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1、关于细胞衰老与凋亡(3)第一页，本课件共有38页第一节细胞的衰老第一节细胞的衰老n又又称称老老化化，指指细细胞胞随随着着年年龄龄的的增增加加，机机能能和和结结构构发发生生退退行行性性变化，趋向死亡的不可逆的现象。变化，趋向死亡的不可逆的现象。n衰衰老老和和死死亡亡是是生生命命的的基基本本现现象象，衰衰老老过过程程发发生生在在生生物物界界的的整整体体水水平平、种种群群水水平平、个个体体水水平平、细细胞胞水水平平以以及及分分子子水平等不同的层次。水平等不同的层次。第十三章第十三章 细胞衰老与凋亡细胞衰老与凋亡第二页，本课件共有38页1.1.更更新新组组织织：如如上上皮皮细细胞胞、血血细细胞胞。构构
2、成成更更新新组组织织的的细细胞胞可分为类：可分为类：n 干细胞、干细胞、过渡细胞、过渡细胞、成熟细胞。成熟细胞。2.2.稳定组织：可补偿性增生，如：肝、肾细胞。稳定组织：可补偿性增生，如：肝、肾细胞。3.3.恒久组织：细胞不再分裂，如神经、骨骼、心肌细胞。恒久组织：细胞不再分裂，如神经、骨骼、心肌细胞。4.4.可耗尽组织：如人类的卵巢实质细胞。可耗尽组织：如人类的卵巢实质细胞。一、人体细胞的动态分类一、人体细胞的动态分类第三页，本课件共有38页二、细胞衰老的特征二、细胞衰老的特征（一）形态变化（一）形态变化第四页，本课件共有38页1.1.DNADNA：复复制制与与转转录录受受阻阻，端端粒粒DN
3、ADNA、mtDNAmtDNA缺缺失失。DNADNA氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降低。氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降低。2.2.RNARNA：含量降低。：含量降低。3.3.蛋白质：含成下降，发生修饰、交联。蛋白质：含成下降，发生修饰、交联。4.4.酶酶分分子子：活活性性中中心心被被氧氧化化，金金属属离离子子丢丢失失，酶酶分分子子的的二二级结构，溶解度，等电点发生改变，酶失活。级结构，溶解度，等电点发生改变，酶失活。5.5.脂类：不饱和脂肪酸被氧化。脂类：不饱和脂肪酸被氧化。（二）分子水平的变化（二）分子水平的变化第五页，本课件共有38页n1 1、代谢废物积累：如：脂褐质、代谢废物积
4、累：如：脂褐质n2 2、自自由由基基攻攻击击：导导致致DNADNA、蛋蛋白白质质变变异异，正正常常细细胞胞内内存在清除自存在清除自 由基的防御系统：由基的防御系统：q酶酶系系统统：超超氧氧化化物物歧歧化化酶酶(SOD)(SOD)，过过氧氧化化氢氢酶酶(CAT)(CAT)，谷谷胱胱甘肽过氧化物酶甘肽过氧化物酶(GSH-PX)(GSH-PX)；q非酶系统：维生素非酶系统：维生素E E，醌类等电子受体。，醌类等电子受体。三、细胞衰老的分子机理三、细胞衰老的分子机理（一）差错学派（一）差错学派第六页，本课件共有38页1 1、细胞有限分裂学说、细胞有限分裂学说q“Hayflick”Hayflick”界限
5、，即细胞最大分裂次数。界限，即细胞最大分裂次数。qL.L.Hayflick Hayflick(1961)(1961)报报道道，人人的的成成纤纤维维细细胞胞在在体体外外培培养养时时增增殖殖次数是有限的（次数是有限的（60706070代）。代）。q细胞增殖次数与端粒细胞增殖次数与端粒DNADNA长度有关。长度有关。（二）遗传论学派（二）遗传论学派第七页，本课件共有38页关于细胞增殖能力和寿命是有限的观点。关于细胞增殖能力和寿命是有限的观点。细胞，至少是培养的二倍细胞，至少是培养的二倍体细胞，不是不死的，而是有一定的寿命；它们的增殖能力不是无体细胞，不是不死的，而是有一定的寿命；它们的增殖能力不是无
6、限的，而是有一定的界限，这就是限的，而是有一定的界限，这就是 HayflickHayflick界限。界限。Hayflick Hayflick 界限：界限：n癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞，其染色体数目或形态。癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞，其染色体数目或形态。已经不同于原先的细胞，具有无限增殖能力。已经不同于原先的细胞，具有无限增殖能力。n细胞的增殖能力与供体年龄有关。细胞的增殖能力与供体年龄有关。n物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定关系。物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定关系。第八页，本课件共有38页细胞来源细胞来源人胚肺成纤人胚肺成纤维细胞维细胞中年人成中年人成纤维细胞纤维细胞老年
