細(xì)胞衰老與死亡（cell senescence）－醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)

1、第十章 細(xì)胞的衰老與死亡,,第一節(jié) 細(xì)胞衰老（cell senescence）,一、細(xì)胞衰老的概念和特點(diǎn),細(xì)胞衰老： 細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和生理功能逐漸衰退的現(xiàn)象。 機(jī)體衰老≠細(xì)胞衰老 細(xì)胞總體的衰老反應(yīng)了機(jī)體的衰老，細(xì)胞的衰老是機(jī)體衰老和老年病發(fā)病的基礎(chǔ)。,二、 細(xì)胞的壽命與Hayflick界限,不同類型細(xì)胞的壽命很不一致,細(xì)胞的壽命接近于動物的整體壽命：神經(jīng)元、脂肪細(xì)胞、肌細(xì)胞等。

2、 緩慢更新的細(xì)胞，其壽命比機(jī)體壽命短：肝細(xì)胞、胃壁細(xì)胞等。 快速更新的細(xì)胞：表皮細(xì)胞、紅細(xì)胞和白細(xì)胞等。,,? 1961年，Hayflick 首次報道了體外培養(yǎng)的人成纖維細(xì)胞具有增殖分裂的極限。他發(fā)現(xiàn)來自胚胎的成纖維細(xì)胞分裂傳代50次后開始衰退和死亡，而來自成年組織的成纖維細(xì)胞只能培養(yǎng)15～30代就開始死亡。 Hayflick界限 體外培養(yǎng)的二倍體細(xì)胞的增殖能力和壽命不是無限的，而是有一定的限度。,體外

3、培養(yǎng)的年輕和老人的成纖維細(xì)胞的形態(tài),物種的壽命與體外培養(yǎng)時細(xì)胞傳代次數(shù)的關(guān)系,三、 細(xì)胞衰老的表現(xiàn),（一）形態(tài)改變,1、核： 增大、染色深、核內(nèi)有包含物　2、染色質(zhì)： 凝聚、固縮、碎裂、溶解　3、質(zhì)膜： 粘度增加、流動性降低　4、細(xì)胞質(zhì)： 色素積聚、空泡形成　5、線粒體： 數(shù)目減少、體積增大　6、高爾基體：囊泡腫脹、碎裂 7、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)： 彌散、總量減少　8、尼氏體： 消

4、失　9、包含物： 糖原減少、脂肪積聚　10、核膜： 內(nèi)陷,（二）分子水平變化　　1、DNA：復(fù)制與轉(zhuǎn)錄受到抑制。端粒DNA丟失，線粒體DNA特異性缺失，DNA氧化、斷裂、缺失和交聯(lián)。　　2、 RNA：mRNA和tRNA含量降低?！　?、蛋白質(zhì)：含量下降，蛋白質(zhì)發(fā)生修飾反應(yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)穩(wěn)定性、抗原性、可消化性下降，自由基使蛋白質(zhì)肽鏈斷裂，交聯(lián)而變性。　　4、 酶分子：活性中心被氧化，金屬離子丟失，酶分子的二級結(jié)構(gòu)、

5、溶解度、等電點(diǎn)發(fā)生改變，總的效應(yīng)是酶失活?！　?、脂類：不飽和脂肪酸被氧化，引起膜脂之間或與脂蛋白之間交聯(lián)，膜的流動性降低。,四、細(xì)胞衰老的發(fā)生機(jī)制,（一）遺傳決定學(xué)說衰老是遺傳上的一個程序化過程，其推動力和決定因素是遺傳的基因組。控制生長發(fā)育和衰老的基因都在特定時期有序地開啟和關(guān)閉（衰老相關(guān)基因）。,正常兒童（左）嬰幼兒早衰癥患者（右）,（二）自由基學(xué)說自由基：在外層軌道上具有不成對電子的分子或原子基團(tuán)。與其他物質(zhì)反應(yīng)

6、時奪取電子，引起細(xì)胞氧化性損傷。自由基在機(jī)體代謝過程中產(chǎn)生（如代謝產(chǎn)生的活性氧基團(tuán)，ROS），引發(fā)氧化性損傷，導(dǎo)致衰老。消除自由基的物質(zhì)可一定程度延緩衰老，如超氧岐化酶(SOD)、維生素E等。,（三）端粒鐘學(xué)說 端粒隨細(xì)胞的分裂不斷縮短； 端粒長度縮短到一定閾值時，細(xì)胞進(jìn)入衰老。,（四）代謝廢物累積學(xué)說,,細(xì)胞功能下降→代謝廢物不能及時排出胞外，不能降解消化→代謝廢物↑→占據(jù)的空間↑ →影響代謝廢物運(yùn)輸→阻礙正常生理功能

