1類細(xì)胞的壽命接近于動物的整體壽命，如神經(jīng)元和肌肉細(xì)胞等。在胚胎發(fā)育終了時，這些細(xì)胞不再增加數(shù)量，在個體的生長期中它們可增長細(xì)胞體積，以使其與軀體成比例。它們隨著個體衰老而衰老，或者由于這些細(xì)胞的衰老、死亡引起個體死亡。第2類是緩慢更新的細(xì)胞，它們的壽命短于動物的平均壽命，如肝細(xì)胞，胃壁細(xì)胞等。第3類是短命的、快速更新的細(xì)胞，如皮膚的表皮細(xì)胞、紅細(xì)胞和白細(xì)胞等。因此，機(jī)體可以不斷有大量的細(xì)胞衰亡，如皮膚的表皮細(xì)胞死亡，形成角質(zhì)化的保護(hù)層，保護(hù)著內(nèi)層的細(xì)胞，但這并不影響其生存。只有當(dāng)與個體生命休戚相關(guān)的神經(jīng)，心肌細(xì)胞大量衰亡時才會造成整體的死亡。問題是細(xì)胞本身的衰老還是體內(nèi)環(huán)境的惡化？人們做了許多實驗1小鼠的表皮移植：表皮移植7-8年，說明體內(nèi)環(huán)境因素影響了細(xì)胞的壽命骨髓移植：說明骨髓干細(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）生活細(xì)胞的基本特征（二）衰老細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化(1)細(xì)胞內(nèi)水分減少：膠體失去電荷、失水，導(dǎo)致細(xì)胞失水，細(xì)胞收縮，體積減小，不溶性蛋白增加，細(xì)胞硬度增加。（2）色素生成和色素顆粒沉積：神經(jīng)細(xì)胞胞漿中、肝細(xì)胞、肌細(xì)胞中脂褐質(zhì)（致密體、老年色素、脂色質(zhì)）增加。（3）細(xì)胞質(zhì)膜變化：膜流動性降低，黏性增加，不飽和脂肪酸含量下降，膽固醇/磷脂比值升高，孵磷脂/鞘磷脂比值降低。膜脂質(zhì)過氧化。導(dǎo)致細(xì)胞興奮性降低，物質(zhì)轉(zhuǎn)運效率降低，對環(huán)境的刺激性反應(yīng)降低。（4）線粒體變化：數(shù)目減少，體積增加，mtDNA與衰老呈正相關(guān)（缺失突變）。自由基損傷，細(xì)胞能量供應(yīng)不足。（5）細(xì)胞核變化：細(xì)胞核的核膜內(nèi)折（invagination）,最終導(dǎo)致核膜崩解。染色質(zhì)固縮化，端粒縮短。DNA氧化、斷裂、缺失和交聯(lián)，甲基化程度降低，RNA含量降低。（6）細(xì)胞骨架變化：微絲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和成分發(fā)生改變。（7）蛋白質(zhì)合成發(fā)生變化：合成速度降低，或特異蛋白合成和蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，發(fā)生修飾、交聯(lián)，活性下降（8）其它變化ER呈彌散性分散于核周胞質(zhì)中，rER的總量是減少；Golgi體碎裂；細(xì)胞間的間隙連接數(shù)目減少；膜內(nèi)顆粒的分布也發(fā)生變化；衰老細(xì)胞的形態(tài)變化尼氏體電鏡下為豐富的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核糖體結(jié)構(gòu)：由發(fā)達(dá)的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和游離的核糖體構(gòu)成。結(jié)構(gòu)：具有強(qiáng)嗜堿性。功能：合成蛋白質(zhì)，主要合成更新細(xì)胞器所需的結(jié)構(gòu)蛋白、合成神經(jīng)遞質(zhì)所需的酶類以及肽類的神經(jīng)調(diào)質(zhì)。