级细胞课件临床、基础适用

细胞衰老（

Cellular

Senescence

）医学部细胞生物学系细胞衰老概述第一节细胞的第二节衰老在整体组织和细胞水平的变化第三节细胞衰老学说概述机体的衰老（aging）是基本生命现象之一，通常将衰老分为：生理性衰老病理性衰老概述生理性衰老：生物体自成熟期开始，机体的形态结构与生理功能随增龄而发生不可逆的退行性变化，具有遗传性、普遍性、累积性、持续渐进性和危害性的生命过程。概述病理性衰老：由于疾病或异常因素所导致衰老的加速，也称异常衰老。如早老症(progeria)

和werner氏综合征。早老症患者常见症状及体征：皮肤菲薄、荨表静脉显露、前囟闭合迟、眉毛睫毛缺乏、鸟喙样鼻、扇风耳、唇薄（Hutchinson-

Gilford

progeria

syndrome，HGPS）早衰综合症常有高血脂症、动脉硬化症，进而引起心、肾、脑病变.人类早老症患者，通常只能活到7岁到20岁.患病率：1

/800万新生儿一个37岁的成人早衰症患者引自

on概述

细胞衰老（celluarsenescence）：细胞对环境变化的适应能力和维持细胞内环境的稳定能力降低，并以形态结构、化学成分与生物化学及生理功能改变为基础的变化。细胞总体的衰老反映了机体的衰老,而机体的衰老是以总体细胞的衰老为基础的。第一节细胞的细胞的动态分类恒久性组织的细胞

稳定性组织的细胞更新性组织的细胞

可耗尽组织的细胞细胞在体外培养条件下的—

细胞的动态分类恒久性组织的细胞属高度分化类的细胞；细胞出生后便失去

和增殖能力；其细胞的

接近机体的

.如，心肌、骨骼肌、骨细胞、脂肪细胞、神经细胞等。—

细胞的动态分类恒久性组织的细胞随机

老的进程，出现两个显著特点：一

细胞数量减少；二

细胞

结构发生变化，

组织重量的减轻和功能的减退。可以作为研究细胞变化的主要对象。—

细胞的动态分类稳定性组织的细胞分化程度较高，细胞通常不

，但终生保留有的能力。例如，肝、肾细胞等。这一类细胞最后也会发生细胞衰老。—

细胞的动态分类更新性组织的细胞功能细胞：不能继续

、高度特化;在执行特定功能后，以不同方式由新的同类细胞分化成熟所取代，直至

生命结束。例如，如上皮细胞、血细胞等。这类细胞

短，不具有普遍意义的衰老现象。—

细胞的动态分类趋向更新性组织的细胞更新性组织细胞的来源：干细胞，能进行增殖又能进入分化过程；前体细胞，来自干细胞，是能伴随细胞成

中间细胞。—

细胞的动态分类可耗尽组织的细胞在 一生的某一阶段逐渐消耗减少，不能得到补充，最后消耗殆尽。例如，

的实质细胞。二细胞在体外培养条件下的Hayflick界限(Hayflick

Limit)1961年L.Hayflick

首次

细胞(fibroblasts)具有增殖，体外培养的人成纤维的极限。Hayflick,

L.,

Moorhead,

P.

S.

(1961).

"The

serial

cultivation

ofhuman

diploid

cell

strains."

Exp

Cell

Res

25:585-621.二细胞在体外培养条件下的Hayflick界限(Hayflick

Limit)当成纤维细胞从

皮肤内取出进行体外培养时,，即使为之提供最适的营养条件，也只能维持一定时间的生长，之后生长停滞并逐渐衰老

。这种在细胞培养过程中出现的细胞增殖极限称为

“Hayflick”界限A

正常细胞B

衰老细胞

性衰老（replicativesenescence）人类正常体细胞端粒较短，随着细胞次数的增多，部分端粒序列发生丢失、长度缩短，当缩短到一定长度时，导致细胞停止，进入老化过程。不同

