医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座

细胞基本生命活动之一。大多数细胞都要经历增殖、分化、衰老直至死亡过程。细胞衰老：细胞对环境改变适应能力减弱和维持细胞内环境稳定能力降低,同时发生形态结构改变。

第一节细胞衰老

agingorsenescence医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第1页一、细胞寿命与增殖能力和分化程度亲密相关机体细胞分4类（细胞寿命角度）（一）恒久组织细胞

在机体出生后便永久失去了分裂能力,但高度分化专业工作细胞。衰老改变特点是细胞数量降低和细胞内结构发生改变。主要包含：心肌、骨骼肌、骨、肾上腺髓质、肾髓质和神经细胞等。医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第2页光镜照片显示人类心肌细胞（左）、骨骼肌细胞（中）和骨细胞（右）（fromC.Starr,1998)细胞寿命较长，可观察到衰老改变现象，是研究细胞衰老良好对象。医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第3页（二）稳定组织细胞在机体出生后便停顿分裂、但终生保留分裂能力、含有较高分化程度专业工作细胞。主要包含皮肤结缔组织、呼吸道上皮、肾上腺皮质、肾皮质、唾腺细胞、胰腺及胰岛、胃壁和肝细胞。这类细胞在正常情况下没有显著衰老死亡，但最终也将发生衰老和死亡。医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第4页光镜照片显示人类呼吸道上皮（左）和皮下致密结缔组织（右）（fromC.Starr,1998)医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第5页（三）更新组织细胞有一定寿命专业工作细胞。主要包含皮肤表皮、角膜、毛囊、口腔黏膜上皮、胃肠道上皮、精原细胞和造血细胞。不一样组织更新速度不一样,如小肠绒毛上皮生命周期为2～5天,表皮细胞约1～2月。这类细胞寿命短，因而不发生衰老改变。医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第6页光镜照片显示人类皮肤（fromC.Starr,1998)医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第7页（四）可耗尽组织细胞是一个专业工作细胞,在机体一生某一阶段逐步降低,但得不到补充,最终消耗殆尽。如卵巢实质细胞医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第8页（五）体外培养细胞寿命1、Hayflik界限体外培养细胞也有一定寿命。1961年，Hayflick和Moorhead试验，培养人二倍体细胞表现出显著衰老、退化和死亡过程。

医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第9页将细胞数以1：2比率连续进行传代，则平均只能传代40-60次，今后细胞就逐步解体并死亡。

医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第10页细胞，最少是培养细胞，不是不死，而是有一定寿命；它们增殖能力不是无限，而是有一定界限——“Hayflick界限”。医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第11页2、体外培养细胞寿命与

供体物种寿命和供体个体年纪关系Hayflick比较了各种动物成纤维细胞在体外培养下传代次数和寿命关系发觉：体外培养细胞寿命取决于供体物种寿命供体个体年纪。医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第12页生命越长寿，细胞传代次数越多不一样种属平均寿命及其成纤维细胞分裂代数种类平均寿命（年）培养细胞分裂代数海龟

175

90～125人110

40～60鸡3015～35小鼠3.514～28医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第13页体外培养细胞增殖传代能力也可反应出该种属细胞在体内衰老情况。

供者年纪群体分裂代数人胚胎40～60出生后至15岁20～40

15岁以上10～30

早老症患者2～10不一样年纪人成纤维细胞分裂代数比较医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第14页4、决定细胞衰老原因Hayflik将取自老年男性细胞和年轻女性个体细胞(间期可见巴氏小体)进行单独或混合培养，结果混合培养中两类细胞倍增次数与各自单独培养时相同。结果说明:巴氏小体污染并没有影响细胞衰老，决定细胞衰老原因在细胞内部，而不是外部环境。医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第15页Wright和Hayflik试验

年轻细胞质体与年老完整细胞融合时，得到杂种细胞不能分裂；而年老细胞质体与年轻完整细胞融合时，杂种细胞分裂能力与年轻细胞几乎相同。结果说明:是细胞核而不是细胞质决定了细胞衰老表现。医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第16页