細(xì)胞的衰老和死亡也是一種正常的生命現(xiàn)象，細(xì)胞從未分化到分化到衰老到死亡。衰老癥狀原因分析皮膚干燥，發(fā)皺細(xì)胞水分減少，體積減少頭發(fā)變白細(xì)胞內(nèi)的酶活性降低老人斑細(xì)胞內(nèi)色素（脂褐素）的累積無力細(xì)胞內(nèi)呼吸速度減慢吸收能力下降細(xì)胞膜通透性功能改變1細(xì)胞核的變化：核膜內(nèi)折，染色質(zhì)固縮，核仁不規(guī)則。在衰老變化中細(xì)胞核結(jié)構(gòu)的最明顯變化是核膜內(nèi)折。電鏡檢測可見衰老細(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)折隨年齡增長而增加，最后可能導(dǎo)致核膜崩解。染色體固縮化是衰老細(xì)胞核中另一個重要變化。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2內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化：年輕動物：RER發(fā)育好、排列有序；年老動物：RER彌散、總量減少。在衰老細(xì)胞中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)排列變得無序，膜腔膨脹擴(kuò)大甚至崩解，膜面上核糖體數(shù)量減少。3線粒體的變化：數(shù)量隨年齡減少，體積隨年齡增大。由于線粒體是細(xì)胞呼吸和氧化的中心，有人稱它是決定細(xì)胞衰老的生物鐘。而有些研究者則認(rèn)為線粒體不是衰老的啟動者，而是受害者。多數(shù)研究工作表明，細(xì)胞中線粒體的數(shù)量隨著年齡的增大而減少，而其體積則隨著年齡的增長而增大。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，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，因為線粒體的呼吸鏈?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。4致密體（脂褐質(zhì)）的生成：是由溶酶體或線粒體轉(zhuǎn)化而來的。它是自由基誘發(fā)的脂質(zhì)過氧化作用的產(chǎn)物。5膜系統(tǒng)的變化：目前資料表明，膜的改變確實與衰老有密切關(guān)系，年輕的功能健全的細(xì)胞膜是典型的液晶相。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。細(xì)胞膜上的微絨毛數(shù)目增加，補(bǔ)償了衰老時細(xì)胞間聯(lián)系的衰退，以利于保持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。膜脂相發(fā)生改變，不飽和脂肪酸含量增加，膜流動性下降。年輕的功能健全的細(xì)胞膜是典型的液晶相，膜中脂肪酸鏈能自由移動，每個脂類分子與其相鄰分子之間的位置交換極其頻繁，鑲嵌于其中的蛋白分子表現(xiàn)出最大的生物學(xué)活性。衰老的或有缺陷的膜通常處于凝膠相或固相，由于磷脂的脂肪酸尾不飽和程度增加而被“凍結(jié)”了，脂分子移動很慢或完全不能自由移動。因此鑲嵌于其中的蛋白質(zhì)也就不能再運動了，從而干擾了膜蛋白的正常結(jié)構(gòu)與功能。衰老細(xì)胞膜發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，流動性明顯降低，因而細(xì)胞的興奮性降低，離子轉(zhuǎn)運的效率下降以及對內(nèi)源性和外源性刺激的反應(yīng)性也隨之降低。膜的微粘度增加，從而影響膜表面受體的移動和特異性生物化學(xué)信號的傳導(dǎo)。