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1、第十三章第十三章 细胞细胞(xbo)(xbo)(xbo)(xbo)衰老与凋衰老与凋亡亡Chapter ThirteenChapter ThirteenCell senescence and apoptosisCell senescence and apoptosis第一页，共七十一页。“生、老、病、死生、老、病、死”是生命的四个必然的过程是生命的四个必然的过程人类面临着三种衰老：人类面临着三种衰老：生理性衰老生理性衰老：随年龄增长所表现出的生理退化，一切生：随年龄增长所表现出的生理退化，一切生物皆存在物皆存在病理性衰老病理性衰老：由于内在或外在原因使人体发生病理性变：由于内在或外在原因使人体发
2、生病理性变化，使衰老提前发生，称早衰化，使衰老提前发生，称早衰心理心理(xnl)(xnl)性衰老性衰老：由于心态的提前老化而影响整体功能：由于心态的提前老化而影响整体功能第二页，共七十一页。第一节第一节 细胞细胞(xbo)(xbo)衰老衰老 一、衰老的概念一、衰老的概念衰老衰老(aging(aging，senescence)senescence)：随年龄增加，生物内环境稳定：随年龄增加，生物内环境稳定性下降，结构与生理机能退行性变化，趋向死亡性下降，结构与生理机能退行性变化，趋向死亡不可逆不可逆的过的过程。程。衰老发生衰老发生(fshng)(fshng)在整体水平、种群水平、个体水平、细胞水在
3、整体水平、种群水平、个体水平、细胞水平以及分子水平等层次。平以及分子水平等层次。机体的衰老并不等于所有细胞的衰老，但细胞的衰老与机体机体的衰老并不等于所有细胞的衰老，但细胞的衰老与机体衰老密切相关衰老密切相关第三页，共七十一页。二、细胞二、细胞(xbo)(xbo)的寿限的寿限1 1、HayflickHayflick界限界限(Hayflick limitation)(Hayflick limitation)：细胞在体外细胞在体外培养条件下，即使条件适宜，细胞也不能无限制地进行培养条件下，即使条件适宜，细胞也不能无限制地进行分裂，而是有一定界限分裂，而是有一定界限细胞的分裂能力与个体年龄有关，从胎
4、儿细胞的分裂能力与个体年龄有关，从胎儿(ti r)(ti r)肺得到的肺得到的成纤维细胞可传代成纤维细胞可传代5050次，而从成人得到的肺成纤维细胞次，而从成人得到的肺成纤维细胞只能传代只能传代2020次。次。第四页，共七十一页。2 2、细胞的寿限、细胞的寿限各类细胞的寿命各不相同，一般来说，能够保持各类细胞的寿命各不相同，一般来说，能够保持(boch)(boch)持持续分裂能力的细胞相对不容易衰老，分化程度高又不分续分裂能力的细胞相对不容易衰老，分化程度高又不分裂的细胞寿命大多有限裂的细胞寿命大多有限第五页，共七十一页。人体细胞的动态人体细胞的动态(dngti)(dngti)分类分类 人体细
5、胞寿命依增殖，分化，生存时间，分人体细胞寿命依增殖，分化，生存时间，分4 4类类更新组织更新组织：执行某种功能的特化细胞，一定时间后衰老死：执行某种功能的特化细胞，一定时间后衰老死亡亡(swng)(swng)，由新细胞分化补充，如上皮细胞、血细胞。，由新细胞分化补充，如上皮细胞、血细胞。稳定组织细胞稳定组织细胞：分化程度较高，功能专一，一般没明显衰：分化程度较高，功能专一，一般没明显衰老，不分裂，但终生保持分裂能力，受破坏时，其余细胞也老，不分裂，但终生保持分裂能力，受破坏时，其余细胞也能分裂，补充失去的细胞，如肝、肾细胞。能分裂，补充失去的细胞，如肝、肾细胞。第六页，共七十一页。恒久组织细胞
6、恒久组织细胞：高度分化细胞，一生没细胞更替，破：高度分化细胞，一生没细胞更替，破坏后不能得补充。如神经细胞，骨骼细胞和心肌细胞。坏后不能得补充。如神经细胞，骨骼细胞和心肌细胞。可耗尽组织细胞可耗尽组织细胞：卵巢实质细胞，一生中逐渐：卵巢实质细胞，一生中逐渐(zhjin)(zhjin)消耗，不能得到补充，最后消耗殆尽。消耗，不能得到补充，最后消耗殆尽。第七页，共七十一页。三、细胞三、细胞(xbo)(xbo)衰老的形态学特征衰老的形态学特征 细胞衰老主要是细胞生理生化的变化，也反映在细胞形态细胞衰老主要是细胞生理生化的变化，也反映在细胞形态(xngti)(xngti)结构和功能上：结构和功能上：1
