细胞死亡及细胞衰老

1、细胞死亡及细胞衰老细胞死亡及细胞衰老第一节第一节 细胞死亡细胞死亡一、动物细胞的程序性死亡：凋亡、坏死、自噬一、动物细胞的程序性死亡：凋亡、坏死、自噬（一）、（一）、1 细胞凋亡概念：是由一系列基因控制细胞凋亡概念：是由一系列基因控制并受复杂信号调节的细胞自然并受复杂信号调节的细胞自然 死亡的现象。死亡的现象。 细胞凋亡的特征（细胞凋亡的特征（p342 图图16-1） 凋亡的起始：细胞器、染色质等开始变化凋亡的起始：细胞器、染色质等开始变化 凋亡小体的形成：质膜包裹染色质和细胞器凋亡小体的形成：质膜包裹染色质和细胞器 凋亡小体的消化：被吞噬细胞消化凋亡小体的消化：被吞噬细胞消化2、细胞凋亡的检

2、测方法、细胞凋亡的检测方法形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察DNA电泳：电泳：DNA片段就呈现出梯状条带片段就呈现出梯状条带TUNEL测定法，即测定法，即DNA断裂的原位末端标记法断裂的原位末端标记法彗星电泳法（彗星电泳法（comet assay）流式细胞分析流式细胞分析 根据凋亡细胞根据凋亡细胞DNA断裂和丢失，采用碘化丙啶使断裂和丢失，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。胞，同时又能观察细胞的周期状态。细胞凋亡的生物化学特征细胞凋亡的生物

3、化学特征 细胞凋亡的主要特征是形成大小为细胞凋亡的主要特征是形成大小为 180200bp特征性的特征性的DNA ladders 凋亡细胞组织转谷氨酰胺酶凋亡细胞组织转谷氨酰胺酶tTG（tissue Transglutaminase）积累并达到较高水平）积累并达到较高水平细胞色素细胞色素c诱导的凋亡细胞诱导的凋亡细胞DNA电泳图电泳图1细胞色素细胞色素c诱导诱导0 h2细胞色素细胞色素c诱导诱导1 h3细胞色素细胞色素c诱导诱导2 h4细胞色素细胞色素c诱导诱导3 h5细胞色素细胞色素c诱导诱导4 h6阴性对照阴性对照7Marker （ 自赵允、翟中和）自赵允、翟中和）3、细胞凋亡的生理学及医学

4、意义、细胞凋亡的生理学及医学意义（p344-345）细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进进 行，自稳平衡的保持以及抵御外界各种行，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。因素的干扰方面都起着非常关键的作用。有利于清除多余无用的细胞，有利于清除多余无用的细胞，有利于器官的正常发育。有利于器官的正常发育。二、细胞坏死二、细胞坏死细胞凋亡和坏死的区别：细胞凋亡和坏死的区别： 鱼鱼 蝾螈蝾螈 龟龟 鸡鸡 猪猪 牛牛 兔兔 人人胎儿的手的发育胎儿的手的发育胎儿的发育胎儿的发育n细胞凋亡不足：肿瘤，自身免疫病等细胞凋亡不足：肿瘤，自身免疫病等

5、n细胞凋亡过度：再生障碍性贫血，神细胞凋亡过度：再生障碍性贫血，神经元退行性疾病（帕金森综合症）等经元退行性疾病（帕金森综合症）等n不足与过度并存：动脉粥样硬化等不足与过度并存：动脉粥样硬化等细胞凋亡与人体健康细胞凋亡与人体健康世界帕金森病日世界帕金森病日(月月)世界著名拳王阿里世界著名拳王阿里40多岁就患上多岁就患上了帕金森症，昔日雄风难在；了帕金森症，昔日雄风难在；帕金森症：帕金森症： 它的主要症状是它的主要症状是“手脚不听话手脚不听话”。 病人在写字、吃饭或做其他事情时，手会病人在写字、吃饭或做其他事情时，手会抖个不停。抖个不停。 病情严重的，患者四肢都会出现无法控制病情严重的，患者四肢