7、人成老年人成纤维细胞纤维细胞可增殖可增殖代数代数 40-60 20 2-4不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数2 2、重复基因失活学说：、重复基因失活学说：如哺乳动物如哺乳动物rRNArRNA基因数随年龄而减少。基因数随年龄而减少。第九页，本课件共有38页3 3、衰老基因学说、衰老基因学说n子女的寿命与双亲的寿命有关；子女的寿命与双亲的寿命有关；n各种动物都有相当恒定的平均寿命和最高寿命；各种动物都有相当恒定的平均寿命和最高寿命；q成人早衰症：平均成人早衰症：平均3939岁时出现衰老，岁时出现衰老，4747岁生命结束；岁生命结束；q婴幼儿早衰症：婴幼儿早衰症
8、：1 1岁时出现明显的衰老，岁时出现明显的衰老，12181218岁生命结束；岁生命结束；q早衰症患者体内解旋酶发生突变早衰症患者体内解旋酶发生突变 。qCaenrhabditis Caenrhabditis eleganselegans的的平平均均寿寿命命仅仅3.53.5天天，该该虫虫age-1 age-1 单单基基因因突突变变，可可提高平均寿命提高平均寿命65%65%，提高最大寿命，提高最大寿命110%110%。第十页，本课件共有38页Wernerssyndrome一个一个37岁的成人早衰症患者（岁的成人早衰症患者（http:/www.nejm.org）第十一页，本课件共有38页Hutchi
9、nson-Gilfordsyndrome正常儿童（左）和婴幼儿早衰症患者（右）正常儿童（左）和婴幼儿早衰症患者（右）第十二页，本课件共有38页第二节第二节 细胞凋亡细胞凋亡n死亡是生命的普遍现象，但细胞死亡并非与机体死亡同步。正常死亡是生命的普遍现象，但细胞死亡并非与机体死亡同步。正常的组织中也发生细胞死亡，它是维持组织机能和形态所必需的。的组织中也发生细胞死亡，它是维持组织机能和形态所必需的。第十三页，本课件共有38页n是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反应。是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反应。n早期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀。早期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀。n继而溶酶体破裂，细胞内
10、容物流出，继而溶酶体破裂，细胞内容物流出，引起炎症引起炎症。一、细胞死亡的方式一、细胞死亡的方式（一）细胞坏死（一）细胞坏死(necrosis)第十四页，本课件共有38页（二）细胞凋亡（二）细胞凋亡cellapoptosisnKerrKerr（19721972）最先提出，与细胞坏死的区别是：）最先提出，与细胞坏死的区别是：q细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体；细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体；q凋亡小体内有结构完整的细胞器；凋亡小体内有结构完整的细胞器；q不引起炎症不引起炎症；q线粒体无变化，溶酶体活性不增加；线粒体无变化，溶酶体活性不增加；q内内切切酶酶活活化化，DNADNA有有控控降降解
11、解（形形成成180-200bp180-200bp的的DNA DNA laddersladders），凝胶电泳图谱呈梯状；凝胶电泳图谱呈梯状；q凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病理性变化凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病理性变化。第十五页，本课件共有38页第十六页，本课件共有38页胸腺细胞胸腺细胞正常正常凋亡凋亡第十七页，本课件共有38页胸腺细胞胸腺细胞正常正常凋亡凋亡第十八页，本课件共有38页细胞凋亡和细胞坏死的区别细胞凋亡和细胞坏死的区别区别点区别点细胞凋亡细胞凋亡细胞坏死细胞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