7、 1、细胞内水分的减少细胞内水分的减少：蛋白质水合能力下降：蛋白质水合能力下降,衰老细胞水分衰老细胞水分减少，细胞皱缩，体积缩小。减少，细胞皱缩，体积缩小。2 2、核变化核变化:核膜内折，染色体固缩化，端粒缩短核膜内折，染色体固缩化，端粒缩短3 3、线粒体的变化线粒体的变化：随年龄增大，数量减少，体积增大，内：随年龄增大，数量减少，体积增大，内容物呈网状化并形成多囊体，容物呈网状化并形成多囊体，mtDNAmtDNA缺失突变缺失突变第八页，共七十一页。4 4、质膜的变化质膜的变化：流动性下降：流动性下降(xijing)(xijing)，磷脂减少，不饱和脂肪，磷脂减少，不饱和脂肪酸下降酸下降(xi
8、jing)(xijing)；膜脂过氧化，对刺激反应性下降；膜脂过氧化，对刺激反应性下降(xijing)(xijing)5 5、内质网的变化内质网的变化：RERRER趋向减少和无序化趋向减少和无序化6 6、蛋白质合成蛋白质合成：核糖体合成效率及准确性降低：核糖体合成效率及准确性降低7 7、色素生成及致密体形成色素生成及致密体形成：色素生成随衰老而增加，并在：色素生成随衰老而增加，并在溶酶体或线粒体中沉积溶酶体或线粒体中沉积 第九页，共七十一页。衰老(shuilo)细胞的形态变化核增大、染色深、核内有包含物染色质凝聚、固缩、碎裂、溶解质膜粘度增加、流动性降低细胞质色素积聚、空泡形成线粒体数目减少、
9、体积增大、mtDNA突变或丢失高尔基体碎裂包含物糖原减少、脂肪积聚核膜内陷第十页，共七十一页。四、分子四、分子(fnz)(fnz)水平的变化水平的变化 衰老细胞衰老细胞DNADNA、蛋白质和脂类等成分损伤、蛋白质和脂类等成分损伤(snshng)(snshng)，代谢能力降，代谢能力降低，主要表现：低，主要表现：DNADNA：复制与转录受抑制，个别基因异常激活，端粒：复制与转录受抑制，个别基因异常激活，端粒DNADNA丢失，丢失，线粒体线粒体DNADNA特异缺失，特异缺失，DNADNA氧化、断裂、缺失和交联，甲基化氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降低。程度降低。RNARNA：mRNAmRNA和
10、和tRNAtRNA含量降低。含量降低。第十一页，共七十一页。蛋白质：含成下降，蛋白质糖基化、氨甲酰化、脱氨基等修蛋白质：含成下降，蛋白质糖基化、氨甲酰化、脱氨基等修饰饰(xish)(xish)，使蛋白质稳定性、抗原性、可消化性下降，自由基，使蛋白质稳定性、抗原性、可消化性下降，自由基使肽断裂、交联而变性。使肽断裂、交联而变性。aaaa由左旋变为右旋由左旋变为右旋酶分子：活性中心被氧化，酶分子：活性中心被氧化，CaCa2+2+、ZnZn2+2+、MgMg2+2+、FeFe2+2+等丢失，等丢失，酶分子二级结构、溶解度、等电点改变，酶失活酶分子二级结构、溶解度、等电点改变，酶失活脂类：不饱和脂肪酸
11、被氧化，引起膜脂间或与脂蛋白间交联，脂类：不饱和脂肪酸被氧化，引起膜脂间或与脂蛋白间交联，膜流动性下降。膜流动性下降。第十二页，共七十一页。五、细胞衰老的分子五、细胞衰老的分子(fnz)(fnz)机制机制 对衰老机理对衰老机理(j l)(j l)具有不同学说，主要有具有不同学说，主要有:差错学说差错学说(Error theories):(Error theories):强调衰老是由于细胞中的强调衰老是由于细胞中的各种错误积累引起各种错误积累引起.遗传学说遗传学说(Genetic/Programmed theories):(Genetic/Programmed theories):强调衰老强调衰
12、老是遗传决定的自然演进过程。是遗传决定的自然演进过程。第十三页，共七十一页。（一）差错（一）差错(chcu)(chcu)学说学说细胞衰老是细胞成分因内外环境受损，因缺乏完善细胞衰老是细胞成分因内外环境受损，因缺乏完善(wnshn)(wnshn)修复，使修复，使“差错差错”积累，导致细胞衰老。积累，导致细胞衰老。根据根据“差错差错”的的“主因主因”的不同，又可分不同学说。的不同，又可分不同学说。第十四页，共七十一页。1.1.代谢废物代谢废物(fiw)(fiw)积累积累(waste product accumulation)(waste product accumulation)代谢产物超量积累危