6、都会出现无法控制的颤抖，说话、吞咽都很困难，完全失去了生的颤抖，说话、吞咽都很困难，完全失去了生活能力。活能力。美国前总统里根患上了老年痴呆症。美国前总统里根患上了老年痴呆症。老年痴呆症：老年痴呆症： 这种病有些症状，如反应迟钝、动作缓慢，这种病有些症状，如反应迟钝、动作缓慢，和帕金森症相似。和帕金森症相似。 但是它的最致命之处是病人记忆力丧失，但是它的最致命之处是病人记忆力丧失，严重痴呆，甚至不认识家人，失去方向感，生严重痴呆，甚至不认识家人，失去方向感，生活完全要靠别人照顾。活完全要靠别人照顾。病因：神经细胞凋亡过多。病因：神经细胞凋亡过多。运用神经生长因子延缓神经细胞的凋亡运用神经生长因

7、子延缓神经细胞的凋亡 3、择一些有趣的用脑活动，如猜谜、下棋、阅读，、择一些有趣的用脑活动，如猜谜、下棋、阅读，和参加体育运动，都能锻炼大脑反应敏捷，预防脑功和参加体育运动，都能锻炼大脑反应敏捷，预防脑功能退化。能退化。4、 只要保持健康心态、积极地面对生活，预防老年只要保持健康心态、积极地面对生活，预防老年杀手的金钥匙就握在人们手里。杀手的金钥匙就握在人们手里。1、维生素、维生素E具有增强记忆、阻止脑细胞被破坏的功能。具有增强记忆、阻止脑细胞被破坏的功能。 2、多吃鱼对预防老年病有好处。、多吃鱼对预防老年病有好处。 关爱老人关爱老人帕金森症和老年痴呆症的预防帕金森症和老年痴呆症的预防细胞凋亡

8、细胞凋亡细胞分裂细胞分裂细胞生长分化细胞生长分化细胞衰老细胞衰老过程过程机制机制概念概念生物学意义生物学意义细胞凋亡与人体健康细胞凋亡与人体健康第二节第二节 细胞的衰老细胞的衰老n“生、老、病、死生、老、病、死”是生命的四重奏。是生命的四重奏。 n在有机体里总有细胞在不断的衰老与死亡在有机体里总有细胞在不断的衰老与死亡,同时又有新增殖的细胞来代替他们同时又有新增殖的细胞来代替他们.n在人肌体里仅红细胞在人肌体里仅红细胞,每分钟就要死亡数每分钟就要死亡数百万至数千万之多百万至数千万之多.肌体表面随时有无数肌体表面随时有无数细胞死亡与脱落细胞死亡与脱落.n细胞衰老是细胞生命活动的必然规律。细胞衰老

9、是细胞生命活动的必然规律。细胞的衰老：细胞的衰老：未分化未分化分化分化衰老衰老死亡死亡 衰老是一种正常的生命现象衰老是一种正常的生命现象 生物体内的绝大多数细胞，都有生物体内的绝大多数细胞，都有经过未分化、分化、衰老、死亡这几经过未分化、分化、衰老、死亡这几个阶段。个阶段。n 现代人类面临着三种衰老：现代人类面临着三种衰老：n 生理性衰老，是指随着年龄增长所出现的生理生理性衰老，是指随着年龄增长所出现的生理性退化，这是一切生物的普遍规律。性退化，这是一切生物的普遍规律。n 病理性衰老，即由于内在的或外在的原因使人病理性衰老，即由于内在的或外在的原因使人体发生病理性变化，使衰老现象提前发生，这体

