细胞的衰老与死亡培训课件

细胞的衰老与死亡第一节细胞衰老第二节细胞的死亡内容2细胞的衰老与死亡

一、细胞衰老与机体衰老

(一)细胞衰老的概念

是指随着时间的推移,细胞增殖能力和生理功能逐渐下降的变化过程。细胞在形态上发生明显变化，细胞皱缩，质膜透性和脆性提高，线粒体数量减少，染色质固缩、断裂等。第一节细胞衰老（cellaging

）3细胞的衰老与死亡（二）机体衰老与细胞衰老1机体的衰老并不等于体内所有细胞都衰老

不同组织的细胞寿命不同：小肠上皮细胞2～5天、胰腺上皮细胞约50天皮肤表皮细胞1～2个月2机体的衰老与体内细胞的衰老有着密切的联系生物体的衰老可能是组织中干细胞的衰老引所致4细胞的衰老与死亡二、二倍体细胞体外增殖能力和寿命1.Hayflick界限（Hayflicklimitation):体外培养的二倍体细胞的增殖能力和寿命是有一定限度的。2.体外培养的二倍体细胞分裂次数与供体年龄之间呈反比关系。3.不同物种的细胞最大分裂次数与动物平均寿命成正比关系。5细胞的衰老与死亡三、体内细胞的衰老与其增殖能力和分化程度有关（一）不育细胞群的衰老

1.短寿细胞不具有普遍意义的衰老，如红细胞、白细胞、皮肤表皮细胞、口腔和胃、肠道上皮细胞。

2.长寿细胞衰老与年龄呈线性关系，是研究细胞衰老的理想的材料，如神经细胞和心肌细胞。6细胞的衰老与死亡（二）暂不增殖细胞群的衰老仍然保留分裂能力，在一定条件下可以恢复其增殖能力，如肝、肾实质细胞、软骨细胞，很少用来研究衰老。（三）具有干细胞特性的增殖细胞群的衰老细胞分裂周期延长，自我更新和多向分化潜能衰退，将导致组织器官结构与功能的衰退，是研究细胞衰老的重要模型。7细胞的衰老与死亡四、细胞衰老的表现（一）衰老细胞中水分含量减少

内水分减少，细胞萎缩（二）衰老细胞中色素蓄积

电镜下细胞质中的脂褐素颗粒由单位膜包裹形成较高电子密度不规则小体，含有浅亮的脂滴8细胞的衰老与死亡

1．细胞膜的变化磷脂含量下降，胆固醇与磷脂的比值升高；磷脂中不饱和脂肪酸含量及卵磷脂与鞘磷脂的比值随增龄而下降,细胞膜的黏滞性增加，膜流动性降低。（三）细胞膜系统的改变2．内质网的变化

粗面内质网数量减少，排列无序，膜膨胀、崩解，膜表面核糖体数量减少，光面内质网呈空泡状。9细胞的衰老与死亡

3．高尔基复合体的变化

囊泡种胀，伴有扁平囊的断裂崩解，分泌功能降低。4．溶酶体的变化

溶酶体功能降低，细胞内残余体积累。（四）线粒体的变化是细胞衰老的重要指标

数量减少，体积的增大，氧化产能功能下降。（五）细胞骨架的改变

G-肌动蛋白含量下降，微丝数量减少，与微丝相关的信号传递功能下降。

10细胞的衰老与死亡

（六）核结构的改变核膜内折、崩解、染色质固缩化。

（七）蛋白质合成变化蛋白质合成速率降低，特异蛋白、酶结构和数量改变，是细胞衰老的重要标志：

β半乳糖苷酶（SAβ-gal）表达增加超氧化物歧化酶（SOD）表达减少11细胞的衰老与死亡

干细胞的自我更新、增殖和分化的能力下降。

（八）成体干细胞的衰老

五、细胞衰老的机制

（一）“错误成灾”学说

DNA损伤和修复功能下降，导致核酸、蛋白质、酶等生物大分子合成错误，引起细胞代谢功能障碍，导致细胞衰老死亡。12细胞的衰老与死亡（二）自由基学说

认为衰老是由于自由基（freeradical）对细胞成分的攻击伤害所致；

1.自由基导致氧化性损伤:基因突变、脂质过氧化

2.自由基产生

(1)环境中的高温、辐射、光解、化学物质等。

(2)体内各种代谢反应产生：①线粒体呼吸链电子泄漏产生；②过氧化物酶体的多功能氧化酶催化底物羟化产生。13细胞的衰老与死亡3.自由基清除系统（1）抗氧化酶：谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（PXP）及过氧化氢酶（CAT）（2）抗氧化剂（antioxidant）：谷胱甘肽（GSH）、维生素C、β-胡萝卜素、维生素E、半胱氨酸、硒化物、巯基乙醇等。