13、害细胞，引起衰老代谢产物超量积累危害细胞，引起衰老.褐脂质沉积是典型例子褐脂质沉积是典型例子:脂褐质是长寿蛋白和脂褐质是长寿蛋白和DNADNA、脂类形、脂类形成的巨交联物。脂褐质结构致密成的巨交联物。脂褐质结构致密(zhm)(zhm)，在溶酶体不能水解，在溶酶体不能水解也不能外排，在细胞内沉积，阻碍物质交流和信号传递，也不能外排，在细胞内沉积，阻碍物质交流和信号传递，使细胞衰老使细胞衰老.老年性痴呆老年性痴呆(AD)(AD)是由是由-淀粉样蛋白沉积引起。淀粉样蛋白沉积引起。第十五页，共七十一页。2 2大分子交联大分子交联(cross linking)(cross linking)过量的大分子交
14、联是衰老的主要因素，如过量的大分子交联是衰老的主要因素，如DNADNA交联和胶原交联交联和胶原交联均可损害其功能，引起衰老。均可损害其功能，引起衰老。在临床方面胶原交联和动脉硬化在临床方面胶原交联和动脉硬化(dngmiynghu)(dngmiynghu)、微血管病变有、微血管病变有密切关系。密切关系。第十六页，共七十一页。3 3自由基学说自由基学说(xu shu)(xu shu)(free radical theories)(free radical theories)（1 1）自由基性质自由基性质:自由基是指在原子核核外层轨道上具有不成对电自由基是指在原子核核外层轨道上具有不成对电子子(di
15、nz)(dinz)的分子或功能基团。的分子或功能基团。如如ABAB两个原子各提供一个电子通过共价键形成分子两个原子各提供一个电子通过共价键形成分子A:BA:B，这两个，这两个电子是配对的，如发生均裂电子是配对的，如发生均裂,A,A和和B B各带走一个电子形成各带走一个电子形成.A A和和.B B，即，即称自由基。称自由基。第十七页，共七十一页。自由基种类自由基种类(zhngli)(zhngli)：氧自由基、氢自由基、碳自由基、：氧自由基、氢自由基、碳自由基、脂自由基，脂自由基，以氧自由基化学性质最活泼以氧自由基化学性质最活泼。氧自由基主要包括：超氧自由基氧自由基主要包括：超氧自由基.O O2
16、2，羟自由基羟自由基.OHOH和和H H2 2O O2 2第十八页，共七十一页。自由基产生的因素：自由基产生的因素：外源性外源性:由环境辐射、光解、化学物质等引起的由环境辐射、光解、化学物质等引起的内源内源:由代谢反应产生由代谢反应产生,是自由基主要来源途径是自由基主要来源途径(tjng)(tjng)：线粒体呼吸链电子泄漏产生；线粒体呼吸链电子泄漏产生；过氧化物酶体的多功能氧化酶催化底物羟化。过氧化物酶体的多功能氧化酶催化底物羟化。机体血红蛋白、肌红蛋白可经非酶促反应产生自由基。机体血红蛋白、肌红蛋白可经非酶促反应产生自由基。第十九页，共七十一页。（2 2）自由基对生物）自由基对生物(shng
17、w)(shngw)大分子的损伤大分子的损伤自由基含未配对电子，具高度活性，易与细胞内的生物大分自由基含未配对电子，具高度活性，易与细胞内的生物大分子发生子发生(fshng)(fshng)反应，并发生反应，并发生(fshng)(fshng)伤害伤害自由基与核酸分子中的碱基发生加成反应，自由基与核酸分子中的碱基发生加成反应，.OHOH加到碱基双加到碱基双链上链上,破坏碱基产生基因突变破坏碱基产生基因突变自由基可加成到膜脂及不饱和脂肪酸双链自由基可加成到膜脂及不饱和脂肪酸双链,引起脂质过氧引起脂质过氧化化,并产生新的自由基并产生新的自由基第二十页，共七十一页。自由基常攻击肽链上的脯氨酸残基，造成蛋白
18、质断自由基常攻击肽链上的脯氨酸残基，造成蛋白质断裂。同时，自由基还引起蛋白质交联、破坏蛋白质高裂。同时，自由基还引起蛋白质交联、破坏蛋白质高级结构级结构自由基的氧化自由基的氧化(ynghu)(ynghu)也常损伤细胞骨架蛋白：肌动蛋也常损伤细胞骨架蛋白：肌动蛋白与氧化白与氧化(ynghu)(ynghu)型谷胱甘肽（型谷胱甘肽（GSSGGSSG）之间形成二硫键，）之间形成二硫键，导致分子表面电荷改变，引起大分子聚集导致分子表面电荷改变，引起大分子聚集第二十一页，共七十一页。(3)(3)衰老衰老(shuilo)(shuilo)的自由基学说的自由基学说美国科学家美国科学家Harman1955Harm
19、an1955年提出年提出(t ch)(t ch)，核心内容，核心内容:衰老是自由基对细胞成分的有害攻击所造成衰老是自由基对细胞成分的有害攻击所造成;该学说提出的自由基是氧自由基该学说提出的自由基是氧自由基;维持体内适当水平的抗氧化剂和自由基清除剂可延长寿维持体内适当水平的抗氧化剂和自由基清除剂可延长寿命和推迟衰老命和推迟衰老第二十二页，共七十一页。正常细胞正常细胞(xbo)(xbo)内存在清除自由基的防御系统，包括内存在清除自由基的防御系统，包括酶系统酶系统:超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶(SOD)(SOD)，过氧化氢酶，过氧化氢酶(CAT)(CAT)，谷，谷胱甘肽过氧化物酶胱甘肽过氧化物酶(G