10、发生病理性变化，使衰老现象提前发生，这种衰老又称为早衰。种衰老又称为早衰。n 心理性衰老，心理活动是生理活动更高级的物心理性衰老，心理活动是生理活动更高级的物质运动形式，人类由于各种原因，常常产生质运动形式，人类由于各种原因，常常产生“未老先衰未老先衰”的心理状态而影响机体的整体功的心理状态而影响机体的整体功能。能。1. 细胞不死性学说细胞不死性学说 细胞本身是没有衰老和死亡的，细胞本身是没有衰老和死亡的，细胞体内的细胞衰老原因不在于细胞本细胞体内的细胞衰老原因不在于细胞本身，而是由于来自多细胞有机体体外和身，而是由于来自多细胞有机体体外和体内的影响。体内的影响。 原生动物的某些细胞，鸡的心脏

11、细胞，原生动物的某些细胞，鸡的心脏细胞，HelaHela细胞。细胞。2. Hayflick2. Hayflick界限界限细胞，至少是培养的细胞并不是不死的，细胞，至少是培养的细胞并不是不死的，而是有一定的寿命的；它们的增殖能力而是有一定的寿命的；它们的增殖能力并不是无限的，而是有一定的界限。并不是无限的，而是有一定的界限。 Hayflick的一些经典实验的一些经典实验 从胎儿肺取到的成纤维细胞可在体外培养条从胎儿肺取到的成纤维细胞可在体外培养条件下传代件下传代50次。次。 而从成人肺取到的成纤维细胞只能传代而从成人肺取到的成纤维细胞只能传代20次，可见细胞的增殖能力与供体的年龄有次，可见细胞的

12、增殖能力与供体的年龄有关。关。图图14-1 体外培养的年轻和老的人成纤维细胞的显微形态体外培养的年轻和老的人成纤维细胞的显微形态左边是只分裂了几代的年轻成纤维细胞，呈现薄层、细长的形态；右左边是只分裂了几代的年轻成纤维细胞，呈现薄层、细长的形态；右边是分离了边是分离了50次的老的成纤维细胞，开始衰退，并很快死亡。次的老的成纤维细胞，开始衰退，并很快死亡。HayflickHayflick还发现：还发现： 动物体细胞在体外传代的次数和物种动物体细胞在体外传代的次数和物种的寿命有关，寿命愈长的动物，细胞可传的寿命有关，寿命愈长的动物，细胞可传代的次数愈多。代的次数愈多。 龟的寿命为龟的寿命为2002

13、00年，细胞可传代年，细胞可传代140140代；代； 小鼠的寿命为小鼠的寿命为3 3年，细胞可以传代年，细胞可以传代1212代；代； 正常人的胚胎成纤维细胞可传正常人的胚胎成纤维细胞可传40-6040-60代；代； 成年人的成纤维细胞可传成年人的成纤维细胞可传10-3010-30代；代；早衰症是人体衰老中的一种病症早衰症是人体衰老中的一种病症 早老症病人细胞培养只传代早老症病人细胞培养只传代2-4次次美国华盛顿州达令顿地区男孩塞斯美国华盛顿州达令顿地区男孩塞斯库克尽管只有库克尽管只有12岁，但他的模岁，但他的模样看上去却像一名头发掉光、满脸皱纹的八十老翁。样看上去却像一名头发掉光、满脸皱纹的八

14、十老翁。库克患有一种罕见的儿童早衰症，尽管他的心仍是一颗孩子的心，库克患有一种罕见的儿童早衰症，尽管他的心仍是一颗孩子的心，但他的血管却都已硬化，并饱受关节炎的折磨。由于没有完整发但他的血管却都已硬化，并饱受关节炎的折磨。由于没有完整发育，他只有育，他只有1米高，米高，25磅重。磅重。12岁的库克最大的梦想，就是能活到岁的库克最大的梦想，就是能活到“青少年时代青少年时代”。全世界的早衰症患者目前约有全世界的早衰症患者目前约有42人，但科学家至今没找到治愈早人，但科学家至今没找到治愈早衰症的方法。衰症的方法。n 早衰症是一种先天疾病。患者机体新陈代谢的速度是常人的八倍，早衰症是一种先天疾病。患者