7、→衰老脂褐質(zhì)β淀粉樣蛋白→阿爾茨海默病,（五）基因轉(zhuǎn)錄或翻譯差錯學(xué)說,年齡增長→DNA復(fù)制效率下降，核酸、蛋白質(zhì)、酶等大分子的合成差錯→細(xì)胞功能降低→衰老→死亡,（六）線粒體DNA損傷學(xué)說,（七）其他學(xué)說,（一）抗衰老基因SOD基因P53基因APOC3基因（二）衰老基因MORF4基因P16基因P21基因,五、細(xì)胞衰老的相關(guān)基因,第二節(jié) 細(xì)胞死亡,細(xì)胞壞死（necrosis）：指由環(huán)境因子或病理狀態(tài)導(dǎo)致的細(xì)胞死

8、亡，為被動性、非正常的死亡。細(xì)胞凋亡（apoptosis）：指在特定信號誘導(dǎo)下，按一定程序發(fā)生的細(xì)胞死亡，為主動的、由基因決定的正常死亡，亦稱程序性死亡（programmed cell death，PCD）。,一、細(xì)胞死亡的原因正常死亡非正常死亡物理的化學(xué)的生物的二、細(xì)胞死亡的特征與形式壞死細(xì)胞凋亡細(xì)胞自噬 雙層膜的自噬泡細(xì)胞脹亡,第三節(jié) 細(xì)胞凋亡,,,,PRIZED Horvitz, and Sulsto

9、n share Physiology or Medicine Nobel （2002） “for their discoveries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death”,,1090 –131= 959(cells),機(jī)體結(jié)構(gòu),細(xì)胞增殖,細(xì)胞分化,細(xì)胞凋亡,細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo),染色體,（DNA與蛋白質(zhì)的相互作用）,,,

10、,,,,,,,,,,,,,,,,,衰老,,一、細(xì)胞凋亡的概念與特征,細(xì)胞凋亡是細(xì)胞在一定的生理或病理?xiàng)l件下，遵循自身的程序，自己結(jié)束其生命的過程。細(xì)胞凋亡亦被稱為細(xì)胞編程性死亡（ＰＣＤ），即在一定的時間內(nèi)，細(xì)胞按一定的程序發(fā)生的死亡，具有嚴(yán)格的基因時控性和選擇性。,細(xì)胞受到激烈的化學(xué)、物理和生物等環(huán)境因素的傷害引起。細(xì)胞膜和細(xì)胞器的膜發(fā)生破裂，線粒體腫脹。繼而溶酶體破裂, 胞漿外溢，細(xì)胞解體并引起周圍組織發(fā)生炎癥反應(yīng)。,（一

11、）細(xì)胞壞死的形態(tài)特征,細(xì)胞核染色質(zhì)斷成核小體片段，濃縮成塊，聚集于核膜下或中央部異染色質(zhì)區(qū)，核呈新月狀、花瓣?duì)畹?；染色質(zhì)進(jìn)一步聚集，使核膜在核膜孔處斷裂，形成核碎片或核殘片。細(xì)胞質(zhì)線粒體增大，嵴增多，空泡化；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔增殖膨大；細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)變得致密和紊亂。,（二）細(xì)胞凋亡的形態(tài)特征,細(xì)胞膜微絨毛、細(xì)胞突起及細(xì)胞間連接等逐漸消失；細(xì)胞膜起泡，但仍完整，未失去選擇通透性；與細(xì)胞間連接有關(guān)的蛋白質(zhì)從凋亡的膜上消失，但新出現(xiàn)一些

12、生物大分子調(diào)節(jié)凋亡細(xì)胞的清除。,A、Normal cell,B、Apoptosis: Apoptotic bodies,凋亡小體細(xì)胞凋亡時質(zhì)膜始終完整，胞膜突起將內(nèi)容物包被成一些囊狀小泡，即凋亡小體(apoptotic body)，后者被周圍細(xì)胞吞噬，無細(xì)胞內(nèi)容物外泄，不引起炎癥反應(yīng)。,（三） 細(xì)胞凋亡時細(xì)胞生化改變的復(fù)雜性和多樣性,1. DNA片段化,凋亡時，細(xì)胞的內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶特異地在核小體連接區(qū)切斷DNA鏈，形成長度為180-

13、200bp整數(shù)倍的寡聚核苷酸片段，在瓊脂糖凝膠電泳時，表現(xiàn)出特征性的DNA梯狀條帶 (DNA ladders)。 壞死時DNA隨機(jī)斷裂，電泳呈彌散條帶。,2. 細(xì)胞凋亡中的蛋白酶,3. 胞質(zhì)內(nèi)Ca2+、pH的變化,細(xì)胞凋亡的整個過程由多種蛋白酶通過級聯(lián)切割控制。 控制凋亡的蛋白酶有 caspase家族、鈣蛋白酶或分裂素等。,Ca2+ 能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡 H+ 濃度引起的胞漿堿化和酸化均能影響細(xì)胞凋亡,4. 線粒體在細(xì)胞凋亡中的作用,①