20、SH-PX);(GSH-PX);非酶系统非酶系统:V:VE E、醌类物质等电子受体。、醌类物质等电子受体。将铜锌超氧化物岐化酶基因导入果蝇，使转基因株具将铜锌超氧化物岐化酶基因导入果蝇，使转基因株具3 3个个拷贝的拷贝的SODSOD基因，其寿命比野生型延长基因，其寿命比野生型延长1/31/3。为衰老的自由。为衰老的自由基学说提供了证据。基学说提供了证据。第二十三页，共七十一页。4 4线粒体线粒体DNADNA突变突变(tbin)(tbin)线粒体是自由基浓度最高的细胞器，氧化磷酸化过程中，线粒体是自由基浓度最高的细胞器，氧化磷酸化过程中，1-1-4%4%的氧转为活性氧的氧转为活性氧(ROS)(R
21、OS)。mtDNAmtDNA裸露，易受伤害发生突变，裸露，易受伤害发生突变，mtDNAmtDNA复制的聚合酶复制的聚合酶没校没校正正(jiozhng)(jiozhng)功能，复制错误频率高。功能，复制错误频率高。mtDNAmtDNA突变使呼吸链受损，自由基堆积，循环突变使呼吸链受损，自由基堆积，循环脑、心、骨骼肌的氧负荷最大，是最易衰老组织脑、心、骨骼肌的氧负荷最大，是最易衰老组织第二十四页，共七十一页。5.5.体细胞突变体细胞突变(tbin)(tbin)与与DNADNA修复修复 外源理化因子，内源自由基均可损伤外源理化因子，内源自由基均可损伤DNADNA，使体细胞突变。，使体细胞突变。辐射可
22、致年轻的哺乳动物出现衰老症状，与个体正常衰老辐射可致年轻的哺乳动物出现衰老症状，与个体正常衰老相似。相似。正常机体存在正常机体存在DNADNA修复机制，可使损伤修复机制，可使损伤DNADNA修复，年龄修复，年龄(ninlng)(ninlng)增加修复能力下降，使增加修复能力下降，使DNADNA错误累积，最终细胞衰老错误累积，最终细胞衰老死亡。死亡。第二十五页，共七十一页。DNADNA的修复并不均一，转录活跃基因被优先修复，在同的修复并不均一，转录活跃基因被优先修复，在同一基因中转录区被优先修复，彻底的修复仅发生在细胞一基因中转录区被优先修复，彻底的修复仅发生在细胞分裂的分裂的DNADNA复制复
23、制(fzh)(fzh)时期，这是干细胞能永保青春的原时期，这是干细胞能永保青春的原因。因。第二十六页，共七十一页。6 6重复重复(chngf)(chngf)基因失活基因失活 真核生物基因组中存在大量重复序列。真核生物基因组中存在大量重复序列。主要基因的选择性重复是基因组的保护机制，也是决定细胞主要基因的选择性重复是基因组的保护机制，也是决定细胞衰老的因素，重复基因的一个拷贝衰老的因素，重复基因的一个拷贝(kobi)(kobi)受损或关闭后，其它受损或关闭后，其它拷贝拷贝(kobi)(kobi)被激活，直到最后一份拷贝被激活，直到最后一份拷贝(kobi)(kobi)用完，细胞因缺少用完，细胞因缺
24、少某种重要产物而衰亡。某种重要产物而衰亡。小鼠肝细胞重复基因的转录灵敏度随年龄增加而降低，哺乳小鼠肝细胞重复基因的转录灵敏度随年龄增加而降低，哺乳动物动物rRNArRNA基因数随年龄增加而减少基因数随年龄增加而减少第二十七页，共七十一页。（二）遗传学说（二）遗传学说衰老是遗传决定的自然演进过程，一切细胞均有内在衰老是遗传决定的自然演进过程，一切细胞均有内在(nizi)(nizi)的预定程序决定其寿命，而细胞寿命又决定种属的预定程序决定其寿命，而细胞寿命又决定种属寿命的差异，外部因素只能使细胞寿命在限定范围内寿命的差异，外部因素只能使细胞寿命在限定范围内变动变动第二十八页，共七十一页。1 1程序
25、性衰老程序性衰老(shuilo)(shuilo)(programmed senescence)(programmed senescence)生物的生长、发育、衰老和死亡都由基因程序控制，生物的生长、发育、衰老和死亡都由基因程序控制，衰老是某些基因依次开启或关闭的结果。衰老是某些基因依次开启或关闭的结果。小鼠肝中，胚胎早期小鼠肝中，胚胎早期(zoq)(zoq)表达的胞质丙氨酸转氨酶为表达的胞质丙氨酸转氨酶为A A型，随后停止表达，在衰老时表达型，随后停止表达，在衰老时表达B B型。型。第二十九页，共七十一页。其它类似的衰老标志物其它类似的衰老标志物(markers):(markers):如肝中的