12、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，一直到形成凋亡小保持完整，一直到形成凋亡小体体破损破损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细胞器细胞器无明显变化无明显变化肿胀、内质网崩解肿胀、内质网崩解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有，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬噬无，细胞自溶，残余碎片被巨噬细胞无，细胞自溶，残余碎片被巨噬细胞吞噬吞噬基因组基因组DNADNA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，电泳图谱呈涂抹状随机降解，电泳图谱呈涂抹状蛋白质合成蛋白质合成有有无无调节过程调节过程受基
13、因调控受基因调控被动进行被动进行炎症反应炎症反应无，不释放细胞内容物无，不释放细胞内容物有，释放内容物有，释放内容物第十九页，本课件共有38页n细细胞胞程程序序性性死死亡亡（programmed programmed cell cell deathdeath，PCDPCD）是是一一种种基基因因指导的细胞自我消亡方式。指导的细胞自我消亡方式。nPCDPCD和细胞凋亡的区别在以下方面：和细胞凋亡的区别在以下方面：qPCDPCD是功能性概念，凋亡是形态学概念。是功能性概念，凋亡是形态学概念。q细胞凋亡是细胞凋亡是PCDPCD的，但程序化死亡并非只是细胞凋亡。的，但程序化死亡并非只是细胞凋亡。（三）细
14、胞程序性死亡（三）细胞程序性死亡第二十页，本课件共有38页n线线虫虫（C Caenorhabditis aenorhabditis e eleganslegans）是是研研究究个个体体发发育育和和细细胞胞程程序序性性死亡的理想材料（生命周期短，细胞数量少）。死亡的理想材料（生命周期短，细胞数量少）。n线虫成体过程共产生线虫成体过程共产生10901090个细胞，其中个细胞，其中131131个细胞发生凋亡。个细胞发生凋亡。n线线虫虫神神经经系系统统由由302302个个细细胞胞组组成成。这这些些细细胞胞来来自自于于407407个个前前体体细细胞。也就是说胞。也就是说105105个细胞发生了凋亡。个细
15、胞发生了凋亡。n控制线虫细胞凋亡的基因主要有控制线虫细胞凋亡的基因主要有3 3个个Ced-3Ced-3、Ced-4Ced-4和和Ced-9Ced-9qCed-3Ced-3和和 Ced-4Ced-4的作用是诱发凋亡；的作用是诱发凋亡；qCed-9Ced-9抑制抑制Ced-3Ced-3、Ced-4Ced-4的作用。的作用。第二十一页，本课件共有38页细胞程序性死亡 蝌蚪尾巴的消失蝌蚪尾巴的消失第二十二页，本课件共有38页小鼠蹼的消失小鼠蹼的消失第二十三页，本课件共有38页 2002 2002年年1010月月7 7日英国人悉尼日英国人悉尼布雷诺尔、美国人罗伯特布雷诺尔、美国人罗伯特霍维茨和霍维茨和英
16、国人约翰英国人约翰苏尔斯顿，因在细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔诺贝尔苏尔斯顿，因在细胞程序性死亡方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。生理与医学奖。SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston 第二十四页，本课件共有38页n与与细细胞胞增增殖殖有有关关的的原原癌癌基基因因和和抑抑癌癌基基因因都都参参于于对对细细胞胞凋凋亡亡的的调调控。其中研究较多的有控。其中研究较多的有bcl-2bcl-2、c-mycc-myc、p53p53、ICEICE、Fas/APO-1Fas/APO-1等。等。1 1、myc myc q作作为为转转录录因因子子，c-mycc-myc
17、对对增增殖殖和和凋凋亡亡的的调调节节是是一一样样的的。当当生生长长因因子子存在，存在，bcl-2bcl-2基因表达时，促进细胞增殖，反之细胞凋亡。基因表达时，促进细胞增殖，反之细胞凋亡。（一）细胞凋亡相关基因（一）细胞凋亡相关基因二、细胞凋亡的分子调控机理二、细胞凋亡的分子调控机理第二十五页，本课件共有38页2 2、bcl-2 bcl-2 q细细胞胞凋凋亡亡抑抑制制基基因因，名名称称来来源源于于B B细细胞胞淋淋巴巴瘤瘤/白白血血病病-2(B-cell-2(B-cell lymphoma/Leukemia-2lymphoma/Leukemia-2，bcl-2)bcl-2)。qbcl-2bcl-
