第十一節(jié) 細(xì)胞衰老與細(xì)胞死亡

細(xì)胞分化——基因特異性（差別性）表達(dá)細(xì)胞衰老與細(xì)胞死亡細(xì)胞生物學(xué)教研室第一節(jié)細(xì)胞衰老(cellularaging,cellsenescence)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％

生物體形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能隨年齡增加而顯現(xiàn)出的不可逆的衰退現(xiàn)象，這種衰退增加了有機(jī)體對疾病和死亡的易感性，這種現(xiàn)象稱為衰老。

個體的衰老是細(xì)胞的衰老引起的。細(xì)胞衰老◆

經(jīng)典實驗體外培養(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（與供體物種來自烏龜可傳代90－125次特性有關(guān)）◆

Hayflick界限細(xì)胞、至少是培養(yǎng)的細(xì)胞，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。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30－3415雞15－358小鼠14－283.5人胚胎40－60120出生至15歲20－4015歲以上10－30早老病患者2－1010－20

高等動物體內(nèi)存在4種不同類型的細(xì)胞。3、恒久組織細(xì)胞：高度分化的細(xì)胞，這類細(xì)胞的壽命接近于動物的整體壽命，如神經(jīng)細(xì)胞和骨骼肌、心肌細(xì)胞等。在胚胎發(fā)育終了時，這些細(xì)胞不再增加數(shù)量。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。但可由干細(xì)胞增殖、分化以補充之。2、穩(wěn)定組織細(xì)胞：分化程度較高的細(xì)胞，正常情況下無明顯衰老現(xiàn)象，細(xì)胞分裂少見，但受損時，剩余細(xì)胞可重新分裂，補充失去的細(xì)胞。如肝、腎細(xì)胞等。1、不斷更新組織細(xì)胞：是快速更新的細(xì)胞。如上皮細(xì)胞、血細(xì)胞。4、可耗盡組織細(xì)胞：如人類的卵巢實質(zhì)細(xì)胞。（一）細(xì)胞核的變化在細(xì)胞衰老變化中核膜內(nèi)陷。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。染色質(zhì)固縮化是另一個重要變化。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.（二）細(xì)胞膜的變化

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。膜脂相發(fā)生改變，膽固醇與磷脂之比增大，膜流動性下降。細(xì)胞衰老的特征（三）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化內(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。（四）線粒體的變化細(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。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)。（五）致密體的生成溶酶體消化功能減退，脂褐質(zhì)增加；老年斑（六）細(xì)胞骨架的改變微絲數(shù)量減少，結(jié)構(gòu)和成分發(fā)生改變，核骨架改變（七）細(xì)胞內(nèi)生化改變

蛋白質(zhì)合成速率降低，細(xì)胞內(nèi)酶含量和活性降低。（八）細(xì)胞外基質(zhì)改變細(xì)胞外基質(zhì)大分子交連增加。（九）細(xì)胞內(nèi)水分減少，體積減小細(xì)胞衰老的分子機(jī)制

差錯學(xué)派：強(qiáng)調(diào)衰老是由于細(xì)胞中的各種錯誤積累引起的。

代謝廢物積累學(xué)說、自由基學(xué)說、線粒體DNA突變學(xué)說遺傳學(xué)派：強(qiáng)調(diào)衰老是遺傳決定的自然演進(jìn)過程。（一）衰老的遺傳學(xué)說生物的生長、發(fā)育、衰老和死亡都是由基因程序控制的，衰老實際上是某些基因依次開啟和關(guān)閉的結(jié)果。

細(xì)胞核基因組內(nèi)存在遺傳“生物鐘”。1．衰老基因

細(xì)胞中可能存在衰老基因，衰老基因的表達(dá)產(chǎn)物，是一種可抑制DNA和蛋白正常合成、促進(jìn)衰老的抑制素。成人早衰癥和嬰幼兒早衰癥Werner綜合征(WS)又稱成人型早老癥，患者平均壽命為46歲,是一種罕見的常染色體隱性遺傳病，主要特征是衰老加速。主要臨床表現(xiàn)是過早出現(xiàn)的衰老征象本病是染色體8pll一12的WRN(也稱Rec03)基因突變所致。該基因編碼DNA解旋酶和外切核酸酶，突變導(dǎo)致該酶活性喪失，端粒丟失加快。嬰幼兒早衰癥不足8歲就表現(xiàn)出早衰癥狀2.抗衰老相關(guān)基因

