15细胞衰老与死亡200912

null 细胞的衰老与死亡 细胞的衰老与死亡null第一节 细胞的衰老第一节 细胞的衰老null现代人类面临着3种衰老： ◆生理性衰老(年龄） ◆病理性衰老（早衰） ◆心理性衰老（未老先衰） ●衰老(senescing，aging)是机体在退化时期生理功能下降和紊乱的综合表现,是不可逆的生命过程。人的衰老与细胞的衰老相关联。null细胞衰老(cellular aging)： 机体细胞在形态、结构和 生理 功能逐渐衰退的总现象。 一、细胞的寿命一、细胞的寿命 细胞，至少是培养的细胞， 不是不死的，而是有一定的寿 命； 它们的增殖能力不是无限 的，而是有一定的界限，这就 是Hayflick界限。 细胞，至少是培养的细胞， 不是不死的，而是有一定的寿 命； 它们的增殖能力不是无限 的，而是有一定的界限，这就 是Hayflick界限。null体外培养的年轻和老人成纤维细胞的显微形态1.细胞体外传代数与物种的寿命相关1.细胞体外传代数与物种的寿命相关 （二）细胞的寿命 与细胞来源个体的年龄成反比 与细胞来源个体的年龄成反比细胞可传代数年龄 胚胎 40-60 新生儿20-4015岁以上 10-30早老症患者2-102、不同类型培养细胞传代数null早老症儿童与正常儿童的比较婴幼儿早衰症：1岁时衰老，寿命12~18岁，患者DNA解旋酶发生突变Hutchinson-Gilford syndrome nullWerner's syndrome 成人早衰症：39岁出现衰老，47岁生命结束Werner's syndromeWerner's syndrome小鼠各类细胞的研究小鼠各类细胞的研究 3、同一机体不同类型细胞的寿命二、细胞衰老的表现二、细胞衰老的表现结构和功能变 化细胞膜 内质网高尔基复合体囊泡肿胀，扁平囊泡断裂崩解，分泌及运输功能衰退溶酶体膜损伤，残余小体增加，消化功能下降细胞骨架微管、微丝、核骨架改变细胞核核膜内折至崩解，染色质固缩，端粒损失蛋白质合成速率下降，某些与衰老相关的蛋白增加排列无序，膜膨胀、崩解,核糖体减少，合成能力下降 线粒体 体积大 数量少 包含物 糖原少 脂肪多 尼氏体 消失 线粒体 体积大 数量少 包含物 糖原少 脂肪多 尼氏体 消失二、细胞衰老的表现null1. DNA：复制与转录受阻，端粒DNA、mtDNA缺失。DNA氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降低。 2.  RNA：含量降低。分子水平的变化二、细胞衰老的表现null3. 蛋白质：含成下降，发生修饰、交联 4. 酶分子：活性中心被氧化，金属离子丢失，酶分子的二级结构，溶解度，等电点发生改变，酶失活。 5. 脂类：不饱和脂肪酸被氧化。1.代谢废物积累 2.损伤修复学说 3.衰老基因学说 4.端粒与端粒酶学说 5.自由基的学说1.代谢废物积累 2.损伤修复学说 3.衰老基因学说 4.端粒与端粒酶学说 5.自由基的学说三、细胞衰老的学说代谢废物积累代谢废物积累老年斑null 脂褐质(lipofuscin): 细胞衰老时出现的一种棕黄色的小体，主要成分是不溶性的蛋白颗粒，在电镜下可见是由单位膜包裹的。在衰老的神经细胞和肌肉细胞中较多。代谢废物nullDNA损伤修复学说 DNA损伤修复DNA损伤修复不正常基因受损 表达异常衰老细胞杂交实验细胞杂交实验异质双核细胞衰老细胞年轻细胞年轻细胞核的DNA合成受到抑制衰老基因学说null阻遏基因阻遏物阻遏衰老基因 （抑制基因）抑制剂 （蛋白质）一定拷贝数null阻遏基因阻遏物阻遏衰老基因 （抑制基因）抑制剂 （蛋白质）DNA、蛋白质合成受阻、细胞衰老死亡拷贝数不足null长寿基因 C. elegans平均寿命3.5天，age-1单基因突变，可提高平均寿命65%，提高最大寿命110%。端粒端粒 每条染色体具有两个末端，端粒就是指染色体末端部分，这部分DNA由上千个重复序列组成。