细胞衰老和死亡2015

1、张树冰 细胞衰老与细胞死亡第十六章外表 Thinning skin or wrinkle; Hair loss; 生理 Increased body fat Reduced Muscle mass and strength, Stiff joints or muscle stiffness, Elevated cholesterol, reduced bone density心理 Easy to be fatigue Depression, Emotional instable.衰老(senescing，aging)是机体在退化时期生理功能下降和紊乱的综合表现,是不可逆的生命过程。机体的衰老与

2、细胞的衰老是两个概念，但机体的衰老是以总体细胞的衰老为基础的。机体的死亡 VS 细胞的死亡？第一节 细胞衰老细胞衰老(cellular aging，cell senescence)细胞在正常条件下发生的生理功能衰退、增殖能力减弱、形态发生改变并趋向死亡的现象 。 一、 细胞衰老的概念细胞衰老是机体的衰老和老年病发病的基础。小肠上皮细胞25天 胰腺上皮细胞50天皮肤表皮细胞12个月白细胞7-14天红细胞120天肝细胞500天神经细胞几十年心肌细胞几十年（一）细胞根据细胞寿命情况分为三类细胞寿命接近于动物的整体寿命，如神经元、脂肪细胞、肌细胞等。缓慢更新的细胞，其寿命比机体的寿命短，如肝细胞、胃壁

3、细胞等。快速更新且寿命较短的细胞，如皮肤的表皮细胞、红细胞和白细胞等。胚胎的成纤维细胞 50次成年组织的成纤维细胞 1530代（二）细胞体外培养有寿命限制？ 1.与细胞来源个体的年龄成反比细胞可传代数 年龄 40-60 新生儿20-40 15岁以上 10-30 早老症患者2-10 胚胎早老症儿童与正常儿童的比较Hutchinson-Gilford syndrome 婴幼儿早衰症：1岁时衰老，寿命1218岁，绝大多数Hutchinson-Gilford 早老症的致病原因是由体内核纤层蛋白A（lamin A）基因突变所致。lamin A的基因突变影响DNA损伤修复，基因组不稳定，从而使lamin

4、A蛋白缺陷的细胞终止分裂，衰老过程加速并过早死亡。2.体外传代数与物种的寿命相关物种寿命（年）细胞可传代数小鼠312鸡3025龟200140Regeneration代表寿命NO神经元细胞、肌细胞最长慢更新肝细胞、胃壁细胞、肾细胞较长快更新表皮细胞、红细胞、毛囊细胞短3.同一机体不同类型细胞的寿命Hayflick limitation细胞，至少是培养的细胞，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。体外培养的年轻和老人成纤维细胞的显微形态二、细胞衰老的表现老年斑 细胞衰老时出现的一种棕黄色的小体，主要成分是不溶性的蛋白颗粒，在电镜下可见是由单位膜包裹的。在衰老的

5、神经细胞和肌肉细胞中较多。脂褐质(lipofuscin)线粒体数量减少体积增大JC-1染色线粒体膜电位检测生物大分子和代谢的改变DNARNA蛋白质酶衰老细胞所有种类蛋白质合成量下降？衰老组织和细胞中纤连蛋白过量表达20代55代半乳糖苷酶（SA -gal）表达增加1.遗传决定学说2.自由基学说3. 端粒钟学说 4.代谢废物积累5.基因转录或翻译差错6.其他如神经免疫网络论、钙调蛋白学说、微量元素学说三、细胞衰老的学说与机制Werners syndrome 成人早衰症：39岁出现衰老，47岁生命结束1.遗传决定学说遗传决定学说衰老是遗传上的程序化过程，其推动力和决定因素是遗传的基因组；控制生长发育

6、和衰老的基因都在特定时期有序地开启和关闭。1.遗传决定学说 p16衰老基因C. elegans平均寿命3.5天，age-1单基因突变，可提高平均寿命65%，提高最大寿命110%。长寿基因（抗衰老基因） 自由基是指在外层轨道上具有不成对电子的原子或原子团，如“H”、“CH3” 等。2.自由基学说生物膜不饱和脂肪酸过氧化，流动性下降，脆性增加，脂双层断裂，膜性细胞器受损。DNA氧化，交联，变性断裂，扰乱复制和转录。蛋白质交联，变性，沉淀。酶活性降低。FeSN-1, N-3, N-4H+FeSN-2FMNcyt cIIICuBaa3 Q0Qib bFeSC1SDHcyt cCoQ氧自由基与呼吸链NA

7、DHSuccinateComplex IComplex IIComplex IIIComplex IVO2O2-H2O2SOD2.OH-Fe2+IMSSOD1H2O2O2O2-MATRIX抗氧化物酶活性抗氧化剂anti-oxidant moleculerepaired membraneDamaged DNA3.端粒与端粒酶学说在染色体末端形成保护性的帽状结构，使染色体免受核酸酶和其他不稳定因素的破坏和影响，维持染色体结构稳定Telomere Length (humans)Number of Doublings2010Cellular (Replicative) SenescenceNormal

8、 Somatic Cells(Telomerase Negative)Telomeres shorten from 10-15 kb(germ line) to 3-5 kb after 50-60 doublings(average lengths of TRFs)Cellular senescence is triggered whencells acquire one or a few critically short telomeres. 端粒酶是一种由蛋白质和RNA组成的核糖核蛋白酶，具有延长端粒末端重复序列的功能，如果端粒酶活性丧失，端粒将逐渐缩短，从而导致细胞衰老。端粒酶端粒酶与

