细胞衰老和凋亡培训专家讲座

第十章细胞衰老与凋亡

cellsenescenceandapoptosis细胞衰老和凋亡培训第1页organismproliferationdifferentiationapoptosisSignaltransductionchromosome（DNA与蛋白质相互作用）aging细胞衰老和凋亡培训第2页第一节细胞衰老cellsenescence概念：指生物发育成熟后，正常环境下发生细胞生理功效和增殖能力减弱，以及细胞形态结构发生改变并趋向于死亡现象，又称老化。后果：机体衰老、老年病细胞衰老和凋亡培训第3页一、Hayflick界限(HayflickLimitation）●1961年，Hayflick利用来自胚胎和成体成纤维细胞进行体外培养，发觉：胚胎成纤维细胞分裂传代50次后开始衰退和死亡，相反，来自成年组织成纤维细胞只能培养15～30代就开始死亡。Hayflick等还发觉，动物体细胞在体外可传代次数，与物种寿命相关；细胞分裂能力与个体年纪相关，因为上述规律是Hayflick研究和发觉，故称为Hayflick界限。细胞衰老和凋亡培训第4页二倍体细胞凋亡是由细胞本身决定◆决定细胞凋亡原因在细胞内部，而不是外部环境◆是细胞核而不是细胞质决定了细胞凋亡细胞衰老和凋亡培训第5页细胞起源人胚肺成纤维细胞中年人成纤维细胞老年人成纤维细胞可增殖代数40-60202-4不一样年纪起源人成纤维细胞增殖代数细胞衰老和凋亡培训第6页细胞最高分裂次数龟90—125人40—60鸡15—35小鼠14—28细胞衰老和凋亡培训第7页二、细胞衰老特点（一）体内细胞衰老特点1.细胞周期变长，分裂能力降低原因：G1期时间延长最显著2.分裂次数有限细胞衰老和凋亡培训第8页（二）体外培养细胞衰老特点1.接触抑制2.传代次数有限，增殖能力有限1）培养危机期2）Hayflick界限3.特例：永生化细胞无限传代，无接触抑制性多源于恶性肿瘤细胞细胞衰老和凋亡培训第9页三、细胞衰老机制（一）基因转录或翻译差错代谢废物积累（二）活性氧基团（三）染色体端粒缩短（四）衰老基因与抗衰老基因细胞衰老和凋亡培训第10页成人早衰症

细胞衰老和凋亡培训第11页婴幼儿早衰症

细胞衰老和凋亡培训第12页细胞衰老和凋亡培训第13页三、细胞衰老形态生化改变（一）形态结构改变（二）生化改变细胞衰老和凋亡培训第14页（一）形态结构改变细胞：体积减小，细胞皱缩细胞膜：流动性降低，细胞连接降低细胞核：核膜内陷，核内包含物形成染色质凝集、固缩细胞质：色素沉积,糖原降低,脂肪积聚,空泡形成线粒体数目降低、体积增大内质网数目降低高尔基体破碎溶酶体体积增大细胞衰老和凋亡培训第15页（一）细胞衰老形态改变细胞衰老和凋亡培训第16页（二）生化改变DNA：复制、转录、修复能力降低，端粒DNA丢失，染色体缺失mRNA：合成能力降低，与核糖体结合能力降低蛋白质：合成速度降低，稳定性降低，功效降低酶：含量降低，活性降低脂类：脂质过氧化反应，引发膜脂之间或与脂蛋白之间交联，膜流动性降低细胞衰老和凋亡培训第17页四、细胞衰老引发器官老化及老年性疾病腺体萎缩，激素降低，内分泌功效不足免疫细胞降低、功效减弱，易患感染性疾病、肿瘤老年性疾病：高血压、糖尿病、老年性痴呆、帕金森病、骨质疏松、动脉粥样硬化等－－社会老龄化，老年病防治工作主要性日益突出细胞衰老和凋亡培训第18页第二节细胞死亡细胞死亡（celldeath）：细胞衰老结果，是细胞生命现象不可逆停顿及细胞生命结束。判别细胞存活与死亡：中性红、台盼蓝等活体染色。中性红：活细胞被染色，死细胞不被染色台盼蓝：死细胞被染色，活细胞不被染色细胞衰老和凋亡培训第19页一、细胞凋亡概念及其生物学意义

概念：细胞凋亡是一个主动由基因决定自动结束生命过程，所以也经常被称为细胞编程死亡（programmedcelldeath,PCD）。凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬。

细胞衰老和凋亡培训第20页蝌蚪尾退化

细胞衰老和凋亡培训第21页脊椎动物神经系统发育

细胞衰老和凋亡培训第22页小鼠趾间经特异性染色所观察到凋亡形态A:

细胞衰老和凋亡培训第23页细胞凋亡生物学意义：细胞凋亡对于多细胞生物个体发育过程及成体组织正常进行，自稳平衡保持以及抵抗外界各种原因干扰方面都起着非常关键作用。比如：蝌蚪尾消失，骨髓和肠细胞凋亡，脊椎动物神经系统发育，发育过程中手和足成形过程。。细胞衰老和凋亡培训第24页二、细胞凋亡形态学和生化特征Q：细胞凋亡会有哪些改变/特征？（一）形态学改变（二）生化改变细胞衰老和凋亡培训第25页被动死亡--细胞坏死（cellnecrosis）

细胞受到环境原因影响，造成细胞死亡病理过程。主动死亡--程序性细胞死亡(PCD)，细胞凋亡(apoptosis)

