第十三章程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老——翟中和細(xì)胞生物學(xué)

1、細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老概述程序性細(xì)胞死亡細(xì)胞衰老 l細(xì)胞死亡：細(xì)胞死亡：就單細(xì)胞而言，細(xì)胞死亡即是個體就單細(xì)胞而言，細(xì)胞死亡即是個體的死亡；而對于多細(xì)胞生物，細(xì)胞死亡對維持的死亡；而對于多細(xì)胞生物，細(xì)胞死亡對維持個體的正常生長發(fā)育及其生命活動是必須的。個體的正常生長發(fā)育及其生命活動是必須的。l細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老：是指隨著年齡的增加，機(jī)體功能呈是指隨著年齡的增加，機(jī)體功能呈現(xiàn)退行性變化，并伴隨著生殖能力下降和死亡現(xiàn)退行性變化，并伴隨著生殖能力下降和死亡率上升的現(xiàn)象。率上升的現(xiàn)象。u現(xiàn)代生物學(xué)認(rèn)為現(xiàn)代生物學(xué)認(rèn)為：衰老可以具體表現(xiàn)為整體衰：衰老可以具體表現(xiàn)為整體衰老、細(xì)胞衰老、細(xì)胞器衰老、生物大分子衰老老

2、、細(xì)胞衰老、細(xì)胞器衰老、生物大分子衰老等不同層次。等不同層次。 程序性細(xì)胞死亡的涵義 動物細(xì)胞的程序性死亡 植物細(xì)胞與酵母細(xì)胞的 程序性死亡 不論是單細(xì)胞生物還是多細(xì)胞生物不論是單細(xì)胞生物還是多細(xì)胞生物 ，其，其細(xì)胞死亡往往受到細(xì)胞內(nèi)某種由遺傳機(jī)制決細(xì)胞死亡往往受到細(xì)胞內(nèi)某種由遺傳機(jī)制決定的定的“死亡程序死亡程序”所控制，稱為程序性細(xì)胞所控制，稱為程序性細(xì)胞死亡。（死亡。（programmed cell death,PCDprogrammed cell death,PCD） 細(xì)胞凋亡 (apoptosis) 細(xì)胞壞死 (necrosis) 細(xì)胞自噬 (autophagy) 細(xì)胞凋亡的概念細(xì)胞凋

3、亡的概念細(xì)胞凋亡的生理意義細(xì)胞凋亡的生理意義細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)特征細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)特征細(xì)胞凋亡的檢測方法細(xì)胞凋亡的檢測方法誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的因子誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的因子細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制 細(xì)胞凋亡是一種自然的生理學(xué)細(xì)胞凋亡是一種自然的生理學(xué)過程，是受基因調(diào)控的主動的生理過程，是受基因調(diào)控的主動的生理性細(xì)胞自殺行為。性細(xì)胞自殺行為。細(xì)胞凋亡對于多細(xì)胞動物個體的正常發(fā)育，自細(xì)胞凋亡對于多細(xì)胞動物個體的正常發(fā)育，自穩(wěn)態(tài)的維持，免疫忍受的形成，腫瘤的監(jiān)控具有穩(wěn)態(tài)的維持，免疫忍受的形成，腫瘤的監(jiān)控具有重要意義。重要意義。 幼體器官的縮小和退化：蝌蚪尾的消失 發(fā)育過程中手和足的成形過程 脊椎動物的神

4、經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育細(xì)胞凋亡失衡會引發(fā)多種疾病。細(xì)胞凋亡失衡會引發(fā)多種疾病。 細(xì)胞凋亡不足：腫瘤。 細(xì)胞凋亡過度：機(jī)體免疫功能喪失或引發(fā)自身免疫疾病和炎癥。心肌缺血、心力衰竭等。凋亡的起始凋亡的起始：細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)如微絨毛消失，：細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)如微絨毛消失，細(xì)胞間接觸的消失，但細(xì)胞膜依然完整；線粒體大體細(xì)胞間接觸的消失，但細(xì)胞膜依然完整；線粒體大體完整，但核糖體逐漸從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上脫離，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊腔膨完整，但核糖體逐漸從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上脫離，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊腔膨脹，并逐漸與質(zhì)膜融合；染色質(zhì)固縮，形成新月形帽脹，并逐漸與質(zhì)膜融合；染色質(zhì)固縮，形成新月形帽狀結(jié)構(gòu)等形態(tài)，沿著核膜分布。狀結(jié)構(gòu)等形態(tài)，沿著核膜分布。凋亡小體的