細(xì)胞中存在抗衰老相關(guān)基因，抗衰老相關(guān)基因的表達(dá)產(chǎn)物，增強(qiáng)機(jī)體代謝能力及應(yīng)急能力。3.染色體端粒和衰老端粒隨著細(xì)胞分裂的不斷進(jìn)行而逐漸變短。當(dāng)端粒縮短到一個臨界長度時，啟動停止細(xì)胞分裂的信號，細(xì)胞退出細(xì)胞周期，此時細(xì)胞不再分裂并出現(xiàn)老化，細(xì)胞開始死亡，此稱為第一死亡期(M1)或危險期。因而人們把端粒的長度作為細(xì)胞的有絲分裂鐘來對待。端粒酶是一種反轉(zhuǎn)錄酶，由RNA和蛋白質(zhì)組成將人的端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶亞基（hTRT）基因引入正常的人視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞，其端粒長度明顯增加，分裂旺盛，作為細(xì)胞衰老指標(biāo)的?—半乳糖苷酶活性則明顯降低。同時，表達(dá)端粒酶的細(xì)胞壽命比正常細(xì)胞至少長20代，且其核型正常。F4端粒復(fù)制...TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG...AACCCCAACCCCAACCCCAAC5’3’3’5’dGTP...TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTT...AACCCCAACCCCAACCCCAAC5’3’3’5’dGTP...TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG...AACCCCAACCCCAACCCCAAC5’3’3’5’3’RNAtemplateTelomerase（二）錯誤累計——自由基學(xué)說衰老起因于代謝過程中不斷產(chǎn)生的自由基自由基——瞬時形成的含不配對電子、原子團(tuán)，特殊狀態(tài)的分子和離子。超氧陰離子自由基，過氧化氫損壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，增加DNA突變，造成功能蛋白質(zhì)合成誤差；促進(jìn)核酸和蛋白質(zhì)的分子內(nèi)和分子間逐步發(fā)生化學(xué)交聯(lián)，使細(xì)胞不能發(fā)揮正常的功能，最終死亡；維持體內(nèi)適當(dāng)水平的自由基清除劑可以延長壽命，延緩衰老。H2OH?＋?OH帶有不成對電子的基團(tuán)稱為自由基自由基的反應(yīng)活潑性特別強(qiáng)1.細(xì)胞自由基自由基在細(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。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)。對磷脂的氧化和對DNA造成損傷可能是主要的。細(xì)胞內(nèi)存在清除自由基的防御系統(tǒng)，包括酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng)。前者如超氧化物歧化酶（SOD），過氧化氫酶（CAT）以及谷胱甘肽過氧化物酶（GHS－PX）。后者如Ve和VC。超表達(dá)Cu/ZnSOD和過氧化氫酶的轉(zhuǎn)基因果蠅壽命比野生型長34%；而將人SODI的基因轉(zhuǎn)入成年果蠅的運動神經(jīng)元中，能使果蠅壽命延長40%。2.線粒體自由基假說

細(xì)胞中許多自由基是由線粒體制造出來的,當(dāng)自由基一旦形成，線粒體中合成ATP的組分和線粒體DNA(比核DNA更易受氧化損傷)首當(dāng)其沖。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。細(xì)胞衰老與死亡細(xì)胞衰老細(xì)胞死亡？第二節(jié)細(xì)胞死亡一、細(xì)胞壞死(necrosis)●極端的物理、化學(xué)或其他嚴(yán)重的病理性因素誘發(fā)的細(xì)胞死亡，“病理性細(xì)胞死亡”●細(xì)胞壞死時，細(xì)胞質(zhì)膜發(fā)生滲漏，細(xì)胞內(nèi)容物，包括膨大和破碎的細(xì)胞器以及染色質(zhì)片段，釋放到胞外，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)●曾經(jīng)：被動的、非自主過程（necrosis=makedie)

目前：程序性的，雙刃劍二、細(xì)胞凋亡（apoptosis）1965年澳大利亞科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，結(jié)扎鼠門靜脈后，肝實質(zhì)組織中有一些散在的死亡細(xì)胞體積收縮、染色質(zhì)凝集、從其周圍的組織中脫落并被吞噬、機(jī)體無炎癥反應(yīng),顯然不同于細(xì)胞壞死。在胚胎發(fā)育生物學(xué)、免疫系統(tǒng)的研究，肝細(xì)胞死亡研究基礎(chǔ)上,1972年Kerr等三位科學(xué)家首次提出了細(xì)胞凋亡的概念。細(xì)胞凋亡是一個主動的由基因決定的自動結(jié)束生命的過程，所以也常常被稱為細(xì)胞編程死亡（programmedcelldeath,PCD）?！袼且粋€主動的、高度有序的、基因控制的、一系列酶參與的過程?！襁x用古希臘名詞apoptosis（=droppingoff）命名，強(qiáng)調(diào)這是一自然的生理過程。細(xì)胞凋亡（apoptosis）