9、端粒的关系端粒酶与端粒的关系 一般认为，细胞衰老与老年性疾病如神经退行性疾病、动脉粥样硬化性心血管疾病、糖尿病及肿瘤等密切相关四、细胞衰老与疾病 第二节 细胞死亡细胞死亡是指细胞生命现象的终结：细胞坏死（necrosis）：在外来致病因子作用下，细胞生命活动被强行终止所致的病理性、被动性的死亡过程。细胞凋亡（apoptosis）：在特定信号诱导下，细胞内的死亡级联反应被触发所致的生理或病理性、主动性的死亡过程。程序性死亡（Programmed cell death, PCD）细胞在特定时间范围内，按照基因程序控制下的细胞死亡过程，具有严格的基因时控性和细胞选择性。一、细胞凋亡的概念与特征1.清

10、除衰老，病理细胞（一）细胞凋亡的生物学意义程序性细胞死亡在小鼠脚趾形成中的作用程序性细胞死亡在小鼠脚趾形成中的作用2.胚胎发育与个体成熟T- cell selection for appropriate TCR免疫系统（二）细胞凋亡的形态学特征1. 细胞核染色质凝集A、Normal cell B、Apoptosis: Apoptotic bodies 正常(a)和调亡(b)的T细胞杂交瘤细胞的扫瞄电镜照片 胞质浓缩；线粒体增大，嵴增多，出现空泡化；内质网腔膨大；细胞骨架结构变得致密和紊乱。2.细胞质的变化3.细胞膜 磷脂酰丝氨酸(PS)外翻4.凋亡小体 (apoptotic body)细胞凋亡

11、时，细胞膜内陷将细胞自行分割成多个外有膜包裹、内容物不外泄的小体。细胞色素c诱导的凋亡细胞DNA电泳图1细胞色素c诱导0 h2细胞色素c诱导1 h3细胞色素c诱导2 h4细胞色素c诱导3 h5细胞色素c诱导4 h6阴性对照7Marker DNA片段化(三)凋亡细胞的生化改变2. Caspase(半胱氨酰天冬氨酸蛋白酶)活性被激活本质: 蛋白酶切割位点: Asparatic acid活性位点: CysteineCysteine Asparatic acid specific proteaseAsp-Glu-Val-AspCaspase-1 和 Caspase-3晶体结构CAD Caspase a

12、ctivated DnaseICAD inhibitor of CADCAD Ca2+ / Mg2+ dependent，inhibited by Zn2+caspasesCaspase-33. 线粒体在细胞凋亡中的作用4. 胞浆Ca2+、pH的变化细胞凋亡细胞坏死诱导因素生理因素及弱刺激强烈刺激（四） 细胞凋亡与细胞坏死的区别总结细胞内容物细胞凋亡细胞坏死无释放释放细胞凋亡细胞坏死细胞数量单个细胞丢失成群细胞死亡细胞凋亡细胞坏死完整不完整膜完整性细胞凋亡细胞坏死无明显变化肿胀破坏细胞器细胞凋亡细胞坏死染色质凝聚成半月状稀疏呈网状细胞凋亡细胞坏死细胞形状形成凋亡小体破裂成碎片细胞凋亡细胞坏死核

13、DNA有控降解随机降解细胞凋亡细胞坏死基因调控有 无 细胞凋亡细胞坏死后果 不引起炎症反应 引起强烈的 炎症反应细胞凋亡细胞坏死意义生理死亡方式病理死亡方式类别细胞凋亡细胞坏死死亡原因诱导因素生理因素及弱刺激急性强力伤害死亡延续时间数小时潜伏期多没有潜伏期死亡过程基因调控有无能量需要不需要细胞形状皱缩成凋亡小体肿胀破裂成碎片细胞器无明显变化肿胀破坏染色质凝集成半月状稀疏成网状核DNA有序降解随机降解膜完整性完整破裂细胞内容物无释放释放死亡结局炎症反应无有斑痕无有死亡意义主动的、生理性死亡被动的、病理性死亡细胞凋亡与细胞坏死比较2002年10月7日英国人悉尼布雷诺尔、美国人罗伯特霍维茨和英国人约

14、翰苏尔斯顿，获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。H. Robert HorvitzJohn E. Sulston Sydney Brenner雌雄同体的秀丽新小杆线虫雌雄同体的秀丽新小杆线虫生命周期短，细胞数量少。其神经系统由生命周期短，细胞数量少。其神经系统由302个细胞组成。来源于个细胞组成。来源于407个前体细胞个前体细胞 决定细胞是否进入死亡程序的基因：决定细胞是否进入死亡程序的基因： Ces1、ces2、egl11.1.线虫的线虫的cedced基因基因抑制Caspases(半胱氨酸天半胱氨酸天酶酶cysteine-containing aspartatecysteine-containing aspartatespecific specific proteaseprotease)Bcl-2家族家族 2.2.哺乳类细胞凋亡的基因调控哺乳类细胞凋亡的基因调控与与线虫线虫ced-3同源同源与与线虫线虫ced-9同源同源三、细胞凋亡与医学(一).细胞凋亡不足1.肿瘤Invention of PAC-1PAC-1是一种有效的是一种有效的procaspase-3（酶原（酶原-3）激活剂）激活剂（二）细胞凋亡过度2.红斑狼疮失巢凋亡Anoikis又一种形式的细胞程序死亡，是在脱离原来生存