26、衰老标志如肝中的衰老标志(biozh)(biozh)蛋白蛋白2 2也是在老年期表达。也是在老年期表达。衰老还与神经内分泌系统退行性变化及免疫系统的程衰老还与神经内分泌系统退行性变化及免疫系统的程序性衰老有关。序性衰老有关。第三十页，共七十一页。2 2细胞细胞(xbo)(xbo)衰老的端粒假说衰老的端粒假说细胞增殖次数与端粒有关。体细胞染色体端粒细胞增殖次数与端粒有关。体细胞染色体端粒DNADNA随细胞分随细胞分裂次数增加而缩短。细胞裂次数增加而缩短。细胞DNADNA复制复制1 1次端粒缩短次端粒缩短1 1段，至段，至HayflickHayflick点时，启动点时，启动DNADNA损伤检测点，不
27、可逆退出细胞周期，损伤检测点，不可逆退出细胞周期，走向衰亡走向衰亡(shuiwng)(shuiwng)。人成纤维细胞端粒每年缩短人成纤维细胞端粒每年缩短14-18bp14-18bp，染色体的端粒具细胞，染色体的端粒具细胞分裂计数器的功能。分裂计数器的功能。第三十一页，共七十一页。端粒长度与端粒酶活性有关，端粒酶是一种反转录酶，端粒长度与端粒酶活性有关，端粒酶是一种反转录酶，由由RNARNA和蛋白质组成，所含的和蛋白质组成，所含的RNARNA是合成端粒是合成端粒DNADNA的模板，的模板，而所含的反转录亚基则催化而所含的反转录亚基则催化(cu hu)(cu hu)端粒端粒DNADNA的合成。的合
28、成。生殖细胞、干细胞和肿瘤细胞端粒酶活性较高，正常生殖细胞、干细胞和肿瘤细胞端粒酶活性较高，正常体细胞端粒酶活性低，呈抑制状态体细胞端粒酶活性低，呈抑制状态第三十二页，共七十一页。3 3长寿长寿(chngshu)(chngshu)基因（基因（longevity longevity genesgenes）各种动物都有相当恒定的平均寿命各种动物都有相当恒定的平均寿命(pn jn shu mn)(pn jn shu mn)和最高寿命，和最高寿命，成人早衰症成人早衰症(Werner(Werners syndrome)s syndrome)病人平均病人平均3939岁时出现衰老，岁时出现衰老，4747岁左
29、右死亡，患婴幼儿早衰症的小孩在岁左右死亡，患婴幼儿早衰症的小孩在1 1岁时出现明显衰岁时出现明显衰老，老，12-1812-18岁夭折。岁夭折。由此看物种寿命主要取决于遗传物质，由此看物种寿命主要取决于遗传物质，DNADNA链上可能存在链上可能存在“长寿基因长寿基因”或或“衰老基因衰老基因”决定个体寿限决定个体寿限.第三十三页，共七十一页。一个37岁的成人(chng rn)早衰症患者 第三十四页，共七十一页。正常儿童(r tng)（左）和婴幼儿早衰症患者第三十五页，共七十一页。细胞衰老时，衰老相关基因细胞衰老时，衰老相关基因(SAG)(SAG)表达活跃，人表达活跃，人1 1号、号、4 4号及号及
30、X X染色体上发现染色体上发现SAGSAG。线虫均寿命线虫均寿命3.5d,age-1 3.5d,age-1 突变突变,提高均寿命提高均寿命65%65%，最大寿命，最大寿命110%,110%,该突变型有较强的抗氧化酶活性该突变型有较强的抗氧化酶活性早老综合症患者体内解旋酶基因存在突变，该基因位于早老综合症患者体内解旋酶基因存在突变，该基因位于8 8号号染色体短臂，称染色体短臂，称WRNWRN基因。基因。淀粉样蛋白前体基因淀粉样蛋白前体基因(APP)(APP)突变，导致基因产物突变，导致基因产物(chnw)(chnw)淀粉淀粉样蛋白易于在脑组织中沉积，引起样蛋白易于在脑组织中沉积，引起ADAD。第
31、三十六页，共七十一页。第二节第二节 细胞坏死细胞坏死(hui s)(hui s)与凋亡与凋亡 死亡是生命的普遍现象，但细胞死亡是生命的普遍现象，但细胞(xbo)(xbo)死亡并非与机体死亡同死亡并非与机体死亡同步。正常组织中，常发生步。正常组织中，常发生“正常正常”的细胞死亡，它是维持组的细胞死亡，它是维持组织机能和形态所必需。织机能和形态所必需。细胞死亡的方式通常有细胞死亡的方式通常有2 2种：种：细胞坏死细胞坏死(necrosis)(necrosis)。细胞凋亡细胞凋亡(apoptosis)(apoptosis)。第三十七页，共七十一页。一、细胞一、细胞(xbo)(xbo)坏死坏死 细胞受
