细胞生物学：第13章细胞衰老与凋亡

Chapter 13.细胞衰老与凋亡13.1 细胞衰老现代人类面临着 3种衰老： 生理性衰老 病理性衰老 心理性衰老 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。1Hayflick界限1961年， Hayflick 首次报道了体外培养 殖分裂的极限 。他利用来自胚胎和成体的成纤维细胞进行体外培养，发现胚胎的成纤维细胞分裂传代 50次后开始衰退和死亡，而来自成年组织的成纤维细胞只能培养 15 30代就开始死亡。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 。2体外培养的年轻和老的人成纤维细胞的显微形态3物种的寿命与体外培养时细胞传代次数的关系4早老症儿童与正常儿童的比较5细胞衰老的特征 细胞内水分减少 色素生成和色素颗粒沉积 细胞核 内质网 细胞质膜 线粒体 蛋白质合成的变化6 细胞核的变化 体外培养的二倍体细胞，细胞核随着细胞分裂次数的增加不断增大 细胞核的核膜内折（ invagination）、 染色质固缩化7 内质网的变化 衰老 动物内质网成分弥散性地分散于核周胞质中，粗面内质网的总量似乎是减少了8 膜系统的变化 衰老的细胞，其膜流动性降低、韧性减小 衰老细胞间间隙连接及膜内颗粒的分布也发生变化9 线粒体 的变化 通常， 细胞中线粒体的数量随龄减少，而其体积则随龄增大10细胞衰老的理论 衰老的基因程序理论 衰老的损伤积累理论 细胞衰老的端粒假说 细胞衰老的线粒体损伤论 自由基理论11 氧化性损伤学说该理论认为，代谢过程中产生的活性氧基团或分子（reactive oxygen species， ROS） 引发的氧化性损伤的积累，最终导致衰老。 ROS主要有三种类型： O2-， 即超氧自由基； OH-， 即羟自由基； H2O2。 它们的高度活性引发脂类、蛋白质和核酸分子的氧化性损伤，从而导致细胞结构的损伤乃至破坏。清 除 ROS， 就可以延长寿命1213.2 细胞凋亡 (Apoptosis) 又称 程序性细胞死亡 (programmed cell death,PCD)。 是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程。Apoptosis 的概念源自于希腊语，原意是指树叶或花的自然凋落； 细胞发生程序性死亡时，就像树叶或花的自然凋落一样，凋亡的细胞散在于正常组织细胞中，无炎症反应，不遗留疤痕。 死亡的细胞碎片很快被巨噬细胞或邻近细胞清除，不影响其他细胞的正常功能。13细胞坏死与程序性细胞死亡14细胞坏死与程序性细胞死亡比较15程序性死亡细胞的形态结构变化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。16细胞凋亡的生化特征 细胞凋亡的主要特征是形成大小为 180200bp特征性的 DNA ladders 凋亡细胞 tTG（ 组织转谷氨酰胺酶 tissue Transglutaminase） 积累并达到较高水平17程序性死亡细胞的DNA降解18细胞凋亡的检测 形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察 DNA电泳： DNA片段就呈现出梯状条带 TUNEL测定法，即 DNA断裂的原位末端标记法 彗星电泳法（ comet assay） 流式细胞分析根据凋亡细胞 DNA断裂和丢失，采用碘化丙啶使 DNA产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细胞，同时又能观察细胞的周期状态。1913.3 程序性细胞死亡的机理程序性细胞死亡相关基因 程序性细胞死亡遗传学相关基因 程序性死亡的遗传控制 程序性死亡抑制基因 程序性细胞死亡的过程 死亡激活期 死亡执行期20雌雄同体的秀丽新小杆线虫21 秀丽新小杆线虫中参与程序性细胞死亡控制的基因 决定死亡的两个基因，即 ces-1(ces表示 CE细胞存活的调控基因 )和 ces-2基因 执行死亡的 4个基因 ： ced-3、 ced-4、 ced-9和 egl-1基因。7 个与死亡细胞被吞噬细胞所吞噬的基因， 即ced-1、 ced-2、 ced-5、 ced-6、 ced-7、 ced-10和 ced-11。 死亡细胞在吞噬体中被降解的基因22 ced-3、 ced-4、 ced-9和 egl1-4个基因构成了线虫执行死亡的 “ 死亡机器”( death machinery); ced-3 和 ced-4是细胞杀手 ; ced-9可抵消 ced-3和 ced-4 的作用，防止细胞被杀死，因此是存活因子 ; 进一步的研究发现真正的细胞杀手是ced-3而不是 ced-4。23程序性细胞死亡途径及相关基因24Caspase家族与凋亡 Caspase活化 胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶 自杀性蛋白水解酶是天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶 (cysteine-containing aspartate specific protease),简称caspase; caspase-3、 6、 7和 8 在 FAS/TNF介导的程序性细胞死亡途径中起作用； caspase-9和 3 一起参与线粒体中 Apaf-I、 细胞色素 c介导的程序性细胞死亡 ; 在人类，已经鉴定了 10种不同的 caspase。 25执行者 caspase在程序性细胞死亡中的作用26 能够被 caspase切割的靶蛋白 蛋白激酶 核纤层蛋白 细胞结构蛋白 与 DNA修复相关的酶类 caspase激活的 DNase抑制蛋白。27Caspase活化Caspase自身以非活化的 Procaspase存在，其激活依赖于其他的 Caspase在它的天冬氨酸位点裂解活化或自身活化28胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径 凋亡信号通路当细胞接受凋亡信号分子 (Fas,TNF等 )后，凋亡细胞表面信号分子受体相互聚集并与细胞内的衔接蛋白 (Adaptor protein)结合，这些衔接蛋白又募集 Procaspases聚集在受体部位， Procaspase相互活化并产生级联反应，使细胞凋亡 下游 Caspases活化后，作用底物：裂解核纤