5、形成凋亡小體的形成：核染色質(zhì)斷裂為大小不等的片段，：核染色質(zhì)斷裂為大小不等的片段，與某些細(xì)胞器如線粒體一起聚集，為反折的細(xì)胞質(zhì)膜與某些細(xì)胞器如線粒體一起聚集，為反折的細(xì)胞質(zhì)膜所包圍。細(xì)胞表面產(chǎn)生了許多泡狀或芽狀突起，逐漸所包圍。細(xì)胞表面產(chǎn)生了許多泡狀或芽狀突起，逐漸形成單個的凋亡小體形成單個的凋亡小體 凋亡小體逐漸為鄰近的細(xì)胞吞噬并消化凋亡小體逐漸為鄰近的細(xì)胞吞噬并消化形態(tài)學(xué)觀測形態(tài)學(xué)觀測：染色法、透射和掃描電鏡觀察染色法、透射和掃描電鏡觀察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測定法測定法:即即DNA斷裂的原位末端標(biāo)記法。斷裂的原位末端標(biāo)記法。 能對凋亡細(xì)

6、胞的能對凋亡細(xì)胞的DNA分子斷裂缺口中的分子斷裂缺口中的3-OH進(jìn)行原位標(biāo)記，用熒光顯進(jìn)行原位標(biāo)記，用熒光顯微鏡進(jìn)行觀察。微鏡進(jìn)行觀察。彗星電泳法彗星電泳法（comet assay）：原理是將單個細(xì)胞懸浮于瓊脂糖凝膠中，）：原理是將單個細(xì)胞懸浮于瓊脂糖凝膠中，經(jīng)裂解處理后，再在電場中進(jìn)行短時間的電泳，并用熒光染料染色。經(jīng)裂解處理后，再在電場中進(jìn)行短時間的電泳，并用熒光染料染色。流式細(xì)胞分析流式細(xì)胞分析 根據(jù)凋亡細(xì)胞根據(jù)凋亡細(xì)胞DNA斷裂和丟失，采用碘化丙啶使斷裂和丟失，采用碘化丙啶使DNA產(chǎn)生激發(fā)熒光，產(chǎn)生激發(fā)熒光，用流式細(xì)胞儀檢出凋亡的亞二倍體細(xì)胞，同時又能觀察細(xì)胞的周期狀態(tài)。用流式細(xì)胞儀檢

7、出凋亡的亞二倍體細(xì)胞，同時又能觀察細(xì)胞的周期狀態(tài)。 物理性因子物理性因子 包括射線（紫外線，包括射線（紫外線， 射線等），較溫和的溫度射線等），較溫和的溫度 刺激（如熱激，冷激）等。刺激（如熱激，冷激）等。 化學(xué)及生物因子化學(xué)及生物因子 包括活性氧基團(tuán)和分子，包括活性氧基團(tuán)和分子，DNA和蛋白質(zhì)合成的抑和蛋白質(zhì)合成的抑 制劑，激素，細(xì)胞生長因子，腫瘤壞死因子制劑，激素，細(xì)胞生長因子，腫瘤壞死因子 （TNF ）等。等。秀麗隱桿線蟲秀麗隱桿線蟲(C.elegans) Caspase家族與凋亡家族與凋亡Bcl-2家族與細(xì)胞凋亡家族與細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡的分子機(jī)理細(xì)胞凋亡的分子機(jī)理 6.1 秀麗隱桿線蟲秀

8、麗隱桿線蟲(C.elegans) 找到一系列與細(xì)胞凋亡有關(guān)的基因 ced-3ced-3、ced-4 ced-4 誘發(fā)、啟動、誘發(fā)、啟動、促進(jìn)細(xì)胞促進(jìn)細(xì)胞凋亡凋亡 ced-9ced-9基因阻止基因阻止ced3/ced4ced3/ced4的激活，抑制凋亡的激活，抑制凋亡 ced-3、ced-4 基因突變或缺失， 使凋亡受阻 移入 ced-9 使凋亡受阻 失去 ced-9 使細(xì)胞凋亡 Caspase家族家族 Caspase激活激活 Caspase作為靶標(biāo)分子設(shè)計藥物作為靶標(biāo)分子設(shè)計藥物 Ced3在在的哺乳動物細(xì)胞中的同源蛋白是白介素的哺乳動物細(xì)胞中的同源蛋白是白介素-1轉(zhuǎn)換酶轉(zhuǎn)換酶 (Interle