32、到化学细胞受到化学(huxu)(huxu)因素因素(如酸、碱、毒物如酸、碱、毒物)、物理因、物理因素素(如热、辐射如热、辐射)和生物因素和生物因素(如病原体如病原体)等环境因素等环境因素伤害，引起细胞死亡的现象。是一种伤害，引起细胞死亡的现象。是一种被动死亡被动死亡第三十八页，共七十一页。细胞坏死初期，细胞质膜通透性增加，线粒体和细胞坏死初期，细胞质膜通透性增加，线粒体和ERER肿胀、崩肿胀、崩解，结构脂滴游离、空泡化，蛋白质颗粒增多，核发生固缩。解，结构脂滴游离、空泡化，蛋白质颗粒增多，核发生固缩。胞质蛋白变性胞质蛋白变性(binxng)(binxng)、凝固或碎裂，嗜碱性核蛋白降解，细、凝
33、固或碎裂，嗜碱性核蛋白降解，细胞质呈强嗜酸性，胞质呈强嗜酸性，坏死细胞苏木精坏死细胞苏木精/伊红染色，胞质呈红色，伊红染色，胞质呈红色，原有微细结构消失原有微细结构消失坏死后期，坏死后期，细胞膜破裂，细胞内容物流出，引起周围组织炎细胞膜破裂，细胞内容物流出，引起周围组织炎症反应。症反应。第三十九页，共七十一页。细胞(xbo)坏死与凋亡的形态区别 第四十页，共七十一页。二、细胞二、细胞(xbo)(xbo)凋亡凋亡(cell(cell apoptosis)apoptosis)又称程序性细胞死亡又称程序性细胞死亡(PCD)(PCD)：是细胞接受基因指令后的：是细胞接受基因指令后的主动死亡主动死亡。凋
34、亡的细胞散落在正常组织中，凋亡的细胞散落在正常组织中，无炎症反应无炎症反应(fnyng)(fnyng)，不，不遗留疤痕。死亡细胞的碎片很快被巨噬细胞或相邻细遗留疤痕。死亡细胞的碎片很快被巨噬细胞或相邻细胞所清除，不影响其它细胞的功能胞所清除，不影响其它细胞的功能第四十一页，共七十一页。程序性细胞死亡表现出明显的形态学特征：程序性细胞死亡表现出明显的形态学特征：核酸内切酶活化，使染色质核酸内切酶活化，使染色质DNADNA在核小体连接部位断裂，在核小体连接部位断裂，形成约形成约200bp200bp整数倍的核酸片段，凝胶电泳图谱呈梯状；整数倍的核酸片段，凝胶电泳图谱呈梯状；染色质在核膜下聚集成染色质
35、块，细胞不断染色质在核膜下聚集成染色质块，细胞不断(bdun)(bdun)脱水，脱水，胞质凝缩，核膜在核孔处断裂，细胞以出芽方式形成凋亡胞质凝缩，核膜在核孔处断裂，细胞以出芽方式形成凋亡小体（小体（apoptotic bodyapoptotic body）；）；第四十二页，共七十一页。凋亡小体内有结构完整的细胞器、凝缩的染色质，凋亡小体内有结构完整的细胞器、凝缩的染色质，可被邻近细胞吞噬消化，始终有膜封闭，没内溶物释可被邻近细胞吞噬消化，始终有膜封闭，没内溶物释放放(shfng)(shfng)，不引起炎症。，不引起炎症。第四十三页，共七十一页。细胞(xbo)凋亡和细胞(xbo)坏死的区别区别点
36、细胞凋亡细胞坏死起因生理或病理性病理性变化或剧烈损伤范围单个散在细胞大片组织或成群细胞细胞膜保持完整破损染色质凝聚在核膜下呈半月状呈絮状细胞器无明显变化肿胀、内质网崩解细胞体积固缩变小肿胀变大凋亡小体有，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬无，细胞自溶，残余碎片被巨噬细胞吞噬基因组DNA有控降解，电泳图谱呈梯状随机降解，电泳图谱呈涂抹状蛋白质合成有无调节过程受基因调控被动进行炎症反应无，不释放细胞内容物有，释放内容物。第四十四页，共七十一页。左:正常(zhngchng)胸腺细胞；右:凋亡胸腺细胞(注意凋亡小体)第四十五页，共七十一页。第三节第三节 细胞凋亡细胞凋亡(dio wn)(dio wn)的分子的分
37、子机理机理 细胞凋亡和增殖是生命细胞凋亡和增殖是生命(shngmng)(shngmng)的基本现象，是维持体内细胞的基本现象，是维持体内细胞数量动态平衡的基本措施。数量动态平衡的基本措施。在胚胎发育阶段以细胞凋亡清除多余的和已完成使命的细胞，在胚胎发育阶段以细胞凋亡清除多余的和已完成使命的细胞，保证了胚胎的正常发育；保证了胚胎的正常发育；在成年阶段通过细胞凋亡清除衰老和病变细胞，保证了机体在成年阶段通过细胞凋亡清除衰老和病变细胞，保证了机体健康。健康。第四十六页，共七十一页。细胞细胞(xbo)(xbo)凋亡是受基因调控的精确过程凋亡是受基因调控的精确过程apoptosisapoptosis的途
38、径主要有的途径主要有:1 1、胞外信号激活细胞内凋亡酶、胞外信号激活细胞内凋亡酶caspasecaspase；2 2、线粒体释放凋亡酶激活因子激活、线粒体释放凋亡酶激活因子激活caspasecaspase活化的活化的caspasecaspase可将胞内重要蛋白降解，引起细胞凋亡。可将胞内重要蛋白降解，引起细胞凋亡。第四十七页，共七十一页。一、凋亡一、凋亡(dio wn)(dio wn)相关的基因和蛋相关的基因和蛋白白 细胞凋亡的调控涉及许多基因，包括细胞凋亡的调控涉及许多基因，包括(boku)(boku)一些与细胞一些与细胞增殖有关的原癌基因和抑癌基因。其中研究较多的有增殖有关的原癌基因和抑癌