細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義細(xì)胞凋亡是機(jī)體生存和發(fā)育的基礎(chǔ)，它涉及生命活動中的許多領(lǐng)域。細(xì)胞凋亡對于多細(xì)胞生物個體發(fā)育的正常進(jìn)行，自身平衡的保持以及抵御外界各種因素的干擾方面都起著非常關(guān)鍵的作用。1.確保正常生長發(fā)育在胚胎發(fā)育過程中，特定區(qū)域的細(xì)胞群會發(fā)生自然凋亡，清除這些細(xì)胞有利于器官的形態(tài)發(fā)生。如果沒有程序性死亡，機(jī)體的胚胎發(fā)育則不能正常進(jìn)行。細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義脊椎動物的神經(jīng)系統(tǒng)在發(fā)育過程中通過細(xì)胞凋亡來調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的數(shù)量，使之與需要支配的靶細(xì)胞數(shù)量相適應(yīng)。凋亡在正常的細(xì)胞生存與死亡的平衡中起調(diào)節(jié)作用，如果該平衡出現(xiàn)問題則導(dǎo)致腫瘤、阿爾茲海默病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等疾病的發(fā)生。2、維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義細(xì)胞可通過凋亡的形式清除—些病毒感染的細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、衰老的細(xì)胞以及受損傷的細(xì)胞。3、發(fā)揮積極的防御功能

細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)如微絨毛消失，細(xì)胞間接觸的消失，但細(xì)胞膜依然完整；細(xì)胞內(nèi)脫水，細(xì)胞體積縮小，線粒體大體完整，但核糖體逐漸從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上脫離，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊腔膨脹，并逐漸與質(zhì)膜融合；染色質(zhì)固縮，形成新月形帽狀結(jié)構(gòu)等形態(tài)，沿著核膜分布?！舻蛲龅钠鹗迹杭?xì)胞凋亡的主要變化1.形態(tài)變化核染色質(zhì)斷裂為大小不等的片段，與某些細(xì)胞器如線粒體一起聚集，為反折的細(xì)胞質(zhì)膜所包圍。細(xì)胞表面產(chǎn)生了許多泡狀或芽狀突起，逐漸形成單個的凋亡小體。◆凋亡小體的形成—凋亡執(zhí)行期◆凋亡小體逐漸為鄰近的細(xì)胞吞噬并消化—凋亡消亡期

a正常T細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞b凋亡細(xì)胞(掃描電鏡)c凋亡細(xì)胞(透射電鏡)內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶活化，染色質(zhì)DNA在核小體連接部斷裂。被降解為（180-200bp）整數(shù)倍片段，凝膠電泳呈梯狀---DNALadder。2.生化變化鑒定細(xì)胞凋亡的方法？1、正常細(xì)胞；2、細(xì)胞凋亡的起始，染色質(zhì)固縮、分離并沿核膜分布，細(xì)胞質(zhì)亦發(fā)生固縮；3、凋亡中的細(xì)胞，細(xì)胞質(zhì)膜反折，包圍細(xì)胞碎片，如染色質(zhì)片斷和細(xì)胞器，形成芽狀突起，以后逐漸分隔，形成凋亡小體；4、凋亡小體被鄰近細(xì)胞吞噬；5、壞死的早期階段，染色體形成串狀片段，細(xì)胞器膨脹，線粒體基質(zhì)呈絮狀；6、壞死的最后階段，細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞解體內(nèi)容物散逸。細(xì)胞壞死與凋亡的比較凋亡與壞死的區(qū)別染色質(zhì)呈絮狀不規(guī)則移位細(xì)胞器腫脹染色質(zhì)凝聚在核膜下呈半月狀細(xì)胞器無明顯變化細(xì)胞腫脹自溶內(nèi)容物釋放引起炎癥反應(yīng)細(xì)胞體積固縮變小細(xì)胞膜完整凋亡小體形成凋亡小體被鄰近細(xì)胞或巨噬細(xì)胞吞噬

無炎癥反應(yīng)細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死概念基因控制的自主過程，表現(xiàn)為細(xì)胞縮小，核內(nèi)染色質(zhì)濃縮，核質(zhì)邊緣化，膜發(fā)泡，凋亡小體形成。非自主過程，質(zhì)膜喪失完整性和化學(xué)梯度，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)容物外泄引起細(xì)胞溶解死亡。刺激生理或病理情況。