端粒与端粒酶学说端粒酶端粒酶 端粒酶是一种由蛋白质和RNA组成的核糖核蛋白酶。具有延长端粒末端重复序列的功能，如果端粒酶活性丧失，端粒将逐渐缩短，从而导致细胞衰老。null端粒酶与端粒的关系null端粒酶在衰老和永生中的作用模型自由基学说自由基学说 自由基是指在外层轨道上具有不成对价电子的原子或原子团，如“H”、“CH3”……等。自由基氧化能力很强，极易自行结合成为稳定的分子，或与其他物质发生反应产生新的自由基，因此自由基反应一般是连锁反应。自由基的学说自由基的学说null第二节 细胞的死亡null一、细胞死亡形式与特征 细胞死亡及机体死亡细胞死亡及机体死亡细胞死亡 机体死亡 心跳 瞳孔 体温 脑死亡 细胞坏死Necrosis细胞坏死Necrosis　　　是由于某些外部因素，如：局部缺血、高热以及物理、化学损伤和生物的侵袭等，造成细胞急速死亡而结束其生命。 　又称为意外死亡或病理性死亡。细胞凋亡Apoptosis　　　在一定的生理条件下，细胞在基因调控下，遵循自身的程序，自己结束其生命的过程。最后细胞脱落、离体或裂解为若干凋亡小体，被临近细胞或吞噬细胞吞噬。1.细胞死亡的形式null细胞凋亡、坏死的形态变化nullContrast ofApoptosis and necrosisApoptosisNecrosisDeath by apoptosis is a neat, orderly processnull凋亡小体的形成 凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬并消化 细胞表面的特化结构如微绒毛消失，细胞间接触的消失，但细胞膜依然完整；线粒体大体完整，但核糖体逐渐从内质网上脱离，内质网囊腔膨胀，并逐渐与质膜融合；染色质固缩，形成新月形帽状结构等形态，沿着核膜分布。2.细胞凋亡的形态学特征 荧光染色显示，细胞核皱缩，染色质凝聚碎裂，形成凋亡小体；对照细胞核呈现均匀，明亮的荧光。荧光染色显示，细胞核皱缩，染色质凝聚碎裂，形成凋亡小体；对照细胞核呈现均匀，明亮的荧光。形态学观测人BGC823(胃癌细胞) 在某一生物碱诱导凋亡后AO/EB染色结果细胞凋亡的形态结构细胞凋亡的形态结构正常细胞凋亡细胞nullA、Normal cell B、Apoptosis: Apoptotic bodies 正常(a)和调亡(b)的T细胞杂交瘤细胞的扫瞄电镜照片 null凋亡小体 (apoptotic bodies): 细胞凋亡时，细胞膜内陷将细胞自行分割成多个外有膜包裹、 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 物不外泄的小体。nullApoptosis3.细胞凋亡的生化特征3.细胞凋亡的生化特征 细胞核内的DNA被核酸内切酶特异地在核小体连接段间降解，产生若干由180-200bp及其不同倍数组成的寡核苷酸片断。这些DNA片断在琼脂糖凝胶电泳时呈现梯状DNA区带图谱（DNA ladder）,这是最典型的凋亡指标 。 nullnull细胞色素c诱导的凋亡细胞DNA电泳图 1．细胞色素c诱导0 h 2．细胞色素c诱导1 h 3．细胞色素c诱导2 h 4．细胞色素c诱导3 h 5．细胞色素c诱导4 h 6．阴性对照 7．Marker DNA电泳null■钙超载（Calcium overload）Ca2+载体A23187 B淋巴细胞内[Ca2+] ↑ 诱导B细胞凋亡 （Ca2+在细胞凋亡中充当凋亡信号传递的角色）其他生化特征细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡与细胞坏死的区别特征细胞凋亡细胞坏死诱导因素生理因素及弱刺激强烈刺激细胞凋亡与细胞坏死的区别特征细胞内容物无释放细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡细胞坏死释放细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡与细胞坏死的区别特征细胞凋亡细胞坏死细胞数量单个细胞丢失成群细胞死亡细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡与细胞坏死的区别特征细胞凋亡细胞坏死完整不完整膜完整性细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡与细胞坏死的区别特征细胞凋亡细胞坏死无明显变化肿胀破坏细胞器细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡与细胞坏死的区别特征细胞凋亡细胞坏死染色质凝聚成半月状稀疏呈网状细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡与细胞坏死的区别特征细胞凋亡细胞坏死细胞形状形成凋亡小体破裂成碎片细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡与细胞坏死的区别特征细胞凋亡细胞坏死核DNA有控降解随机降解细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡与细胞坏死的区别特征细胞凋亡细胞坏死基因调控 有 无 细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞凋亡与细胞坏死的区别特征细胞凋亡细胞坏死后果 不引起炎症反应 引起强烈的 炎症反应null2002年10月7日英国人悉尼·布雷诺尔、美国人罗伯特·霍维茨和英国人约翰·苏尔斯顿，获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。 H. Robert HorvitzJohn E. Sulston Sydney Brenner二、细胞凋亡的生物学意义二、细胞凋亡的生物学意义１.清除衰老，病理细胞 ２.胚胎发育３.免疫系统 4. 皮肤 null蝌蚪向蛙发育的变态反应中程序性细胞死亡的作用null程序性细胞死亡在小鼠脚趾形成中的作用二、细胞凋亡的生物学意义二、细胞凋亡的生物学意义免疫系统 T,B细胞分化发育 皮肤 表皮，指甲null雌雄同体的秀丽新小杆线虫生命周期短，细胞数量少。其神经系统由302个细胞组成。来源于407个前体细胞1.线虫的ced基因 1.线虫的ced基因 决定细胞是否进入死亡程序的基因： Ces1、ces2、egl1 与死亡有关的决定基因： ced9 、 ced3、ced4、(促) 抑制线虫的ced基因 线虫的ced基因 核酸酶基因： nuc-1 与死亡吞噬有关的基因： ced1、2、5、6、7、8、10 线虫细胞凋亡相关基因作用示意图正常细胞启动死亡程序ces-2线虫细胞凋亡相关基因作用示意图线虫细胞凋亡相关基因作用示意图走向死亡 的细胞ces-1 egl-1ced-9 ced-3 ced-4执行死亡程序线虫细胞凋亡相关基因作用示意图线虫细胞凋亡相关基因作用示意图死细胞ced-1 ced-2 ced-5 ced-6 ced-7 ced-8 ced-10nec-1被吞噬处理线虫细胞凋亡相关基因作用示意图线虫细胞凋亡相关基因作用示意图降解细胞线虫细胞凋亡相关基因作用示意图线虫细胞凋亡相关基因作用示意图线虫细胞凋亡相关基因作用示意图正常细胞 走向死亡细胞 死细胞 降解细胞启动死亡程序 执行死亡程序 被吞噬处理ces-2ces-1 egl-1ced-9ced-3 ced-4ced-1 ced2 ced-5 ced-6 ced-7 ced-8 ced-10nuc-1 哺乳类细胞凋亡的基因调控 哺乳类细胞凋亡的基因调控Caspases(半胱氨酸天冬氨酸酶cysteine-containing