15、机体新陈代谢的速度是常人的八倍，因此他们大多只能活到十几岁。因此他们大多只能活到十几岁。n 来自世界各地的早衰症患者聚集美国费城，举行了他们一年一度来自世界各地的早衰症患者聚集美国费城，举行了他们一年一度的特殊聚会。的特殊聚会。n 早衰症的患病比例是早衰症的患病比例是1000万分之一，患者全部都是孩子。人体细万分之一，患者全部都是孩子。人体细胞每分裂一次，染色体末梢就会缩短一些。胞每分裂一次，染色体末梢就会缩短一些。n 目前医学界还没有找到早衰症的患病原因。但专家们认为，这种目前医学界还没有找到早衰症的患病原因。但专家们认为，这种疾病可能是染色体末梢太短引起的。疾病可能是染色体末梢太短引起的。

16、n 早衰症病童较常出现的症状包括：脱发、较晚长牙、身早衰症病童较常出现的症状包括：脱发、较晚长牙、身材矮小及皮下脂肪减少等，但病童的心智年龄大多与同材矮小及皮下脂肪减少等，但病童的心智年龄大多与同龄儿童无异。龄儿童无异。n 专家指出，病童一般只能活到专家指出，病童一般只能活到720岁，并大多死于心岁，并大多死于心血管疾病等衰老病。血管疾病等衰老病。 用巴氏体做标记用巴氏体做标记 老人和年轻人两种细胞老人和年轻人两种细胞-分别和混合两种培养分别和混合两种培养 证明细胞内部决定衰老证明细胞内部决定衰老 胞质体和完整细胞的融合实验胞质体和完整细胞的融合实验 证明是细胞核决定衰老证明是细胞核决定衰老

17、三、细胞在体内条件下的衰老三、细胞在体内条件下的衰老 人体和动物的各种器官和组织都是由人体和动物的各种器官和组织都是由细胞组成的，整体水平的老化是机体各部细胞组成的，整体水平的老化是机体各部分组织细胞老化的总的反映。分组织细胞老化的总的反映。一名男子从一名男子从 36 岁到岁到 75 岁岁味觉丧失味觉丧失 64肾小球减少肾小球减少 44肾小球过滤率减少肾小球过滤率减少 31脊神经元减少脊神经元减少 37神经传导速度减慢神经传导速度减慢 10脑供血量减少脑供血量减少 20肺活量减少肺活量减少 44问题是细胞本身的衰老还是体内环境的恶化？人问题是细胞本身的衰老还是体内环境的恶化？人们做了许多实验们

18、做了许多实验1 小鼠的表皮移植小鼠的表皮移植表皮移植表皮移植7-8年，年，说明体内环境因素影响了细胞的寿命说明体内环境因素影响了细胞的寿命2 骨髓移植骨髓移植说明骨髓干细胞的衰老至少是缓慢的说明骨髓干细胞的衰老至少是缓慢的 四、衰老细胞结构的变化四、衰老细胞结构的变化 （一）（一）细胞核的变化细胞核的变化n 核膜内折：电镜检测可见衰老细胞核形状不规核膜内折：电镜检测可见衰老细胞核形状不规则、内陷和断裂。在体内细胞中也观察到核膜则、内陷和断裂。在体内细胞中也观察到核膜的不同程度的内折，神经细胞尤为明显，这种的不同程度的内折，神经细胞尤为明显，这种内折随年龄增长而增加，最后可能导致核膜崩内折随年龄