14、呼吸鏈?zhǔn)軗p，能量代謝受破壞→細(xì)胞死亡；②釋放細(xì)胞色素C (cyt C），cyt C為凋亡所必需的caspase家族的激活物；③是ROS的主要來源，ROS是凋亡的信使分子和效應(yīng)分子；④滲透轉(zhuǎn)變孔 (PT pores) 通透性增高，這是凋亡早期的決定性變化。,（四）失巢凋亡 由與細(xì)胞外基質(zhì)和其他細(xì)胞脫離接觸而誘發(fā)的細(xì)胞凋亡,,,,誘導(dǎo)因素 生理或病理因素

15、 強(qiáng)烈的刺激因素 細(xì)胞 皺縮、與相鄰細(xì)胞的連接喪失 腫脹 細(xì)胞膜 始終保持良好的整合性 破裂 細(xì)胞器 形態(tài)改變較輕，結(jié)構(gòu)完整 腫脹、破裂、結(jié)構(gòu)崩解 細(xì)胞核 固縮、染色質(zhì)凝聚在核膜下呈半月狀

16、 固縮、核被膜破裂、分解 凋亡小體 形成一個或多個 無 DNA 核小體DNA斷裂，有規(guī)律地降解 隨機(jī)降解 分子機(jī)制 由凋亡相關(guān)基因調(diào)控 無基因調(diào)控 代謝反應(yīng) 蛋白酶參與的級聯(lián)反應(yīng)

17、 無有秩序的代謝反應(yīng) 周圍組織反應(yīng) 無炎癥性破壞 引起炎癥反應(yīng),細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死的區(qū)別,細(xì)胞凋亡 細(xì)胞壞死,二、細(xì)胞凋亡的影響因素,（一）凋亡抑制因子1、生理性抑制因子 bcl-2、突變型p532、病毒基因（二）凋亡誘導(dǎo)因子1、生理性誘導(dǎo)因子

18、TNF2、與損傷相關(guān)的因子 野生型p53、自由基3、與治療相關(guān)的因子 生物治療,三、細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制,（一）細(xì)胞凋亡受多種基因調(diào)控 1、ced基因家族 ced-3/-4促進(jìn) ced-9抑制 2、bcl-2基因家族 bax等促進(jìn) bcl-2等抑制 3、survivin基因 抑制 4、ice基因 促進(jìn) 5、p53基因 促進(jìn) 6、Fas和F

19、asL 促進(jìn) 7、c-myc基因 促進(jìn)或抑制 8、bag-1基因 抑制（二）細(xì)胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 1、死亡受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 2、線粒體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 3、其他,四、細(xì)胞凋亡的檢測,（1）形態(tài)學(xué)檢測,（2）生化特征檢測 主要針對核小體片段,（3）流式細(xì)胞儀檢測,凋亡引發(fā)包括細(xì)胞膜、細(xì)胞器和細(xì)胞核等的改變，造成熒光染料對凋亡細(xì)胞DNA可染性發(fā)生改變；以及細(xì)胞形態(tài)的

20、改變影響了光散射特性。,普通光學(xué)顯微鏡 HE、甲基綠-派諾寧、Giemsa染色熒光顯微鏡 吖啶橙、Heochst33258染色電子顯微鏡 超薄切片,瓊脂糖凝膠電泳法原位末端標(biāo)記法(TUNEL)ELISA法,五、細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義,1、在發(fā)育過程中清除多余的細(xì)胞 蹼2、清除已經(jīng)完成功能的細(xì)胞 蝌蚪尾部3、清除發(fā)育不正常的細(xì)胞 神經(jīng)細(xì)胞4、清除

21、生理活動過程中無用的細(xì)胞 血細(xì)胞5、清除病理活動中有潛在危險的細(xì)胞 DNA損傷,六、細(xì)胞凋亡與疾病,（一）細(xì)胞凋亡過低導(dǎo)致相關(guān)疾病的發(fā)生1、細(xì)胞凋亡與腫瘤2、細(xì)胞凋亡與系統(tǒng)性紅斑狼瘡 T淋巴細(xì)胞凋亡障礙（二）細(xì)胞凋亡過度導(dǎo)致相關(guān)疾病的發(fā)生1、細(xì)胞凋亡與神經(jīng)退行性疾病2、細(xì)胞凋亡與AIDS病 T淋巴細(xì)胞凋亡3、細(xì)胞凋亡與心血管疾病,一、名詞解釋： 細(xì)胞凋亡、細(xì)胞壞死二、問題：簡述細(xì)胞凋亡