6細(xì)胞骨架體系的變化：包括微絲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和成分發(fā)生變化和核骨架的變化；7高爾基體和溶酶體的變化：數(shù)量隨衰老明顯增多。8蛋白質(zhì)合成的變化：合成速率降低。五、細(xì)胞衰老的分子機(jī)制（原因及假說）從古到今，人們對衰老的機(jī)理有各種各樣的理解，提出了數(shù)不清的假說和理論，據(jù)統(tǒng)計，迄今為止曾提出過的衰老假說和理論竟多達(dá)300種以上！這數(shù)百條思路，除了完全的謬誤之外，多是從不同角度和深度反映了衰老這一復(fù)雜過程的某一側(cè)面或?qū)哟?。直?0年代以來，其分子機(jī)制的研究才有了重大進(jìn)展，比如單基因的突變導(dǎo)致壽命的顯著延長、端粒和端粒酶與細(xì)胞衰老關(guān)系的發(fā)現(xiàn)，線粒體自由基的假說等。下面介紹60年代起開始出現(xiàn)的一系列衰老理論。復(fù)制衰老的機(jī)制（細(xì)胞衰老的端粒假說）細(xì)胞衰老的端粒假說Harley等人發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)成纖維細(xì)胞端粒每年縮短14－18bp，1990年，他提出細(xì)胞衰老的端粒假說。主要思想：端粒是細(xì)胞衰老的“有絲分裂鐘”，隨細(xì)胞每次分裂，端粒不斷縮短；當(dāng)端粒長度縮短達(dá)到一個閾值時細(xì)胞進(jìn)入衰老。生殖細(xì)胞（精細(xì)胞）、癌細(xì)胞具有端粒酶活性，能維持端粒長度，能持續(xù)增殖，不引起細(xì)胞衰老；體細(xì)胞端粒酶活性處于抑制狀態(tài)。線性染色體的“末端復(fù)制”問題：在DNA復(fù)制時，由于DNA聚合酶不能從頭合成子鏈，當(dāng)子鏈5’端與母鏈3’端配對的RNA引物被切除后，子鏈5’端會產(chǎn)生末端缺失，使得子鏈的5’端隨著復(fù)制次數(shù)的增加而逐漸縮短。端粒（telomere）和端粒酶（telomerase）：①端粒是位于染色體末端的由重復(fù)序列組成的“帽子”結(jié)構(gòu)，對染色體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和末端復(fù)制等有重要作用。②端粒酶是含有RNA的反轉(zhuǎn)錄酶，能以自身RNA為模板，對DNA端粒序列進(jìn)行延長而解決線性染色體末端復(fù)制問題。細(xì)胞增殖的信號控制成視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤蛋白（RB蛋白）在細(xì)胞增殖中的作用RB蛋白是抑癌基因的表達(dá)的原型蛋白。是一種打開細(xì)胞周期開關(guān)的分子鑰匙?？刂畦€匙的是生長因子。在G1期進(jìn)入S期過程中，Cdk4、Cdk6/細(xì)胞周期蛋白D復(fù)合物使RB蛋白磷酸化，釋放出E2F，合成S期蛋白，促使細(xì)胞從G1期進(jìn)入S期，細(xì)胞周期正常運行。（正常年輕細(xì)胞中）CDK抑制蛋白控制細(xì)胞增殖的質(zhì)量CDK抑制蛋白（CDKI）可抑制CDK的裝配或或抑制CDK的活性。在S期，當(dāng)DNA受到損傷時，激活腫瘤抑制基因P53表達(dá)P53蛋白，進(jìn)一步激活CDK抑制基因P21的表達(dá)，合成P21蛋白，P21蛋白抑制S期周期蛋白-CDK復(fù)合物的表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞停滯在G1/S期，最終引發(fā)細(xì)胞衰老。2、壓力誘導(dǎo)的早熟性衰老自由基理論（氧化性損傷學(xué)說）該理論認(rèn)為，代謝過程中產(chǎn)生的活性氧基團(tuán)或分子（reactiveoxygenspecies，ROS）引發(fā)的氧化性損傷的積累，最終導(dǎo)致衰老。