医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡课件

第十五章细胞的衰老与细胞死亡

第一节细胞衰老一、细胞衰老的概念细胞衰老：是指正常细胞的形态结构、化学成分和生理功能和增殖能力逐渐减弱衰退的现象。（一）细胞衰老与机体衰老的关系

细胞衰老与人体衰老既有联系又有区别：1.区别：细胞衰老与人体衰老是两个不同的概念。2.联系：机体衰老以细胞总体的衰老为基础，细胞总体的衰老反应了机体的衰老。（二）体内各类细胞的寿命不同1.与机体寿命接近的细胞

如神经元、脂肪细胞、骨骼细胞和心肌细胞。2.缓慢更新的细胞

如肝脏、肾脏细胞和胃壁细胞。3.快速更新的组织细胞

如上皮细胞、血细胞。二、细胞衰老的表现（一）形态学的变化（1）细胞核的变化核膜内折、核质固缩。（2）内质网和线粒体的变化

内质网弥散分布，尼克体含量减少；线粒体数量减少。（3）细胞内色素或腊样物质沉积（4）膜系统的变化

膜的流动性降低，脆性增加（二）生化方面的改变（1）DNA：复制与转录受到抑制，端粒DNA丢失，线粒体

DNA特异性缺失，DNA氧化、断裂、交联等。

（2）RNA：mRNA和rRNA的含量降低。

（3）蛋白质：含量下降，胞内蛋白发生糖基化、氨甲酰化、脱氨基等反应。（4）酶分子：活性中心被氧化，金属离子Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+等丢失，导致酶失活。（5）脂类：不饱和脂肪酸被氧化，引起膜脂之间或与脂蛋白之间交联，膜的流动性降低。三、细胞衰老的学说遗传程序论：衰老是遗传因素决定的程序化过程，是受特定基因控制的。成人早衰症12岁的男孩塞斯·库克9岁的波恩自由基学说：

通过氧化损伤不饱和脂肪酸、蛋白质和破坏DNA，而引发对细胞膜、核膜、蛋白质等的氧化性损伤，最终导致衰老。自由基：是一类瞬间形成的含不成对电子的原子或分子基团。自由基的来源：１.体外：空气污染、高温、辐射等２.体内：代谢产生；线粒体呼吸链电子泄漏产生；过氧化物酶体催化底物羟化产生。

端粒钟学说：端粒长度随着分裂次数增加而缩短，当缩短到一定程度的时候细胞就不复制，细胞进入衰老的过程。人类的端粒：TTAGGG/CCCTAA的重复序列第二节细胞死亡细胞死亡的形式有两种：

细胞坏死(necrosis)：是细胞受到物理、化学和生物因素等损伤后而引起细胞被动死亡的现象。亦称病理性死亡。※细胞凋亡(apoptosis)

：是由基因控制的细胞有序性的主动死亡现象。又称生理性死亡。细胞坏死与细胞凋亡NecrosisvsApoptosisapoptosis凋亡时细胞的形态学改变细胞变圆微绒毛消失胞质浓缩空泡化凋亡小体初期：核染色质高度浓缩凝集在核周边,边集细胞体积缩小中期：胞膜内陷出芽浓缩核裂解膜自行分割致死前期可逆期致死期不可逆期后期：邻近的上皮细胞、MΦ、瘤细胞等吞噬凋亡小体一、细胞凋亡的特征（一）形态学特征1.细胞核的变化

染色质凝集、分块，呈新月状、花瓣状位于核膜下。最后核膜断裂。

2.细胞质的变化

细胞质明显浓缩，线粒体（体积增大、嵴增多，出现空泡）和内质网（腔增殖膨大），细胞骨架变得致密和紊乱。左图：哺乳类乳腺细胞的凋亡右图：哺乳类正常的乳腺细胞（二）细胞凋亡的生物化学特征1.DNA片段化

凋亡细胞中核酸内切酶活化，特异性地切割核小体，形成180～200bp整数倍的DNA片段。琼脂糖凝胶电泳显示梯状条带。200bp400bp600bp800bp

细胞凋亡与坏死的区别★坏死凋亡1.性质病理性生理性或病理性2.诱导因素强烈的刺激（极端环境）较弱刺激（生理/病理因素）3.生化特点被动过程，无蛋白合成，主动过程，有新蛋白合成，不耗能ATP耗能量ATP4.形态变化细胞结构全面溶解、破坏、胞膜及细胞器相对完整细胞肿胀细胞皱缩，核固缩5.DNA电泳随机降解，电泳呈均一DNA片段化（180-200bp）DNA片状电泳呈“梯”状条带6.炎症反应溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体相对完整，无炎症反应7.凋亡小体无有8.基因调控无有二、诱导细胞凋亡的因素1.物理因素：如射线、高温；2.化学性因素：如强酸、强碱；细胞因子（肿瘤坏死因子）、激素（糖皮质激素），抗癌药物等;３.病毒（如HIV、EB病毒）；细菌；毒素；DNA损伤，细胞质中钙离子浓度过高；4.细胞缺血、缺氧等。