9、ukin-1- converting enzyme，ICE)，即，即 Caspase-1：催化白催化白介素介素-1-1轉(zhuǎn)換酶前體的剪切成熟過程。轉(zhuǎn)換酶前體的剪切成熟過程。 Ced4的哺乳類同源基因是的哺乳類同源基因是Apaf-1(細(xì)胞凋亡蛋白活化因子）。細(xì)胞凋亡蛋白活化因子）。 Ced9的哺乳類同源基因是的哺乳類同源基因是BCL-2。Caspase家族是一組與眾不同的蛋白水解酶，在凋亡早期階段被激家族是一組與眾不同的蛋白水解酶，在凋亡早期階段被激活，并負(fù)責(zé)引發(fā)隨后的凋亡變化，通過切割一組高度選擇性的必活，并負(fù)責(zé)引發(fā)隨后的凋亡變化，通過切割一組高度選擇性的必須蛋白質(zhì)來實現(xiàn)這一功能。須蛋白質(zhì)來實現(xiàn)

10、這一功能。 Caspase的活性位點均包含半胱氨酸殘基，能夠特異地切的活性位點均包含半胱氨酸殘基，能夠特異地切割靶蛋白天冬氨酸殘基后的肽鍵。因此稱為割靶蛋白天冬氨酸殘基后的肽鍵。因此稱為Cysteine aspartic acid specific protease，即，即Caspase（天冬氨酸特異性的半胱氨酸（天冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白水解酶）。蛋白水解酶）。動物細(xì)胞凋亡的過程可以分為兩個階段：動物細(xì)胞凋亡的過程可以分為兩個階段：激活期（激活期（activation phase)activation phase) 在這一階段，細(xì)胞對要求它進(jìn)行自我毀滅的在這一階段，細(xì)胞對要求它進(jìn)行自我毀滅

11、的 “死亡信號死亡信號”作出反應(yīng)，起始作出反應(yīng)，起始Caspase活化。活化。執(zhí)行期執(zhí)行期（execution phase)execution phase) 執(zhí)行執(zhí)行Caspase活化，執(zhí)行細(xì)胞死亡程序?；罨瑘?zhí)行細(xì)胞死亡程序。 不論是起始不論是起始 Caspase還是執(zhí)行還是執(zhí)行Caspase，通常均以無活，通常均以無活性的酶原形式存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。接受凋亡信號刺激后，性的酶原形式存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。接受凋亡信號刺激后，酶原分子在特異的天冬氨酸殘基位點被切割，形成由大小酶原分子在特異的天冬氨酸殘基位點被切割，形成由大小兩個亞基組成的異二聚體，即具有活性的兩個亞基組成的異二聚體，即具有活性的

12、Caspase。1 1、起始、起始CaspaseCaspase屬于屬于同性活化：同性活化： 酶原分子聚集成復(fù)合物達(dá)到一定濃度時，彼此切割或者構(gòu)象改變產(chǎn)生有活性的二聚體形式。2 2、執(zhí)行、執(zhí)行CaspaseCaspase屬于屬于異性活化：異性活化： 起始Caspase招募執(zhí)行Caspase酶原分子后，對其進(jìn)行切割，產(chǎn)生具有活性的執(zhí)行Caspase，切割細(xì)胞內(nèi)重要的結(jié)構(gòu)和功能蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。lCaspase的抑制劑至少在動物模型中已被證實的抑制劑至少在動物模型中已被證實對細(xì)胞過渡凋亡引發(fā)的疾病有藥理效果。對細(xì)胞過渡凋亡引發(fā)的疾病有藥理效果。 例如：例如：l一種新型的一種新型的Caspase抑制