18、2能能够够编编码码 bcl-2bcl-2（26KD26KD）和和 bcl-2bcl-2（22KD22KD）两两种种蛋蛋白白质质，是是膜的整合蛋白，主要存在于线粒体外膜、核膜及部分内质网中。膜的整合蛋白，主要存在于线粒体外膜、核膜及部分内质网中。qbcl-2bcl-2的功能相当于线虫中的的功能相当于线虫中的ced9ced9。第二十六页，本课件共有38页3 3、fasfas qfasfas又称作又称作APO-1APO-1，属，属TNFTNF受体和受体和NGFNGF受体家族。受体家族。q19931993年人白细胞分型国际会议统一命名为年人白细胞分型国际会议统一命名为CD95CD95。qfasfas基
19、因编码产物为分子量基因编码产物为分子量45KD45KD的跨膜蛋白。的跨膜蛋白。qFasFas蛋白与蛋白与FasFas配体组成配体组成FasFas系统，二者的结合导致靶细胞走向凋亡。系统，二者的结合导致靶细胞走向凋亡。qFasFas基基因因组组DNADNA位位于于人人染染色色体体10q2410q24上上，是是全全长长36Kb36Kb的的单单拷拷贝贝基基因因，编码编码335335个氨基酸，其全称是个氨基酸，其全称是f factor actor a associated ssociated s suicide uicide。第二十七页，本课件共有38页4 4、ICEICE (Interleukin-
20、1Beta Converting Enzyme)(Interleukin-1Beta Converting Enzyme)蛋白酶家族蛋白酶家族qICEICE蛋蛋白白酶酶参参与与FasFas诱诱导导的的细细胞胞凋凋亡亡，与与线线虫虫细细胞胞凋凋亡亡基基因因ced-3ced-3同源。同源。qICEICE又称为又称为CaspaseCaspase，能选择性降解蛋白质。，能选择性降解蛋白质。qced-4ced-4在在哺哺乳乳动动物物中中的的同同源源体体为为Apaf-1 Apaf-1(a apoptotic poptotic p protease rotease a activating ctivatin
21、g f factor-1)actor-1)，能能激激活活Caspase3 Caspase3，这这一一过过程程需需要要细细胞胞色色素素c(Apaf-2)c(Apaf-2)和和Apaf-3Apaf-3的参与。的参与。q线线虫虫(C.C.eleganselegans)凋凋亡亡研研究究发发现现ced3,ced3,ced4ced4基基因因促促进进细细胞胞凋凋亡亡，ced9ced9基基因因阻止阻止ced3/ced4ced3/ced4的激活，抑制细胞凋亡。的激活，抑制细胞凋亡。第二十八页，本课件共有38页nCaspaseCaspase活性位点是半胱氨酸活性位点是半胱氨酸(Cysteine)(Cysteine
22、)，裂解靶蛋白位点是天冬，裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，因此称为氨酸残基后的肽键，因此称为C Cysteine ysteine aspaspartic artic a acid cid s specific pecific proteaseprotease，即，即 CaspaseCaspase。nCaspaseCaspase分为起始分为起始caspasecaspase和执行和执行caspasecaspase两大类。两大类。nCaspaseCaspase自身以非活化的自身以非活化的ProcaspaseProcaspase存在，其激活依赖于其他的存在，其激活依赖于其他的CaspaseCas
23、pase在它的天冬氨酸位点裂解活化或自身活化。在它的天冬氨酸位点裂解活化或自身活化。第二十九页，本课件共有38页（二）、（二）、Fas诱导的细胞凋亡诱导的细胞凋亡nFasFas与与配配体体（如如TNFTNF）结结合合发发生生三三聚聚化化，使使胞胞内内的的DDDD区区（Death Death domaindomain）与与接接头头蛋蛋白白FADDFADD的的DDDD区结合。区结合。nFADDFADD的的N N端端通通过过DEDDED区区（death death effector effector domaindomain）与与Caspase-8Caspase-8前前体体蛋蛋白白和和CAP3CAP
24、3结结合合，激活激活Caspase-8 Caspase-8。第三十页，本课件共有38页nCaspase-8Caspase-8自剪切活化，激活自剪切活化，激活Caspase-3Caspase-3，Caspase-7Caspase-7nCaspase-3Caspase-3激活激活Caspase-6Caspase-6。nCaspaseCaspase可可降降解解结结构构蛋蛋白白、信信号号蛋蛋白白、转转录录调调控控蛋蛋白白、周周期期蛋蛋白等等。白等等。nCaspaseCaspase还还可可降降解解CADCAD的的调调节节蛋蛋白白，释释放放出出CADCAD，CADCAD进进入入细细胞核降解胞核降解DNAD
