《细胞生物学》教案-细胞13章细胞死亡与细胞衰老23

PAGEPAGE31《细胞生物学》教案 （第23次课2学时）一、授课题目第十三章程序性细胞死亡与细胞衰老（ProgrammedCellDeathandCellaging）二、教学目的和要求1.掌握细胞衰老,细胞凋亡的概念及基本特征;2.掌握细胞凋亡的基因调控机制;3.了解细胞衰老的学说;4.了解研究细胞衰老和死亡的意义.三、教学重点和难点教学重点：影响细胞凋亡的因素教学难点：细胞凋亡的机理四、主要参考资料五、教学过程我国已经进入老龄化社会，据统计，2011年全国60岁以上老年人已达1.78亿人，占总人口的13.27%，人类衰老不仅仅意味着机体反应能力和器官功能的减退，更重要的是，老年人易患各种衰老相关疾病，例如高血压，冠心病，糖尿病，老年痴呆，白内障和耳聋等。25年内实现可忽略衰老，在延长寿命方面，科学家进行技术干预的焦点是端粒。端粒位于染色体的末端，而DNA链则位于细胞核内，每当细胞分裂产生新细胞时，端粒就会变短，但每个细胞的端粒长度是天生的，并非一开始就相同，并且之后的缩短速度也各不相同。端粒损耗的速度是衡量“生物衰老”的一个办法。细胞衰老(CellAging)概述细胞衰老的研究只是整个衰老生物学（老年学，人类学）研究中的一部分。所谓衰老生物学（biologyofsenescence）（或称老年学，gerontology）是研究生物衰老的现象、过程和规律。其任务是要揭示生物（人类）衰老的特征，探索发生衰老的原因和机理，寻找推迟衰老的方法，根本目的在于延长生物（人类）的寿命。多细胞有机体细胞，依寿命长短不同可划分为两类，即干细胞和功能细胞。干细胞在整个一生都保持分裂能力，直到达到最高分裂次数便衰老死亡。如表皮生发层细胞，生血干细胞等。一、衰老的概念及特征衰老(senescing，aging)：是机体在退化时期生理功能下降和紊乱的综合表现,是不可逆的生命过程。人的衰老与细胞的衰老相关联。细胞衰老（cellularaging或cellsenescence）：也指复制衰老，培养的正常细胞经过有限次分裂后，停止分裂，细胞形态和生理代谢活动发生显著改变的现象。生命现象不可逆的衰退和终止过程机体衰老——人的寿命到底有多长？哺乳类动物的寿命应该是其生长期的7倍。人的生长期是最后一颗牙齿长出来的时间(20-25岁)。因此人的寿命应该为100-175岁，正常应该是120岁。现代人类面临着3种衰老：生理性衰老：随着年龄的增长而出现的生理性退化病理性衰老：由于内外因素导致的病理变化，因而使衰老现象提前发生，也称“早衰”心理性衰老：心理衰老有两方面的表现：一是与生理性老化相联系的认知能力的衰老，如感觉知觉能力的衰退、记忆能力的衰退等。记忆力的衰退主要表现在对近期事物容易遗忘，而对儿时或者青壮年时代那些印象深刻的事物和知识技能往往记忆犹新。在认知方面，思维能力下降最为缓慢。老年人知识经验丰富，故而有“老马识途”、“老谋深算”等说法。心理衰老的另一种表现是社会性衰老。所谓社会性衰老，主要指与社会角色改变相联系的意志衰退。如，退离了原来的工作岗位，从社会回到家庭，容易产生人生价值终结的失落感，甚至失去了生活信念，认为“自己老了”、“没多少日子了”、“离死不远了”……几种心理性衰老的典型表现1、记忆力日渐减退，尤其记不住最近发生的事情。2、遇到急事总感觉心情焦躁不安。3、凡事以我为主，以关系自己为重。4、总爱说过去的事情，喜欢夸耀自己过去的本领和功劳。5、愿意独立生活，不愿意旁人介入。6、对噪音十分烦恼，对社会的变化诚惶诚恐，爱发牢骚。7、固执己见，喜欢收集一些不实用的东西。