13、劑降低急性心臟和肝抑制劑降低急性心臟和肝損傷時的損傷度。損傷時的損傷度。1.選擇性的激活選擇性的激活Caspase或降低其活化的能障，或降低其活化的能障，有助于治療由于凋亡敏感性降低而導(dǎo)致的癌癥。有助于治療由于凋亡敏感性降低而導(dǎo)致的癌癥。Bcl-2 是一種原癌基因，是是一種原癌基因，是ced-9在哺乳類中的同源物，能在哺乳類中的同源物，能抑制細(xì)胞凋亡；與線粒體及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜相結(jié)合；抑制細(xì)胞凋亡；與線粒體及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜相結(jié)合；Bcl-2蛋白蛋白的羧基末端有一穿膜的結(jié)構(gòu)域；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，家族成員的基因中，常常含有三個保守的常常含有三個保守的Bcl-2同源區(qū)，即同源

14、區(qū)，即BH1，BH2和和BH3。 Bcl-2蛋白質(zhì)家族成員以不同的方式調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡蛋白質(zhì)家族成員以不同的方式調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡 促進(jìn)凋亡促進(jìn)凋亡: Bax、Bak、Noxa 阻止凋亡：阻止凋亡： Bcl-X 、Bcl-w、 Bcl-2 胞外信號分子誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑胞外信號分子誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑 上游啟始上游啟始Caspases切割、活化切割、活化下游執(zhí)行下游執(zhí)行Caspases 當(dāng)細(xì)胞接受凋亡信號分子當(dāng)細(xì)胞接受凋亡信號分子(Fas,TNF(Fas,TNF等等) )后，凋亡細(xì)胞表面信號分后，凋亡細(xì)胞表面信號分子受體相互聚集并與細(xì)胞內(nèi)的銜接蛋白子受體相互聚集并與細(xì)胞內(nèi)的銜接蛋白(Adaptor pro

15、tein)(Adaptor protein)結(jié)合，這結(jié)合，這些銜接蛋白又募集些銜接蛋白又募集Caspases前體聚集在受體部位，前體聚集在受體部位，Caspase前體相互前體相互活化并產(chǎn)生活化并產(chǎn)生級聯(lián)反應(yīng)級聯(lián)反應(yīng)，使細(xì)胞凋亡。，使細(xì)胞凋亡。 下游執(zhí)行下游執(zhí)行Caspases活化后，水解蛋白底物，啟動凋亡活化后，水解蛋白底物，啟動凋亡 裂解核纖層蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞核形成凋亡小體；裂解核纖層蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞核形成凋亡小體； 裂解裂解DNase結(jié)合蛋白，使結(jié)合蛋白，使DNase釋放，降解釋放，降解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蛋白，使凋亡細(xì)胞皺縮、裂解參與細(xì)胞連

16、接或附著的骨架和其他蛋白，使凋亡細(xì)胞皺縮、脫落，脫落， 便于細(xì)胞吞噬；便于細(xì)胞吞噬； 導(dǎo)致膜脂重排，便于吞噬細(xì)胞識別并吞噬。導(dǎo)致膜脂重排，便于吞噬細(xì)胞識別并吞噬。細(xì)胞壞死的概述細(xì)胞壞死的概述細(xì)胞壞死的分子機(jī)制細(xì)胞壞死的分子機(jī)制細(xì)胞凋亡與壞死的區(qū)別細(xì)胞凋亡與壞死的區(qū)別l細(xì)胞壞死是區(qū)別于細(xì)胞凋亡的另一種典型細(xì)胞死亡方式。l長期以來細(xì)胞壞死被認(rèn)為是一種被動的死亡方式，當(dāng)細(xì)胞受到意外損傷，如極端的物理、化學(xué)因素或嚴(yán)重的病理性刺激的情況下細(xì)胞壞死才會發(fā)生。 DNA損傷和損傷和PARP活化導(dǎo)致增殖旺盛細(xì)胞發(fā)生活化導(dǎo)致增殖旺盛細(xì)胞發(fā)生“程序性程序性”壞死：壞死： DNA損傷的積累損傷的積累DNA修復(fù)蛋白修復(fù)