25、NA。qCAD CAD 为为c caspase-aspase-a activated ctivated D DNaseNase，存在于胞质中。，存在于胞质中。第三十一页，本课件共有38页nCaspaseCaspase引引起起线线粒粒体体PTPT（Permeability Permeability transitiontransition）孔孔打打开开，导导致致线粒体的跨膜电位下降；线粒体的跨膜电位下降；n细细胞胞色色素素C C被被释释放放到到胞胞质质中中、激激活活Caspase-9Caspase-9，后后者者再再激激活活Caspase-3Caspase-3。nBcl-2Bcl-2，Bcl-xl
26、Bcl-xl均作用于线粒体。均作用于线粒体。线粒体在线粒体在CD95CD95诱导的凋亡中的作用诱导的凋亡中的作用第三十二页，本课件共有38页细胞色素释放引起的凋亡。细胞色素释放引起的凋亡。R.ChrisBleackleyandJeffreyA.Heibein2001第三十三页，本课件共有38页凋亡信号通路凋亡信号通路n当细胞接受凋亡信号分子当细胞接受凋亡信号分子(Fas,TNF(Fas,TNF等等)后，凋亡细胞表面信号分子后，凋亡细胞表面信号分子受体相互聚集并与细胞内的衔接蛋白受体相互聚集并与细胞内的衔接蛋白(Adaptor protein)(Adaptor protein)结合，这些衔结合，
27、这些衔接蛋白又募集接蛋白又募集ProcaspasesProcaspases聚集在受体部位，聚集在受体部位，ProcaspaseProcaspase相互活化并相互活化并产生级联反应，使下游产生级联反应，使下游caspasescaspases活化，细胞凋亡。活化，细胞凋亡。n下游下游CaspasesCaspases活化后，作用底物：裂解核纤层蛋白，导致细胞活化后，作用底物：裂解核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体，裂解核形成凋亡小体，裂解DNaseDNase结合蛋白，使结合蛋白，使DNaseDNase释放，降解释放，降解DNADNA并形成并形成DNA LadderDNA Ladder。n裂解参与细胞
28、连接或附着的骨架和其他蛋白，使凋亡细胞皱缩、裂解参与细胞连接或附着的骨架和其他蛋白，使凋亡细胞皱缩、脱落，便于细胞吞噬；脱落，便于细胞吞噬；导致膜脂导致膜脂PSPS重排，便于吞噬细胞识别并重排，便于吞噬细胞识别并吞噬。吞噬。第三十四页，本课件共有38页n物物理理性性因因子子：包包括括射射线线（紫紫外外线线，射射线线等等），较较温温和和的的温温度度刺激（如热激，冷激）等。刺激（如热激，冷激）等。n化化学学及及生生物物因因子子：包包括括活活性性氧氧基基团团和和分分子子，DNADNA和和蛋蛋白白质质合合成成的的抑抑制制剂剂，激激素素，细细胞胞生生长长因因子子，肿肿瘤瘤坏坏死死因因子子（TNFTNF）
29、，抗），抗Fas/Apo-1/CD95Fas/Apo-1/CD95抗体等。抗体等。三、细胞凋亡诱导因子及检测三、细胞凋亡诱导因子及检测(一一)诱导因子诱导因子第三十五页，本课件共有38页n形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察；形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察；nDNADNA电泳：电泳：DNADNA片段就呈现出梯状条带；片段就呈现出梯状条带；nTUNEL TUNEL(T Terminal erminal deoxynucleotidyl deoxynucleotidyl Transferase Transferase Biotin-dBiotin-dU UTP TP N Nick ick
30、 E End nd L Labeling)abeling)测定法，即测定法，即DNADNA断裂的原位末端标记法；断裂的原位末端标记法；n彗彗星星电电泳泳法法（comet comet assayassay）/单单细细胞胞凝凝胶胶电电泳泳法法（Single Single Cell Cell Gel Gel AssayAssay）；n流流式式细细胞胞分分析析根根据据凋凋亡亡细细胞胞DNADNA断断裂裂和和丢丢失失，采采用用碘碘化化丙丙啶啶使使DNADNA产产生生激激发发荧荧光光，用用流流式式细细胞胞仪仪检检出出凋凋亡亡的的亚亚二二倍倍体体细细胞胞，同时又能观察细胞的周期状态。同时又能观察细胞的周期状态。(二二)细胞凋亡的检测细胞凋亡的检测第三十六页，本课件共有38页彗星电泳彗星电泳第三十七页，本课件共有38页感谢大家观看第三十八页，本课件共有38页