二、细胞衰老特征

1．细胞内水分降低，致使细胞脱水收缩，体积变小。2．细胞色素颗粒沉积增多，如脂褐素也称老年色素，在光镜下呈黄褐色圆形或椭圆形颗粒。脂褐素在胞浆中沉积随老年化过程而增加，如肝细胞、肌细胞和神经细胞中积聚更为显著。

医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第17页细胞衰老特征3．细胞器衰老改变：（1）细胞膜流动性降低：衰老细胞膜发生脂质过氧化反应，流动性显著减弱，因而细胞兴奋性降低。（2）线粒体数量伴随年纪增大而降低，而其体积则伴随年纪增大而增大。（3）高尔基复合体分泌功效与囊泡运输功效下降；溶酶体酶活性降低；内质网数量降低。（4）细胞核改变：染色质固化，核膜内折。

医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第18页细胞衰老特征4．化学组成与生化反应改变(1)蛋白质合成速度下降；(2)细胞内酶活性与含量改变：老年神经细胞内单氨氧化酶升高、SOD下降，硫胺素焦磷酸酶活性减弱。

医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第19页三、细胞衰老机制

关于细胞衰老机制，曾先后提出过各种学说，但至今尚无统一认识。人们已经认识到，细胞衰老是由体内各种原因引发，人类衰老还受到社会和环境等原因影响,使得衰老机制愈加复杂。医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第20页

细胞衰老机制

1．自由基理论

自由基是在外层轨道上含有不成对电子分子或原子基团，与其它物质反应夺取电子，引发一些极主要生物分子失活，造成对细胞结构和功效产生有害生物学效应。机体去除自由基能力随龄增加而下降，造成衰老。

医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第21页2、遗传程序论细胞衰老是按照各自特定程序和时间进行；认为细胞退化和衰老是由基因控制，如退化基因(deg)和机械传感基因(mec)是控制神经细胞衰老遗传因子。衰老是遗传上程序化过程，受特定基因控制。医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第22页遗传基因变异对衰老发生影响极大，比如人类常染色体隐性遗传病早老症

8岁早老症患者医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第23页端粒与衰老近年来，提出端粒DNA序列缩短可能是细胞衰老主要原因，人体细胞端粒长度随年纪增加而缩短。发觉端粒长度、端粒酶活性与衰老有着亲密关系，提出细胞衰老“端粒钟”或“有丝分裂钟”学说医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第24页细胞衰老还有其它学说：如神经免疫网络说、错误成灾说、钙调蛋白学说等。医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第25页

第二节细胞凋亡

死亡是生命普遍现象，但细胞死亡并非与机体死亡同时。正常组织中，经常发生“正常”细胞死亡，它是维持组织机能和形态所必需。医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第26页

细胞死亡标志

判断细胞是否死亡，惯用细胞活体染色方法进行判别，因为细胞死亡时，细胞膜通透性发生改变，丧失原有功效及增殖能力，可被台盼蓝染成蓝色。

医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第27页

一、细胞死亡方式

①细胞坏死necrosis②细胞凋亡cellapoptosis也称细胞程序性死亡（programmedcelldeath）医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第28页（一）细胞坏死（necrosis）：——是因为一些外界原因，如局部缺血、物理、化学和生物因子作用而产生急性损伤所致，故称为病理性死亡。

被动医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第29页

（一）细胞坏死

necrosis

特征细胞坏死诱导原因强烈刺激受累范围成群细胞死亡膜完整性早期即丧失细胞体积增大肿胀染色质稀疏成网状细胞器肿张破坏溶酶体破坏外溢细胞形状破裂成碎片基因组DNA随机降解大分子合成不需要基因调控无后果引发炎症反应意义病理死亡方式医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第30页细胞坏死

necrosis医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第31页细胞凋亡是一个主动由基因决定自动结束生命过程。