ROS主要有三種類型：①O2-，即超氧自由基；②OH-，即羥自由基；③H2O2。自由基一旦生成，它們就能不斷擴(kuò)增，發(fā)生級聯(lián)反應(yīng)。其高度活性引發(fā)脂類、蛋白質(zhì)和核酸分子的氧化性損傷，從而導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損傷乃至破壞。呼吸鏈產(chǎn)生的ROS→mtDNA損傷、突變→編碼的蛋白質(zhì)（電子傳遞鏈組分）受損→產(chǎn)生更多ROS……從而促進(jìn)細(xì)胞衰老?？寡趸负涂寡趸飫┦嵌际亲杂苫磻?yīng)的有效終止劑，可延緩衰老。一些護(hù)膚美容產(chǎn)品為什么可以延緩細(xì)胞的衰老？一些護(hù)膚產(chǎn)品中含有抗氧化劑等，協(xié)助清除細(xì)胞內(nèi)的自由基，從而延緩細(xì)胞的衰老。衰老的損傷積累理論DNA復(fù)制錯誤，蛋白質(zhì)合成錯誤等。錯誤成災(zāi)理論：差錯積累，并迅速擴(kuò)大，引起代謝功能大幅度降低，導(dǎo)致衰老。線粒體損傷論衰老期間人mtDNA出現(xiàn)異常，如阿爾茨海默氏?。ˋlzheimerdisease，AD）腦組織mtDNA損傷甚為多見；人線粒體常見丟失片段為5.0、7.0和13.0kb。還發(fā)現(xiàn)mtDNA的片段丟失現(xiàn)象隨年齡增加而增加，且男性高于女性。研究發(fā)現(xiàn)，mtDNA缺失突變存在“熱點”。1980s，Cumings等人提出mtDNA中存在著衰老DNA（Sen-DNA）。3、單細(xì)胞生物的衰老酵母的復(fù)制生命周期（RLS）：與核糖體rRNA基因（rDNA）數(shù)量有關(guān)。通過同源重組，形成環(huán)形rDNA（ERC）。推測ERC積累掠奪了DNA正常復(fù)制和轉(zhuǎn)錄所需要的重要物質(zhì)，從而抑制了細(xì)胞的生長，使酵母細(xì)胞衰老。SIR2/3/4，SGS1抑制酵母染色體上rDNA的同源重組。芽殖酵母的rDNA與細(xì)胞衰老的關(guān)系：通過同源重組，形成環(huán)形拷貝的rDNA,并從染色體上分離出來，體個環(huán)形rDNA不斷復(fù)制，不進(jìn)和子細(xì)胞，在母細(xì)胞中積累達(dá)1000拷貝，掠奪了DNA正常復(fù)制所需的重要物質(zhì)，促使酵母細(xì)胞衰老。酵母中染色體外的環(huán)形rDNA（ERC）生成4.基因程序理論衰老是遺傳上的程序性過程，是受到特定基因控制。－Hayflick的細(xì)胞培養(yǎng)實驗；－各種動物都有相當(dāng)恒定的平均壽命和最高壽命；－現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)某些可能的“長壽基因”或“衰老基因”，子女的壽命與雙親的壽命有關(guān)。（一）氧化性損傷學(xué)說（自由基理論）Harman50年代（1956）提出。認(rèn)為衰老的一條重要的途徑是因自由基脂質(zhì)的過氧化而引起細(xì)胞功能的多方面異常。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的自由電子，這些自由電子導(dǎo)致了這些物質(zhì)的高反應(yīng)活性。自由基在細(xì)胞內(nèi)的產(chǎn)生是有多種原因的，如生物氧化、輻射、受污染物的侵害以及細(xì)胞內(nèi)的酶促反應(yīng)等過程中都會釋放自由基。氧代謝中很多酶促反應(yīng)都可能產(chǎn)生自由基，如黃嘌呤（次黃嘌呤）氧化為尿酸。線粒體呼吸鏈，微粒體電子傳遞系統(tǒng)都會引發(fā)氧自由基O2－·和羥自由基OH·，OH·可引發(fā)脂質(zhì)氧化，脂質(zhì)過氧化首先引起生物膜的損傷，進(jìn)一步對細(xì)胞造成損傷。