細(xì)胞衰老與凋亡

1、第十三章第十三章 細(xì)胞凋亡與衰老細(xì)胞凋亡與衰老 細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡(apoptosis) 細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老(cellular aging或或cell senescence) 機(jī)體結(jié)構(gòu)機(jī)體結(jié)構(gòu) 細(xì)胞增殖細(xì)胞增殖細(xì)胞分化細(xì)胞分化細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 染色體染色體 （dnadna與蛋白質(zhì)的相互作用）與蛋白質(zhì)的相互作用） 衰老衰老 prized horvitz, and sulston share physiology or medicine nobel （2002） “for their discoveries concerning genetic regulation for

2、their discoveries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death”of organ development and programmed cell death” 1090 131= 959(cells) 概念：概念： 細(xì)胞凋亡是一個(gè)主動(dòng)的由基因決定的自動(dòng) 結(jié)束生命的過(guò)程，也常常被稱(chēng)為細(xì)胞程序 死亡（programmed cell death， pcd）。凋 亡細(xì)胞將被吞噬細(xì)胞吞噬。 蝌蚪尾的消失蝌蚪尾的消失 脊椎動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育脊椎動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育 發(fā)育過(guò)程中手和

3、足的成形過(guò)程發(fā)育過(guò)程中手和足的成形過(guò)程 生物發(fā)育過(guò)程中及成體組織中正常的生物發(fā)育過(guò)程中及成體組織中正常的 細(xì)胞凋亡有助于保證細(xì)胞只在需要它細(xì)胞凋亡有助于保證細(xì)胞只在需要它 們的時(shí)候和需要它們活的地方存活。們的時(shí)候和需要它們活的地方存活。 這對(duì)于多細(xì)胞生物個(gè)體發(fā)育的正常進(jìn)這對(duì)于多細(xì)胞生物個(gè)體發(fā)育的正常進(jìn) 行，自穩(wěn)平衡的保持行，自穩(wěn)平衡的保持( )以及抵御以及抵御 外界各種因素外界各種因素 的干擾方面都起著非常的干擾方面都起著非常 關(guān)鍵的作用：關(guān)鍵的作用： 細(xì)胞調(diào)亡細(xì)胞調(diào)亡的生物學(xué)意義生物學(xué)意義： 二、細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)特征二、細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)和生物化學(xué)特征 壞死細(xì)胞 凋亡細(xì)胞 物理性因子

4、，包括射線(xiàn)（紫外線(xiàn)，物理性因子，包括射線(xiàn)（紫外線(xiàn)， 射線(xiàn)射線(xiàn) 等），較溫和的溫度刺激（如熱激，冷激）等），較溫和的溫度刺激（如熱激，冷激） 等等 化學(xué)及生物因子：包括活性氧基團(tuán)和分子，化學(xué)及生物因子：包括活性氧基團(tuán)和分子， dna 和蛋白質(zhì)合成的抑制劑，激素，細(xì)胞生和蛋白質(zhì)合成的抑制劑，激素，細(xì)胞生 長(zhǎng)因子，腫瘤壞死因子長(zhǎng)因子，腫瘤壞死因子 （tnf ），抗），抗 fas/apo-1/cd95抗體等抗體等 形態(tài)學(xué)觀(guān)測(cè)：染色法、透射和掃描電鏡觀(guān)察形態(tài)學(xué)觀(guān)測(cè)：染色法、透射和掃描電鏡觀(guān)察 dna電泳：電泳：dna片段就呈現(xiàn)出梯狀條帶片段就呈現(xiàn)出梯狀條帶 tunel測(cè)定法，即測(cè)定法，即dna斷裂的原位

5、末端標(biāo)記法斷裂的原位末端標(biāo)記法 彗星電泳法（彗星電泳法（comet assay） 流式細(xì)胞分析流式細(xì)胞分析 ibrv sbv 三、細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控機(jī)理細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控機(jī)理 線(xiàn)蟲(chóng)(c.elegans)凋亡研究發(fā)現(xiàn)ced3,ced4基因促 進(jìn)細(xì)胞凋亡，ced9基因阻止ced3/ced4的激活， 抑 制 細(xì) 胞 凋 亡 。 c e d 3 哺 乳 類(lèi) 同 源 物 是 ice(interleukin-1-converting enzyme)，即 caspase1 caspase家族與凋亡 caspase家族 caspase活性位點(diǎn)是半胱氨酸(cysteine)，裂解 靶蛋白位點(diǎn)是天冬氨酸殘基后的肽

6、鍵，因此稱(chēng) 為cysteine aspartic acic specific protease，即 caspase 名稱(chēng)及其別名 底物 caspase-1（ice） pro-il ； pro-caspase 3，7 caspase-2（nedd-2/ich1） caspase-3（apopain/cpp32/yama） parp ； srebp ； dff ； dna-pk caspase-4（tx/ich2/ice rel-ii） caspase-5（ice rel-iii/ty） caspase-6（mch2） lamin a ； keratin 18 caspase-7（ice-lap3

