细胞死亡和细胞衰老讲座课件.ppt

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cell death PCD,）。,细胞死亡的方式：,1.,细胞凋亡（,apoptosis,）,2.,坏死（,necrosis,）,3.,自噬性细胞死亡（,autophagic cell death,）,一、细胞凋亡,细胞凋亡是受基因控制的主动的细胞生理性自杀或谋杀行为,1972,年，澳大利亚病理学家,Kerr,提出细胞凋亡（,apoptosis,）,apoptosis,（,apo-ptosis,）源自古希腊语，意指花瓣或树叶的脱落、凋零。这一命名的生物学意义在于强调这种细胞死亡方式是正常的生理过程,（一）细胞凋亡的特征,凋亡的起始,凋亡小体的形成,吞噬（,Phagocytosis,）,（二）细胞凋亡的检测方法,1.,形态学观察,染色法,台盼蓝；,DAPI,；吉姆萨染色法等,图,16-2 DAPI,染色显示凋亡细胞的染色质凝集,A.,正常细胞核,B.,凋亡细胞核,2.DNA,电泳,凋亡时，细胞内特异性核酸内切酶活化，染色质,DNA,在核小体间被特异性切割，,DNA,降解成,180,200 bp,或其整数倍片段,图,16-3,细胞凋亡的典型特征,DNA,梯状条带（,DNA ladders,）,3.DNA,断裂的原位末端标记法,图,16-4,原位末端标记法显示斑马鱼胚胎发育过程中的细胞凋亡,4.,彗星电泳法,正常细胞的核无,DNA,断裂泳动时保持圆球形,凋亡细胞中的,DNA,降解片段在电场中泳动速度较快，细胞核呈现出慧星式图案,5.,流式细胞分析,左图：正常细胞周期右图：地塞米松,处理的细胞在,G1,峰左侧可见一典型的凋亡峰型（亚二倍体峰）,6.,检测细胞膜成分变化,检测磷脂酰丝氨酸的外翻,检测,caspases,的激活,检测,Cyt c,的释放,检测线粒体膜电位的变化等,凋亡早期的细胞膜损伤,细胞凋亡早期，位于细胞膜内侧的磷脂酰丝氨酸（,PS,）迅速翻转到细胞膜外侧，使得,PS,暴露在细胞膜表面，可以用,PS,与抗凝血剂,Annexin V,的相互作用检测外翻的,PS,（三）细胞凋亡的生理学及医学意义,细胞凋亡在正常发育、自稳态的维持、免疫耐受的形成、肿瘤监控等过程中均发挥重要作用,确保正常发育、生长,维持内环境稳定,发挥积极的防御功能,凋亡失调：不恰当激活或抑制；过度凋亡导致疾病,AIDS,：,HIV,诱导淋巴细胞凋亡,自身免疫疾病：激活的淋巴细胞凋亡缺陷（,ALPS,）,癌症：凋亡缺陷,老年痴呆,/,中风：过多神经细胞凋亡,图,16-5,细胞凋亡使得神经细胞与靶细胞的数量相匹配,动物蜕变过程中幼体器官的缩小和退化,（如蝌蚪尾的消失等）也是通过细胞凋亡来实现的,高等哺乳类动物指（趾）间蹼的消失、颚融合、肠管腔道的形成、视网膜发育等过程都必须有细胞凋亡的参与,细胞凋亡参与了免疫耐受的形成,机体通过细胞凋亡来剔除受到环境伤害或被病原体感染的细胞,（四）细胞凋亡的分子机制,动物细胞的凋亡诱导因子大致分为：,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（超氧自由基、羟自由基、,H2O2,）、钙离子载体、,VK3,、视黄酸、细胞毒素、,DNA,和蛋白质合成的抑制剂（如环已亚胺）、正常生理因子（激素，细胞生长因子等）的失调，以及凋亡因子如肿瘤坏死因子,（,tumor necrosis factor,TNF,）处理等。,动物细胞凋亡的阶段,接受凋亡信号；,凋亡相关分子的活化；,凋亡的执行；,凋亡细胞的清除,动物细胞凋亡的途径,Caspase,依赖性和不依赖于,Caspase,的细胞凋亡,1.Caspase (Cysteine aspartic acid specific protease),caspases,是一组存在于细胞质中具有类似结构的蛋白酶,它们的活性位点均包含半胱氨酸残基，能够特异地切割靶蛋白天冬氨酸残基后的肽键。