第十五章-细胞衰老与细胞死亡.ppt

医学细胞生物学第十五章第十五章细胞衰老细胞衰老(shuilo)与细胞死亡与细胞死亡第一页，共二十二页。医学细胞生物学第一节第一节细胞细胞(xbo)衰老衰老一、细胞衰老的概念一、细胞衰老的概念细胞在正常条件下发生的细胞的生理功能衰退和细胞在正常条件下发生的细胞的生理功能衰退和增殖能力减弱，以及细胞形态发生改变并趋向死增殖能力减弱，以及细胞形态发生改变并趋向死亡的现象亡的现象1.细胞衰老与机体衰老既有区别又有联系细胞衰老与机体衰老既有区别又有联系2.机体内各类细胞的寿命机体内各类细胞的寿命(shumng)(shumng)不同不同3.细胞在体外培养下的寿命细胞在体外培养下的寿命Hayflick界限界限:体外培养的细胞具有增殖分裂的极限，动物细体外培养的细胞具有增殖分裂的极限，动物细胞在体外可传代次数与物种的寿命有关，细胞的分裂能力胞在体外可传代次数与物种的寿命有关，细胞的分裂能力与个体年龄相关与个体年龄相关第二页，共二十二页。医学细胞生物学第一节第一节细胞细胞(xbo)衰老衰老群体倍增群体倍增(bizn)(PDs)20次后的年轻细胞次后的年轻细胞群体群体(qnt)倍增倍增(PDs)50次后的较老细胞次后的较老细胞第三页，共二十二页。医学细胞生物学第一节第一节细胞细胞(xbo)衰老衰老二、细胞衰老二、细胞衰老(shuilo)(shuilo)的表现的表现1.形态学改变：形态学改变：细胞组分细胞组分形态变化形态变化核核增大、染色深、核内有包含物增大、染色深、核内有包含物染色质染色质凝聚、固缩、碎裂、溶解凝聚、固缩、碎裂、溶解质膜质膜粘度增加，流动性降低粘度增加，流动性降低细胞质细胞质色素聚集、空泡形成色素聚集、空泡形成线粒体线粒体数目减少、体积增大、数目减少、体积增大、mtDNA突变或丢失突变或丢失高尔基体高尔基体碎裂碎裂尼氏体尼氏体消失消失包含物包含物糖原减少、脂肪聚集（脂褐素沉积）糖原减少、脂肪聚集（脂褐素沉积）核膜核膜内陷内陷第四页，共二十二页。医学细胞生物学第一节第一节细胞细胞(xbo)衰老衰老2.细胞衰老过程细胞衰老过程(guchng)(guchng)中有生物大分子的改中有生物大分子的改变：变：大分子大分子改变改变DNA复制转录受抑制，个别基因异常激活。端粒丢失。氧复制转录受抑制，个别基因异常激活。端粒丢失。氧化、断裂、缺失、交联，甲基化水平降级，化、断裂、缺失、交联，甲基化水平降级，mtDNA丢丢失失RNAmRNA和和tRNA含量降低含量降低蛋白质蛋白质含量下降，发生多种修饰，导致稳定性、抗原性和可含量下降，发生多种修饰，导致稳定性、抗原性和可降解性下降。自由基使蛋白肽键断裂，交联变性。降解性下降。自由基使蛋白肽键断裂，交联变性。酶分子酶分子活性中心被氧化，金属离子丢失。二级结构、溶解度活性中心被氧化，金属离子丢失。二级结构、溶解度和等电点变化。失活。和等电点变化。失活。脂类脂类不饱和脂肪酸被氧化，引起膜脂之间或脂蛋白之间交不饱和脂肪酸被氧化，引起膜脂之间或脂蛋白之间交联，膜流动性降低。胞质内脂褐素沉积。联，膜流动性降低。胞质内脂褐素沉积。第五页，共二十二页。医学细胞生物学第一节第一节细胞细胞(xbo)衰老衰老三、细胞衰老的学说与机制三、细胞衰老的学说与机制1.遗传决定学说遗传决定学说衰老是遗传上的程序化过程，由基因衰老是遗传上的程序化过程，由基因(jyn)(jyn)组上控制生长发育和衰老的基因组上控制生长发育和衰老的基因(jyn)(jyn)在特定时期内有序开启和关闭造成。在特定时期内有序开启和关闭造成。2.自由基学说自由基学说自由基：原子核外层轨道上具有不成对电子的分子或原子基团。这是一类高度活化的自由基：原子核外层轨道上具有不成对电子的分子或原子基团。这是一类高度活化的分子，可以与细胞内生物大分子发生反应，造成细胞组分损伤。分子，可以与细胞内生物大分子发生反应，造成细胞组分损伤。3.