17、蛋白PARP被活化被活化煙酰胺腺嘌呤二核煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（苷酸（NAD+）大量減少）大量減少糖酵解被抑制糖酵解被抑制ATP水平下降。水平下降。1、增殖旺盛的細(xì)胞：需要大量氨基酸和脂肪酸以構(gòu)建子代細(xì)胞，無法利用氨、增殖旺盛的細(xì)胞：需要大量氨基酸和脂肪酸以構(gòu)建子代細(xì)胞，無法利用氨基酸和脂肪酸氧化產(chǎn)能來維持胞內(nèi)基酸和脂肪酸氧化產(chǎn)能來維持胞內(nèi)ATP水平，水平，ATP水平急降導(dǎo)致細(xì)胞壞死。水平急降導(dǎo)致細(xì)胞壞死。2、生長緩慢的細(xì)胞：能夠通過氧化富余的氨基酸和脂肪酸來維持細(xì)胞內(nèi)、生長緩慢的細(xì)胞：能夠通過氧化富余的氨基酸和脂肪酸來維持細(xì)胞內(nèi)ATP的濃度，直至的濃度，直至DNA的損傷被修復(fù)。的損傷被修復(fù)。細(xì)

18、胞凋亡過程中，細(xì)胞質(zhì)膜反折，包裹斷裂的染細(xì)胞凋亡過程中，細(xì)胞質(zhì)膜反折，包裹斷裂的染 色質(zhì)片段或細(xì)胞器，然后逐漸分離，形成眾多的凋色質(zhì)片段或細(xì)胞器，然后逐漸分離，形成眾多的凋亡小體（亡小體（apoptotic bodies），凋亡小體則為鄰近的），凋亡小體則為鄰近的細(xì)胞所吞噬。整個過程中，細(xì)胞質(zhì)膜的整合性保持細(xì)胞所吞噬。整個過程中，細(xì)胞質(zhì)膜的整合性保持良好，死亡細(xì)胞的內(nèi)容物不會逸散到胞外環(huán)境中去，良好，死亡細(xì)胞的內(nèi)容物不會逸散到胞外環(huán)境中去，因而不引發(fā)炎癥反應(yīng)。因而不引發(fā)炎癥反應(yīng)。相反，在細(xì)胞壞死時，細(xì)胞質(zhì)膜發(fā)生滲漏，細(xì)胞相反，在細(xì)胞壞死時，細(xì)胞質(zhì)膜發(fā)生滲漏，細(xì)胞內(nèi)容物，包括膨大和破碎的細(xì)胞器以

19、及染色質(zhì)片段，內(nèi)容物，包括膨大和破碎的細(xì)胞器以及染色質(zhì)片段，釋放到胞外，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)。釋放到胞外，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)。細(xì)胞自噬的涵義及特點細(xì)胞自噬的涵義及特點細(xì)胞自噬的分子機(jī)制細(xì)胞自噬的分子機(jī)制l概念概念：正常的動物細(xì)胞為了維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的動態(tài)：正常的動物細(xì)胞為了維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的動態(tài)平衡，需要不斷降解功能失常或不需要的細(xì)胞結(jié)構(gòu)平衡，需要不斷降解功能失常或不需要的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的過程。的過程。l特征特征： 細(xì)胞中出現(xiàn)大的雙層膜包裹的自噬泡，稱為自細(xì)胞中出現(xiàn)大的雙層膜包裹的自噬泡，稱為自噬小體。噬小體。 研究證據(jù)表明，細(xì)胞自噬參與了細(xì)胞的死亡過程，是研究證據(jù)表明，細(xì)胞自噬參與了細(xì)胞的死亡過程，是與細(xì)胞凋亡不同

20、的另一種程序性細(xì)胞死亡方式。與細(xì)胞凋亡不同的另一種程序性細(xì)胞死亡方式。l出現(xiàn)時期出現(xiàn)時期：個體遭遇營養(yǎng)危機(jī)、胚胎發(fā)育期間。：個體遭遇營養(yǎng)危機(jī)、胚胎發(fā)育期間。酵母中細(xì)胞自噬的信號調(diào)控l當(dāng)營養(yǎng)充足時：胰島素與受體結(jié)合激活磷脂酰肌醇激酶（PI3K）活化激酶AKT活化效應(yīng)分子蛋白激酶Tor促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)吸收、大分子合成、ATP產(chǎn)生抑制自噬。A.饑餓狀態(tài)時：PI3K/ AKT、效應(yīng)分子蛋白激酶Tor失活停止?fàn)I養(yǎng)吸收和ATP的產(chǎn)生解除自噬的抑制通過自噬產(chǎn)生ATP.植物細(xì)胞的程序性死亡植物細(xì)胞的程序性死亡酵母細(xì)胞的程序性死亡酵母細(xì)胞的程序性死亡l植物細(xì)胞程序性死亡概述l植物細(xì)胞與動物細(xì)胞程序性死亡的差異l誘導(dǎo)

