细胞的衰老与死亡.pptx

第十二章第十二章 细胞衰老与死亡细胞衰老与死亡cell aging and cell death细胞的衰老与死亡1/50第一节第一节 细胞衰老细胞衰老第二节第二节 细胞死亡细胞死亡内内 容容细胞的衰老与死亡2/50 一、细胞衰老与机体衰老一、细胞衰老与机体衰老 (一一)细胞衰老概念细胞衰老概念 是指伴随时间推移,细胞增殖能力和生理功效逐步下降改变过程。细胞在形态上发生显著改变，细胞皱缩，质膜透性和脆性提升，线粒体数量降低，染色质固缩、断裂等。第一节第一节 细胞衰老（细胞衰老（cell aging）细胞的衰老与死亡3/50（二）机体衰老与细胞衰老（二）机体衰老与细胞衰老 1 机体衰老并不等于体内全部细胞都衰老 不一样组织细胞寿命不一样：小肠上皮细胞 25天、胰腺上皮细胞约50天 皮肤表皮细胞 12个月2 机体衰老与体内细胞衰老有着亲密联络 生物体衰老可能是组织中干细胞衰老引所致 细胞的衰老与死亡4/50二、二、二倍体细胞体外增殖能力和寿命二倍体细胞体外增殖能力和寿命 1.Hayflick界限（Hayflick limitation):体外培养二倍体细胞增殖能力和寿命是有一定程度。2.体外培养二倍体细胞分裂次数与供体年纪之间呈反比关系。3.不一样物种细胞最大分裂次数与动物平均寿命成正比关系。细胞的衰老与死亡5/50三、体内细胞衰老与其增殖能力和分化三、体内细胞衰老与其增殖能力和分化 程度相关程度相关（一）不育细胞群衰老（一）不育细胞群衰老 1.短寿细胞不含有普遍意义衰老，如 红细胞、白细胞、皮肤表皮细胞、口腔和胃、肠道上皮细 胞。2.长寿细胞衰老与年纪呈线性关系，是研究细胞衰 老理想材料，如神经细胞和心肌细胞。细胞的衰老与死亡6/50（二）暂不增殖细胞群衰老（二）暂不增殖细胞群衰老 依然保留分裂能力，在一定条件下能够恢复其增殖能力，如肝、肾实质细胞、软骨细胞，极少用来研究衰老。（三）含有干细胞特征增殖细胞群衰老（三）含有干细胞特征增殖细胞群衰老 细胞分裂周期延长，自我更新和多向分化潜能衰退，将造成组织器官结构与功效衰退，是研究细胞衰老主要模型。细胞的衰老与死亡7/50四、细胞衰老表现四、细胞衰老表现（一）衰老细胞中水分含量降低（一）衰老细胞中水分含量降低 内水分降低，细胞萎缩（二）衰老细胞中色素（二）衰老细胞中色素 蓄积蓄积 电镜下细胞质中脂褐素颗粒由单位膜包裹形成较高电子密度不规则小体，含有浅亮脂滴细胞的衰老与死亡8/50 1细胞膜改变细胞膜改变 磷脂含量下降，胆固醇与磷脂比值升高；磷脂中 不饱和脂肪酸含量及卵磷脂与鞘磷脂比值随增龄 而下降,细胞膜黏滞性增加，膜流动性降低。（三）细胞膜系统改变（三）细胞膜系统改变2内质网改变内质网改变 粗面内质网数量降低，排列无序，膜膨胀、崩 解，膜表面核糖体数量降低，光面内质网呈空泡 状。细胞的衰老与死亡9/50 3高尔基复合体改变高尔基复合体改变 囊泡种胀，伴有扁平囊断裂崩解，分泌功效降低。4溶酶体改变溶酶体改变 溶酶体功效降低，细胞内残余体积累。（四）线粒体改变是细胞衰老主要指标（四）线粒体改变是细胞衰老主要指标 数量降低，体积增大，氧化产能功效下降。（五）细胞骨架改变（五）细胞骨架改变 G-肌动蛋白含量下降，微丝数量降低，与微丝相关 信号传递功效下降。细胞的衰老与死亡10/50 （六）核结构改变（六）核结构改变 核膜内折、崩解、染色质固缩化。（七）蛋白质合成改变（七）蛋白质合成改变 蛋白质合成速率降低，特异蛋白、酶结构和数量 改变，是细胞衰老主要标志：半乳糖苷酶（SA-gal）表示增加 超氧化物歧化酶（SOD）表示降低细胞的衰老与死亡11/50 干细胞自我更新、增殖和分化能力下降。（八）成体干细胞衰老（八）成体干细胞衰老 五、细胞衰老机制五、细胞衰老机制 （一）（一）“错误成灾错误成灾”学说学说 DNA损伤和修复功效下降，造成核酸、蛋白质、酶等生物大分子合成错误，引发细胞代谢功效障 碍，造成细胞衰老死亡。细胞的衰老与死亡12/50（二）自由基学说（二）自由基学说 认为衰老是因为自由基（free radical）对细胞成份 攻击伤害所致；1.自由基造成氧化性损伤:基因突变、脂质过氧化 2.自由基产生 (1)环境中高温、辐射、光解、化学物质等。