程序性细胞死亡与细胞衰老课件

2023/2/91第十三章程序性细胞死亡

与细胞衰老●细胞死亡（programmmedcelldeath,PCD）●细胞衰老（cellageing或cellsenescence）2023/2/92程序性细胞死亡动物细胞程序性死亡细胞凋亡（apoptosis）细胞坏死（necrosis）细胞自噬（autophagy）植物细胞与酵母细胞的程序性死亡植物细胞的程序性死亡：木质部管状细胞的成熟过程，植物细胞在受到真菌或细菌感染后会发生主动快速死亡。死亡细胞的残余被细胞壁固定在原位，被液泡中水解酶消化。酵母细胞的程序性死亡：与动物程序性死亡类似。2023/2/93细胞凋亡(Apoptosis)●细胞凋亡的概念和特征●细胞凋亡的生理意义：对于动物个体的正常发育，自稳态的维持，免疫耐受的形成，肿瘤监控等多种生理及病理过程具有重要意义。蝌蚪尾的消失，发育过程中手和足的成形过程；脊椎动物的神经系统的发育；凋亡不足导致肿瘤在内的多种疾病，调亡过度导致机体免疫功能的丧失。●细胞凋亡的检测方法●细胞凋亡的分子机制2023/2/95细胞凋亡的检测方法◆形态学观测：染色法（台盼蓝）、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。◆彗星电泳法（cometassay）：将细胞裂解处理，电泳并用荧光染料染色，凋亡细胞DNA降解片断在电场中泳动速度快，使细胞核呈彗星式图案。◆流式细胞分析：凋亡细胞DNA断裂和丢失，呈亚二倍体状态，用碘化丙腚染色使DNA产生激发荧光。

2023/2/96细胞凋亡的分子机制●诱导细胞凋亡的因子●Caspase家族与凋亡

◆Caspase

◆Caspase依赖性的细胞凋亡

▲死亡受体起始的外源途径

▲线粒体起始的内源途径◆Caspase非依赖性的细胞凋亡◆生死抉择：细胞凋亡的调控2023/2/97诱导细胞凋亡的因子◆物理性因子，包括射线（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，钙离子载体，维生素K3，视黄酸，细胞毒素，DNA和蛋白质合成的抑制剂，正常生理因子（激素，细胞生长因子等）失调以及肿瘤坏死因子（TNF）处理等。2023/2/99细胞凋亡分为两个阶段激活期：前期细胞应答死亡信号，起始Caspase活化。凋亡信号刺激→酶原分子在特异性的Asp位点被切割→形成两个大小亚基的异二聚体→具有活性的Caspase；执行期：后期执行Caspase活化，执行细胞死亡程序。起始Caspase招募执行Caspase酶原分子后→进行切割→产生具有活性的执行Caspase→切割细胞内重要的结构和功能蛋白→细胞凋亡。已知执行Caspase底物约280种。起始Caspase和执行Caspase组成细胞内凋亡信号的联级分子网络，凋亡程序一旦启动，网络顶端起始Caspase首先活化，切割下游Caspase酶原，使得凋亡信号在短时间内迅速放大并传递到整个细胞，产生凋亡效应。2023/2/910死亡受体起始的外源途径▲凋亡信号通路：死亡配体主要是肿瘤坏死因子（TNF)家族成员，死亡配体的生物学功能是通过与细胞表面的受体结合来实现的，TNF-R1和Fas是死亡受体家族的代表成员，它们的胞质部分均含有死亡结构域（DD），负责招募凋亡信号通路中的信号分子。▲举例：配体与Fas结合→Fas聚合→Fas通过胞质区的死亡结构域招募接头蛋白FADD和Caspases-8酶原→形成死亡诱导复合物DISC→Caspases-8酶原在复合物中通过自身切割被激活→切割执行者Caspases-3酶原→产生有活性的Caspases-3→导致细胞凋亡。活化的Caspases-8酶还通过切割Bcl-2家族成员的Bid将凋亡信号传递到线粒体，引发内源途径，信号进一步放大。2023/2/911线粒体起始的内源途径◆细胞受到内部或外部的凋亡信号刺激时，线粒体外膜的通透性会发生改变，向细胞质基质中释放出凋亡相关因子，引发细胞凋亡。哺乳动物细胞接受凋亡信号刺激，CytC从线粒体释放到细胞质中，与另一个凋亡因子Apaf-1结合，诱导细胞凋亡发生。◆线粒体外膜通透性改变主要受到Bcl-2蛋白家族的调控，是Ced-9在哺乳类中的同源物，含有一个或多个BH结构域，定位在线粒体外膜上，或接受信号后转移到线粒体外膜上。◆细胞接受凋亡信号后促凋亡因子Bax和Bak发生寡聚化，从胞质中转移到线粒体外膜上，与膜上阴离子通道蛋白作用，使通道开放，线粒体内凋亡因子（CytC）释放到细胞质基质中，引发细胞凋亡。◆Bcl-2、线粒体与细胞凋亡2023/2/913生死抉择：细胞凋亡的调控Caspase抑制因子：直接与Caspase活性分子结合，阻抑其对底物的切割作用，包括c-IAP家族7个成员，c-FLIP，BAR和ARC；所有IAP家族成员都具有70个氨基酸残基组成的BIR结构域，对抑制凋亡是必需的。IAP家族成员的抗凋亡作用也能被特异的抑制因子解除，当凋亡程序启动后，有两种蛋白Smac/DIABLO和Omi/HtrA2与CytC一起从线粒体中释放，两种蛋白含有IAP结合基序，与IAP结合并释放出被IAP封闭的Caspase。内源性Caspase抑制因子2023/2/914名称抑制底物NAIP(BIRC1)Caspase-3,-7c-IAP1