因此，,caspases,称之为天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解酶,caspases,负责选择性地切割某些蛋白质，切割的结果是使靶蛋白活化或失活，而非完全降解,caspases,通常以无活性酶原形式存在于细胞质中,PRIZED,Horvitz,and Sulston share Physiology or Medicine Nobel,（,2002,）,“,for their discoveries concerning genetic regulation,of organ development and programmed cell death,”,1090 131=959(cells),（,1,）,Caspase,分类及其结构,（,2,）,Caspase,的激活及其级联效应,（,2,）,Caspase,的激活及其级联效应,2.Caspase,依赖性细胞凋亡途径,死亡受体起始的外源途径,起始于死亡配体与受体的结合,死亡配体主要是肿瘤坏死因子（,TNF,）家族成员；胞质部分均含有死亡结构域，负责招募凋亡信号通路中的信号分子,线粒体起始的内源途径,内源途径中，线粒体处于中心地位,当细胞受内外部凋亡信号刺激时，胞内线粒体的外膜通透性会发生改变，向细胞质中释放凋亡相关因子，引发细胞凋亡,Caspase,依赖性细胞凋亡信号途径,（,1,）死亡受体起始的外源途径,（,2,）线粒体起始的内源途径,（,2,）线粒体起始的内源途径,2002,年诺贝尔生理学或医学奖,秀丽隐杆线虫,C.elegans,，透明，长仅,1mm,，体细胞,959,个,1090 cells-131 cells death=959 cells,Pathways to cell death in C.elegans and mammals,Junying Yuan,Ph.D.,袁钧瑛,Xiaodong Wang,Ph.D.,王晓东,https:/yuan.med.harvard.edu/,family,抑制细胞凋亡,促进,细胞凋亡,促进,细胞凋亡,3.Caspase,非依赖性的细胞凋亡,凋亡诱导因子,（,apoptosis inducing factor,，,AIF,）,限制性内切核酸酶,G,Biochemistry(Moscow),2005,70,(2):231-239,Find-me and,eat-me signal,4.,穿孔蛋白颗粒酶介导的细胞凋亡,Nature Reviews Immunology,2002,2,735-747,5.,生死抉择：细胞凋亡的调控,生存因子通过调节,Bcl-2,家族成员的活性及表达抑制细胞凋亡的发生,p53,通过激活凋亡正调节因子的转录来促进凋亡，同时还能够抑制抗凋亡因子的转录,ERS,反应引发的细胞凋亡,Nature,2006,443,796-802,二、细胞坏死,Fig.1 TEM of a necrotic cell,Fig.2 TEM of an apoptotic(A)and a normal(N)cell,Fig.3 SEM of a necrotic cell Fig.4 SEM of an apoptotic cell,细胞凋亡,细胞坏死,细胞膜,不破裂,发生破裂,细胞核,固缩，,DNA,片段化，进入凋亡小体,弥漫性降解,细胞质,由质膜包围形成凋亡小体,溢出，细胞破裂成碎片,细胞质生化改变,溶酶体的酶增多,溶酶体解体,蛋白质合成、能量消耗,有,无,基因活动,由基因调控,无基因调控,自吞噬,常见,缺少,线粒体,自身溶酶体吞噬,肿胀,诱发因素,生理性信号,理化、病理信号诱导,对个体影响,生长、发育、生存所必需,引起炎症,三、自噬性细胞死亡,细胞自噬是通过溶酶体与双层膜包裹的细胞自身物质融合，降解自身物质的过程。