8、自卑感越来越强，人际关系也开始变得更为敏感。延缓心里衰老的办法扩展视野，科学用脑心地善良，宽以待人乐观向上，淡泊名利锻炼身体，增加营养自我调节，防止心衰忘年交，不服老，防心里衰老合理的饮食结构；良好的生活习惯；适宜的体育锻炼；乐观的生活态度。（一）早期的细胞衰老研究1.100年前，魏斯曼曾提出种质不死而体质会衰老和死亡的学说；（将原生动物的衰老除外），但原生动物的“不死性”也是不成立的，因为新细胞中存在着老化的结构成分；2.原生动物细胞；3.34年的鸡心细胞的否定（Carrel和Ebeling认为细胞本身不会衰老，衰老是由于环境的影响造成的）；（后来Hayflick认为Carrel每次向培养基中加入的鸡胚提取物中可能混有新鲜的细胞）4.特别是20世纪40-50年代，由于L系小鼠细胞和Hela细胞系的建立，又使细胞不死性的观点更加巩固；（L系小鼠细胞和Hela细胞系是不正常的细胞）5.直到60年代初，Hayflick等人的出色工作对细胞不死的观点彻底动摇了。（二）Hayflick界限Hayflick通过对不同生物的胚成纤维细胞的体外培养，发现物种寿命和培养细胞寿命之间存在着确切的相互关系。Hayflick巧妙的设计实验，进一步证明了决定细胞衰老的因素在细胞内部，而不是外部环境。1961年，Hayflick首次报道了体外培养殖分裂的极限。他利用来自胚胎和成体的二倍体成纤维细胞进行体外培养，发现胚胎的成纤维细胞分裂传代50次后开始衰退和死亡，而来自成年组织的成纤维细胞只能培养15～30代就开始死亡。Hayflick的一些经典实验：1Hayflick等进行细胞连续传代实验，发现平均只能传代40～60次，此后细胞就逐渐解体并死亡。体外培养的年轻和老的人成纤维细胞的显微形态2.从胎儿肺取到的成纤维细胞可在体外培养条件下传代50次。而从成人肺取到的成纤维细胞只能传代20次，可见细胞的增殖能力与供体的年龄有关。体外培养成纤维细胞来自胎儿可传代50次（与供体年龄有关）来自成人可传代20次来自小鼠可传代14－28次（与供体物种特性有关）来自乌龟可传代90－125次3.1961年Hayflick等观察到在人二倍体成纤维细胞体外连续培养时，增殖能力有一定限度。正常细胞培养到一定时期，会出现生长停滞，渐渐失去有丝分裂的能力并在细胞内积累大量碎片和颗粒，最终难免死亡。海弗立克认为这是人的寿命在细胞水平的表示。Hayflick还比较取自寿命长度不同的生物的胚成纤维细胞在体外培养条件下的传代次数和寿命的关系，发现物种寿命与培养细胞寿命之间存在着确定的相互关系（表12－1）。体外培养的人和动物细胞的寿命与他们个体寿命的关系物种成纤维细胞传代数个体最长寿命（年）龟90－125175（？）水貂30－3410鸡15－3530小鼠14－283.5人胚胎40－60110出生至15岁20－4015岁以上10－30早老病患者2－1010－20物种的寿命与体外培养时细胞传代次数的关系4.早老症病人细胞培养只传代2-4次早衰症是人体衰老中的一种病症细胞的寿限根据细胞的增殖能力，寿命，可将人体（哺乳动物）的组织细胞主要分为3类：恒久组织细胞：出生后，细胞不再分裂，其寿命接近于动物的整体寿命。如神经、骨骼、心肌细胞；稳定组织细胞：其寿命比机体的寿命短，可补偿性增生。如：肝、肾细胞；更新组织细胞：寿命短，其衰老和凋亡在个体发育的早期也会发生，但可快速更新。如上皮细胞、血细胞。5.用巴氏小体做标记老男和少女细胞的培养证明细胞内部决定衰老：取老年男性个体的细胞（间期无巴氏小体）和年轻女性个体的细胞（间期有巴氏小体）进行单独或混合培养，并统计其倍增次数。