程序性细胞死亡与细胞衰老

13程序性细胞死亡与细胞衰老当前1页，总共47页。第一节程序性细胞死亡死亡是生命的普遍现象，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。当前2页，总共47页。一、细胞的死亡方式（一）细胞坏死是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反应。早期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀。继而溶酶体破裂,细胞内容物流出,引起炎症。（二）细胞凋亡（三）自噬当前3页，总共47页。坏死细胞的形态变化当前4页，总共47页。（二）细胞凋亡cellapoptosisKerr（1972）最先提出，与细胞坏死的区别是：①细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体；②凋亡小体内有结构完整的细胞器；③不引起炎症；④线粒体无变化，溶酶体活性不增加；⑤内切酶活化，DNA有控降解，凝胶电泳图谱呈梯状；⑥凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病理性变化。当前5页，总共47页。roche-applied-science/当前6页，总共47页。胸腺细胞正常凋亡当前7页，总共47页。胸腺细胞正常凋亡当前8页，总共47页。程序性细胞死亡（programmedcelldeath，PCD）是一种基因指导的细胞自我消亡方式。PCD和细胞凋亡的区别在以下方面：PCD是功能性概念，凋亡是形态学概念。PCD的最终结果是细胞凋亡，但细胞凋亡并非都是程序化的。PCD存在于胚胎发育过程中。程序性细胞死亡当前9页，总共47页。小结坏死与凋亡的区别

凋亡坏死

胞体变小变大胞膜皱缩肿胀胞核浓缩,溶解,

染色质固缩形成染色质裂解块状小体,为颗粒状,

位于膜下散在分布胞质浓缩肿胀结果形成凋亡小体细胞崩解无炎症反应引起炎症反应只影响散在单个细胞涉及周边大量细胞组织结构不被破坏组织结构被破坏

形态上当前10页，总共47页。

凋亡坏死生DNA由内切酶切为不规则断裂

180bp或其倍数的片段片段大小不一化电泳结果“梯状”条带（DNAladders）“弥散”条带酶核酸内切酶等的激活无酶的激活上大分子RNA和蛋白质的合成无合成当前11页，总共47页。C.elegans是研究PCD的理想材料（生命周期短，细胞数量少）。当前12页，总共47页。C.elegans雄虫有1031个体细胞、约1000个生殖细胞。神经系统由302个细胞组成，来自于407个前体细胞，105个细胞发生了PCD。控制线虫PCD的基因有：ced-3、ced-4和ced-9。ced-3和ced-4诱发凋亡；ced-9抑制ced-3、ced-4的作用。当前13页，总共47页。2002年10月7日英国人Sydney、美国人Horvitz和英国人Sulston，因在PCD方面的研究获诺贝尔生理与医学奖。H.RobertHorvitzJohnE.SulstonSydneyBrenner当前14页，总共47页。2、细胞凋亡的生理和病理学意义生理学意义：生长发育：组织与器官的塑造（趾的分化）；动物变态；皮肤角质形成；免疫细胞分化：克隆选择；防御：清除衰老细胞、DNA损伤的细胞、以及被病原体感染的细胞。当前15页，总共47页。Sculptingthedigitsinthedevelopingmousepawbyapoptosis（Wood2000）当前16页，总共47页。当前17页，总共47页。当前18页，总共47页。当前19页，总共47页。病理学意义

病原体侵染；诱导凋亡——HIV抑制凋亡——Poxvirus

细胞凋亡不足肿瘤，自身免疫疾病；细胞凋亡过度神经退行性疾病（AD，帕金森症）、心肌梗塞、再生障碍性贫血、骨组织坏死。当前20页，总共47页。3、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DNA电泳：DNA片段就呈现出梯状条带（DNAladders）TUNEL测定法，即DNA断裂的原位末端标记法彗星电泳法（cometassay）流式细胞分析磷脂酰丝氨酸外翻当前21页，总共47页。4、细胞凋亡的分子机制当前22页，总共47页。诱导细胞凋亡的因子◆物理性因子，包括射线（紫外线，射线等），较温和的温度刺激（如热激，冷激）等◆化学及生物因子：包括活性氧基团和分子，DNA和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿瘤坏死因子（TNF），抗Fas/Apo-1/CD95抗体等当前23页，总共47页。细胞凋亡的分子调控机理