19、增长而增加，最后可能导致核膜崩解。解。n 染色体固缩化：在衰老细胞中，细胞核固缩，染色体固缩化：在衰老细胞中，细胞核固缩，还常常出现核内容物，核质染色加深，核的细还常常出现核内容物，核质染色加深，核的细致结构逐渐消失，核仁也发生明显的变化。致结构逐渐消失，核仁也发生明显的变化。 （二）（二）内质网的变化内质网的变化 在衰老细胞中，内质网排列变得无序，膜腔膨胀扩大甚在衰老细胞中，内质网排列变得无序，膜腔膨胀扩大甚至崩解，膜面上核糖体数量减少。至崩解，膜面上核糖体数量减少。 （三）（三）线粒体的变化线粒体的变化n 线粒体的数量随着年龄的增大而减少，体积则随着年龄线粒体的数量随着年龄的增大而减少，体

20、积则随着年龄的增长而增大。的增长而增大。n 衰老的神经元、肝脏细胞和肌细胞的线粒体数目减少，衰老的神经元、肝脏细胞和肌细胞的线粒体数目减少，但体积增大。同时，线粒体的结构也发生变化，肿胀空但体积增大。同时，线粒体的结构也发生变化，肿胀空泡化，内部嵴大大减少。泡化，内部嵴大大减少。n 线粒体崩解是细胞衰老变化的重要标志。线粒体崩解是细胞衰老变化的重要标志。 n 线粒体变化主要是自由基损伤的结果，因为线线粒体变化主要是自由基损伤的结果，因为线粒体的呼吸链是损伤性自由基的发源地。粒体的呼吸链是损伤性自由基的发源地。n 线粒体线粒体DNADNA成为自由基的主要攻击目标，使线粒成为自由基的主要攻击目标，

21、使线粒体体DNADNA呈逐渐减少或使线粒体呈逐渐减少或使线粒体DNADNA的转录产物逐的转录产物逐渐减少，直接影响与线粒体呼吸和能量转换过渐减少，直接影响与线粒体呼吸和能量转换过程有关的蛋白质的合成，造成程有关的蛋白质的合成，造成ATPATP合成和细胞能合成和细胞能量供应不足，引起细胞功能紊乱，直到细胞死量供应不足，引起细胞功能紊乱，直到细胞死亡。亡。 （四）（四） 致密体的生成致密体的生成（五）（五）膜体系的变化膜体系的变化1细胞的间隙连接明显减少，组成间隙连接的膜内颗粒聚细胞的间隙连接明显减少，组成间隙连接的膜内颗粒聚集体变小，这种变化使细胞间代谢协作减少了。集体变小，这种变化使细胞间代谢

22、协作减少了。2细胞膜上的微绒毛数目增加，补偿了衰老时细胞间联系细胞膜上的微绒毛数目增加，补偿了衰老时细胞间联系的衰退，以利于保持内环境的稳定。的衰退，以利于保持内环境的稳定。 3. 膜脂相发生改变，不饱和脂肪酸含量增加，膜流动性膜脂相发生改变，不饱和脂肪酸含量增加，膜流动性下降。下降。 年轻的功能健全的细胞膜是典型的液晶相年轻的功能健全的细胞膜是典型的液晶相 衰老的或有缺陷的膜通常处于凝胶相或固相衰老的或有缺陷的膜通常处于凝胶相或固相 从而干扰了膜蛋白的正常结构与功能。从而干扰了膜蛋白的正常结构与功能。 膜的微粘度增加，从而影响膜表面受体的移动特膜的微粘度增加，从而影响膜表面受体的移动特异性生

23、物化学信号的传导。异性生物化学信号的传导。五、细胞衰老的分子机制五、细胞衰老的分子机制最为关注的有染色体端粒复制和自由基的假说。最为关注的有染色体端粒复制和自由基的假说。（一）（一）自由基学说自由基学说 自由基理论最初是由自由基理论最初是由HarmanHarman于于19561956年提出来年提出来的，所谓自由基指那些带有奇数电子数的化学的，所谓自由基指那些带有奇数电子数的化学物质，即它们都带有未配对的自由电子物质，即它们都带有未配对的自由电子.自由基理论自由基理论(free radical theory)n 如如ABAB两个原子各提供一个电子通过共价键形成两个原子各提供一个电子通过共价键形成

