医学第十二章细胞衰老与死亡

1、医学第十二章细胞衰老与死亡第一节 细胞衰老(cellular aging或cell senescence)细胞衰老的概念细胞衰老的特征细胞衰老的分子机理又称老化，指生物发育成熟后，在正常情况下，随着年龄的增加，其机能和结构发生退行性变化，而趋向死亡的不可逆现象。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。体内各种细胞本身寿命差异较大。同一细胞不同阶段来源，其寿命也有所差异。细胞来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40-60 20 2-4不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数机体从生命一开始，其生长、发

2、育、衰老与死亡都按遗传密码中规定的程序进行，在生命过程中随着时间的推延，有关基因启动与关闭的命令按时发生，细胞“自我摧毁”的计划按期执行。四、细胞衰老的分子机理一、遗传决定学说（一）“差误”学说 DNA复制效率下降；核酸、蛋白质、酶等大分子的合成差错，导致细胞功能下降，逐渐衰老、死亡。（二）细胞有限分裂学说 1961年，Hayflick 提出“Hayflick limit”学说。 1990年，Harley 等发现体细胞染色体的端粒DNA 会随 着分裂次数的增加而不断缩短。当缩短到Hayflick 点 时，细胞停止复制，而衰亡。 （如：人的成纤维细胞端粒每年缩短1418bp）。 认为生物体的一生

3、中，随机的和自发的突变能破坏有些分裂后细胞的基因和染色体，并逐渐增加它的突变负荷。这种突变的增加和功能基因的丧失减少了功能性蛋白质的产生。当细胞内的突变负荷超过临界值时，细胞发生衰老死亡。（三）衰老基因学说 认为分化和生长的出现，是由于该时期所特有的某些基因发生了有序的开启和关闭。有些在生命后期才开启的基因控制着机体的衰老过程，这些基因被称为“衰老相关基因”。如：age-1、clk、wrn、p16 等。（四）体细胞突变学说二、自由基学说p189自由基是机体代谢过程中产生的一些高活性的化合物，细胞可通过自身隔离、保护性的酶和其他抗氧化的分子三种主要的机制来清除过多的自由基。自由基若不能及时清除，

4、则过多的自由基会对许多细胞组分（如膜脂、膜蛋白、蛋白质、DNA等）造成损伤。三、神经内分泌-免疫调节经学说神经内分泌系统与免疫系统是机体内外环境平衡的重要保证。此系统结构组成包括神经系统和免疫系统的器官、组织、细胞及参与免疫调节的各种介质分子。现有许多证据表明，下丘脑是人体的“衰老生物钟”。第二节 细胞凋亡(Apoptosis)细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡的分子调控机理一、细胞凋亡的概念及其生物学意义概念：细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程，所以也常被称为细胞程序性死亡（PCD）。生物学意义：细胞凋亡对于多细胞生物个体发育 的正常进行，自稳

5、平衡的保持以及抵御外界各种 因素的干扰方面都起着非常关键的作用。二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡与坏死(necrosis)细胞凋亡的形态学特征细胞凋亡的生化特征诱导细胞凋亡的因子细胞凋亡的检测细胞凋亡与坏死(necrosis)二者的主要区别是，细胞凋亡过程中，细胞质膜反折，包裹断裂的染色质片段或细胞器，然后逐渐分离，形成众多的凋亡小体，凋亡小体则被邻近的细胞所吞噬。整个过程中，细胞质膜的整合性保持良好，死亡细胞的内容物不逸散到胞外环境中去，因而不引发炎症反应。相反，在细胞坏死时，细胞质膜发生渗漏，细胞内容物，包括膨大和破碎的细胞器以及染色质片段，释放到胞外，导致炎症反应。p193细胞

6、凋亡的形态学特征凋亡的起始：细胞表面的特化结构如微绒毛消失，细胞间接触的消失，但细胞膜依然完整；线粒体大体完整，但核糖体逐渐从内质网上脱离，内质网囊腔膨胀，并逐渐与质膜融合；染色质固缩，形成新月形帽状结构等形态，沿着核膜分布 凋亡小体的形成：核染色质断裂为大小不等的片段，与某 些细胞器如线粒体一起聚集，被反折的细胞质膜所包围。细胞表面产生了许多泡状或芽状突起，逐渐形成单个的凋亡小体 凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬并消化。细胞凋亡的生化特征细胞凋亡的主要特征是形成大小为 180200bp特征性的DNA ladders 凋亡细胞组织转谷氨酰胺酶积累并达 到较高水平诱导细胞凋亡的因子物理性因子，包括射