的人成纤维细胞可代数的比较供者人胚胎出生后至15岁15岁以上早老症（progeria）群体

代数40

～

6020～

4014～

302

～

10二细胞在体外培养条件下的二细胞在体外培养条件下的物种的与体外培养细胞的正相关第二节衰老在整体、组织和细胞水平的变化一、整体和组织

水平的变化二、细胞水平的变化三、其它变化一、衰老在整体水平的变化机体的衰老是各个细胞和

功能出现不可逆转地、全面地、逐渐地丧失；是成熟增加而发老。机体的形态和生理功能随着生进行性的老化，即整萎缩：心脏、脑、肌肉等。一、衰老在组织水平的变化胶原交联学说/老化架桥学说：结缔组织架桥的形成，是机体老化的重要原因之一结缔组织构成机体的骨、软骨、皮肤、肌腱、血管壁等，还组成心、肝、肌肉等的支架和包膜主要包括：胶原、弹性蛋白、糖蛋白和蛋白聚糖等;胶原是决定结缔组织理化性质的最重要因素一、衰老在组织水平的变化胶原交联学说/老化架桥学说：胶原分子间形成的架桥数目伴随增龄而逐渐增多;胶原交联学说/老化架桥学说：胶原分子间形成的架桥数目伴随增龄而逐渐增多;纤维结构变硬，逐渐失去弹性及柔软性;妨碍细胞与血管间的物质交换，削弱细胞的正常功能;与高血压、关节硬化、皮肤皱纹等密切相关.一、衰老在组织

水平的变化一、衰老在组织

水平的变化胶原交联学说/老化架桥学说：氨基聚糖及蛋白聚糖随衰老的进程含量显著变化：一、衰老在组织

水平的变化胶原交联学说/老化架桥学说：氨基聚糖：胚胎早期:透明质酸、硫酸软骨素衰老阶段：胶原纤维周围的氨基聚糖含量显著降低，硫酸皮肤素所占的

显著增多一、衰老在组织

水平的变化胶原交联学说/老化架桥学说：蛋白聚糖：总量逐渐减少、糖链所占

下降、肽链所占比重相对增加，导致组织的保水能力及弹性减弱A

年轻细胞

B

衰老细胞AB体外培养的人成纤维细胞二、细胞水平的衰老变化二、细胞水平的衰老变化两种理论：“误差理论”：细胞成分如DNA、RNA、蛋白质和脂类由于各种环境因素引起的损伤与修复缺陷的积累导致细胞衰老

；“程序理论”：衰老是主动的遗传程序化过程二、细胞水平的衰老变化（一）

原生质和水分的改变细胞脱水，原生质浓缩或粘稠度增加，细胞体积变小；溶酶体破裂，细胞内分子自我降解，离子累积，渗透压增高，细胞体积膨胀（衰老的心肌、肝细胞等）二、细胞水平的衰老变化(二)膜体系及细胞表面化学成分的改变衰老细胞膜流动性降低磷脂含量降低，膜中胆固醇与磷脂的比值上升卵磷脂和鞘磷脂比例降低膜蛋白的运动受到限制相同渗透压的条件下，正常红细胞结构与衰老红细胞外形的比较二、细胞水平的衰老变化（三）

细胞骨架体系的改变微丝体系的结构、成分发生变化，G－actin含量下降，微丝数量减少二、细胞水平的衰老变化（四）细胞器的改变线粒体的老化：是细胞衰老的重要原因之一；昆虫、动物及人类的线粒体随增龄出现结构与功能异常；线粒体DNA、电子传递体系及ATP酶随增龄而活性降低，线粒体能量代谢发生伴有形态结构出现一系列变化线粒体的老化线粒体膜的改变：内膜的改变尤为显著，表现为：通透性增强，线粒体内水分丢失，离子的张力增高，改变了分子的静电作用，导致大分子凝聚，代谢产物弥散受到限制，进一步引起内膜（腺嘌呤核苷酸载体）形态结构发生变化，ADP/ATP转换活动显著降低（2）线粒体数目及大小的改变：线粒体肥大、肿胀，平均体积增大；数目减少；总体积下降线粒体的老化（3）线粒体结构的改变：嵴排列紊乱，菱形嵴、纵形嵴和嵴溶解等现象线粒体的老化（4）线粒体基质的变化：出现不透明、含有颗粒或电子致密包含物；在横切面上，基质空间被有序排列的管状结构所分隔。线粒体的老化线粒体DNA突变（mitochondrial