结果发现，混合培养中的两类细胞的倍增次数与各自单独培养时相同，即在同一培养液，当年轻细胞旺盛增殖的同时，年老细胞就停止生长了；5胞质体和完整细胞的融合实验证明是细胞核决定衰老:年轻细胞的胞质体与年老的完整细胞融合时，得到的杂种细胞不能分裂；年老细胞的胞质体与年轻的完整细胞融合时，杂种细胞的分裂能力几乎与年轻细胞相同。充分说明决定细胞的衰老是细胞核，而不是细胞质。Hayflick得出这样的结论：细胞、至少是培养的细胞，不是不死的而是有一定寿命的。它们的增殖能力不是无限的，而是有一定界限的。这就是有名的Hayflick界限。从而引出了细胞最高分裂次数的问题。对于体外培养细胞的细胞衰老研究，当前常用的生物学特征有2个：①不可逆的生长停滞：细胞停止分裂；②衰老相关的β-半乳糖苷酶（SAβ-gal）的活化：衰老细胞中存在的pH6.0条件下即表现活性的溶酶体β-半乳糖苷酶。A.第20代的年轻细胞，细胞体积较小，极少表达衰老相关β-半乳糖苷酶B.第55代的衰老细胞，细胞体积明显增大，表达衰老细胞特征的偏中性的β-半乳糖苷酶PAGE6三、细胞在体内条件下的衰老1.在机体内，细胞的衰老和死亡是常见的现象，甚至在个体发育的早期也会发生；2.正常情况下终生保持分裂的细胞，其分裂能力也表现出随着有机体年龄的增高而下降；=1\*GB3①衰老动物体内，细胞分裂速度显著减慢，其原因主要是G1期明显延长；=2\*GB3②衰老个体内的环境因素影响了细胞的增殖和衰老；=3\*GB3③骨髓干细胞移植实验说明随着年龄的增加，干细胞增殖速度也趋缓慢.人体和动物的各种器官和组织都是由细胞组成的，整体水平的老化是机体各部分组织细胞老化的总的反映。从五官的感觉功能的老年性退化，如人眼的视力调节能力随年龄而降低，到老年性疾病引起死亡率的提高，如肾、心、脑组织中血管的故障、骨质疏松、肺功能和免疫功能的缺陷等等，都是以细胞发生的变化为基础的。特别是那些出生后不再进行有丝分裂的细胞所组成的器官和组织，其细胞以及基质的衰老变化必然会显示出该器官功能的衰退。骨骼肌的重量是随年龄变化的，70岁以上的老人肌肉的重量只有成年初期的将近一半左右。新生儿到95岁老人的脑细胞数与年轻呈反比，每年失去成年时期的0.8%，至60岁时将失去一半。此外，运动神经的传导速度和感觉神经的传导速度也都随年龄增加而降低，大约每年递减0.4%左右。一名男子从36岁到75岁味觉丧失64％肾小球减少44％肾小球过滤率减少31％脊神经元减少37％神经传导速度减慢10％脑供血量减少20％肺活量减少44％不同种类的细胞寿命相差很大。高等动物体内存在了3种不同类型的细胞：第1类细胞的寿命接近于动物的整体寿命，如神经元和肌肉细胞等。在胚胎发育终了时，这些细胞不再增加数量，在个体的生长期中它们可增长细胞体积，以使其与躯体成比例。它们随着个体衰老而衰老，或者由于这些细胞的衰老、死亡引起个体死亡。第2类是缓慢更新的细胞，它们的寿命短于动物的平均寿命，如肝细胞，胃壁细胞等。第3类是短命的、快速更新的细胞，如皮肤的表皮细胞、红细胞和白细胞等。因此，机体可以不断有大量的细胞衰亡，如皮肤的表皮细胞死亡，形成角质化的保护层，保护着内层的细胞，但这并不影响其生存。只有当与个体生命休戚相关的神经，心肌细胞大量衰亡时才会造成整体的死亡。问题是细胞本身的衰老还是体内环境的恶化？人们做了许多实验1小鼠的表皮移植：表皮移植7-8年，说明体内环境因素影响了细胞的寿命骨髓移植：说明骨髓干细胞的衰老至少是缓慢的四、衰老细胞结构的变化（一）生活细胞的基本特征（二）衰老细胞结构的变化(1)细胞内水分减少：胶体失去电荷、失水，导致细胞失水，细胞收缩，体积减小，不溶性蛋白增加，细胞硬度增加。