7、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）等。细胞凋亡的检测形态学观测：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。TUNEL测定法，即DNA断裂的原位末端标记法。流式细胞分析根据凋亡细胞DNA断裂和丢失，采用碘化丙啶使DNA产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细胞，同时又能观察细胞的周期状态。细胞死亡与凋亡的判定：细胞死亡：细胞生命现象不可逆的停止。标志对细胞进行活体染色中性红台盼蓝活细胞红死细胞蓝更重要的依据为细胞是否具有功能及繁殖能

8、力。三、细胞凋亡的分子调控机理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翰苏尔斯顿，因在细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。Sydney BrennerRobert HorvitzJohn Sulston 线虫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。1、Caspase家族与凋

9、亡细胞凋亡相关基因细胞凋亡的分子机理2、Bcl-2家族、线粒体与细胞凋亡3、 ICE基因家族4、 Fas家族感谢同学们一学期的支持！预祝同学们考试成功！谢谢！Caspase家族与凋亡Caspase家族Caspase活性位点是半胱氨酸(Cysteine)，裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，因此称为Cysteine aspartic acic specific protease，即Caspase。Caspase活化胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径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。Bcl-2家族、线

10、粒体与细胞凋亡Bcl-2是一种原癌基因，是ced-9在哺乳类中的同源物，能抑制细胞凋亡；与线粒体及内质网膜相结合；Bcl-2蛋白的羧基末端有一穿膜的结构域；Bcl-2家族成员的基因中，常常含有三个保守的Bcl-2同源区，即BH1，BH2和BH3。p198 a 正常T细胞 b 凋亡细胞(扫描电镜) c 凋亡细胞(透射电镜)Caspase 超家族成员及其相应底物BCL-2家族成员当细胞接受凋亡信号分子(Fas,TNF等)后，凋亡细胞表面信号分子受体相互聚集并与细胞内的衔接蛋白(Adaptor protein)结合，这些衔接蛋白又募集Procaspases聚集在受体部位，Procaspase相互活化

11、并产生级联反应，使细胞凋亡坏死细胞凋亡细胞细胞色素c诱导的凋亡细胞DNA电泳图细胞衰老的特征1、细胞内水分减少2、色素颗粒沉积增多3、细胞器的衰老变化4、化学组成与生化反应的改变蛋白质亲水胶体系统中的胶粒带电荷脂褐质在神经细胞、肝细胞和肌细胞中沉积细胞膜上微绒毛数目增加细胞膜流动性降低细胞膜受体-配体复合物形成效能降低线粒体在衰老过程中的变化细胞核在衰老过程中的变化蛋白质合成的速度下降细胞内酶的活性与含量改变p186Hutchinson-Gilford syndrome 动物细胞的一般寿命细胞寿命常见细胞类型接近或等于动物自身寿命的细胞神经元、脂肪细胞、肌细胞、骨细胞、肾上腺髓质细胞更新缓慢，

12、更新时间 30 d，短于动物寿命的细胞呼吸道上皮细胞、肝细胞、唾腺细胞、肾皮质细胞、皮肤结缔组织细胞快速更新，更新速度 30 d的细胞皮肤表皮细胞、红细胞，口腔上皮细胞、胃肠道上皮细胞、白细胞Sydney Brenner 首创了以线虫作为实验模式生物，使得在显微镜观察细胞的分裂、分化和器官发育过程成为可能，为把细胞的这些变化与遗传学分析联系起来奠定了基础。 John Sulston 绘制了一个线虫细胞系图，利用该细胞系可以观察到线虫的组织形成过程中细胞分裂、分化的完整事件。他的研究表明细胞的死亡也是其正常分化过程的一部分，他还确定了与细胞程序性死亡相关的第一个基因突变。Robert Horvitz 发现了在线虫体内调控细胞程