细胞衰老和凋亡

Chap.7 细胞衰老与凋亡,Cell aging & apoptosis,一、细胞的衰老或老化（cell aging/senescence）,细胞衰老是细胞生命活动的客观规律 。Hayflick界限：细胞的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限，在经历了活跃增殖后，表现出有丝分裂能力的逐渐丧失，最终停止分裂而死亡。一旦突破hayflick界限，成为“永生”细胞，如肿瘤细胞、干细胞和培养的细胞系。,体外培养细胞的复制衰老细胞分裂次数的限制决定于细胞自身，而不是培养条件。体外培养的细胞寿命长短不是取决于培养天数，而是培养代数即群体倍增次数。不同动物细胞的体外培养代数与动物寿命基本一致，如人的比小鼠的传代次数多。同种动物细胞的体外可传代次数与供体年龄呈负相关，如胎儿来源的大于成年来源的。,衰老细胞的主要特征细胞内水分减少溶酶体数量和体积增加，色素沉积质膜粘性增加，流动性下降核膜内褶，染色质固缩，端粒缩短线粒体数量减少、体积增大、mtDNA突变增加内质网数量减少，呈弥散分布蛋白合成速率下降,细胞衰老的机制,线粒体损伤理论（mitochondrial damage theory ）mtDNA随年龄增加逐渐发生缺失突变端粒假说（telomere theory ）DNA每复制一次，染色体末端的端粒就缩短一段自由基理论（free radical theory ）细胞代谢过程中产生的自由基损伤生物大分子,线粒体损伤理论（mitochondrial damage theory ）,mtDNA随年龄增加逐渐发生缺失突变,端粒假说（telomere theory ）,DNA每复制一次，染色体末端的端粒就缩短一段生殖细胞或癌细胞中高活性的端粒酶可反转录合成端粒DNA，避免端粒序列的缩短正常细胞端粒的缩短诱导p53表达增加，作为衰老启动因子,自由基理论（free radical theory ）,细胞代谢过程中产生的活性氧基团或分子（ROS）引起的损伤积累导致细胞衰老。自由基（ O2- 、 OH- 、 H2O2 ）攻击各类生物大分子，并造成mtDNA突变。,二、细胞凋亡（apoptosis）,细胞死亡是细胞生命现象不可逆的停止。但细胞死亡并非与机体死亡同步。正常的组织中也发生细胞死亡，它是维持组织机能和形态所必需的。细胞死亡的两种方式：细胞坏死（necrosis）细胞凋亡（apoptosis）,细胞死亡的方式,细胞坏死（necrosis）细胞凋亡（apoptosis）,坏死是病理性变化，早期表现细胞膜破坏，线粒体肿胀，接着溶酶体破裂，细胞内容物流出，引起炎症。,细胞凋亡是指受外来因素诱发的由细胞基因决定的，遵循自身程序主动结束生命的过程，通常也称为细胞程序性死亡（programmed cell death, PCD）。PCD或细胞凋亡的意义：细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进行，自稳平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都起着非常关键的作用。,发育过程中存在着普遍的PCD,细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体；凋亡小体（apoptotic body）内有结构完整的细胞器；不引起炎症；线粒体无变化，溶酶体活性不增加；内切酶活化，DNA有控降解，凝胶电泳图谱呈梯状；凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病理性变化。,细胞凋亡的特征：,细胞凋亡过程中，核染色质断裂为大小不等的片段，与某 些细胞器如线粒体一起聚集，为反折的细胞质膜所包围。以出芽方式形成众多的凋亡小体（apoptotic bodies），被邻近的细胞所吞噬。由于细胞质膜保持完整，死亡细胞的内容物不会逸散到胞外环境中，因而不引发炎症反应。,细胞凋亡的形态特征凋亡小体的形成,细胞凋亡的生化特征:由于核酸内切酶活化，染色质DNA在核小体间被特异性切割，被降解呈180-200bp 或其整数倍片断，因此DNA电泳时呈现梯状条带（DNA ladders）。,细胞坏死（necrosis）,细胞凋亡（apoptosis）,细胞凋亡的检测,形态学检测：染色法、透射和扫描电镜观察DNA电泳：DNA ladders是目前最常用可靠方法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,正常细胞与凋亡细胞的扫描电镜和透射电镜比较,TUNEL assay,comet assay,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，因在细胞程序性死亡机制方面的研究获2002年诺贝尔生理与医学奖。,细胞凋亡的分子机制,控制线虫细胞凋亡的基因主要有3个：Ced-3、Ced-4和Ced-9Ced-3和 Ced-4的作用是诱发凋亡；Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用。,线虫体细胞数：1090-131=959,激活期（activation phase）：细胞应答死亡信号，包括来自细胞外的（谋杀murder）和细胞内的（自杀suicide），允许细胞自我毁灭执行期（execution phase）：无论谋杀或自杀，凋亡都有相似的机制介导，caspase家族起重要作用,细胞凋亡的2个阶段,形态学上凋亡分3个过程：凋亡的起始；凋亡小体的形成；凋亡小体的吞噬,细胞凋亡的分子机制,Caspase 依赖的细胞凋亡 死亡受体介导的外源途径 线粒体介导的内源途径非Caspase 依赖的细胞凋亡 线粒体释放的凋亡诱导因子（AIF） 和限制性内切核酸酶G介导,Caspase家族与凋亡,Caspases (Cysteine Asparatic acid specific protease)天冬氨酸特异的半胱氨酸蛋白酶活性位点是半胱氨酸残基，切割靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，导致靶蛋白激活或失活在细胞质中均以酶原procaspase形式存在，天冬氨酸残基位点被切割后形成的异二聚体为活性caspase,apoptotic initiators: caspase-2/8/9/10 apoptotic executioners: caspase-3/6/7/14,死亡受体介导的外源途径,线粒体介导的内源途径,外源途径和内源途径通过caspase级联都激活了执行caspase，裂解细胞内多种靶蛋白，导致凋亡的执行,核酸内切酶（如CAD）被caspase激活，导致DNA降解形成DNA ladders,线虫和脊椎动物凋亡控制的保守性,与细胞凋亡相关的疾病,细胞凋亡抑制1 恶性肿瘤 滤泡性淋巴瘤 p53突变的各种肿瘤 激素依赖性肿瘤 乳腺癌 前列腺癌 卵巢癌 白血病2 自身免疫性疾病 系统性红斑狼疮 免疫介导性肾小球炎症3 病毒感染性疾病 疱疹病毒病 痘病毒病 腺病毒病,细胞凋亡活跃1 艾滋病2 神经变性性疾病 老年性痴呆 帕金森病 肌萎缩性脊髓侧索硬化症 色素性视网膜炎 小脑退化症3 骨髓发育不全综合症 再生障碍性贫血4 缺血性损伤 动脉粥样硬化 心肌梗死