39、基因。其中研究较多的有ICEICE、Apaf-1Apaf-1、Bcl-2Bcl-2、Fas/APO-1Fas/APO-1、c-mycc-myc、p53p53、ATMATM等。等。第四十八页，共七十一页。1 1CaspaseCaspase家族家族(jiz)(jiz)CaspaseCaspase属半胱氨酸蛋白酶，近似线虫属半胱氨酸蛋白酶，近似线虫ced-3ced-3，是引起，是引起细胞凋亡的关键细胞凋亡的关键(gunjin)(gunjin)酶，被信号途径激活后，能将细酶，被信号途径激活后，能将细胞内蛋白质降解，使细胞不可逆走向死亡胞内蛋白质降解，使细胞不可逆走向死亡第四十九页，共七十一页。特点有：
40、特点有：酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲核性；酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲核性；在天冬氨酸后切断底物，命名为在天冬氨酸后切断底物，命名为caspase(cysteine caspase(cysteine aspartate-specific protease)aspartate-specific protease)；都由都由2 2大、大、2 2小亚基组成的异四聚体，大、小亚基由同小亚基组成的异四聚体，大、小亚基由同一基因编码，前体切割一基因编码，前体切割(qig)(qig)产生产生2 2个活性亚基个活性亚基第五十页，共七十一页。CaspaseCaspase的研究源自于对线虫的研究的研究源自于对线虫
41、的研究线虫生命周期短，细胞数量少，成熟的成虫若是雌雄线虫生命周期短，细胞数量少，成熟的成虫若是雌雄同体则有同体则有959959个体细胞，约个体细胞，约20002000个生殖细胞。若是雄虫个生殖细胞。若是雄虫则有则有10311031个体细胞和约个体细胞和约10001000个生殖细胞。神经系统由个生殖细胞。神经系统由302302个细胞组成，这些个细胞组成，这些(zhxi)(zhxi)细胞来自于细胞来自于407407个前体细胞，个前体细胞，这些前体细胞中有这些前体细胞中有105105个发生了程序死亡。个发生了程序死亡。第五十一页，共七十一页。Robert Horvitz Robert Horvitz
42、 采用体细胞突变方法发现共有采用体细胞突变方法发现共有14 14 个基因在个基因在C.elegans C.elegans 细胞凋亡中起作用。细胞凋亡中起作用。在细胞凋亡的实施阶段起作用的主要有在细胞凋亡的实施阶段起作用的主要有3 3个：个：Ced-3Ced-3、Ced-4Ced-4和和Ced-9Ced-9。Ced-3Ced-3和和 Ced-4Ced-4的作用是诱发凋亡。的作用是诱发凋亡。Ced-9Ced-9抑制抑制Ced-3Ced-3、Ced-4Ced-4的作用，使凋亡不能发生，的作用，使凋亡不能发生，Ced-9Ced-9功功能不足能不足(bz)(bz)胚胎因细胞过度凋亡而死亡胚胎因细胞过度凋
43、亡而死亡第五十二页，共七十一页。人类人类(rnli)(rnli)与线虫与线虫ced-3ced-3同源的基因是白介素同源的基因是白介素-1-1 转转换酶换酶(ICE)(ICE)基因，该酶能将白介素前体切割为活性分基因，该酶能将白介素前体切割为活性分子，故名。子，故名。人类已发现人类已发现1111个个ICEICE同源物，分同源物，分2 2亚族：亚族：ICEICE亚族亚族,参参与炎症反应；与炎症反应；第五十三页，共七十一页。ced-3ced-3家族又可分为家族又可分为:执行者执行者(executioner)(executioner)：caspase-3caspase-3、6 6、7 7，可直接，可直
44、接(zhji)(zhji)降解降解胞内结构蛋白和功能蛋白，引起凋亡，但不能通过自催化或胞内结构蛋白和功能蛋白，引起凋亡，但不能通过自催化或自剪接方式激活；自剪接方式激活；启动者启动者(initiator)(initiator)：caspase-8caspase-8、9 9，受到信号后，能以自，受到信号后，能以自剪接激活，引起剪接激活，引起caspasecaspase级联反应，如级联反应，如caspase-8caspase-8可依次激活可依次激活caspase-3caspase-3、6 6、7 7。第五十四页，共七十一页。ICE家族成员 A：3类caspase：蓝色参与炎症反应，红色为执行者，绿