自由基一旦生成，它們就能不斷擴(kuò)增，發(fā)生級聯(lián)反應(yīng)。在細(xì)胞中正常的自由基反應(yīng)過程包括起始、擴(kuò)增、終止等3個過程。例如：R·＋O2→ROO·；ROO·＋R’H→ROOH＋R’·；R·＋R’·→R：R’尤其重要的是，細(xì)胞內(nèi)具有多種抗氧化酶和抗氧化物質(zhì)存在，它們都是自由基反應(yīng)的有效終止劑。如超氧化物歧化酶（SOD），過氧化氫酶（CAT）以及谷胱甘肽過氧化物酶（GHS－PX）。Ve和Vc是小分子抗氧化物質(zhì)。細(xì)胞中的自由基若不能及時除去，過多的自由基對許多細(xì)胞造成損傷。例如，它們能使質(zhì)膜中的不飽和脂肪酸氧化；使蛋白質(zhì)中的疏基氧化造成蛋白質(zhì)交聯(lián)，變性和酶鈍化；使糖類化合物降解；使DNA鏈斷裂、交聯(lián)，堿基羥基化和堿基切除等等。同時還能抑制蛋白質(zhì)、核酸和脂肪酸的生物合成。其中可能對磷脂的氧化和對DNA造成損傷是主要的，也是很致命的。自由基可使細(xì)胞中的大分子受到隨機(jī)的損傷，這種損傷可以不斷積累，從而導(dǎo)致細(xì)胞生理功能的衰退。由細(xì)胞代謝產(chǎn)生的自由基對體內(nèi)有機(jī)化合物可發(fā)生直接或間接的強(qiáng)氧化或過氧化作用，誘導(dǎo)氧化反而引起生物膜受損和細(xì)胞組織衰老。最脆弱的膜是線粒體膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜。自由基的強(qiáng)氧化反應(yīng)也可使DNA雙股結(jié)構(gòu)發(fā)生股間交聯(lián)，核酸變性和蛋白質(zhì)合成障礙。自由基還可氧化體內(nèi)存在的不飽和脂肪酸，使脂肪變性形成過氧化脂質(zhì)并分解為醛類，再和磷脂蛋白質(zhì)結(jié)合成脂褐素，因脂褐素在細(xì)胞內(nèi)大量沉積，破壞細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)而使細(xì)胞萎縮和衰亡。（二）染色體端粒與衰老：發(fā)現(xiàn)端粒長度確實與衰老有著密切的關(guān)系，提出細(xì)胞衰老的“有絲分裂鐘”學(xué)說（Harley,1990）。端粒的長度隨細(xì)胞衰老過程而逐漸縮短，但端粒酶卻可維持端粒的長度。端粒是由簡單的富含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聚合酶一定會留下染色體末端的一段DNA（一段端粒）使其不被復(fù)制。那么真核細(xì)胞染色體末端的端粒就會隨著細(xì)胞分裂而縮短。這個縮短的端粒傳給子細(xì)胞后，隨著細(xì)胞的再次分裂進(jìn)一步縮短。染色體末端端粒隨著每次細(xì)胞分裂逐漸縮短，直到不能分裂走向衰老。人類種系細(xì)胞一生中維持分裂。不斷增殖的原因是該細(xì)胞表達(dá)端粒酶。端粒酶以自身一段RNA為模板，通過逆轉(zhuǎn)錄酶，轉(zhuǎn)錄出一段端粒片段并使之連接于染色體的端粒末端，使端粒不縮短，維持完整，從而保持了細(xì)胞的永生化生長。在單細(xì)胞生物、多細(xì)胞生物的種系細(xì)胞中都顯示出弱的端粒酶活性。而在人類正常組織的體細(xì)胞均無端粒酶活性。值得注意的是，在絕大多數(shù)惡性腫瘤細(xì)胞中顯示明顯的端粒酶活性，這可能是腫瘤細(xì)胞具有永生性生長的原因之一。（三）rDNA與衰老酵母染色體外rDNA環(huán)（ERC）的積累，導(dǎo)致細(xì)胞衰老。（四）沉默信息調(diào)節(jié)蛋白復(fù)合物與衰老Sircomplex存在于異染色質(zhì)區(qū)，其作用在于阻斷所在位點DNA轉(zhuǎn)錄。