14细胞的衰老与死亡（三）端粒学说

DNA每复制一次，端粒末端就缩短一段，当端粒缩短到一定程度而不能再分裂复制，细胞便衰老死亡；端粒酶（telomerase）可以利用自身RNA为模板合成端粒DNA，加到染色体3′末端，补偿端粒末端丢失的序列，从而延长细胞的寿命；体细胞无端粒酶活性，生殖细胞、干细胞和恶性肿瘤细胞中有明显的端粒酶活性。15细胞的衰老与死亡

（四）遗传程序学说生物体细胞内特定基因按照预定程序有序地开启和关闭，控制着个体的生长发育、衰老死亡。

（五）细胞衰老相关基因

1．衰老基因（1）MORF4基因：位于4号染色体上，基因发生突变可导致细胞永生化（2）p16和p21基因：基因产物是CDK抑制因子（CKI），可通过抑制CDK的活性导致细胞周期停滞，阻断细胞增殖，导致细胞衰老16细胞的衰老与死亡细胞衰老时p16表达增强，能特异性地拮抗Cdk4、Cdk6结合cyclinD，而使G1-Cdk失活，从而阻止Rb蛋白磷酸化,使Rb不能与E2F分离，E2F处于持续失活状态，细胞被滞留在G1期，从而阻断细胞周期的正常运行，维持了衰老细胞不可逆的生长停滞状态。17细胞的衰老与死亡衰老细胞端粒长度的缩短（可视作DNA的一种损伤）会诱导细胞中p53

含量明显增加，继而诱导p21的表达，抑制Cdk的活化，使得Rb不能被磷酸化，E2F处于持续失活状态，最终引发细胞衰老。18细胞的衰老与死亡(3)老年性退行性疾病有关的基因截脂蛋白E基因----冠状动脉硬化

β淀粉样蛋白基因----阿尔茨海默病2．抗衰老基因也称长寿基因（longevitygene）延长因子-1α基因、WRN基因、Klotho基因

SIRT1的基因19细胞的衰老与死亡（六）成体干细胞的衰老1．遗传因素①无法修复积累的DNA损伤②衰老相关基因的表达：p53、p16基因过度表达2．环境因素

干细胞巢中的酶、调控因子等变化20细胞的衰老与死亡六．细胞衰老与疾病1.早老性疾病

早老症(Hayflick-Guilford综合征)儿童绝大多数Hutchinson-Gilford早老症的致病原因是由体内核纤层蛋白A（laminA）基因突变所致。laminA的基因突变影响DNA损伤修复，基因组不稳定，从而使laminA蛋白缺陷的细胞终止分裂，衰老过程加并过早死亡。21细胞的衰老与死亡

2.干细胞衰老相关疾病

老年性再生障碍性贫血、白血病、骨质疏松、

Ⅱ型糖尿病、动脉粥样硬化、血脂代谢障碍。22细胞的衰老与死亡第二节细胞的死亡（celldeath）细胞死亡是指细胞生命活动的结束，细胞死亡有两种不同的形式：

1.坏死（necrosis）性死亡

2.细胞凋亡（apoptosis）23细胞的衰老与死亡1.坏死（necrosis）性死亡:由于损伤、缺血或感染引起的细胞死亡现象，伴生炎症。2.细胞凋亡（apoptosis):由死亡信号诱发的受调节的细胞死亡过程，是细胞生理性死亡的普遍形式。凋亡过程中DNA发生片段化，细胞皱缩分解成凋亡小体，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬，不发生炎症。24细胞的衰老与死亡一、细胞凋亡具有重要的生物学意义1．发育过程中清除多余的细胞

细胞凋亡在指（趾）形成中的作用蝌蚪发育过程尾部细胞的凋亡25细胞的衰老与死亡程序性细胞死亡对发育中神经细胞数量的调节26细胞的衰老与死亡2．清除正常生理活动过程中无用的细胞衰老的红血细胞、前T、前B淋巴细胞3．清除病理活动过程中有潜在危险的细胞

DNA损伤的细胞、有癌变危险的细胞、病毒感染的细胞27细胞的衰老与死亡在发育过程中凋亡异常引起并指（趾）凋亡异常28细胞的衰老与死亡二、细胞凋亡的形态学和生化特征1.形态学特征细胞凋亡与细胞坏死的形态学比较29细胞的衰老与死亡电镜下的凋亡细胞(A-B)与坏死细胞(C)30细胞的衰老与死亡２.细胞凋亡的生化特征

(1)

染色质裂解为特定的DNA片段a.细胞凋亡中DNA内切酶的活化，形成长度180~200bp及其整倍性片段b.在DNA电泳中形成梯状带31细胞的衰老与死亡(2)细胞膜磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine，PS）:

是早期凋亡细胞的特殊标志。(3)胱天蛋白酶（caspase）：凋亡过程中由这些蛋白酶构成一系列级联反应，使靶蛋白活化或失活而介导各种凋亡事件。32细胞的衰老与死亡