21、植物細(xì)胞程序性死亡的因素l發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)：19941994年，研究者在擬南芥的過敏反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)細(xì)年，研究者在擬南芥的過敏反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)細(xì) 胞凋亡現(xiàn)象。胞凋亡現(xiàn)象。l發(fā)生發(fā)生： 1、正常的植物發(fā)育進(jìn)程：木質(zhì)部管狀細(xì)胞的成熟過程。、正常的植物發(fā)育進(jìn)程：木質(zhì)部管狀細(xì)胞的成熟過程。 管狀細(xì)胞的分化：細(xì)胞伸長、細(xì)胞壁增厚、木質(zhì)化和細(xì)胞自溶即程序管狀細(xì)胞的分化：細(xì)胞伸長、細(xì)胞壁增厚、木質(zhì)化和細(xì)胞自溶即程序性死亡過程。性死亡過程。 2、植物細(xì)胞在受某些真菌或細(xì)菌感染后會發(fā)生主動、快、植物細(xì)胞在受某些真菌或細(xì)菌感染后會發(fā)生主動、快速的死亡，同時觸發(fā)體內(nèi)的防御反應(yīng)，從而限制了病原體速的死亡，同時觸發(fā)體內(nèi)的防御反應(yīng)，從而限制

22、了病原體的生長和擴(kuò)散，這一現(xiàn)象稱為過敏反應(yīng)，也是典型的細(xì)胞的生長和擴(kuò)散，這一現(xiàn)象稱為過敏反應(yīng)，也是典型的細(xì)胞程序性死亡過程。程序性死亡過程。u 最大特征性差異在于最大特征性差異在于： 死亡細(xì)胞出的殘余物被細(xì)胞壁死亡細(xì)胞出的殘余物被細(xì)胞壁固定在原位固定在原位、不、不是被周圍細(xì)胞吞噬，而是被自身液泡中的水解酶是被周圍細(xì)胞吞噬，而是被自身液泡中的水解酶消化。消化。u 形態(tài)方面形態(tài)方面：1、過敏反應(yīng)、過敏反應(yīng)2、管狀細(xì)胞分化程序性死亡、管狀細(xì)胞分化程序性死亡1、過敏反應(yīng)過敏反應(yīng)(A)：染色質(zhì)凝聚，：染色質(zhì)凝聚，DNA降解為降解為50kb片段，細(xì)胞質(zhì)片段，細(xì)胞質(zhì)膜及液泡膜皺縮破裂，質(zhì)壁分離，末期細(xì)胞內(nèi)含

23、物泄漏到質(zhì)膜及液泡膜皺縮破裂，質(zhì)壁分離，末期細(xì)胞內(nèi)含物泄漏到質(zhì)體外。體外。2、管狀細(xì)胞分化程序性死亡管狀細(xì)胞分化程序性死亡(B) ：細(xì)胞壁增厚，隨著液泡膜的：細(xì)胞壁增厚，隨著液泡膜的破裂，核破裂，核DNA被迅速降解，細(xì)胞內(nèi)含物被水解消化，最后被迅速降解，細(xì)胞內(nèi)含物被水解消化，最后僅剩下細(xì)胞壁。僅剩下細(xì)胞壁。l誘導(dǎo)植物細(xì)胞發(fā)生程序性死亡的因素主要包括誘導(dǎo)植物細(xì)胞發(fā)生程序性死亡的因素主要包括活活性氧性氧和和植物激素植物激素等。等。u水楊酸、水楊酸、NO：協(xié)同促進(jìn)植物細(xì)胞過敏反應(yīng)中的細(xì)胞程序：協(xié)同促進(jìn)植物細(xì)胞過敏反應(yīng)中的細(xì)胞程序性死亡，以便有效限制入侵病原體的侵染范圍。性死亡，以便有效限制入侵病原體