（五）SGS1基因、WRN基因與衰老SGS1基因和WRN基因同源,編碼解旋酶;酵母sgs1突變體壽命明顯短于野生型（平均9.5代:24.5代）;wrn突變引發(fā)早老癥。（六）發(fā)育程序與衰老（七）線粒體DNA與衰老（線粒體自由基假說）：Sen-DNA(80年代);mtDNA突變積累與細(xì)胞衰老有關(guān)。線粒體產(chǎn)生ATP為細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的大多數(shù)生命過程提供能量。不幸的是線粒體從營養(yǎng)物中獲取能量的同時作為副產(chǎn)物產(chǎn)生自由基。細(xì)胞中，許多自由基是由線粒體制造出來的比如超氧自由基O2·－（點代表不配對的電子），O2·－本身有破壞作用還能轉(zhuǎn)為成H2O2。雖然H2O2不是自由基但可形成氫氧自由基（OH）當(dāng)自由基一旦形成就能損傷細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、脂類和DNA。其中以線粒體中合成ATP的組分和線粒體DNA首當(dāng)其沖，它們更易受到自由基的損傷，這是因為線粒體DNA處于自由基產(chǎn)生的鄰近部位，故易被氧化攻擊。此外線粒體DNA不像核DNA那樣被包圍著的蛋白質(zhì)保護(hù)。因而線粒體DNA比核DNA更易受氧化損傷。線粒體自由基假說認(rèn)為自由基引起的線粒體損傷最終干擾了ATP產(chǎn)生的效率并增加了自由基的輸出。自由基加速了線粒體組分的氧化損傷因而進(jìn)一步抑制了ATP的產(chǎn)生。機(jī)體雖然具有一定的抵消氧化劑影響的能力，比如細(xì)胞產(chǎn)生抗氧化酶能解毒自由基；細(xì)胞制造其它的酶也能修復(fù)氧化損傷，但是，損傷是隨著時間累積的。（八）衰老因子積累說，亦稱“蛋白質(zhì)合成差錯成災(zāi)說”Megbegeeb（1962）orgel（1973）提出，認(rèn)為有缺陷的酶→干擾復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯等水平→錯誤積累→直至成災(zāi)（九）基因調(diào)節(jié)——Smith假說衰老細(xì)胞+年輕細(xì)胞→異質(zhì)雙核細(xì)胞（年輕細(xì)胞核DNA合成受抑制）衰老細(xì)胞+Hela細(xì)胞→異核體（衰老細(xì)胞被誘導(dǎo)合成DNA）說明：=1\*GB3①衰老細(xì)胞產(chǎn)生了DNA合成抑制劑，穿過胞質(zhì)，影響正常年輕細(xì)胞核中DNA合成。=2\*GB3②Hela細(xì)胞則不受這種抑制劑的影響，相反，它們產(chǎn)生DNA合成起始因子，并誘導(dǎo)衰老細(xì)胞核的DNA合成。大腦的衰老中心：近年來：Franks，F(xiàn)inch等，提出在大腦存在一個“衰老控制中心”，這就是神經(jīng)內(nèi)分泌軸（下丘腦—垂體—內(nèi)分泌系統(tǒng)）→調(diào)控機(jī)體各種生理功能。六、細(xì)胞死亡細(xì)胞死亡是細(xì)胞衰老的結(jié)果，是細(xì)胞生命現(xiàn)象的終止。包括急性死亡（細(xì)胞壞死）和程序化死亡（細(xì)胞凋亡）。細(xì)胞死亡最顯著的現(xiàn)象，是原生質(zhì)的凝固。事實上細(xì)胞死亡是一個漸進(jìn)過程，要決定一個細(xì)胞何時已死亡是較因難的。除非用固定液等人為因素瞬間使其死亡。那么，怎樣鑒定一個細(xì)胞是否死亡了呢？通常采用活體染色法來鑒定。如用中性紅染色時，生活細(xì)胞只有液泡系染成紅色，如果染料擴(kuò)散，細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核都染成紅色，則標(biāo)志這個細(xì)胞已死亡。七、關(guān)于人類的衰老和壽命問題人類壽命有無極限？