特征细胞凋亡细胞坏死诱导因素生理及弱刺激强烈刺激受累范围单个细胞丢失成群细胞死亡膜完整性保持到晚期早期即丧失细胞体积减少、固缩增大、肿胀染色质凝聚成半月形稀疏成网状细胞器无明显变化肿张破坏溶酶体保持完整破坏外溢细胞形状形成凋亡小体破裂成碎片基因组DNA有控降解随机降解大分子合成一般需要不需要基因调控有无后果不引起炎症反应引起炎症反应意义生理死亡方式病理死亡方式

细胞凋亡与细胞坏死的区别33细胞的衰老与死亡三、细胞凋亡的分子机制（一）线虫和哺乳动物细胞的凋亡相关基因1.线虫细胞凋亡基因线虫（C.elegans）发育过程中有1090个细胞，有131个细胞将进入程序化死亡；34细胞的衰老与死亡已发现15个基因与线虫细胞凋亡有关,可分为四组：①细胞死亡基因（celldeathgene）:

ced-3、ced-4②死亡抑制基因（celldeathsuppressergene）:ced-9

(1)直接相关基因(2)与死亡细胞吞噬有关的基因

ced-1、ced-2、ced-5、ced-6、ced-7、ced-8、ced-10

(3)控制DNA裂解基因:nuc-1

(4)特异细胞类型凋亡的基因:

ces-1、ces-2

egl-1和her-1

35细胞的衰老与死亡2.人和哺乳动物细胞凋亡相关基因及其产物（1）Caspase家族(ced-3的同源物)

是一类半胱氨酸蛋白水解酶（cysteineasparticacidspecificprotease），简称胱天蛋白酶（caspase）共同特点:是富含半胱氨酸，被激活后能特异地切割靶蛋白的天冬氨酸残基后的肽键。37细胞的衰老与死亡已发现的Caspase家族成员共有15种根据在凋亡级联反应中的功能不同可分为两类：①凋亡上游的起始者:Caspase2、8、9、10、11；②凋亡下游的执行者:Caspase3、6、7。其中Caspase

1、4、11参与白细胞介素前体活化，不直接参加凋亡信号的传递38细胞的衰老与死亡

细胞凋亡过程中Caspase级联效应a.Caspase酶原的活化：Caspase酶原在特异位点被切割（通常由另一家族成员催化），切割产生的片段聚合形成由2个小亚基和2个大亚基组成的有活性的Caspase四聚体。39细胞的衰老与死亡

细胞凋亡过程中Caspase级联效应b.Caspase级联效应：少量活化的起始Caspase能够切割许多下游Caspase酶原，产生大量活化的下游Caspase，其中执行Caspase切割细胞质内及细胞核内重要结构和功能蛋白，导致细胞凋亡。40细胞的衰老与死亡（2）Bcl-2蛋白家族(是线虫ced-9的同源物)

根据其功能可以分为两大类:①抑制凋亡的Bcl-2:Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w、Mcl-1

能阻止线粒体外膜的通透化，保护细胞免于凋亡。②促进细胞凋亡的Bcl-2:Bax、Bak，Noxa

能够促进线粒体外膜的通透化，促进细胞凋亡。41细胞的衰老与死亡（3）p53基因(抑癌基因)DNA损伤p53活化p21基因转录细胞阻止在G1期,如果DNA损伤不能被修复，p53持续增高引起细胞凋亡。（4）Fas和FaslFas是广泛存在于正常细胞和肿瘤细胞膜表面受体，Fas配体Fasl主要表达于活化的T淋巴细胞，两者结合将导致携带Fas的细胞凋亡。42细胞的衰老与死亡（二）细胞凋亡信号信号通路43细胞的衰老与死亡四、细胞凋亡失常与疾病（一）细胞凋亡过低导致的疾病1．细胞凋亡与肿瘤肿瘤细胞凋亡抑制基因和凋亡活化基因表达异常如肿瘤细胞常有p53基因的突变或缺失、一般肿瘤细胞高表达Fasl，借以凋亡淋巴细胞，而又低表达Fas，而降低凋亡，形成肿瘤细胞有逃逸免疫及凋亡耐受的特性。44细胞的衰老与死亡2．细胞凋亡与系统性红斑狼疮由于Fas表达缺陷，引起自身反应性T细胞的凋亡功能丧失，导致T淋巴细胞凋亡障碍（二）细胞凋亡过度导致的疾病1．细胞凋亡与神经退行性疾病中枢神经系统神经细胞的丧失是各种神经退行性疾病的病理特点45细胞的衰老与死亡HIV感染的细胞膜表面可表达gp120，其受体存在于免疫的CD4+T淋巴细胞膜上，当gp120与CD4+T淋巴细胞结合后，可诱导CD4+T淋巴细胞凋亡，导致免疫系统崩溃。2．细胞凋亡与AIDS病3．细胞凋亡与心血管疾病

动脉粥样硬化、心肌病、急性心肌梗死，以及心力衰竭中均伴随着细胞凋亡。