7、/mch3/cmh-1） parp ； pro-caspase 6 ； dff caspase-8（flice/mach/mch5） caspase-9（ice-lap6/mch6） caspase-10（mch4/flice2） parp caspase-11（ich3） caspase 超家族成員及其相應(yīng)底物超家族成員及其相應(yīng)底物 caspase家族與凋亡 caspase自身以非活化的procaspase存在，其 激活依賴(lài)于其他的caspase在它的天冬氨酸位 點(diǎn)裂解活化或自身活化 caspase活化活化 胞外信號(hào)分子誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑胞外信號(hào)分子誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑 當(dāng)細(xì)胞接受凋亡信號(hào)分子

8、當(dāng)細(xì)胞接受凋亡信號(hào)分子(fas,tnf(fas,tnf等等) )后，凋亡細(xì)胞表面信后，凋亡細(xì)胞表面信 號(hào)分子受體相互聚集并與細(xì)胞內(nèi)的銜接蛋白號(hào)分子受體相互聚集并與細(xì)胞內(nèi)的銜接蛋白(adaptor protein)(adaptor protein) 結(jié)合，這些銜接蛋白又募集結(jié)合，這些銜接蛋白又募集procaspases聚集在受體部聚集在受體部procaspase 相互活化并產(chǎn)生級(jí)聯(lián)反應(yīng)，使細(xì)胞凋亡相互活化并產(chǎn)生級(jí)聯(lián)反應(yīng)，使細(xì)胞凋亡. . 下游下游caspases活化后，作用于底物，裂解核纖層蛋白，導(dǎo)致活化后，作用于底物，裂解核纖層蛋白，導(dǎo)致 細(xì)胞核形成凋亡小體；裂解細(xì)胞核形成凋亡小體；裂解dna

9、se結(jié)合蛋白，使結(jié)合蛋白，使dnase釋放，降釋放，降 解解dna形成形成dna ladder;裂解參與細(xì)胞連接或附著的骨架和其他裂解參與細(xì)胞連接或附著的骨架和其他 蛋白，使凋亡細(xì)胞皺縮、脫落，便于細(xì)胞吞噬；導(dǎo)致膜脂蛋白，使凋亡細(xì)胞皺縮、脫落，便于細(xì)胞吞噬；導(dǎo)致膜脂ps重重 排，便于吞噬細(xì)胞識(shí)別并吞噬。排，便于吞噬細(xì)胞識(shí)別并吞噬。 bcl-2家族、線(xiàn)粒體與細(xì)胞凋亡 bcl-2是一種原癌基因，是ced-9在哺乳類(lèi)中 的同源物，能抑制細(xì)胞凋亡；與線(xiàn)粒體及內(nèi) 質(zhì)網(wǎng)膜相結(jié)合；bcl-2蛋白的羧基末端有一穿 膜的結(jié)構(gòu)域；bcl-2家族成員的基因中，常常 含有三個(gè)保守的bcl-2同源區(qū)，即bh1，bh2

10、和bh3 bcl-2家族成員 基因產(chǎn)物 功 能 bcl-2 凋亡抑制劑，可和bax及bak結(jié)合 bcl-x 其l型抑制凋亡，s型促進(jìn)凋亡，與bax及bak結(jié)合 bcl-w 凋亡抑制劑 bax 凋亡促進(jìn)劑，可與bcl-2，bcl-xl，eib19k結(jié)合 bak 凋亡促進(jìn)劑，亦可作抑制劑，可與bcl-2，bcl-x和e1b19k結(jié)合 mcl-1 凋亡抑制劑 bad 凋亡促進(jìn)劑，與bcl-2和bcl-xl結(jié)合 ced-9 線(xiàn)蟲(chóng)中的凋亡抑制劑，bcl-2同源物 e1b19k 腺病毒凋亡抑制劑，與bax和bak結(jié)合 當(dāng)caspase8活化后，它一方面作用procaspase3， 另一方面使bid裂解成2

11、個(gè)片段，其中含bh3結(jié)構(gòu) 域的c-端片段被運(yùn)送到線(xiàn)粒體，與bcl-2/bax的 bh3結(jié)構(gòu)域形成復(fù)合物，導(dǎo)致細(xì)胞色素c釋放。 cytc與胞質(zhì)中ced4同源物apaf-1(凋亡蛋白酶活化 因子apoptosis protease activating factor)結(jié)合并活 apaf-1，活化的apaf-1再活化procaspase9，最后 引起細(xì)胞凋亡. 細(xì)胞凋亡的分子機(jī)理 第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老 (cellular aging或或cell senescence) hayflick界限界限(hayflick limitation） 細(xì)胞在體內(nèi)條件下的衰老細(xì)胞在體內(nèi)條件下的衰老 衰老細(xì)胞