（2）色素生成和色素颗粒沉积：神经细胞胞浆中、肝细胞、肌细胞中脂褐质（致密体、老年色素、脂色质）增加。（3）细胞质膜变化：膜流动性降低，黏性增加，不饱和脂肪酸含量下降，胆固醇/磷脂比值升高，孵磷脂/鞘磷脂比值降低。膜脂质过氧化。导致细胞兴奋性降低，物质转运效率降低，对环境的刺激性反应降低。（4）线粒体变化：数目减少，体积增加，mtDNA与衰老呈正相关（缺失突变）。自由基损伤，细胞能量供应不足。（5）细胞核变化：细胞核的核膜内折（invagination）,最终导致核膜崩解。染色质固缩化，端粒缩短。DNA氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降低，RNA含量降低。（6）细胞骨架变化：微丝系统结构和成分发生改变。（7）蛋白质合成发生变化：合成速度降低，或特异蛋白合成和蛋白结构发生变化，发生修饰、交联，活性下降（8）其它变化ER呈弥散性分散于核周胞质中，rER的总量是减少；Golgi体碎裂；细胞间的间隙连接数目减少；膜内颗粒的分布也发生变化；衰老细胞的形态变化尼氏体电镜下为丰富的粗面内质网和核糖体结构：由发达的粗面内质网和游离的核糖体构成。结构：具有强嗜碱性。功能：合成蛋白质，主要合成更新细胞器所需的结构蛋白、合成神经递质所需的酶类以及肽类的神经调质。细胞的衰老和死亡也是一种正常的生命现象，细胞从未分化到分化到衰老到死亡。衰老症状原因分析皮肤干燥，发皱细胞水分减少，体积减少头发变白细胞内的酶活性降低老人斑细胞内色素（脂褐素）的累积无力细胞内呼吸速度减慢吸收能力下降细胞膜通透性功能改变1细胞核的变化：核膜内折，染色质固缩，核仁不规则。在衰老变化中细胞核结构的最明显变化是核膜内折。电镜检测可见衰老细胞核形状不规则、内陷和断裂。在体内细胞中也观察到核膜的不同程度的内折，神经细胞尤为明显，这种内折随年龄增长而增加，最后可能导致核膜崩解。染色体固缩化是衰老细胞核中另一个重要变化。在衰老细胞中，细胞核固缩，还常常出现核内容物，核质染色加深，核的细致结构逐渐消失，核仁也发生明显的变化2内质网的变化：年轻动物：RER发育好、排列有序；年老动物：RER弥散、总量减少。在衰老细胞中，内质网排列变得无序，膜腔膨胀扩大甚至崩解，膜面上核糖体数量减少。3线粒体的变化：数量随年龄减少，体积随年龄增大。由于线粒体是细胞呼吸和氧化的中心，有人称它是决定细胞衰老的生物钟。而有些研究者则认为线粒体不是衰老的启动者，而是受害者。多数研究工作表明，细胞中线粒体的数量随着年龄的增大而减少，而其体积则随着年龄的增长而增大。衰老的神经元，肝脏细胞和肌细胞的线粒体数目减少，但体积增大。同时，线粒体的结构也发生变化，肿胀空泡化，内部嵴大大减少。线粒体崩解是细胞衰老变化的重要标志。线粒体变化主要是自由基损伤的结果，因为线粒体的呼吸链是损伤性自由基的发源地。线粒体DNA成为自由基的主要攻击目标，使线粒体DNA呈逐渐减少或使线粒体DNA的转录产物逐渐减少，直接影响与线粒体呼吸和能量转换过程有关的蛋白质的合成，造成ATP合成和细胞能量供应不足，引起细胞功能紊乱，直到细胞死亡。4致密体（脂褐质）的生成：是由溶酶体或线粒体转化而来的。它是自由基诱发的脂质过氧化作用的产物。5膜系统的变化：目前资料表明，膜的改变确实与衰老有密切关系，年轻的功能健全的细胞膜是典型的液晶相。细胞的间隙连接明显减少，组成间隙连接的膜内颗粒聚集体变小，这种变化使细胞间代谢协作减少了。细胞膜上的微绒毛数目增加，补偿了衰老时细胞间联系的衰退，以利于保持内环境的稳定。膜脂相发生改变，不饱和脂肪酸含量增加，膜流动性下降。