(BIRC2)Caspase-3,-7c-IAP2(BIRC3)Caspase-3,-7XIAP(BIRC4)Caspase-3,-7,-9Survivin(BIRC5)Caspase-3,-7Livin(BIRC7)Caspase-3,-7,-9ILP-2(BIRC8)Caspase-9c-FLIP(I-FLICE)Caspase-8,-10ARCCaspase-2,-8BARCaspase-82023/2/915细胞坏死（necrosis）◆细胞坏死是细胞区别于细胞凋亡的另一种典型的细胞死亡方式，当细胞受到意外损伤或严重的病理性刺激的情况下细胞发生坏死；细胞内ATP下降到无法维持细胞存活的水平，坏死细胞的细胞质出现空泡，细胞质膜破损，细胞内含物释放到胞外，引起炎症。细胞坏死过程染色体不发生凝集，不产生有规律的200bp的DNA片段。

◆细胞坏死可能是细胞“程序性死亡”的另一种形式，推测的原因是DNA损伤的积累导致DNA修复蛋白：多聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶{PARP}被活化，使得细胞核内NAP+大量减少，导致糖酵解被抑制，ATP水平下降。2023/2/917细胞衰老

(cellularaging或cellsenescence)●细胞衰老的概念及特征●细胞衰老的分子机制●细胞衰老与个体衰老和癌症的关系2023/2/918细胞衰老的概念及特征●概念：关于细胞增殖能力和寿命是有限的观点。细胞，至少是培养的二倍体细胞，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，这就是Hayflick界限●细胞衰老过程形态结构方面的变化◆细胞核的变化：体外培养的二倍体细胞，细胞核随着细胞分裂次数的增加不断增大，细胞核的核膜内折（invagination）、染色质固缩化。

◆内质网的变化：衰老动物内质网成分弥散性地分散于核周胞质中，粗面内质网的总量减少了。◆线粒体的变化：细胞中线粒体的数量随龄减少，而其体积则随龄增大。◆致密体的生成：衰老的动物细胞致密体积累，由溶酶体或线粒体转化而来。◆膜系统的变化：衰老的细胞，其膜的流动性降低、韧性减小，衰老细胞间隙连接减少。2023/2/919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40-60202-4不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数2023/2/9212023/2/9222023/2/9232023/2/9252023/2/926

a正常T细胞杂交瘤细胞b凋亡细胞(扫描电镜)c凋亡细胞(透射电镜)2023/2/9292023/2/9302023/2/9312023/2/9322023/2/933坏死细胞凋亡细胞202