(2)体内各种代谢反应产生：线粒体呼吸链电子泄 漏产生；过氧化物酶体多功效氧化酶催化 底物羟化产生。细胞的衰老与死亡13/503.自由基去除系统自由基去除系统（1）抗氧化酶：谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（PXP）及过氧化氢酶（CAT）（2）抗氧化剂（antioxidant）：谷胱甘肽（GSH）、维生素C、-胡萝卜素、维生素E、半胱氨酸、硒化物、巯基乙醇等。细胞的衰老与死亡14/50（三）端粒学说（三）端粒学说 DNA每复制一次，端粒末端就缩短一段，当端粒缩短到一定程度而不能再分裂复制，细胞便衰老死亡；端粒酶（telomerase）能够利用本身RNA为模板合成端粒DNA，加到染色体3末端，赔偿端粒末端丢失序列，从而延长细胞寿命；体细胞无故粒酶活性，生殖细胞、干细胞和恶性肿瘤细胞中有显著端粒酶活性。细胞的衰老与死亡15/50 （四）遗传程序学说（四）遗传程序学说 生物体细胞内特定基因按照预定程序有序地开启和 关闭，控制着个体生长发育、衰老死亡。（五）细胞衰老相关基因（五）细胞衰老相关基因 1衰老基因衰老基因 （1）MORF4基因：位于4号染色体上，基因发生突变 可造成细胞永生化 （2）p16和p21基因：基因产物是CDK抑制因子（CKI），可经过抑制CDK活性造成细胞周期停滞，阻断细胞增殖，造成细胞衰老细胞的衰老与死亡16/50细胞衰老时细胞衰老时p16 表示增强，能特异性地拮抗表示增强，能特异性地拮抗Cdk4、Cdk6结合结合cyclin D，而使，而使G1-Cdk失活，从而阻止失活，从而阻止Rb蛋白磷酸化蛋白磷酸化,使使Rb 不能与不能与E2F分离，分离，E2F处于连续失活状态，细胞被滞留在处于连续失活状态，细胞被滞留在G1期，从而阻断细胞周期正期，从而阻断细胞周期正常运行，维持了衰老细胞不可逆生长停滞状态。常运行，维持了衰老细胞不可逆生长停滞状态。细胞的衰老与死亡17/50衰衰老老细细胞胞端端粒粒长长度度缩缩短短（可可视视作作DNA一一个个损损伤伤）会会诱诱导导细细胞胞中中p53 含含量量显显著著增增加加，继继而而诱诱导导p21表表示示，抑抑制制Cdk活活化化，使使得得Rb不不能能被被磷磷酸酸化化，E2F处处于于连连续续失失活活状状态态，最最终终引引发发细胞衰老。细胞衰老。细胞的衰老与死亡18/50(3)老年性退行性疾病相关基因 截脂蛋白E基因 -冠状动脉硬化 淀粉样蛋白基因-阿尔茨海默病 2抗衰老基因抗衰老基因 也称长寿基因（也称长寿基因（longevity gene）延长因子-1基因、WRN基因、Klotho基因 SIRT1基因 细胞的衰老与死亡19/50（六）成体干细胞衰老（六）成体干细胞衰老1遗传原因 无法修复积累DNA损伤 衰老相关基因表示：p53、p16基因过分表示 2环境原因 干细胞巢中酶、调控因子等改变 细胞的衰老与死亡20/50六细胞衰老与疾病六细胞衰老与疾病1.早老性疾病早老性疾病 早老症(Hayflick-Guilford综合征)儿童绝大多数Hutchinson-Gilford 早老症致病原因是由体内核纤层蛋白A（lamin A）基因突变所致。lamin A基因突变影响DNA损伤修复，基因组不稳定，从而使lamin A蛋白缺点细胞终止分裂，衰老过程加并过早死亡。细胞的衰老与死亡21/50 2.干细胞衰老相关疾病干细胞衰老相关疾病 老年性再生障碍性贫血、白血病、骨质疏松、型糖尿病、动脉粥样硬化、血脂代谢障碍。细胞的衰老与死亡22/50第二节第二节 细胞死亡细胞死亡（cell death）细胞死亡是指细胞生命活动结束，细胞死亡有两种不一样形式：1.坏死（necrosis）性死亡 2.细胞凋亡（apoptosis）细胞的衰老与死亡23/501.坏死（necrosis）性死亡:因为损伤、缺血或感 染引发细胞死亡现象，伴生炎症。2.细胞凋亡（apoptosis):由死亡信号诱发受调 节细胞死亡过程，是细胞生理性死亡普遍形 式。凋亡过程中DNA发生片段化，细胞皱缩分解 成凋亡小体，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬，不发生 炎症。