细胞分化衰老与死亡

第十四-十五章CELLDIFFERENTIATIONANDCELLDEATH细胞分化衰老与凋亡5/9/20241细胞分化衰老与死亡第一节

细胞分化细胞后代在形态、结构和功能上发生差异的过程。每个人的一生中都在进行着细胞分化。细胞分裂的不对称性和细胞间的相互作用是细胞分化的两个基本机制。5/9/20242细胞分化衰老与死亡CelldifferentiationoccursinmulticellularorganismsHuman:1014cells,>200celltypes5/9/20243细胞分化衰老与死亡1.动物胚胎的三胚层代表不同类型细胞分化去向(原肠期之后）一多细胞生物个体发育的一般过程与细胞分化潜能5/9/20244细胞分化衰老与死亡受精卵能够分化出各种细胞、组织，形成一个完整的个体，所以把受精卵的分化潜能称为全能性。随着分化发育的进程，细胞逐渐丧失其分化潜能。从全能性到多能性，再到单能性，最后失去分化潜能成为成熟定型的细胞。多能干细胞可以分化出多种类型的细胞，但它不可能分化出足以构成完整个体的所有细胞，所以多能干细胞的分化潜能称为多能性。2细胞分化的潜能随个体发育进程逐渐缩窄5/9/20245细胞分化衰老与死亡植物的枝、叶、根都有可能长成一株完整的植株。细胞培养的结果也证明单个分化的植物细胞也可以培养成一个完整的植株5/9/20246细胞分化衰老与死亡全能性：一个细胞可分化为机体的所有细胞，如受精卵、植物细胞。成熟动物细胞不具备全能性。60年代的爪蟾和80年代小鼠的核移殖，90年代末多利羊的诞生都证明了分化细胞具有完整的DNA。

3.细胞核具有全能性5/9/20247细胞分化衰老与死亡Animalcloning—Transplantationoffrogredcellnucleusindicatedthenucleusofanimalistotipotency(全能性)Aneworganismcreatedbytheprocessofnucleartransplantation5/9/20248细胞分化衰老与死亡Dolly:AlambwithnofathercThesheepstar:Dolly5/9/20249细胞分化衰老与死亡二细胞决定与细胞分化1决定早于分化

细胞决定(celldetermination)是指细胞在发生可识别的形态变化之前,就已受到约束而向特定方向分化,这时细胞内部已发生变化,确定了未来的发育命运,这就是决定。卵裂时,细胞核内的物质,包括基因组都平均地分配到子细胞内,所以子细胞内的遗传物质是相同的。但是,卵细胞质各区域的组分并不相同。卵裂使不同的胞质组分分割进入各卵裂细胞。这些特殊细胞质组分称为细胞质决定子(cytoplasmicdeterminants)。细胞质决定子在卵母细胞中已然形成,受精卵在数次卵裂中,决定子一次次地重新改组、分配。卵裂后,决定子的位置固定下来,并分配到不同的细胞中,影响着细胞分化。5/9/202410细胞分化衰老与死亡2细胞决定具有遗传稳定性5/9/202411细胞分化衰老与死亡5/9/202412细胞分化衰老与死亡5/9/202413细胞分化衰老与死亡第二节细胞分化的分子基础5/9/202414细胞分化衰老与死亡细胞分化实质:Genedifferentiatedexpress

分子杂交技术检测基因及其表达5/9/202415细胞分化衰老与死亡5/9/202416细胞分化衰老与死亡5/9/202417细胞分化衰老与死亡5/9/202418细胞分化衰老与死亡卵细胞具有极性，细胞核靠近北极:北极或动物极：极体释放的部位；南极或植物极：相对北极而言，母体物质主要储存在于植物极。动物卵细胞中贮存有大量mRNA，呈非均匀分布用转录抑制剂放线菌素D处理海胆受精卵，胚胎发育仍能进行至囊胚期用蛋白质翻译抑制剂嘌呤霉素处理受精卵，受精卵停止发育。卵裂后的细胞质的特性决定了子细胞核的分化命运。昆虫以表面卵裂的方式形成胚层细胞的。迁入卵的后端极质部的细胞发育为原始生殖细胞，用紫外线照射这一区域，破坏极质，卵将发育为无生殖细胞的不育个体。5/9/202419细胞分化衰老与死亡2.胚胎细胞分裂时胞质的不均等分配影响细胞分化命运5/9/202420细胞分化衰老与死亡5/9/202421细胞分化衰老与死亡5/9/202422细胞分化衰老与死亡5/9/202423细胞分化衰老与死亡5/9/202424细胞分化衰老与死亡5/9/202425细胞分化衰老与死亡5/9/202426细胞分化衰老与死亡5/9/202427细胞分化衰老与死亡5/9/202428细胞分化衰老与死亡5/9/202429细胞分化衰老与死亡5/9/202430细胞分化衰老与死亡5/9/202431细胞分化衰老与死亡5/9/202432细胞分化衰老与死亡5/9/202433细胞分化衰老与死亡5/9/202434细胞分化衰老与死亡5/9/202435细胞分化衰老与死亡1、胚胎诱导(embryonicinduction)：胚胎发育过程中，一部分细胞影响相邻细胞向一定方向分化的作用。诱导者(inductor)：对其它细胞起诱导作用的细胞：脊索可诱导其顶部的外胚层发育成神经板，神经沟和神经管；视胞可诱导其外面的外胚层形成晶体，而晶体又可诱导外胚层形成角膜。第三节细胞分化的调节因素