aspartatespecific protease) Bcl-2家族 B-cell lymphoma2与线虫ced-3同源nullnullCED-3家族又分为两类， caspase-8、9能通过自剪接而激活，激活其它caspase； caspase-3、6、7可降解胞内蛋白，引起凋亡，但不能自剪接激活分为ICE和CED-3亚族，前者参与炎症反应，后者参与细胞凋亡null(1)Caspases的作用机制(1)Caspases的作用机制Caspases 特异地剪切天冬氨酸残 基后的肽键（Asp-x)选择性地消化蛋白质，使其结构变 化或丧失功能切断与周围细胞的联络，DNA和核的结构及功能受损凋亡小体形成nullcaspase-9共同通路 (Effector caspase)Caspase-3Pro-caspase-3（2）Bcl-2 (B-cell lymphoma2)家族（2）Bcl-2 (B-cell lymphoma2)家族 Bcl-2是一种原癌基因，是ced-9在哺乳类中的同源物，能抑制细胞凋亡。Bcl-2蛋白的羧基末端有一穿膜的结构域，可与线粒体及内质网膜相结合。 存在于线粒体外膜、核膜及部分内质网中。null抑制细胞凋亡的基因： Bcl-2、Bcl-Xl、Bag1、Bcl-1 促进细胞凋亡的基因： Bax、Bcl-Xs、Bak、Bad以二聚体形体发挥作用。 nullBcl-2家族蛋白的二聚体对凋亡的调控BaxBaxBaxBcl-XLBcl-XLBadBaxBaxBcl-2Bcl-2Bcl-XSBax细胞凋亡细胞存活nullBcl-2/Bax比例大于50%，细胞存活 Bax同源二聚体占优势，细胞凋亡nullnull（1）死亡受体通路（Extrinsic or cytoplasmic pathway） ■死亡受体 TNFR、FasR、DR3、DR4、DR5等 是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的跨胞膜蛋白。null （2）线粒体途径 mitochondrial pathway nullTNF-α、抗CD3抗体、TCDD等 胞浆[Ca2+] ↑■激活Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶，降解DNA链； ■激活谷氨酰胺转移酶，促使细胞骨架分子之间发生广泛交联，有利 于凋亡小体形成； ■激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录； ■在ATP参与下，暴露出核小体之间的连接区，有利于DNA内切酶切 割DNA。钙超载引起凋亡机制细胞凋亡非Caspase依赖的凋亡信号传导通路四、细胞的凋亡与肿瘤的关系四、细胞的凋亡与肿瘤的关系1、细胞凋亡在肿瘤发生中的作用 肿瘤发生前细胞对凋亡 作用特别敏感 肿瘤细胞凋亡抑制基因、 凋亡活化基因都发生异常nullp53基因（抑癌基因）null人类肿瘤p53基因突变热点和频率nullbcl-2基因过表达 85%滤泡状和20%弥漫性B细胞淋巴瘤 染色体t（14;18）易位 bcl-2基因受到Ig基因增强子控制 肿瘤发生 细胞凋亡速率↓ bcl-2基因高表达 （乳腺癌、肝癌、膀胱癌、肺癌、胶质瘤等也存在Bcl-2高水平表达）null（二）Fas诱导的细胞凋亡Fas与配体（如TNF）结合发生三聚化，使胞内的DD区与接头蛋白FADD的DD区结合。 FADD激活Caspase-8。系统性红斑狼疮系统性红斑狼疮null2、细胞凋亡在肿瘤治疗中的意义选择性诱导肿瘤细胞凋亡药物诱导：基因治疗：导入凋亡活化基因 灭活凋亡抑制基因nullInvention of PAC-1nullSummary细胞衰老细胞的寿命 Hayflick界限细胞衰老的学说基因学说端粒与端粒酶学说自由基学说细胞凋亡细胞坏死生化特征形态学特征生物学意义