细胞的衰老与死亡24/50一、细胞凋亡含有主要生物学意义一、细胞凋亡含有主要生物学意义1发育过程中去除多出细胞发育过程中去除多出细胞 细胞凋亡在指（趾）形成中作用细胞凋亡在指（趾）形成中作用 蝌蚪发育过程尾部细胞凋亡蝌蚪发育过程尾部细胞凋亡 细胞的衰老与死亡25/50程序性细胞死亡对发育中神经细胞数量调整程序性细胞死亡对发育中神经细胞数量调整细胞的衰老与死亡26/50 2去除正常生理活动过程中无用细胞去除正常生理活动过程中无用细胞 衰老红血细胞、前T、前B淋巴细胞 3去除病理活动过程中有潜在危险细胞去除病理活动过程中有潜在危险细胞 DNA损伤细胞、有癌变危险细胞、病毒 感染细胞 细胞的衰老与死亡27/50在发育过程中凋亡异常引发并指（趾）凋亡异常凋亡异常细胞的衰老与死亡28/50二、细胞凋亡形态学和生化特征二、细胞凋亡形态学和生化特征1.形态学特征形态学特征细胞凋亡与细胞坏死形态学比较细胞凋亡与细胞坏死形态学比较细胞的衰老与死亡29/50电镜下凋亡细胞电镜下凋亡细胞(A-B)与坏死细胞与坏死细胞(C)细胞的衰老与死亡30/50.细胞凋亡生化特征细胞凋亡生化特征 (1)染色质裂解为特定DNA片段a.细胞凋亡中细胞凋亡中DNA内切酶活化，形成长度内切酶活化，形成长度180200bp及其整倍性片段及其整倍性片段 b.在在DNA电泳中形成梯状带电泳中形成梯状带细胞的衰老与死亡31/50(2)细胞膜磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine，PS）:是早期凋亡细胞特殊标志。(3)胱天蛋白酶（caspase）：凋亡过程中由这些蛋白酶组成一系列级联反应，使靶蛋白活化或失活而介导各种凋亡事件。细胞的衰老与死亡32/50 特征特征 细胞凋亡细胞凋亡 细胞坏死细胞坏死诱导原因 生理及弱刺激 强烈刺激受累范围 单个细胞丢失 成群细胞死亡膜完整性 保持到晚期 早期即丧失细胞体积 降低、固缩 增大、肿胀染色质 凝聚成半月形 稀疏成网状细胞器 无显著改变 肿张破坏溶酶体 保持完整 破坏外溢细胞形状 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 细胞凋亡与细胞坏死区分细胞凋亡与细胞坏死区分细胞的衰老与死亡33/50三、细胞凋亡分子机制三、细胞凋亡分子机制（一）线虫和哺乳动物细胞凋亡相关基因（一）线虫和哺乳动物细胞凋亡相关基因1.线虫细胞凋亡基因 线虫（C.elegans）发育过程中有 1090个细胞，有131个细胞将进入 程序化死 亡；细胞的衰老与死亡34/50已发觉15个基因与线虫细胞凋亡相关,可分为四组：细胞死亡基因（cell death gene）:ced-3、ced-4死亡抑制基因（cell death suppresser gene）:ced-9(1)直接相关基因(2)与死亡细胞吞噬相关基因 ced-1、ced-2、ced-5、ced-6、ced-7、ced-8、ced-10(3)控制 DNA 裂解 基因:nuc-1(4)特异细胞类型凋亡基因:ces-1、ces-2 egl-1和her-1 细胞的衰老与死亡35/50细胞凋亡路径及相关基因细胞凋亡路径及相关基因细胞的衰老与死亡36/502.人和哺乳动物细胞凋亡相关基因及其产物 （1）Caspase家族 (ced-3同源物)是一类半胱氨酸蛋白水解酶（cysteine aspartic acid specific protease），简称胱天蛋白酶（caspase）共同特点:是富含半胱氨酸，被激活后能特异地切割靶蛋白天冬氨酸残基后肽键。细胞的衰老与死亡37/50已发觉Caspase家族组员共有15种 依据在凋亡级联反应中功效不一样可分为两类：凋亡上游起始者:Caspase 2、8、9、10、11；凋亡下游执行者:Caspase 3、6、7。其中Caspase 1、4、11 参加白细胞介素前体活化，不直接参加凋亡信号传递 细胞的衰老与死亡38/50 细胞凋亡过程中细胞凋亡过程中Caspase级联效应级联效应 a.Caspase酶原活化酶原活化：Caspase酶原在特异位点被切割（通常由另酶原在特异位点被切割（通常由另一家族组员催化），切割产生片段聚合形成由一家族组员催化），切割产生片段聚合形成由2个小亚基和个小亚基和2个大亚个大亚基组成有活性基组成有活性Caspase四聚体。