DNA

mutation）mtDNA突变的主要原因：外部因素：环境及食物中化学因素导致核苷酸烷基化，高强度紫外线照射、离子辐射可使DNA链断裂，X射线与化学性剂DNA双螺旋交联。线粒体老化的机制线粒体DNA突变（mitochondrial

DNA

mutation）mtDNA突变的氧化应激，因素：基增多。线粒体老化的机制线粒体DNA突变（mitochondrial

DNAmutation）mtDNA突变的

因素：mtDNA

露，最易受

基

;催化mtDNA

的DNA聚合酶γ不具有校正功能，

错误频率高；缺乏有效的修复酶；线粒体老化的机制线粒体DNA突变（mitochondrial

DNA

mutation）mtDNA突变的

因素：mtDNA

排列紧密利用率高；mtDNA

序列进化速度快，有害突变出现频率高；mtDNA内在热不稳定而引起自发的化学变化，如脱氨基、脱嘌呤、甲基化及水解等。线粒体老化的机制线粒体DNA突变（mitochondrial

DNAmutation）mtDNA突变，无活性的氧化磷酸化有关酶复合物日渐增多，呼吸链功能受损；线粒体数量减少；每一线粒体ATP产量及总产量显著下降，导致细胞所需能量缺陷及程序性

，引起机体组织功能减退，而成为生物衰老的重要原因线粒体老化的机制二、细胞水平的衰老变化（四）细胞器的改变内质网、高尔基体及溶酶体的改变：内质网数量减少、不规则、肿胀呈空泡状；高尔基体囊泡肿

碎、膜结构破裂崩解；溶酶体内蛋白水解酶活性下降，细胞内形成残。二、细胞水平的衰老变化（四）细胞器的改变细胞核的改变：水分减少，核膜内陷，固缩化，细胞面积与核面积减少。人中性粒细胞的面积计量分析不同组别年轻组中年组老年组细胞总面积m2141.40±23.84125.41±25.9397.53±22.37细胞核面积m254.84±10.9052.27±7.6947.36±7.92细胞核的改变二、细胞水平的衰老变化（四）细胞器的改变细胞核的改变：衰老细胞的端粒长度丢失中期的端粒(

omere)端粒与细胞衰老端粒的作用：防止丢失等稳定能够补偿参与降解、断端彼此发生融合、重排和的功能；末端遗传信息的丢失；在核内的定位及

的表达调控。DNA

中存在的“末端问题”：DNA聚合酶不能从头

DNA

，须由RNA引物引导来开的DNA链的5′端末端的碱基对缓慢地始自身的

过程，引物降解后，新留下一段无法填补的缺口，使丢失。端粒与细胞衰老DNA中存在的“末端末端有端粒，问题”：从端粒开始，可以避免有意义编码序列的丢失；端粒序列随着

而缩短

。端粒与细胞衰老性衰老（replicative

senescence）人类正常体细胞端粒较短，随着细胞次数的增多，部分端粒序列发生丢失、长度缩短，当缩短到一定长度时，导致细胞停止

，进入老化过程。Harley等1991年提出端粒可被称为细胞有丝分裂的“生命时钟”或遗传的“定时”。性衰老存在种属的特异性端粒与细胞衰老端粒长度伴随细胞

次数的增加而缩短不同的细胞其端粒长度不同，分化程度越高，其端粒DNA长度越短；细正常的体细胞大约4kb，人胚肺细胞大约10kb，人胞大约15kb；影响端粒长度的因素：端粒结合蛋白、端粒帽蛋白、DNA聚合酶等，最重要的是端粒酶。端粒与细胞衰老端粒长度与细胞次数端粒DNA的补偿机制端粒酶（