1.Caspase家族蛋白是引起细胞凋亡的关键酶，即凋亡酶。按功能可分为两类：执行凋亡酶：caspase-3、6、7，只能执行凋亡，不能自身激活。

启动凋亡酶：caspase-2、8、9、10，启动凋亡，同时即可自我激活也可激活执行凋亡酶。caspase的抑制因子：IAPs三、细胞凋亡的分子机制

（一）细胞凋亡的相关基因和蛋白Caspase家族蛋白的特点：①酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲核性；②总是在天冬氨酸之后切断底物；③都是由两大、两小亚基组成的异四聚体。大、小亚基由同一基因编码，由蛋白质前体被切割后产生。作用：可降解胞内结构蛋白和功能蛋白，最终导致细胞凋亡。Caspase对底物的切割效应

1.水解核酸酶抑制物释放CAD2.切割核纤层蛋白、核孔蛋白3.破坏细胞骨架4.阻断DNA复制和修复Bcl-2家族包括两类蛋白质：

抗凋亡蛋白：如Bcl-2，Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1促凋亡蛋白：如，Bax、Bak、Bad、Bid、Bim

通过调节线粒体中的凋亡因子的释放，调节细胞凋亡。2.Bcl-2基因家族3.Apaf-1蛋白（凋亡激活因子-1）

Apaf-1含有3个不同的结构域：

（1）能召集caspase-9；（2）ced-4同源结构域，能结合ATP/dATP；（3）C端结构域，与细胞色素C结合。

通过形成凋亡体，

凋亡体可以激活caspase-3。4.Fas

Fas又称作APO-1/CD95，为跨膜蛋白，分布于胸腺细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞、NK细胞、内皮细胞、上皮细胞等。与fas配体结合后可以激活caspase8，导致靶细胞走向凋亡。5.p53p53基因是一种抑癌基因；生物学功能是在G1期监视DNA的完整性；如有损伤，则抑制细胞增殖。直到DNA修复完成；当DNA损伤不能修复时，p53蛋白持续增高，易位到线粒体，引起线粒体膜的破裂，释放细胞色素C；细胞凋亡除上所述，还有myc、ATM

等凋亡相关蛋白。6.myc

在许多人类恶性肿瘤细胞中都发现有c-myc的过度表达，它能促进细胞增殖、抑制分化。c-myc还参于细胞调亡的控制。在凋亡细胞中c-myc也是高表达。c-myc对增殖和凋亡的调节是一样的。作为转录凋控因子，一方面激活那些控制细胞增殖的基因，另一方面也激活促进细胞凋亡的基因，给细胞两种选择：增殖或凋亡。当生长因子存在，bcl-2基因表达时，促进细胞增殖，反之细胞凋亡。(二)细胞凋亡的信号转导通路1.膜表面死亡受体通路（细胞外信号）死亡受体通路（Extrinsicorcytoplasmicpathway）■死亡受体TNFR、FasR、DR3、DR4、DR5等是一类通过与相应配体结合，传递细胞凋亡信号的跨胞膜蛋白。■通路（pathway）FSAL

FADDPro-caspase-8Caspase-8Caspase-3Pro-caspase-3细胞凋亡生长因子、信号、Fas抗体FasRFADD（Fas-associateddeathdomain）；DD（deathdomain）；DED（deatheffectordomain）。DEDDEDDD杀伤性T淋巴细胞诱导病原体感染的靶细胞凋亡NADH-CoQ氧化还原酶复合物ⅠCoQH2-细胞色素C还原酶复合物ⅢcytQ细胞色素C氧化酶复合物Ⅳ线粒体呼吸链的结构

线粒体PT孔

2.细胞凋亡的线粒体通路线粒体通路应激反应凋亡信号（如，ROS）线粒体PT孔开启细胞色素C（凋亡激活因子）Apaf-1Caspase-9释放凋亡体激活Caspase-3ATP/dATP特异性水解Bid激活Caspase-8含BH3结构域被运送到线粒体（通透性增高）膜通透性↑、线粒体肿胀、△m↓Apaf-1活化Cyt.c线粒体途径（Intrinsicormitochondrialpathway）

Ca2+NO缺氧活性氧应激MPT开放Cyt.c+Pro-caspase-9Caspase-9ATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cCARDApoptosomeAIFcaspase-independentapoptosisPro-Caspase-3凋亡Caspase-3BidCaspase-8caspase活化的其他途径除线粒体外，Caspase的级联激活化和能起始于：内质网细胞核高尔基体溶酶体凋亡起始分子机制不清四、细胞凋亡的生物学意义1.清除发育过程中多余的细胞2.清除病理活动过程中潜在的危险细胞3.清除已经完成功能的细胞4.清除发育不正常的细胞如，在神经系统发育过程中的神经元。5.清除正常生理活动过程中无用的细胞

如免疫系统的T、B淋巴细胞在分化过程中，95%的前T、B淋巴细胞的清除。五、细胞凋亡与人类疾病

表：与细胞凋亡异常相关的疾病

凋亡不足凋亡过度肿瘤肝癌、恶性血液肿瘤、乳腺癌发育异常气管-食管瘘、房（室）间隙缺、膀胱癌、肺癌、胶质瘤、前损、唇（腭）裂、短肢畸形、列腺癌等尿道下裂以及多囊肾等发育异常先天性消化道、胆道、肛门狭CNSAlsheimer病、Parkinson病、窄或闭锁、动脉导管未闭、两肌萎缩性侧索硬化症、色素性性畸形、甲状舌骨囊肿等视网膜病，脊肌肉萎缩、早老免疫系统系统性红斑狼疮、糖尿病、类