端粒钟学说端粒钟学说端粒：染色体末端的一种简单串联重复序列。分裂过程中，端粒逐渐变短，端粒端粒：染色体末端的一种简单串联重复序列。分裂过程中，端粒逐渐变短，端粒酶则可以合成端粒序列。端粒长短、端粒酶活性与细胞寿命具有一定相关性。酶则可以合成端粒序列。端粒长短、端粒酶活性与细胞寿命具有一定相关性。第六页，共二十二页。医学细胞生物学第一节第一节细胞细胞(xbo)衰老衰老4.细胞代谢废物累积可引起细胞衰老细胞代谢废物累积可引起细胞衰老细胞代谢产物无法及时细胞代谢产物无法及时(jsh)(jsh)排出胞外，也无法降解与消化，在胞内堆积，排出胞外，也无法降解与消化，在胞内堆积，影响正常生理功能。如影响正常生理功能。如脂褐质脂褐质和和b b淀粉样蛋白堆积。淀粉样蛋白堆积。5.基因转录或翻译差错导致细胞衰老基因转录或翻译差错导致细胞衰老核酸蛋白质分子合成发生差错并与日俱增，恶性循环，最终导致细胞功能核酸蛋白质分子合成发生差错并与日俱增，恶性循环，最终导致细胞功能降低，衰老死亡。降低，衰老死亡。6.其他学说其他学说神经免疫网络论、钙调蛋白学说、微量元素学说等等神经免疫网络论、钙调蛋白学说、微量元素学说等等第七页，共二十二页。医学细胞生物学第二节第二节细胞细胞(xbo)死亡死亡细胞坏死：外来因子作用下，细胞生命细胞坏死：外来因子作用下，细胞生命(shngmng)(shngmng)活动被强行终止所致的病理性、被动活动被强行终止所致的病理性、被动性的死亡过程，发生在病理情况下。性的死亡过程，发生在病理情况下。细胞凋亡：细胞凋亡：在特定信号诱导下，细胞内的死在特定信号诱导下，细胞内的死亡级联反应被触发所致的生理性或病理性、亡级联反应被触发所致的生理性或病理性、主动性的死亡过程。病理和生理情况下都可主动性的死亡过程。病理和生理情况下都可发生。发生。第八页，共二十二页。医学细胞生物学第二节第二节细胞细胞(xbo)死亡死亡一、细胞死亡的原因一、细胞死亡的原因多种超过细胞可承受的强度或阈值的环境因子或机体的病理多种超过细胞可承受的强度或阈值的环境因子或机体的病理(bngl)(bngl)状状态。态。二、细胞死亡的特征和形式二、细胞死亡的特征和形式三、细胞自噬及意义三、细胞自噬及意义降解细胞内的长寿命蛋白质和细胞器，产生氨基酸以维持细胞在缺乏营养降解细胞内的长寿命蛋白质和细胞器，产生氨基酸以维持细胞在缺乏营养时的生存。通过产生自噬泡并与溶酶体结合而进行。时的生存。通过产生自噬泡并与溶酶体结合而进行。与生物体的发育、分化及对环境应激的应答方面较为关键，也参与了免疫应与生物体的发育、分化及对环境应激的应答方面较为关键，也参与了免疫应答过程。答过程。细胞器细胞器形态变化形态变化细胞器细胞器形态变化形态变化核核核膜破裂，核膜破裂，DNA、蛋白质等外泄、蛋白质等外泄微绒毛微绒毛减少消失减少消失核仁核仁溶解消失溶解消失内质网内质网肿胀肿胀线粒体线粒体肿胀、嵴断裂或消失肿胀、嵴断裂或消失细胞体积细胞体积变小或变大变小或变大第九页，共二十二页。医学细胞生物学第二节第二节细胞细胞(xbo)死亡死亡2002年度诺贝尔生理学或医学奖授予了：年度诺贝尔生理学或医学奖授予了：布伦纳（布伦纳（S.Brenner）苏尔斯顿（苏尔斯顿（J.E.Sulston）霍维茨（霍维茨（H.R.Horvitz），），他们在发育和程序性细胞他们在发育和程序性细胞(xbo)(xbo)死亡方面做出死亡方面做出了开创性的工作了开创性的工作第十页，共二十二页。