四聚体。细胞的衰老与死亡39/50 细胞凋亡过程中细胞凋亡过程中Caspase级联效应级联效应 b.Caspase级联效应：少许活化起始级联效应：少许活化起始Caspase能够切割许多下游能够切割许多下游Caspase酶原，产生大量活化下游酶原，产生大量活化下游Caspase，其中执行，其中执行Caspase切割细切割细胞质内及细胞核内主要结构和功效蛋白，造成细胞凋亡。胞质内及细胞核内主要结构和功效蛋白，造成细胞凋亡。细胞的衰老与死亡40/50（2）Bcl-2蛋白家族 (是线虫ced-9同源物)依据其功效能够分为两大类:抑制凋亡Bcl-2:Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w、Mcl-1 能阻止线粒体外膜通透化，保护细胞免于凋亡。促进细胞凋亡Bcl-2:Bax、Bak，Noxa 能够促进线粒体外膜通透化，促进细胞凋亡。细胞的衰老与死亡41/50（3）p53基因(抑癌基因)DNA损伤 p53活化 p21基因转录 细胞 阻止在G1期,假如DNA损伤不能被修复，p53连续增 高引发细胞凋亡。（4）Fas和Fasl Fas是广泛存在于正常细胞和肿瘤细胞膜表面受体，Fas配体Fasl主要表示于活化T淋巴细胞，二者结合将造成携带Fas细胞凋亡。细胞的衰老与死亡42/50（二）细胞凋亡信号信号通路（二）细胞凋亡信号信号通路细胞的衰老与死亡43/50四、细胞凋亡失常与疾病四、细胞凋亡失常与疾病（一）细胞凋亡过低造成疾病（一）细胞凋亡过低造成疾病1细胞凋亡与肿瘤 肿瘤细胞凋亡抑制基因和凋亡活化基因表示异常如肿瘤细胞常有p53基因突变或缺失、普通肿瘤细胞高表示Fasl，借以凋亡淋巴细胞，而又低表示Fas，而降低凋亡，形成肿瘤细胞有逃逸免疫及凋亡耐受特征。细胞的衰老与死亡44/502细胞凋亡与系统性红斑狼疮 因为Fas表示缺点，引发本身反应性T细胞凋亡功效丧失，造成T淋巴细胞凋亡障碍（二）细胞凋亡过分造成疾病（二）细胞凋亡过分造成疾病1细胞凋亡与神经退行性疾病 中枢神经系统神经细胞丧失是各种神经退行性疾病病理特点 细胞的衰老与死亡45/50HIV感染细胞膜表面可表示gp120，其受体存在于免疫CD4+T淋巴细胞膜上，当gp120与CD4+T淋巴细胞结合后，可诱导CD4+T淋巴细胞凋亡，造成免疫系统瓦解。2细胞凋亡与AIDS病 3细胞凋亡与心血管疾病 动脉粥样硬化、心肌病、急性心肌梗死，以及心力衰竭中均伴伴随细胞凋亡。细胞的衰老与死亡46/50思索题思索题1.简述细胞衰老主要特征。2.什么是Hayflick界限?3.细胞衰老与个体衰老关系怎样?4.简述细胞凋亡形态学特征及其与坏死主要区分。5.简述细胞凋亡生物学意义。6.简述动物细胞凋亡主要两条信号通路。7.何谓Caspase家族?在细胞凋亡过程中起何作用?8.试述细胞凋亡与医学关系。细胞的衰老与死亡47/50推荐阅读资料推荐阅读资料1.美Leonard P.Guarente等编著，李电东主译.衰老 分子生物学.科学出版社,2.王亚平主编，干细胞衰老与疾病.科学出版社,3.美Lewin,B等编著,桑建利，连慕兰等译.细胞.科学出版社,4.翟中和,王喜中,丁明孝.细胞生物学（第三版）.高 等教育出版社,5.周柔丽,医学细胞生物学.(第二版).北京大学医学出版 社,6.易 静 汤雪明 医学细胞生物学.上海科学技术出版社,8.Alberts B,Johnson A,Lewis J,et al.Molecular Biology of Cell.5th ed.New York.Landon.Garland Publishing Inc,细胞的衰老与死亡48/50CellNatureScienceEMBOAnnual Review of Cell BiologyCell Research主要期刊杂志主要期刊杂志细胞的衰老与死亡49/50生物学网站生物学网站生物谷 http:/ http:/ http:/ http:/ of Visualized Experimentshttp:/ 生物网址通 http:/www.bio-