为维持机体内环境稳定，细胞发生主动、有基因控制自我消亡过程。需要消耗能量细胞衰老和凋亡培训第26页细胞衰老和凋亡培训第27页细胞衰老和凋亡培训第28页图A：细胞坏死；图B,C：细胞凋亡细胞衰老和凋亡培训第29页（一）形态学改变细胞衰老和凋亡培训第30页（一）形态学改变1.细胞：细胞皱缩2.细胞膜：完整，微绒毛降低，细胞连接降低3.细胞核：染色质凝集，裂解4.细胞质：胞质浓缩，细胞器改变5.凋亡小体(apoptoticbodies)

：凋亡细胞表面形成一些突起，由完整细胞膜包裹，内含细胞器、染色质片段结构。－－凋亡主要形态结构之一细胞衰老和凋亡培训第31页凋亡、坏死比较细胞凋亡细胞坏死能量ATP不依赖ATP细胞形态皱缩肿胀细胞膜完整破裂细胞器形态完整肿胀破裂细胞核染色质凝集断裂固缩，核膜破裂凋亡小体有无DNA规律断裂，梯状条带随机降解分子机制多基因参加，有序调控无基因调控蛋白质合成有无代谢反应蛋白酶逐次参加无秩序反应周围组织炎性反应无有对机体影响生长发育代谢需要有损伤破坏作用细胞衰老和凋亡培训第32页(二)细胞凋亡生化特征细胞色素c诱导凋亡细胞DNA电泳图1．细胞色素c诱导0h2．细胞色素c诱导1h3．细胞色素c诱导2h4．细胞色素c诱导3h5．细胞色素c诱导4h6．阴性对照7．Marker

细胞衰老和凋亡培训第33页

*细胞衰老和凋亡培训第34页（二）生化改变1.DNA片段化形成梯状条带核酸内切酶特异性切断核小体连接区DNA链2.RNA和蛋白质合成增加，消耗ATP－－多基因调整、蛋白质表示3.钙离子浓度升高4.各种蛋白酶参加5.线粒体改变*细胞衰老和凋亡培训第35页(三)诱导、抑制细胞凋亡原因诱导凋亡原因：物理因子：射线（紫外线、γ射线等），较温和温度刺激（如热激、冷激）化学及生物因子：DNA和蛋白质合成抑制剂、肿瘤坏死因子TNF、活性氧基团和分子、细胞生长因子、激素

细胞衰老和凋亡培训第36页细胞衰老和凋亡培训第37页左，正常胸腺细胞；右，凋亡胸腺细胞

细胞衰老和凋亡培训第38页A.NormalcellB.ApoptosisC.Apoptoticbodies细胞衰老和凋亡培训第39页三、细胞凋亡分子机制细胞凋亡相关基因（一）ced

家族（二）切冬酶基因家族（三）bcl-2基因家族（四）IAP(细胞凋亡抑制蛋白)家族--抑制凋亡（五）蛋白激酶C家族（六）原癌基因：ras，c-myc等（七）抑癌基因--多促进凋亡（八）fas，fasL--触发细胞凋亡*细胞衰老和凋亡培训第40页三、细胞凋亡分子机制线虫凋亡研究发觉ced3、ced4基因促进细胞凋亡，ced9基因阻止ced3、ced4激活，抑制细胞凋亡。Ced3哺乳类同源物是ICE，即Caspase1。细胞衰老和凋亡培训第41页Caspase家族与凋亡Caspase属于半胱氨酸蛋白酶，相当于线虫中ced-3。特点：Caspase蛋白酶活性位点是半胱氨酸；裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后肽键；所以称为cysteineaspartate-specificprotease，即caspase。细胞衰老和凋亡培训第42页ICE家族组员（切冬酶基因家族）*细胞衰老和凋亡培训第43页Caspase家族与凋亡Caspase活化Caspase本身一非活化Procaspase存在，其激活依赖于其它Caspase在他天冬氨酸位点裂解活化或本身活化。细胞衰老和凋亡培训第44页胞外信号分子诱导细胞凋亡路径当细胞接收凋亡信号分子（TNF）后，凋亡细胞表面信号分子受体相互聚集并与细胞内衔接蛋白结合。这些衔接蛋白又募集procaspase聚集在受体部procaspase相互活化并产生级联反应，使细胞凋亡。下游caspase活化后，作用于底物，裂解核纤层蛋白，造成细胞核形成凋亡小体；裂解DNase结合蛋白，使DNase释放，降解DNA形成DNAladder；裂解参加细胞连接或附着骨架和其它蛋白，使凋亡细胞皱缩、脱落，便于吞噬细胞识别并吞噬。细胞衰老和凋亡培训第45页Bcl-2家族、线粒体与细胞凋亡◆Bcl-2是一个原癌基因，是ced-9在哺乳类中同源物，能抑制细胞凋亡；与线粒体及内质网膜相结合；Bcl-2蛋白羧基末端有一穿膜结构域；Bcl-2家族组员基因中，经常含有三个保守Bcl-2同源区，即BH1，BH2和BH3，这三个区域是调整凋亡所必需结构。 ◆Bcl-2、线粒体与细胞凋亡

细胞衰老和凋亡培训第46页Bcl-2、线粒体与细胞凋亡◆当Caspase8活化后，它首先作用于Procaspase3，另首先使bcl-2裂解成2个片段，其中含BH3结构域C-端片段被运输到线粒体，与Bcl-2/BaxBH3结构域形成复合物，造成细胞色素C释放。CytC与胞质中Ced4同源物Apaf-1(凋亡蛋白酶活化因子apoptosisproteaseactivatingfactor)结合并活化Apaf-1，活化Apaf-1再活化Procaspase9，最终引发细胞凋亡细胞衰老和凋亡培训第47页bcl-2基因家族bcl-2基因（长寿基因）：抑制凋亡bax，bad，bak：促进凋亡细胞衰老和凋亡培训第48页bcl-2基因家族*细胞衰老和凋亡培训第49页细胞色素释放引发凋亡

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