医学细胞生物学第三节第三节细胞细胞(xbo)凋亡凋亡一、细胞凋亡一、细胞凋亡(dio wn)(dio wn)的概念与特征的概念与特征凋亡凋亡坏死坏死起因起因生理或病理性生理或病理性病理性变化或剧烈损伤病理性变化或剧烈损伤范围范围单个散在细胞单个散在细胞大片组织或成群细胞大片组织或成群细胞细胞膜细胞膜保持完整，一直到形成凋亡小体保持完整，一直到形成凋亡小体破损破损细胞核细胞核固缩，固缩，DNA片段化片段化弥漫性降解弥漫性降解染色质染色质凝聚在核膜下呈半月状凝聚在核膜下呈半月状呈絮状呈絮状线粒体线粒体自身吞噬自身吞噬肿胀肿胀细胞体积细胞体积固缩变小固缩变小肿胀变大肿胀变大凋亡小体凋亡小体有，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬有，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬无，细胞自溶，残余碎片无，细胞自溶，残余碎片被巨噬细胞吞噬被巨噬细胞吞噬基因组基因组DNA有控降解，电泳图谱呈梯状有控降解，电泳图谱呈梯状随机降解，电泳图谱呈弥散状随机降解，电泳图谱呈弥散状基因活动基因活动有基因调控有基因调控无基因调控无基因调控自吞噬自吞噬常见常见缺少缺少蛋白质合成蛋白质合成有有无无第十一页，共二十二页。医学细胞生物学第三节第三节细胞细胞(xbo)凋亡凋亡（一）细胞凋亡呈现出特征（一）细胞凋亡呈现出特征性形态学变化性形态学变化1.细胞核：细胞核：DNA断裂断裂(dun li)(dun li)，向和膜下或中央部异染色质向和膜下或中央部异染色质区聚集，形成新月状、花瓣区聚集，形成新月状、花瓣状等多种形态。状等多种形态。2.细胞质：胞质浓缩。膜性细胞质：胞质浓缩。膜性细胞器肿胀膨大，形成空泡。细胞器肿胀膨大，形成空泡。第十二页，共二十二页。医学细胞生物学第三节第三节细胞细胞(xbo)凋亡凋亡3.细胞膜：特化结构消失，细胞膜起泡但保细胞膜：特化结构消失，细胞膜起泡但保持完整性，磷脂酰丝氨酸外翻。持完整性，磷脂酰丝氨酸外翻。4.凋亡小体的形成凋亡小体的形成发芽发芽(f y)(f y)起泡起泡分隔机制分隔机制自噬体形成机制自噬体形成机制第十三页，共二十二页。医学细胞生物学第三节第三节细胞细胞(xbo)凋亡凋亡（二）细胞凋亡时细胞生化改变的复杂性和多（二）细胞凋亡时细胞生化改变的复杂性和多样性样性1.DNA片段化：片段化：核小体连接处断裂，电泳呈弥核小体连接处断裂，电泳呈弥散性条带散性条带2.细胞凋亡中的蛋白酶：多种蛋白酶级联切割细胞凋亡中的蛋白酶：多种蛋白酶级联切割3.Ca2+,pH:钙离子释放，胞浆内浓度升高。钙离子释放，胞浆内浓度升高。pH先上先上升再下降升再下降(xijing)(xijing)。4.线粒体：呼吸链受损，释放细胞色素线粒体：呼吸链受损，释放细胞色素C，生，生成活性氧类物质成活性氧类物质(ROS)，渗透转变孔，渗透转变孔(PT)通透性通透性增高。增高。第十四页，共二十二页。医学细胞生物学第三节第三节细胞细胞(xbo)凋亡凋亡（三）（三）失巢凋亡失巢凋亡是又一种形式的细胞程序性死亡是又一种形式的细胞程序性死亡细胞与细胞外基质和其他细胞脱离接触而诱发，细胞与细胞外基质和其他细胞脱离接触而诱发，为脱离原来生存环境的特殊情况下发生的凋亡为脱离原来生存环境的特殊情况下发生的凋亡分化生长周期短，组织更新快的细胞中表现分化生长周期短，组织更新快的细胞中表现(bioxin)(bioxin)明显明显可防止这些脱落的细胞种植并生长于其他不适宜可防止这些脱落的细胞种植并生长于其他不适宜的地方的地方肿瘤细胞丧失此种功能，使其具有转移特性肿瘤细胞丧失此种功能，使其具有转移特性第十五页，共二十二页。医学细胞生物学第三节第三节细胞细胞(xbo)凋亡凋亡二、细胞凋亡的影响因素二、细胞凋亡的影响因素（一）诱发因素（一）诱发因素1.生理性诱导因子：生理性诱导因子：TNF及其配体，及其配体，TGF-b b，神经递质，神经递质，Ca2+，糖皮，糖皮质激素等质激素等2.损伤相关因子：热休克，病毒感染，细菌毒素，原癌基因，抑癌损伤相关因子：热休克，病毒感染，细菌毒素，原癌基因，抑癌基因，细胞毒性基因，细胞毒性T淋巴细胞，氧化剂，自由基，缺血，缺氧等淋巴细胞，氧化剂，自由基，缺血，缺氧等3.疾病治疗相关因子：化疗，放疗，生物治疗，中药治疗等疾病治疗相关因子：化疗，放疗，生物治疗，中药治疗等4.