24、的侵染范圍。u乙烯、赤霉素乙烯、赤霉素：促進(jìn)細(xì)胞程序性死亡。：促進(jìn)細(xì)胞程序性死亡。u細(xì)胞分裂素、脫落酸細(xì)胞分裂素、脫落酸：抑制細(xì)胞程序性死亡。：抑制細(xì)胞程序性死亡。u植物體內(nèi)離子濃度平衡的破壞：植物體內(nèi)離子濃度平衡的破壞：誘導(dǎo)過敏性細(xì)胞程序性誘導(dǎo)過敏性細(xì)胞程序性死亡。死亡。u植物程序性死亡有關(guān)的基因。植物程序性死亡有關(guān)的基因。l酵母程序性死亡形態(tài)學(xué)特征及機(jī)制與動物細(xì)胞酵母程序性死亡形態(tài)學(xué)特征及機(jī)制與動物細(xì)胞凋亡類似。凋亡類似。l還未發(fā)現(xiàn)類似動物細(xì)胞還未發(fā)現(xiàn)類似動物細(xì)胞Caspase的關(guān)鍵執(zhí)行因的關(guān)鍵執(zhí)行因子：子：l對擬南芥和酵母全基因組進(jìn)行檢索，未發(fā)現(xiàn)動物細(xì)胞對擬南芥和酵母全基因組進(jìn)行檢索，未

25、發(fā)現(xiàn)動物細(xì)胞Caspase的同源分子的同源分子執(zhí)行及調(diào)節(jié)因子與動物細(xì)胞發(fā)執(zhí)行及調(diào)節(jié)因子與動物細(xì)胞發(fā)生了結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。生了結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。1.動物細(xì)胞動物細(xì)胞BcL-2家族成員在植物細(xì)胞中表達(dá)后，對植家族成員在植物細(xì)胞中表達(dá)后，對植物細(xì)胞的程序性死亡產(chǎn)生效應(yīng)物細(xì)胞的程序性死亡產(chǎn)生效應(yīng)存在結(jié)構(gòu)不同而功存在結(jié)構(gòu)不同而功能類似的調(diào)節(jié)因子。能類似的調(diào)節(jié)因子。細(xì)胞衰老的概念細(xì)胞衰老的概念細(xì)胞衰老的研究細(xì)胞衰老的研究衰老細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化衰老細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化細(xì)胞衰老的分子機(jī)制細(xì)胞衰老的分子機(jī)制細(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 細(xì)胞衰老（細(xì)胞衰老（cell aging ）一般的含義是復(fù)）一般的含義

26、是復(fù)制衰老制衰老(replicative senescene，RS)。 指體外培養(yǎng)的正常細(xì)胞經(jīng)過有限次數(shù)的指體外培養(yǎng)的正常細(xì)胞經(jīng)過有限次數(shù)的分裂后，停止分裂，細(xì)胞形態(tài)和生理代謝活分裂后，停止分裂，細(xì)胞形態(tài)和生理代謝活動發(fā)生顯著改變的現(xiàn)象。動發(fā)生顯著改變的現(xiàn)象。 細(xì)胞不死說細(xì)胞不死說 HayflickHayflick界限界限18921892年，魏斯曼提出年，魏斯曼提出: : 種質(zhì)不死而體質(zhì)會衰老和死亡的學(xué)說種質(zhì)不死而體質(zhì)會衰老和死亡的學(xué)說 原生動物細(xì)胞原生動物細(xì)胞“不死性不死性”證據(jù)證據(jù) 原生動物某些無性系可以長期保持很高的分原生動物某些無性系可以長期保持很高的分裂速度。裂速度。證據(jù)不足證據(jù)不足

27、 被廢棄。被廢棄。1912年年, Carrel (卡雷爾卡雷爾 )細(xì)胞細(xì)胞“不死性不死性”的觀點的觀點 卷土重來卷土重來證據(jù)證據(jù) 在實驗室培養(yǎng)雞心臟細(xì)胞可以無限制在實驗室培養(yǎng)雞心臟細(xì)胞可以無限制地生長和分裂。（連續(xù)培養(yǎng)了地生長和分裂。（連續(xù)培養(yǎng)了3434年）年） 20世紀(jì)世紀(jì)40-50年代，年代，L系小鼠和系小鼠和HeLa細(xì)胞系細(xì)胞系 的建立。（可以一直分裂、存活下去）的建立。（可以一直分裂、存活下去）使細(xì)胞使細(xì)胞“不死性不死性”的觀點的統(tǒng)治地位更加的觀點的統(tǒng)治地位更加鞏鞏 固了。固了。 細(xì)胞本身并沒有衰老和死亡，衰細(xì)胞本身并沒有衰老和死亡，衰老只是一種多細(xì)胞現(xiàn)象，多細(xì)胞生物體老只是一種多細(xì)胞

