第十一章細胞分化與凋亡

第十一章CELLDIFFERENTIATIONANDAPOPTOSIS細胞分化與凋亡第一節(jié)

細胞分化細胞后代在結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生差異的過程；細胞分化的實質(zhì)是基因的差別表達；每個人的一生中都在進行著細胞分化。細胞分化能力的強弱稱為發(fā)育潛能。全能性：如受精卵。多能性：如原始外胚層細胞。單能性：只能分化出一種細胞。單能干細胞也稱為祖細胞。一、細胞的分化潛能二、細胞分化的特點時空性：差別基因表達——管家基因、組織特異性基因（奢侈基因）；定向性：細胞從分化命運確定到出現(xiàn)特定的形態(tài)的過程稱為決定。穩(wěn)定性：如，果蠅的成蟲盤；條件可逆性：去分化，如植物愈傷組織。普遍性：不僅存在于胚胎發(fā)育。三、細胞分化和增殖的關(guān)系增殖信號和分化信號同時作用于干細胞，表現(xiàn)為邊分化邊增殖（反之亦然）；增殖和分化分別獨立進行，一些干細胞只增殖不分化，另一些同類干細胞進入終末分化；細胞分化與分裂平行進行，干細胞進行不對稱分裂，產(chǎn)生的子細胞一個保持原有干細胞特性，一個則進入終末分化。四、細胞分化的機理自發(fā)機制：誘導(dǎo)機制：細胞的分化命運主要取決于兩個方面：一是細胞的內(nèi)部特性，二是細胞的外部環(huán)境。卵細胞具有極性，細胞核靠近北極。卵細胞中貯存有大量mRNA，呈非均勻分布；放線菌素D處理海膽受精卵，胚胎發(fā)育仍能進行至囊胚期；嘌呤霉素處理，受精卵停止發(fā)育。卵裂后的細胞質(zhì)的特性決定了子細胞核的分化命運。（一）細胞分裂的不對稱性1、胚胎誘導(dǎo)：一部分胚胎細胞影響相鄰細胞向一定方向分化的作用。誘導(dǎo)者：對其它細胞起誘導(dǎo)作用的細胞。如：脊索可誘導(dǎo)其頂部的外胚層發(fā)育成神經(jīng)板，神經(jīng)溝和神經(jīng)管；再如：視胞可誘導(dǎo)其外面的外胚層形成晶體，而晶體又可誘導(dǎo)外胚層形成角膜。（二）細胞間的相互作用2、分化抑制：分化成熟的細胞可以產(chǎn)生抑素，抑制相鄰細胞發(fā)生同樣的分化。如含有成蛙心組織的培養(yǎng)液培養(yǎng)蛙胚，則蛙胚不能發(fā)育出正常的心臟。研究表明，抑素實際上就是TGF-β家族的成員ThesocalledchaloneistheproteinbelongingtoTGF-βfamily,suchasmyostainMousemyostatinmutant(right)Functionofthemyostain3、細胞數(shù)量效應(yīng)小鼠胚胎胰腺原基在體外進行組織培養(yǎng)時，可發(fā)育成具有功能的胰腺組織，但如果把胰原基切成8小塊分別培養(yǎng)，則都不能形成胰腺組織，如果再把分開的小塊合起來，又可形成胰腺組織。4、細胞外基質(zhì)的影響干細胞在IV型膠原和層粘連蛋白上形成上皮細胞；在I型膠原和纖粘連蛋白上分化為成纖維細胞；在II型膠原及軟骨粘連蛋白上發(fā)育為軟骨細胞。5、激素的作用如昆蟲的保幼激素和脫皮激素。1、染色體結(jié)構(gòu)的變化1）基因刪除：原生動物、節(jié)肢動物。2）基因擴增：果蠅多線染色體。3）基因重排：如Ig基因(106~108種抗體)。4）DNA甲基化與異染色質(zhì)化：基因失活。（三）細胞核與細胞分化2、基因與細胞分化根據(jù)對果蠅、家蠶等實驗動物的研究發(fā)現(xiàn)：卵受精后，首先表達的是母體基因；母體基因的產(chǎn)物是轉(zhuǎn)錄因子，沿胚的前后軸形成濃度梯度，決定胚的前后位置和頭尾區(qū)域；控制其它基因的表達：母體基因→間隙基因→成對基因→體節(jié)極性基因→同源異形基因（homeoticgene，Hox）Geneand

DevelopmentHOXmutantAntenna—legBithoraxmutant①已存在的細胞功能由弱、強、減退到喪失。經(jīng)歷了新生→成熟→衰老→死亡的過程，如表皮細胞。②已有的分化細胞通過分裂產(chǎn)生兩個功能相同的細胞，如血管內(nèi)皮細胞。③干細胞的分裂與分化，如多能造血干細胞。五、成體中的細胞分化六、再生廣義來看再生是生命的普遍現(xiàn)象，從分子、細胞到組織器官都具有再生現(xiàn)象。1.

生理性再生：即細胞更新，如人的紅細胞。2.

修復(fù)性再生：如壁虎、蠑螈、螃蟹、海參。3.

無性繁殖。第二節(jié)細胞的衰老又稱老化，指細胞隨著年齡的增加，機能和結(jié)構(gòu)發(fā)生退行性變化，趨向死亡的不可逆的現(xiàn)象。衰老和死亡是生命的基本現(xiàn)象，衰老過程發(fā)生在生物界的整體水平、種群水平、個體水平、細胞水平以及分子水平等不同的層次。更新組織：如上皮細胞。其細胞可分為３類：干細胞、過渡細胞、成熟細胞。穩(wěn)定組織：如：肝、腎細胞。恒久組織：如神經(jīng)、骨骼、心肌細胞?？珊谋M組織：如人類的卵巢實質(zhì)細胞。一、人體細胞的動態(tài)分類二、細胞衰老的特征

（一）形態(tài)變化

1.

DNA：復(fù)制與轉(zhuǎn)錄受阻，端粒DNA、mtDNA缺失。DNA氧化、斷裂、缺失和交聯(lián)，甲基化程度降低。2.

RNA：含量降低。（二）分子水平的變化3.

蛋白質(zhì)：含成下降，發(fā)生修飾、交聯(lián)。4.

酶分子：活性中心被氧化，金屬離子丟失，酶分子的二級結(jié)構(gòu)，溶解度，等電點發(fā)生改變，酶失活。5.

脂類：不飽和脂肪酸被氧化。（一）差錯學(xué)派1、代謝廢物積累：如：脂褐質(zhì)2、自由基攻擊：導(dǎo)致DNA、蛋白質(zhì)變異，正常細胞內(nèi)存在清除自由基的防御系統(tǒng)：酶系統(tǒng)：SOD，CAT，GSH-PX；非酶系統(tǒng)：VE，醌類等電子受體。三、細胞衰老的分子機理1、復(fù)制性衰老L.Hayflick(1961)報道，人的成纖維細胞在體外培養(yǎng)時增殖次數(shù)是有限的（60~70代）?！癏ayflick”極限，即細胞最大分裂次數(shù)。細胞增殖次數(shù)與端粒DNA長度有關(guān)。2、程序性衰老如在小鼠肝中，胚胎早期表達的胞質(zhì)丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶為A型，隨后停止表達，衰老時則表達B型cAAT。（二）遺傳論學(xué)派3、長壽基因成人早衰癥：39歲出現(xiàn)衰老，47歲生命結(jié)束；嬰幼兒早衰癥：1歲時衰老，壽命12~18歲，患者DNA解旋酶發(fā)生突變。C.elegans平均壽命3.5天，age-1單基因突變，可提高平均壽