12、結(jié)構(gòu)的變化衰老細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化 細(xì)胞衰老的分子機(jī)理細(xì)胞衰老的分子機(jī)理 概念：概念：細(xì)胞，至少是培養(yǎng)的細(xì)胞，不是不死的，而是有細(xì)胞，至少是培養(yǎng)的細(xì)胞，不是不死的，而是有 一定的壽命；它們的增殖能力不是無(wú)限的，而是有一定一定的壽命；它們的增殖能力不是無(wú)限的，而是有一定 的界限，這就是的界限，這就是hayflick界限界限. 癌細(xì)胞或培養(yǎng)的細(xì)胞系是不正常細(xì)胞，其染色體數(shù)目癌細(xì)胞或培養(yǎng)的細(xì)胞系是不正常細(xì)胞，其染色體數(shù)目 或形態(tài)已經(jīng)不同于原先的細(xì)胞或形態(tài)已經(jīng)不同于原先的細(xì)胞. 細(xì)胞的增殖能力與供體年齡有關(guān)細(xì)胞的增殖能力與供體年齡有關(guān). 物種壽命與培養(yǎng)細(xì)胞壽命之間存在著一定的關(guān)系物種壽命與培養(yǎng)細(xì)胞壽命之間存

13、在著一定的關(guān)系. 細(xì)胞來(lái)源人胚肺成纖 維細(xì)胞 中年人成 纖維細(xì)胞 老年人成 纖維細(xì)胞 可增殖 代數(shù) 40-60 20 2-4 不同年齡來(lái)源的人成纖維細(xì)胞的增殖代數(shù)不同年齡來(lái)源的人成纖維細(xì)胞的增殖代數(shù) 在機(jī)體內(nèi)，細(xì)胞的衰老和死亡是常見(jiàn)的現(xiàn)象，甚至在個(gè)體發(fā)在機(jī)體內(nèi)，細(xì)胞的衰老和死亡是常見(jiàn)的現(xiàn)象，甚至在個(gè)體發(fā) 育的早期也會(huì)發(fā)生育的早期也會(huì)發(fā)生 正常情況下終生保持分裂的細(xì)胞，其分裂能力是否隨著有機(jī)正常情況下終生保持分裂的細(xì)胞，其分裂能力是否隨著有機(jī) 體年齡的增高而下降？它們體年齡的增高而下降？它們 會(huì)不會(huì)衰老？會(huì)不會(huì)衰老？ 衰老動(dòng)物體內(nèi)，細(xì)胞分裂速度顯著減慢，其原因主要是衰老動(dòng)物體內(nèi)，細(xì)胞分裂速度顯著

14、減慢，其原因主要是g1 期明顯延長(zhǎng)期明顯延長(zhǎng) 衰老個(gè)體內(nèi)的環(huán)境因素影響了細(xì)胞的增殖和衰老衰老個(gè)體內(nèi)的環(huán)境因素影響了細(xì)胞的增殖和衰老 骨髓干細(xì)胞移植實(shí)驗(yàn)說(shuō)明隨著年齡的增加，干細(xì)胞增殖速骨髓干細(xì)胞移植實(shí)驗(yàn)說(shuō)明隨著年齡的增加，干細(xì)胞增殖速 度也趨緩慢度也趨緩慢 細(xì)胞核的變化細(xì)胞核的變化 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化: 衰老衰老動(dòng)物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)成分彌散性地分散動(dòng)物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)成分彌散性地分散 于核周胞質(zhì)中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的總量似乎是減少了于核周胞質(zhì)中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的總量似乎是減少了 線(xiàn)粒體的變化線(xiàn)粒體的變化 通常，通常，細(xì)胞中線(xiàn)粒體的數(shù)量隨齡減少，而其體積細(xì)胞中線(xiàn)粒體的數(shù)量隨齡減少，而其體積 則隨齡增大則隨齡增大 致密體的生成致密體的生成 膜系統(tǒng)的變化膜系統(tǒng)的變化 衰老的細(xì)胞，其膜流動(dòng)性降低、韌性減小衰老的細(xì)胞，其膜流動(dòng)性降低、韌性減小 衰老細(xì)胞間間隙連接及膜內(nèi)顆粒的分布也發(fā)衰老細(xì)胞間間隙連接及膜內(nèi)顆粒的分布也發(fā) 生變化生變化 氧化性損傷學(xué)說(shuō)氧化性損傷學(xué)說(shuō): 該理論認(rèn)為，代謝過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧基團(tuán)或分子（該理論認(rèn)為，代謝過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧基團(tuán)或分子（reactive oxygen species，ro