其他有某些其他有某些(mu xi)(mu xi)细胞毒性的物质：乙醇，氧化砷，细胞毒性的物质：乙醇，氧化砷，b b-淀粉样肽等淀粉样肽等（二）抑制因素（二）抑制因素1.生理性抑制因子：抗凋亡基因，细胞外基质，一些中性氨基酸，生理性抑制因子：抗凋亡基因，细胞外基质，一些中性氨基酸，锌及雌、雄激素等。锌及雌、雄激素等。2.病毒基因病毒基因3.其他其他第十六页，共二十二页。医学细胞生物学第三节第三节细胞细胞(xbo)凋亡凋亡三、细胞凋亡的分子机制三、细胞凋亡的分子机制（一）细胞凋亡受多种基因调控（一）细胞凋亡受多种基因调控1.ced基因家族基因家族ced-3,-4：激活线虫：激活线虫(xin chn)(xin chn)细胞凋亡所必须，细胞凋亡所必须，ced-3在人类细胞中对应在人类细胞中对应caspase家族蛋白，家族蛋白，ced-4对应人类对应人类Apaf-1ced-9：抑制线虫细胞凋亡，对应人类细胞：抑制线虫细胞凋亡，对应人类细胞中的中的bcl-2第十七页，共二十二页。医学细胞生物学第三节第三节细胞细胞(xbo)凋亡凋亡2.Bcl-2基因家族：广泛存在于多种组织中，基因家族：广泛存在于多种组织中，Bcl-2可抗凋亡，而一些家族其他成员则可促进凋亡。可抗凋亡，而一些家族其他成员则可促进凋亡。3.ice基因：与基因：与ced-3高度同源，可诱导细胞凋高度同源，可诱导细胞凋亡亡4.p53：抑癌基因，参与多种信号调控。野生：抑癌基因，参与多种信号调控。野生型型p53可诱导细胞凋亡。可诱导细胞凋亡。5.Fas和和FasL：受体与配体结合：受体与配体结合(jih)(jih)，触发细胞凋，触发细胞凋亡，参与免疫细胞毒机制，介导免疫豁免，参与亡，参与免疫细胞毒机制，介导免疫豁免，参与清除活化的淋巴细胞和病毒感染细胞清除活化的淋巴细胞和病毒感染细胞6.c-myc：参与转录，有两种翻译产物，调控基：参与转录，有两种翻译产物，调控基因既有凋亡基因，也有抗凋亡基因因既有凋亡基因，也有抗凋亡基因第十八页，共二十二页。医学细胞生物学第三节第三节细胞细胞(xbo)凋亡凋亡（二）细胞（二）细胞(xbo)(xbo)凋亡的信号传导通路凋亡的信号传导通路DDDFADD前体Caspase-8Caspase-8DISC靶细胞Cyt CBcl-2BAXApaf-1Procaspase-9Procaspase-3DNA损伤(snshng)氧化剂神经酰胺其他BIDFasLcaspase-3caspase-9受体介导的细胞凋亡途径线粒体介导的细胞凋亡途径第十九页，共二十二页。医学细胞生物学第三节第三节细胞细胞(xbo)凋亡凋亡四、细胞凋亡的检测四、细胞凋亡的检测1.形态学检测：染色，显微镜观察形态学检测：染色，显微镜观察2.生化生化(shn hu)(shn hu)特征检测：核小体间断裂后，特征检测：核小体间断裂后，用凝胶电泳，用凝胶电泳，TUNEL，ELISA等方法检测等方法检测3.流式细胞仪检测流式细胞仪检测第二十页，共二十二页。医学细胞生物学第三节第三节细胞细胞(xbo)凋亡凋亡五、细胞凋亡五、细胞凋亡(dio wn)(dio wn)与疾病与疾病1.凋亡受到抑制：肿瘤，凋亡受到抑制：肿瘤，SLE2.凋亡过度：神经退行性变，凋亡过度：神经退行性变，AIDS，心血管，心血管疾病疾病第二十一页，共二十二页。内容(nirng)总结第十五章 细胞衰老与细胞死亡。第十五章 细胞衰老与细胞死亡。1.细胞衰老与机体衰老既有区别又有联系。衰老是遗传上的程序化过程，由基因组上控制生长发育和衰老的基因在特定时期内有序开启和关闭造成。4.细胞代谢废物(fiw)累积可引起细胞衰老。降解细胞内的长寿命蛋白质和细胞器，产生氨基酸以维持细胞在缺乏营养时的生存。与生物体的发育、分化及对环境应激的应答方面较为关键，也参与了免疫应答过程。1.凋亡受到抑制：肿瘤，SLE第二十二页，共二十二页。