●线虫(C.elegans)凋亡研究发现ced3,ced4基因促进细胞凋亡，ced9基因阻止ced3/ced4的激活，抑制细胞凋亡。Ced3哺乳类同源物是ICE(Interleukin-1-convertingenzyme)，即Caspase1 ●Caspase家族与凋亡 ●Bcl-2家族、线粒体与细胞凋亡●细胞凋亡的分子机理当前24页，总共47页。（1）．Caspase家族相当于线虫的ced-3，是引起凋亡的关键酶。特点：①酶活性依赖于cys残基的亲核性；②总是在asp之后切断底物，故名caspase（cysteineaspartate-specificprotease）。③亚基由同一基因编码，前体被切割后产生两个活性亚基，组成异四聚体。当前25页，总共47页。Caspaseclassification（Zimmermann2001）ExecutioneroreffectorAutocatalyticinitiator当前26页，总共47页。Caspase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当前27页，总共47页。当前28页，总共47页。胱冬肽酶在细胞凋亡中的作用：灭活细胞凋亡发生的抑制剂直接破坏裂解细胞结构裂解某些功能性的酶蛋白当前29页，总共47页。（2）.细胞凋亡的两种基本途径死亡信号途径线粒体途径当前30页，总共47页。当前31页，总共47页。当前32页，总共47页。2．Apaf-1凋亡酶激活因子-1（apoptoticproteaseactivatingfactor-1），线虫的同源物为ced-4。作用：参与线粒体凋亡途径，该基因敲除后，小鼠神经细胞过多，脑畸形发育。Apaf-1与cytc、ATP/dATP结合后，召集caspase-9，形成凋亡体（apoptosome），激活caspase-3，启动caspase级联反应。当前33页，总共47页。3.bcl-2基因家族含有1-4个Bcl-2同源结构域（BH1-4）。分两类：抗凋亡基因，如：Bcl-2；促凋亡基因，如：Bax。促凋亡蛋白能引起线粒体外膜通透性改变，导致cytc释放，引起凋亡。bcl-2相当于线虫的ced9。主要定位于线粒体膜、也存在于ER和外核膜，拮抗促凋亡蛋白的功能。当前34页，总共47页。Bcl-2genefamily（Zimmermann2001）当前35页，总共47页。BCL-2家族成员当前36页，总共47页。4.Fasfas又称作APO-1，属TNF受体家族。1993年人白细胞分型国际会议统一命名为CD95。fas基因编码产物为分子量45KD的跨膜蛋白。Fas蛋白与Fas配体组成Fas系统，二者的结合激活caspase。当前37页，总共47页。Fas诱导的细胞凋亡Fas与配体结合发生三聚化，通过胞内的DD区（Deathdomain）与接头蛋白FADD的DD区结合。FADDN端通过DED区（deatheffectordomain）与Caspase-8前体结合，Caspase-8通过子剪接激活。当前38页，总共47页。5．P53基因组的守护者。辐射诱导的DNA损伤可通过ATM激活p53，阻断细胞周期，并提高Fas的表达，诱导凋亡。6．Myc转录因子，生长因子存在，Bcl-2基因表达时，促进细胞增殖，反之引起细胞凋亡。7.ATM是DNA损伤检验的重要蛋白激酶，能激活P53。当前39页，总共47页。第二节细胞的衰老又称老化，指细胞随着年龄的增加，机能和结构发生退行性变化，趋向死亡的不可逆的现象。衰老和死亡是生命的基本现象，衰老过程发生在生物界的整体水平、种群水平、个体水平、细胞水平以及分子水平等不同的层次。当前40页，总共47页。Hayflick界限(HayflickLimitation）概念：关于细胞增殖能力和寿命是有限的观点细胞，至少是培养的二倍体细胞，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。癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞，其染色体数目或形态已经不同于原先的细胞细胞的增殖能力与供体年龄有关物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定的关系二倍体细胞的衰老是由细胞本身决定的 ◆决定细胞衰老的因素在细胞内部，不是外部的环境 ◆是细胞核而不是细胞质决定了细胞衰老当前41页，总共47页。一、细胞衰老的特征

（一）形态变化当前42页，总共47页。1.

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。3.

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。（二）分子水平的变化当前43页，总共47页。（一）差错学派代谢废物积累：如：脂褐质自由基攻击：导致DNA、蛋白质变异，正常细胞内存在清除自由基的防御系统：酶系统：超氧化物歧化酶(SOD)，过氧化氢酶(CAT)，谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)；非酶系统：维生素E，醌类等电子受体。二、细胞衰老的分子机理当前44页，总共47页。1、细胞有限分裂学说“Hayflick”极限，即细胞最大分裂次数。L.Hayflick(1961)报道，人的成纤维细胞在体外培养时增殖次数是有限的（60~70代）。细胞增殖次数与端粒DNA长度有关。2、重复基因失活学说：如哺乳动物