年轻的功能健全的细胞膜是典型的液晶相，膜中脂肪酸链能自由移动，每个脂类分子与其相邻分子之间的位置交换极其频繁，镶嵌于其中的蛋白分子表现出最大的生物学活性。衰老的或有缺陷的膜通常处于凝胶相或固相，由于磷脂的脂肪酸尾不饱和程度增加而被“冻结”了，脂分子移动很慢或完全不能自由移动。因此镶嵌于其中的蛋白质也就不能再运动了，从而干扰了膜蛋白的正常结构与功能。衰老细胞膜发生脂质过氧化反应，流动性明显降低，因而细胞的兴奋性降低，离子转运的效率下降以及对内源性和外源性刺激的反应性也随之降低。膜的微粘度增加，从而影响膜表面受体的移动和特异性生物化学信号的传导。6细胞骨架体系的变化：包括微丝系统的结构和成分发生变化和核骨架的变化；7高尔基体和溶酶体的变化：数量随衰老明显增多。8蛋白质合成的变化：合成速率降低。五、细胞衰老的分子机制（原因及假说）从古到今，人们对衰老的机理有各种各样的理解，提出了数不清的假说和理论，据统计，迄今为止曾提出过的衰老假说和理论竟多达300种以上！这数百条思路，除了完全的谬误之外，多是从不同角度和深度反映了衰老这一复杂过程的某一侧面或层次。直到90年代以来，其分子机制的研究才有了重大进展，比如单基因的突变导致寿命的显著延长、端粒和端粒酶与细胞衰老关系的发现，线粒体自由基的假说等。下面介绍60年代起开始出现的一系列衰老理论。复制衰老的机制（细胞衰老的端粒假说）细胞衰老的端粒假说Harley等人发现人体内成纤维细胞端粒每年缩短14－18bp，1990年，他提出细胞衰老的端粒假说。主要思想：端粒是细胞衰老的“有丝分裂钟”，随细胞每次分裂，端粒不断缩短；当端粒长度缩短达到一个阈值时细胞进入衰老。生殖细胞（精细胞）、癌细胞具有端粒酶活性，能维持端粒长度，能持续增殖，不引起细胞衰老；体细胞端粒酶活性处于抑制状态。线性染色体的“末端复制”问题：在DNA复制时，由于DNA聚合酶不能从头合成子链，当子链5’端与母链3’端配对的RNA引物被切除后，子链5’端会产生末端缺失，使得子链的5’端随着复制次数的增加而逐渐缩短。端粒（telomere）和端粒酶（telomerase）：①端粒是位于染色体末端的由重复序列组成的“帽子”结构，对染色体结构稳定和末端复制等有重要作用。②端粒酶是含有RNA的反转录酶，能以自身RNA为模板，对DNA端粒序列进行延长而解决线性染色体末端复制问题。细胞增殖的信号控制成视网膜细胞瘤蛋白（RB蛋白）在细胞增殖中的作用RB蛋白是抑癌基因的表达的原型蛋白。是一种打开细胞周期开关的分子钥匙。控制钥匙的是生长因子。在G1期进入S期过程中，Cdk4、Cdk6/细胞周期蛋白D复合物使RB蛋白磷酸化，释放出E2F，合成S期蛋白，促使细胞从G1期进入S期，细胞周期正常运行。（正常年轻细胞中）CDK抑制蛋白控制细胞增殖的质量CDK抑制蛋白（CDKI）可抑制CDK的装配或或抑制CDK的活性。在S期，当DNA受到损伤时，激活肿瘤抑制基因P53表达P53蛋白，进一步激活CDK抑制基因P21的表达，合成P21蛋白，P21蛋白抑制S期周期蛋白-CDK复合物的表达，导致细胞停滞在G1/S期，最终引发细胞衰老。2、压力诱导的早熟性衰老自由基理论（氧化性损伤学说）该理论认为，代谢过程中产生的活性氧基团或分子（reactiveoxygenspecies，ROS）引发的氧化性损伤的积累，最终导致衰老。ROS主要有三种类型：①O2-，即超氧自由基；②OH-，即羟自由基；③H2O2。自由基一旦生成，它们就能不断扩增，发生级联反应。其高度活性引发脂类、蛋白质和核酸分子的氧化性损伤，从而导致细胞结构的损伤乃至破坏。