,细胞自噬是促使细胞存活的自我保护机制。,细胞面临代谢压力时，降解自身蛋白质大分子或细胞器，为细胞生存提供原料或,ATP,具有自我“清理”功能：降解错误折叠的蛋白质多聚物；功能失常的细胞器；细胞内的病原体,图,16-10,细胞自噬的特征及过程,图,16-11,酵母中细胞自噬的信号调控,四、植物细胞与酵母细胞的程序性死亡,1.,植物细胞的程序性死亡,程序性细胞死亡在正常的植物发育进程以及对环境胁迫，如缺氧、高盐等的反应和病原体入侵引发的过敏反应中广泛存在,植物细胞程序性死亡细胞的残余物被细胞壁固定在原位，不是被周围细胞吞噬，而是被自身液泡中的水解酶消化,能够诱导植物细胞发生程序性死亡的因素有多种，主要包括活性氧和植物激素等,图,16-12,植物细胞程序性死亡的形态学模式图,四、植物细胞与酵母细胞的程序性死亡,2.,酵母细胞的程序性死亡,酵母程序性死亡的形态学特征与动物细胞凋亡类似：,DNA,发生凝聚、边缘化和断裂，,Cyt c,从线粒体释放等,酵母的细胞程序性死亡机制与动物细胞的凋亡机制有类似之处,酵母程序性死亡的生理意义,第二节细胞衰老,正常成纤维细胞,衰老的成纤维细胞的不同形态学改变,一、细胞衰老的概念及特征,细胞衰老主要指复制衰老，是体外培养的正常细胞经过有限次数的分裂后，停止生长，细胞形态和生理代谢活动发生显著改变的现象。,1958,年,Hayflick,等人证实人成纤维细胞的复制能力是有限的，首次提出了细胞水平上的“衰老”现象，称为“,Hayflick,界限,”。,Leonard Hayflick in 1988,Nat Rev Mol Cell Biol,2000,1(1):72-76,Nat Rev Mol Cell Biol,2000,1(1):72-76,图,年轻和年老的人二倍体细胞（,WI-38,细胞株）,是只分裂了,20,代的年轻成纤维细胞，呈现薄层、细长的形态；,是分裂了,55,次的老的成纤维细胞，开始衰退，并很快死亡,Hayflick精心设计的实验,年轻女性细胞,(,间期可见巴氏小体,),+,年老男性细胞,(,间期无巴氏小体,),混合培养,(,一样的外部环境,),年轻女性细胞倍增次数多于年老男性细胞,细胞衰老的过程是由细胞自身决定的,而非环境因素,体外培养细胞衰老的生物学特征,生长停滞，细胞停止分裂，并且这种停滞是不可逆的，即使添加生长因子也无济于事,衰老相关的,-,半乳糖苷酶的活化,图,16-13,衰老相关,-,半乳糖苷酶染色区分年轻和衰老的人胚胎成纤维细胞,IMR-90,二、细胞衰老的分子机制,复制性衰老与端粒缩短,学说,Nature,2010,464:520528,（一）复制衰老的机制,（二）压力诱导的早熟性衰老,氧化损伤理论认为，衰老现象是由生命活动中代谢产生的活性氧成分造成的损伤积累引起的。活性氧成分包括超氧阴离子、过氧化氢和羟自由基。活性氧成分对生物大分子均有损伤作用，而且还会使线粒体,DNA,发生特异性的突变,（三）单细胞生物的衰老,图,16-15,酵母中,ERC,生成示意图,三、细胞衰老与个体衰老的关系,迄今未有实验证据表明体外培养细胞的衰老现象与个体的衰老有直接的关联,细胞衰老可以看做是有机体在长期演化过程中形成的防止细胞过度生长即癌化的一种机制,体内细胞衰老的机制仍有待研究,How and Why do We Age?,细胞衰老与疾病,早老症（,Hayflick-Guilford,综合征）儿童,本章小结,细胞死亡的方式,细胞凋亡的概念及其形态特征,细胞凋亡的生理意义,细胞凋亡的分子机制,细胞衰老的特征及其分子机制,Hayflick,界限,Thanks for yourattention!,

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