45、色为启动者；B：caspase-3的结构模型；C：caspase-3的活化(huhu)过程第五十五页，共七十一页。细胞中还有细胞中还有caspasecaspase抑制因子，称抑制因子，称IAPs(inhibitors of IAPs(inhibitors of apoptosis proteins)apoptosis proteins)，属一个庞大，属一个庞大(pngd)(pngd)的蛋白家族。的蛋白家族。能通过能通过BIRBIR结构域结构域(baculovirus IAP repeats domain)(baculovirus IAP repeats domain)与与caspasecasp
46、ase结合，抑制其活性。结合，抑制其活性。第五十六页，共七十一页。2 2Apaf-1 Apaf-1 Apaf-1Apaf-1称凋亡酶激活因子称凋亡酶激活因子-1(apoptotic protease-1(apoptotic protease activating factor-1)activating factor-1)，线虫同源，线虫同源(tn yun)(tn yun)物为物为ced-4ced-4，在线，在线粒体参与的凋亡途径中具重要作用。粒体参与的凋亡途径中具重要作用。Apaf-1Apaf-1含含3 3个结构域：个结构域：CARD:CARD:能召集能召集caspase-9caspase-9
47、；ced-4 ced-4 同源结构域，能结合同源结构域，能结合ATP/dATPATP/dATP；C C端结构域，含色氨酸端结构域，含色氨酸/天冬氨酸重复序列，细胞色素天冬氨酸重复序列，细胞色素c c结结合到该域，引起合到该域，引起Apaf-1Apaf-1多聚化而激活多聚化而激活第五十七页，共七十一页。Apaf-1Apaf-1能激活能激活Caspase-3Caspase-3，但需细胞色素，但需细胞色素c(Apaf-2)c(Apaf-2)和和caspase-9(Apaf-3)caspase-9(Apaf-3)参与。参与。Apaf-1/Apaf-1/细胞色素细胞色素c c复合体与复合体与ATP/dA
48、TPATP/dATP结合结合(jih)(jih)后，后，Apaf-1Apaf-1就可通过其就可通过其CARDCARD结构域召集结构域召集caspase-9caspase-9，形成凋，形成凋亡体亡体(apoptosome)(apoptosome)，激活，激活caspase-3caspase-3，启动，启动caspasecaspase级级联反应。联反应。第五十八页，共七十一页。3 3Bcl-2Bcl-2家族家族(jiz)(jiz)Bcl-2Bcl-2为凋亡抑制为凋亡抑制(yzh)(yzh)基因，是膜整合蛋白，功能相当于基因，是膜整合蛋白，功能相当于线虫的线虫的ced-9ced-9。已发现。已发现1
49、919个同源物，在线粒体参与的凋个同源物，在线粒体参与的凋亡途径中起调控作用，能控制线粒体中细胞色素亡途径中起调控作用，能控制线粒体中细胞色素c c等凋等凋亡因子的释放。亡因子的释放。第五十九页，共七十一页。Bcl-2Bcl-2成员含成员含1-41-4个个Bcl-2Bcl-2同源结构域同源结构域(BH1-4)(BH1-4)，并常有一个，并常有一个羧端跨膜结构域。羧端跨膜结构域。BH4BH4是抗凋亡蛋白所特有的结构域，是抗凋亡蛋白所特有的结构域，BH3BH3是与促进凋亡有关是与促进凋亡有关(yugun)(yugun)的结构域。的结构域。依功能和结构可将依功能和结构可将Bcl-2Bcl-2基因家族
50、分基因家族分2 2类，类，抗凋亡：抗凋亡：Bcl-2Bcl-2、Bcl-xlBcl-xl、Bcl-wBcl-w、Mcl-1Mcl-1；是促进凋亡：是促进凋亡：BaxBax、BakBak、BadBad、BidBid、BimBim，第六十页，共七十一页。Bcl-2Bcl-2蛋白蛋白(dnbi)(dnbi)主要位于线粒体外膜，它拮抗促凋亡蛋白主要位于线粒体外膜，它拮抗促凋亡蛋白(dnbi)(dnbi)的功能。的功能。大多数促凋亡蛋白位于胞质，一旦细胞受到凋亡因子诱导，大多数促凋亡蛋白位于胞质，一旦细胞受到凋亡因子诱导，即向线粒体转位，通过寡聚化在线粒体外膜形成跨膜通道即向线粒体转位，通过寡聚化在线粒