呼吸链产生的ROS→mtDNA损伤、突变→编码的蛋白质（电子传递链组分）受损→产生更多ROS……从而促进细胞衰老。抗氧化酶和抗氧化物剂是都是自由基反应的有效终止剂，可延缓衰老。一些护肤美容产品为什么可以延缓细胞的衰老？一些护肤产品中含有抗氧化剂等，协助清除细胞内的自由基，从而延缓细胞的衰老。衰老的损伤积累理论DNA复制错误，蛋白质合成错误等。错误成灾理论：差错积累，并迅速扩大，引起代谢功能大幅度降低，导致衰老。线粒体损伤论衰老期间人mtDNA出现异常，如阿尔茨海默氏病（Alzheimerdisease，AD）脑组织mtDNA损伤甚为多见；人线粒体常见丢失片段为5.0、7.0和13.0kb。还发现mtDNA的片段丢失现象随年龄增加而增加，且男性高于女性。研究发现，mtDNA缺失突变存在“热点”。1980s，Cumings等人提出mtDNA中存在着衰老DNA（Sen-DNA）。3、单细胞生物的衰老酵母的复制生命周期（RLS）：与核糖体rRNA基因（rDNA）数量有关。通过同源重组，形成环形rDNA（ERC）。推测ERC积累掠夺了DNA正常复制和转录所需要的重要物质，从而抑制了细胞的生长，使酵母细胞衰老。SIR2/3/4，SGS1抑制酵母染色体上rDNA的同源重组。芽殖酵母的rDNA与细胞衰老的关系：通过同源重组，形成环形拷贝的rDNA,并从染色体上分离出来，体个环形rDNA不断复制，不进和子细胞，在母细胞中积累达1000拷贝，掠夺了DNA正常复制所需的重要物质，促使酵母细胞衰老。酵母中染色体外的环形rDNA（ERC）生成4.基因程序理论衰老是遗传上的程序性过程，是受到特定基因控制。－Hayflick的细胞培养实验；－各种动物都有相当恒定的平均寿命和最高寿命；－现已发现某些可能的“长寿基因”或“衰老基因”，子女的寿命与双亲的寿命有关。（一）氧化性损伤学说（自由基理论）Harman50年代（1956）提出。认为衰老的一条重要的途径是因自由基脂质的过氧化而引起细胞功能的多方面异常。所谓自由基指那些带有奇数电子数的化学物质，即它们都带有未配对的自由电子，这些自由电子导致了这些物质的高反应活性。自由基在细胞内的产生是有多种原因的，如生物氧化、辐射、受污染物的侵害以及细胞内的酶促反应等过程中都会释放自由基。氧代谢中很多酶促反应都可能产生自由基，如黄嘌呤（次黄嘌呤）氧化为尿酸。线粒体呼吸链，微粒体电子传递系统都会引发氧自由基O2－·和羟自由基OH·，OH·可引发脂质氧化，脂质过氧化首先引起生物膜的损伤，进一步对细胞造成损伤。自由基一旦生成，它们就能不断扩增，发生级联反应。在细胞中正常的自由基反应过程包括起始、扩增、终止等3个过程。例如：R·＋O2→ROO·；ROO·＋R’H→ROOH＋R’·；R·＋R’·→R：R’尤其重要的是，细胞内具有多种抗氧化酶和抗氧化物质存在，它们都是自由基反应的有效终止剂。如超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT）以及谷胱甘肽过氧化物酶（GHS－PX）。Ve和Vc是小分子抗氧化物质。细胞中的自由基若不能及时除去，过多的自由基对许多细胞造成损伤。例如，它们能使质膜中的不饱和脂肪酸氧化；使蛋白质中的疏基氧化造成蛋白质交联，变性和酶钝化；使糖类化合物降解；使DNA链断裂、交联，碱基羟基化和碱基切除等等。同时还能抑制蛋白质、核酸和脂肪酸的生物合成。其中可能对磷脂的氧化和对DNA造成损伤是主要的，也是很致命的。自由基可使细胞中的大分子受到随机的损伤，这种损伤可以不断积累，从而导致细胞生理功能的衰退。