24、一个分子一个分子AB, AB, 这两个电子是配对的。如果在这两个电子是配对的。如果在化学反应中发生了均裂化学反应中发生了均裂, A, A和和B B各带走一个电子各带走一个电子, ,它们就是未成对电子。它们就是未成对电子。AB AAB A + + B Bn 在正常条件下，自由基是在机体代谢过程中产在正常条件下，自由基是在机体代谢过程中产生的。生的。n 此外，空气污染，辐射，某些化学物质等都可此外，空气污染，辐射，某些化学物质等都可影响自由基的产生。影响自由基的产生。n 具有自由基的是一类高度活化的分子。当这种具有自由基的是一类高度活化的分子。当这种分子与其他物质反应时，力图得到电子，而对分子与其

25、他物质反应时，力图得到电子，而对细胞及组织产生十分有害的生物效应。细胞及组织产生十分有害的生物效应。n 自由基对生物大分子的损伤：自由基对生物大分子的损伤：n 自由基由于活性强，容易与细胞内的生物大分自由基由于活性强，容易与细胞内的生物大分子发生反应。过多的自由基会对许多细胞组分子发生反应。过多的自由基会对许多细胞组分造成损伤。造成损伤。n 能将不饱和脂肪酸氧化，使膜内酶活性破坏、能将不饱和脂肪酸氧化，使膜内酶活性破坏、膜蛋白变性、膜脆性增加、膜结构发生改变，膜蛋白变性、膜脆性增加、膜结构发生改变，因而膜的运输功能紊乱以至丧失；因而膜的运输功能紊乱以至丧失；n 能将蛋白质中的巯基氧化，造成蛋白

26、质发生交能将蛋白质中的巯基氧化，造成蛋白质发生交联、变性，使酶失活；联、变性，使酶失活；n 能使能使DNADNA链断裂、交联、碱基羟基化、碱基切除链断裂、交联、碱基羟基化、碱基切除等，从而对等，从而对DNADNA造成损伤。造成损伤。n 有人认为在衰老的原因中，有人认为在衰老的原因中，9999是由自由基造是由自由基造成的。成的。衰老的自由基学说衰老的自由基学说n 衰老的自由基学说是美国科学家衰老的自由基学说是美国科学家Harman 1955Harman 1955年年在美国的原子能委员会提出的在美国的原子能委员会提出的, ,题目是题目是“衰老衰老: :根据自由基和放射化学提出的理论根据自由基和放射

27、化学提出的理论”。核心内。核心内容：容：n (1) (1) 衰老是由自由基对细胞成分的有害进攻造衰老是由自由基对细胞成分的有害进攻造成的。成的。n (2)(2)这里所说的自由基，主要就是氧自由基，因这里所说的自由基，主要就是氧自由基，因此衰老的自由基理论，其实质就是衰老的氧自此衰老的自由基理论，其实质就是衰老的氧自由基理论。由基理论。n （3 3）维持体内适当水平的抗氧化剂和自由基清）维持体内适当水平的抗氧化剂和自由基清除剂水平可以延长寿命和推迟衰老。除剂水平可以延长寿命和推迟衰老。图14-4 老人斑：自由基攻击细胞的见证老年斑（老年斑（age spots）产生的原因是什么？）产生的原因是什么？n随着增龄，细胞合成蛋白质的能力下降，随着增龄，细胞合成蛋白质的能力下降，也包括超氧化歧化酶和过氧化氢酶合成数也包括超氧化歧化酶和过氧化氢酶合成数量的减少或合成了没有功能的超氧化歧化量的减少或合成了没有功能的超氧化歧化酶和过氧化氢酶酶和过氧化氢酶n自由基和过氧化氢积累，对细胞的蛋白质、自由基和过氧化氢积累，对细胞的蛋白质、DNA、细胞膜等进行攻击破坏，细胞在、细胞膜等进行攻击破坏，细胞在自由基的