一细胞间的相互作用5/9/202436细胞分化衰老与死亡2、分化抑制：胚胎发育中已分化的细胞抑制相近细胞进行相同分化而产生的负反馈调节作用如含有成蛙心组织的培养液培养蛙胚，则蛙胚不能发育出正常的心脏。3、细胞数量效应小鼠胚胎胰腺原基在体外进行组织培养时，可发育成具有功能的胰腺组织，但如果把胰原基切成8小块分别培养，则都不能形成胰腺组织，如果再把分开的小块合起来，又可形成胰腺组织。5/9/202437细胞分化衰老与死亡5/9/202438细胞分化衰老与死亡5/9/202439细胞分化衰老与死亡细胞外基质的影响干细胞在IV型胶原和层粘连蛋白上分化为上皮细胞；在I型胶原和纤粘连蛋白上形成纤维细胞；在II型胶原及软骨粘连蛋白上发育为软骨细胞5/9/202440细胞分化衰老与死亡第四节细胞分化与肿瘤细胞5/9/202441细胞分化衰老与死亡5/9/202442细胞分化衰老与死亡5/9/202443细胞分化衰老与死亡5/9/202444细胞分化衰老与死亡十五章细胞衰老与死亡5/9/202445细胞分化衰老与死亡5/9/202446细胞分化衰老与死亡5/9/202447细胞分化衰老与死亡“Hayflick”界限，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）5/9/202448细胞分化衰老与死亡二、细胞衰老的表现

（一）形态变化

5/9/202449细胞分化衰老与死亡5/9/202450细胞分化衰老与死亡三细胞衰老的学说与机制例:Caenrhabditiselegans的平均寿命仅3.5天，该虫age-1单基因突变，可提高平均寿命65%，提高最大寿命110%。5/9/202451细胞分化衰老与死亡Hutchinson-Gilfordsyndrome婴幼儿早衰症5/9/202452细胞分化衰老与死亡Werner‘ssyndrome/成人早衰症5/9/202453细胞分化衰老与死亡5/9/202454细胞分化衰老与死亡5/9/202455细胞分化衰老与死亡5/9/202456细胞分化衰老与死亡5/9/202457细胞分化衰老与死亡5/9/202458细胞分化衰老与死亡第二节细胞死亡5/9/202459细胞分化衰老与死亡5/9/202460细胞分化衰老与死亡5/9/202461细胞分化衰老与死亡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。5/9/202462细胞分化衰老与死亡5/9/202463细胞分化衰老与死亡5/9/202464细胞分化衰老与死亡5/9/202465细胞分化衰老与死亡（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。

5/9/202466细胞分化衰老与死亡胸腺细胞正常凋亡5/9/202467细胞分化衰老与死亡细胞程序性死亡（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PCD5/9/202468细胞分化衰老与死亡5/9/202469细胞分化衰老与死亡5/9/202470细胞分化衰老与死亡5/9/202471细胞分化衰老与死亡5/9/202472细胞分化衰老与死亡5/9/202473细胞分化衰老与死亡5/9/202474细胞分化衰老与死亡5/9/202475细胞分化衰老与死亡5/9/202476细胞分化衰老与死亡5/9/202477细胞分化衰老与死亡5/9/202478细胞分化衰老与死亡5/9/202479细胞分化衰老与死亡5/9/202480细胞分化衰老与死亡5/9/202481细胞分化衰老与死亡线虫Caenorhabditiselegans是研究个体发育和细胞程序性死亡的理想材料（生命周期短，细胞数量少）。线虫神经系统由302个细胞组成。这些细胞来自于407个前体细胞。也就是说105个细胞发生了程序性死亡。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。5/9/202482细胞分化衰老与死亡5/9/202483细胞分化衰老与死亡2、bcl-2基因家族名称来源于B细胞淋巴瘤/白血病-2(B-celllymphoma/Leukemia-2，bcl-2)。bcl-2

能够编码bcl-2α（26KD）和bcl-2β（22KD）两种蛋白质，是膜的整合蛋白，主要存在于线粒体外膜、核膜及部分内质网中。bcl-2的功能相当于线虫中的ced9,可抑制凋亡。有的家族成员为凋亡促进者,如Bax,Bad5/9/202484细胞分化衰老与死亡3、ICE蛋白酶家族/白细胞介素-1β转换酶基因ICE蛋白酶参与Fas诱导的细胞凋亡，与线虫细胞凋亡基因ced-3同源。ICE又称为Caspase，能选择性降解蛋白质。ced-4在哺乳动物中的同源体为Apaf-1(apoptoticproteaseactivatingfactor-1)，能激活Caspase3，这一过程需要细胞色素c(Apaf-2)和Apaf-3的参与。5/9/202485细胞分化衰老与死亡5/9/202486细胞分化衰老与死亡5/9/202487细胞分化衰老与死亡5/9/202488细胞分化衰老与死亡5/9/202489细胞分化衰老与死亡5/9/202490细胞分化衰老与死亡线粒体在CD95诱导的凋亡中的作用：Caspase引起线粒体PT（Permeabilitytransition）孔打开，导致线粒体的跨膜电位下降；细胞色素C被释放到胞质中、激活Caspase-9，后者再激活Caspase-3。5/9/202491细胞分化衰老与死亡5/9/202492细胞分化衰老与死亡5/9/