由细胞代谢产生的自由基对体内有机化合物可发生直接或间接的强氧化或过氧化作用，诱导氧化反而引起生物膜受损和细胞组织衰老。最脆弱的膜是线粒体膜和内质网膜。自由基的强氧化反应也可使DNA双股结构发生股间交联，核酸变性和蛋白质合成障碍。自由基还可氧化体内存在的不饱和脂肪酸，使脂肪变性形成过氧化脂质并分解为醛类，再和磷脂蛋白质结合成脂褐素，因脂褐素在细胞内大量沉积，破坏细胞亚显微结构而使细胞萎缩和衰亡。（二）染色体端粒与衰老：发现端粒长度确实与衰老有着密切的关系，提出细胞衰老的“有丝分裂钟”学说（Harley,1990）。端粒的长度随细胞衰老过程而逐渐缩短，但端粒酶却可维持端粒的长度。端粒是由简单的富含T和G的DNA片段的重复序列组成。人类端粒结构为染色体末端重复上千次的TTAGGG序列所组成。DNA聚合酶不能完成线性染色体末端DNA的复制，由于RNA引物的原因，DNA聚合酶一定会留下染色体末端的一段DNA（一段端粒）使其不被复制。那么真核细胞染色体末端的端粒就会随着细胞分裂而缩短。这个缩短的端粒传给子细胞后，随着细胞的再次分裂进一步缩短。染色体末端端粒随着每次细胞分裂逐渐缩短，直到不能分裂走向衰老。人类种系细胞一生中维持分裂。不断增殖的原因是该细胞表达端粒酶。端粒酶以自身一段RNA为模板，通过逆转录酶，转录出一段端粒片段并使之连接于染色体的端粒末端，使端粒不缩短，维持完整，从而保持了细胞的永生化生长。在单细胞生物、多细胞生物的种系细胞中都显示出弱的端粒酶活性。而在人类正常组织的体细胞均无端粒酶活性。值得注意的是，在绝大多数恶性肿瘤细胞中显示明显的端粒酶活性，这可能是肿瘤细胞具有永生性生长的原因之一。（三）rDNA与衰老酵母染色体外rDNA环（ERC）的积累，导致细胞衰老。（四）沉默信息调节蛋白复合物与衰老Sircomplex存在于异染色质区，其作用在于阻断所在位点DNA转录。（五）SGS1基因、WRN基因与衰老SGS1基因和WRN基因同源,编码解旋酶;酵母sgs1突变体寿命明显短于野生型（平均9.5代:24.5代）;wrn突变引发早老症。（六）发育程序与衰老（七）线粒体DNA与衰老（线粒体自由基假说）：Sen-DNA(80年代);mtDNA突变积累与细胞衰老有关。线粒体产生ATP为细胞内进行的大多数生命过程提供能量。不幸的是线粒体从营养物中获取能量的同时作为副产物产生自由基。细胞中，许多自由基是由线粒体制造出来的比如超氧自由基O2·－（点代表不配对的电子），O2·－本身有破坏作用还能转为成H2O2。虽然H2O2不是自由基但可形成氢氧自由基（OH）当自由基一旦形成就能损伤细胞内的蛋白质、脂类和DNA。其中以线粒体中合成ATP的组分和线粒体DNA首当其冲，它们更易受到自由基的损伤，这是因为线粒体DNA处于自由基产生的邻近部位，故易被氧化攻击。此外线粒体DNA不像核DNA那样被包围着的蛋白质保护。因而线粒体DNA比核DNA更易受氧化损伤。线粒体自由基假说认为自由基引起的线粒体损伤最终干扰了ATP产生的效率并增加了自由基的输出。自由基加速了线粒体组分的氧化损伤因而进一步抑制了ATP的产生。机体虽然具有一定的抵消氧化剂影响的能力，比如细胞产生抗氧化酶能解毒自由基；细胞制造其它的酶也能修复氧化损伤，但是，损伤是随着时间累积的。（八）衰老因子积累说，亦称“蛋白质合成差错成灾说”Megbegeeb（1962）orgel（1973）提出，认为有缺陷的酶→干扰复制、转录、翻译等水平→错误积累→直至成灾（九）基因调节——Smith假说衰老细胞+年轻细胞→异质双核细胞（年轻细胞核DNA合成受抑制）衰老细胞+Hela细胞→异核体（衰老细胞被诱导合成DNA）说明：=1\*GB3①衰老细胞产生了DNA合成抑制剂，穿过胞质，影响正常年轻细胞核中DNA合成。