omerase):1985年Blackburn等在四膜虫中首次发现；Morin等在人HeLa细胞中发现；端粒酶与细胞的端粒酶（

omerase):一种核糖核酸蛋白（ribonucleoprotein，RNP)复合物,由小分子RNA和蛋白质组成；特殊的逆转录酶；以自身RNA为模板

新的端粒DNA序列。DNA

polymerase

αMolecularBiology

of

the

Cell.

Fourth

Edition.

Albertset

al.

p264端粒酶对细胞增殖能力的影响端粒酶与细胞的端粒酶活性与肿瘤细胞的产生三、其它变化脂褐素（lipofuscin）随

增长在各种组织细胞内的含量增加，是目前公认的衰老指标之一；蛋白质和DNA、脂类共价缩合形成的巨交联物；三、其它变化脂褐素（lipofuscin）次级溶酶体是形成场所；结构致密，不能被彻底水解，在细胞内沉积增多，阻碍细胞的物质交流和信号传递，最后导致细胞衰老。三、其它变化脂褐素（lipofuscin）光镜：1-3μm棕色颗粒；荧光镜：淡黄至橙红色自发荧光物质；电镜：由单位膜

不规则小体，电子密度较高,含有不均匀一致的内容物青年细胞老年细胞三、其它变化脂褐素（lipofuscin）生成与多种因素有关：维生素E的缺乏、缺氧、基的产生及某些病理条件三、其它变化细胞内的生化变化：蛋白质和酶：随着增龄总蛋白质下降，降解能力也随之相应降低核酸、蛋白质、酶等大分子的差错蛋白质硬化，细胞衰老过程中出现蛋白质与核酸的交联，形成不易溶解的大分子，导致细胞功能下降衰老细胞内酶的活性和含量也有改变白发：黑色素细胞产生的酪氨酸酶活性下降人胚肺成纤维细胞内酶含量在不同代龄的比较酶的名称20-25代龄30-35代龄40-45代龄酸性磷酸酶（ACP）高无变化无变化碱性磷酸酶（AKP）高略降低显著降低乳酸脱氢酶（LDH）高略降低显著降低三磷酸腺苷酶（ATPase）高略降低显著降低葡萄糖-6-磷酸酶（G6Pase）低上升趋势显著增高单胺氧化酶（MAO）低上升趋势显著增高第三节细胞衰老的学说遗传学说：基学说：神经内

免疫调节学说遗传学说（一）

组水平：遗传“生物钟”（二）衰老相关的（三）衰老相关的信号通路衰老

P16p16促衰老作用在人类细胞衰老过程中持续高表达，高出年轻细胞１０～２０倍是人类可

细胞中控制衰老进程的主导基因衰老P16P16调节细胞的衰老进程抑制Ｐ１６度的缩短；增强Ｐ１６表达，延长细胞，减缓端粒长表达，缩短细胞，加重衰老程度，端粒长度缩短明显加快。端粒途径：p53通路：衰老相关的信号通路损伤－应答途径：非端粒途径的p53通路：衰老相关的信号通路损伤－应答途径：p16-RB通路：衰老相关的信号通路基学说氧化损伤致细胞衰老-

基理论:细胞的代谢过程需要氧的存在，生物氧化过程是细胞获得能量的主要来源；生物氧化过程产生一些高活性的带

基化合物；高活性的带

基化合物能导致细胞结构和功能改变，影响细胞的功能甚至导致细胞的变性基：一类瞬时形成的含不成对电子的原子或功能基团主要包括：超氧

基、羟

基（·OH）和H2O2等，其中·OH的化学性质最活泼；基学说基的产生：外源性

基：环境中的高温、辐射、光解、化学物质等引起内源性

基：体内各种代谢反应