主动程序性细胞死亡（programmedcelldeath，PCD）

是多细胞生物为调控机体发育、维护内环境稳定，由基因控制细胞主动死亡过程

（二）细胞凋亡（cellapoptosis）医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第32页

1、研究历史

1.凋亡概念形成和形态学研究(1972）1972年Kerr等在英国癌症杂志发表论文，首次提出细胞凋亡(apotosis)概念。宣告了对细胞凋亡真正探索开始。2．DNA降解和内源性核酸内切酶参加。(1987）3.蛋白质水解酶活化研究(1995)医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第33页4.细胞膜改变(1997)5.线粒体改变和分子生物学研究(1998-)1)相关基因及调控2）信号转导3）各种分子及其相互作用及相互关系4）疾病机制说明，以及新疗法探索及问世。医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第34页年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，因在器官发育遗传调控和细胞程序性死亡方面研究获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。

年诺贝尔生理与医学奖取得者（图片来自http://www.nobel.se/）医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第35页

2、细胞凋亡过程2023/4/2436Medicalcellbiologyyyswx@医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第36页2、细胞凋亡过程细胞连接消失，微绒毛消失；细胞质密度增加，核质浓缩成一个或几个大团块，细胞核进而裂解为碎块，形成凋亡小体，凋亡小体很快被单核巨噬细胞吞噬。医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第37页凋亡起始细胞质密度增加凋亡小体形成凋亡小体逐步被吞噬细胞吞噬医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第38页医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第39页医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第40页医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第41页3、凋亡特征特征细胞凋亡

诱导原因生理及弱刺激受累范围单个细胞丢失膜完整性保持到晚期细胞体积降低、固缩染色质凝聚成半月形细胞器无显著改变溶酶体保持完整细胞形状形成凋亡小体基因组DNA有控降解大分子合成普通需要基因调控有后果不引发炎症反应意义生理死亡方式医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第42页apoptosis医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第43页坏死细胞凋亡细胞4、细胞凋亡与细胞坏死区分医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第44页特征细胞凋亡细胞坏死诱导原因生理及弱刺激强烈刺激细胞数量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染色质凝聚呈半月状稀疏呈网状细胞核早期固缩断裂晚期破裂细胞器无显著改变肿胀、破裂细胞内容物无释放释放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普通需要不需要基因调控有无后果不引发炎症反应引发炎症反应意义生理死亡方式病理死亡方式医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第45页

细胞坏死与凋亡形态区分医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第46页二、细胞凋亡形态学改变及生化特征细胞调亡有许多特定形态学和生化特征主要：（1）调亡小体（apoptoticbody）（2）DNA片段化（fragmentation）

医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第47页医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第48页（1）凋亡小体电镜观察凋亡细胞体积变小，细胞质浓缩。凋亡Ⅰ期细胞核内染色质高度盘绕，出现许多称为气穴现象空泡结构。细胞凋亡晚期，细胞核裂解为碎块，产生凋亡小体。

医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第49页NuclearmorphologicalchangesofHeLacellsinapoptosisprocess（488nm400）医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第50页医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第51页图15-8左，正常胸腺细胞；右，凋亡胸腺细胞（注意凋亡小体）

医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第52页医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第53页（2）DNA片段化（fragmentation）由核酸内切酶将核小体间连接DNA降解形成长度为180～200bp整倍数寡聚核苷酸片段在琼脂糖凝胶电泳中呈特征性“梯状”条带（ladder）医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第54页医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第55页1．细胞色素c诱导0h2．细胞色素c诱导1h3．细胞色素c诱导2h4．细胞色素c诱导3h5．细胞色素c诱导4h6．阴性对照7．Marker细胞色素c诱导凋亡细胞DNA电泳图医学细胞生物学细胞的衰老和死亡专家讲座第56页三、细胞凋亡生物学意义和作用

1、在发育中，幼体器官缩小和退化

如蝌蚪尾巴消失神经细胞数量调整（约50％凋亡，使神经细胞数量与需要神经支配靶细胞数量相适应）官腔结构形