=2\*GB3②Hela细胞则不受这种抑制剂的影响，相反，它们产生DNA合成起始因子，并诱导衰老细胞核的DNA合成。大脑的衰老中心：近年来：Franks，Finch等，提出在大脑存在一个“衰老控制中心”，这就是神经内分泌轴（下丘脑—垂体—内分泌系统）→调控机体各种生理功能。六、细胞死亡细胞死亡是细胞衰老的结果，是细胞生命现象的终止。包括急性死亡（细胞坏死）和程序化死亡（细胞凋亡）。细胞死亡最显著的现象，是原生质的凝固。事实上细胞死亡是一个渐进过程，要决定一个细胞何时已死亡是较因难的。除非用固定液等人为因素瞬间使其死亡。那么，怎样鉴定一个细胞是否死亡了呢？通常采用活体染色法来鉴定。如用中性红染色时，生活细胞只有液泡系染成红色，如果染料扩散，细胞质和细胞核都染成红色，则标志这个细胞已死亡。七、关于人类的衰老和寿命问题人类寿命有无极限？极限是多少？抗衰老，求长寿，古往今来，人之常情，时至今日，更为人们所关注。研究表明：=1\*GB3①哺乳动物自然寿命为生长发育期的5—7倍，借此推论，人类完成生长发育约在20~22周岁，自然寿命应是100—150岁。=2\*GB3②哺乳动物的自然寿命为性成熟的8—10倍。=3\*GB3③海弗里克（Hayflick）：人体细胞可进行50次左右有丝分裂，每次细胞周期为2—4年，这样推论，人的寿命应在120岁左右。1遗传与人类寿命：先天性，父辈主宰。父、母享有高寿，其子女往往也是高寿者。2寿命与性别有关：人寿保险公司统计说明，♀性动物＞♂性动物，女人＞男人，为什么？众说纷纭。3环境与人类寿命：后天因素多样错综复杂。体魄、环境、心理、社会、营养、疾病等。其中营养及体力活动较为重要。4职业与人类寿命：职业作为一种重要的社会因素，对人类寿命有一定的影响。日本统计，从事管理工作人员，平均寿命最长，依次为国家机关工作人员、专业技术人员、商业工作人员、农业工作人员、一般生产工人、体力劳动者、矿工。总得说来，近20年来，细胞衰老的研究取得了长足的进步，但离开真正揭示细胞衰老的本质，还要走很长的路。一旦揭开了细胞衰老的秘密，那么延缓衰老，延长寿命将成为可能，但辩证唯物主义告诉我们，真正的长生不老是不可能的。我们研究了解细胞衰老死亡规律，目的并不是为了避免死亡，而是要延缓细胞衰老的到来。我们讴歌生命，也不必诅咒死亡，有生必有死，无死亦无生，我们不赞成死亡，但长生不死是进化和发展的敌人。但愿我们每个人都能较长时间生活在这个美好的世界，为人类的进步与文明做更多的贡献。附：细胞衰老过程是细胞生理生化发生复杂变化的过程，主要表现在细胞对环境变化的适应能力和维持细胞内环境恒定能力下降，最终反映在细胞的形态、结构和功能上的变化，请具体谈谈衰老细胞的主要特征及其主要的分子机制。答：细胞衰老的特征主要有以下几个方面：（1）细胞水分减少；（2）色素生成和色素颗粒沉积。（3）细胞质膜体系的变化：如细胞质膜的流动性降低；（4）线粒体变化：细胞中线粒体的数量随年龄的增大而减少；体积随年龄增大而增大；（5）细胞核的变化：细胞核体积增大，核膜内折，染色质固缩化；（6）细胞骨架体系的变化：包括微丝系统的结构和成分发生变化和核骨架的变化；（7）内质网的变化：粗面内质网总量减少，蛋白质合成速率降低；（8）酶的活性与含量的变化：活性降低，含量降低；细胞衰老的分子机制主要有：（答对以下任意四点即得4分）（1）代谢废物积累细胞代谢产物积累至一定量后会危害细胞，引起衰老。如老年性痴呆（AD）就是由β-淀粉样蛋白沉积引起的，因此β-AP可做为AD的鉴定指标。（2）大分子交联过量的大分子交