極限是多少？抗衰老，求長壽，古往今來，人之常情，時至今日，更為人們所關(guān)注。研究表明：=1\*GB3①哺乳動物自然壽命為生長發(fā)育期的5—7倍，借此推論，人類完成生長發(fā)育約在20~22周歲，自然壽命應(yīng)是100—150歲。=2\*GB3②哺乳動物的自然壽命為性成熟的8—10倍。=3\*GB3③海弗里克（Hayflick）：人體細(xì)胞可進(jìn)行50次左右有絲分裂，每次細(xì)胞周期為2—4年，這樣推論，人的壽命應(yīng)在120歲左右。1遺傳與人類壽命：先天性，父輩主宰。父、母享有高壽，其子女往往也是高壽者。2壽命與性別有關(guān)：人壽保險公司統(tǒng)計說明，♀性動物＞♂性動物，女人＞男人，為什么？眾說紛紜。3環(huán)境與人類壽命：后天因素多樣錯綜復(fù)雜。體魄、環(huán)境、心理、社會、營養(yǎng)、疾病等。其中營養(yǎng)及體力活動較為重要。4職業(yè)與人類壽命：職業(yè)作為一種重要的社會因素，對人類壽命有一定的影響。日本統(tǒng)計，從事管理工作人員，平均壽命最長，依次為國家機(jī)關(guān)工作人員、專業(yè)技術(shù)人員、商業(yè)工作人員、農(nóng)業(yè)工作人員、一般生產(chǎn)工人、體力勞動者、礦工。總得說來，近20年來，細(xì)胞衰老的研究取得了長足的進(jìn)步，但離開真正揭示細(xì)胞衰老的本質(zhì)，還要走很長的路。一旦揭開了細(xì)胞衰老的秘密，那么延緩衰老，延長壽命將成為可能，但辯證唯物主義告訴我們，真正的長生不老是不可能的。我們研究了解細(xì)胞衰老死亡規(guī)律，目的并不是為了避免死亡，而是要延緩細(xì)胞衰老的到來。我們謳歌生命，也不必詛咒死亡，有生必有死，無死亦無生，我們不贊成死亡，但長生不死是進(jìn)化和發(fā)展的敵人。但愿我們每個人都能較長時間生活在這個美好的世界，為人類的進(jìn)步與文明做更多的貢獻(xiàn)。附：細(xì)胞衰老過程是細(xì)胞生理生化發(fā)生復(fù)雜變化的過程，主要表現(xiàn)在細(xì)胞對環(huán)境變化的適應(yīng)能力和維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境恒定能力下降，最終反映在細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上的變化，請具體談?wù)勊ダ霞?xì)胞的主要特征及其主要的分子機(jī)制。答：細(xì)胞衰老的特征主要有以下幾個方面：（1）細(xì)胞水分減少；（2）色素生成和色素顆粒沉積。（3）細(xì)胞質(zhì)膜體系的變化：如細(xì)胞質(zhì)膜的流動性降低；（4）線粒體變化：細(xì)胞中線粒體的數(shù)量隨年齡的增大而減少；體積隨年齡增大而增大；（5）細(xì)胞核的變化：細(xì)胞核體積增大，核膜內(nèi)折，染色質(zhì)固縮化；（6）細(xì)胞骨架體系的變化：包括微絲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和成分發(fā)生變化和核骨架的變化；（7）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化：粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)總量減少，蛋白質(zhì)合成速率降低；（8）酶的活性與含量的變化：活性降低，含量降低；細(xì)胞衰老的分子機(jī)制主要有：（答對以下任意四點即得4分）（1）代謝廢物積累細(xì)胞代謝產(chǎn)物積累至一定量后會危害細(xì)胞，引起衰老。如老年性癡呆（AD）就是由β-淀粉樣蛋白沉積引起的，因此β-AP可做為AD的鑒定指標(biāo)。（2）大分子交聯(lián)過量的大分子交