28、現(xiàn)象，多細(xì)胞生物體內(nèi)細(xì)胞的衰老，起因不在細(xì)胞本身，而內(nèi)細(xì)胞的衰老，起因不在細(xì)胞本身，而是由于體內(nèi)、體外環(huán)境的影響。是由于體內(nèi)、體外環(huán)境的影響。 誰動搖了這種學(xué)說？Carrel的實驗不能被重復(fù)的實驗不能被重復(fù), , 可能是由于可能是由于混入了新鮮的細(xì)胞?；烊肓诵迈r的細(xì)胞。HeLa癌細(xì)胞和培養(yǎng)的癌細(xì)胞和培養(yǎng)的L細(xì)胞系是不正常細(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。原先的細(xì)胞。 Hayflick提出提出 細(xì)胞增殖能力和壽命是有限的觀點細(xì)胞增殖能力和壽命是有限的觀點Hayflick界限的概念界限的概念 細(xì)胞，至少是培養(yǎng)的二倍體細(xì)胞，不是不死的，而細(xì)

29、胞，至少是培養(yǎng)的二倍體細(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限的，而是有一定的壽命；它們的增殖能力不是無限的，而是有一定的界限，這就是是有一定的界限，這就是HayflickHayflick界限。界限。Hayflick界限的證據(jù)界限的證據(jù) 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)胞壽命之間存在著一定的關(guān)系決定細(xì)胞衰老的因素決定細(xì)胞衰老的因素 二倍體細(xì)胞的衰老是由細(xì)胞自身決定的二倍體細(xì)胞的衰老是由細(xì)胞自身決定的 決定細(xì)胞衰老的因素在細(xì)胞內(nèi)部，而不是外部決定細(xì)胞衰老的因素在細(xì)胞內(nèi)部，而不是外部 的環(huán)境的環(huán)境

30、 是細(xì)胞核而不是細(xì)胞質(zhì)決定了細(xì)胞衰老是細(xì)胞核而不是細(xì)胞質(zhì)決定了細(xì)胞衰老細(xì)胞核的變化細(xì)胞核的變化: 核膜內(nèi)折、染色質(zhì)固縮化。核膜內(nèi)折、染色質(zhì)固縮化。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化: 衰老衰老動物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)彌散性地分散于核周胞質(zhì)中，糙面內(nèi)質(zhì)動物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)彌散性地分散于核周胞質(zhì)中，糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的總量似乎是減少了。網(wǎng)的總量似乎是減少了。線粒體的變化線粒體的變化: 通常，通常，細(xì)胞中線粒體的數(shù)量隨齡減少，而其體積則隨齡增大。細(xì)胞中線粒體的數(shù)量隨齡減少，而其體積則隨齡增大。致密體的生成：致密體的生成：致密體是衰老細(xì)胞中常見的一種結(jié)構(gòu)，絕大多數(shù)動物細(xì)致密體是衰老細(xì)胞中常見的一種結(jié)構(gòu)，絕大多數(shù)動物細(xì)胞在衰老時都會有致密體的積

31、累。胞在衰老時都會有致密體的積累。膜系統(tǒng)的變化膜系統(tǒng)的變化 ：衰老的或有缺陷的膜通常處于凝膠相或固相，其磷脂衰老的或有缺陷的膜通常處于凝膠相或固相，其磷脂的脂肪酸尾被的脂肪酸尾被“凍結(jié)凍結(jié)”了，而不能自由移動，因此鑲嵌于其中的蛋白質(zhì)了，而不能自由移動，因此鑲嵌于其中的蛋白質(zhì)也就不再能運(yùn)動了，在機(jī)械刺激或壓迫等條件下，膜就會出現(xiàn)裂隙，其也就不再能運(yùn)動了，在機(jī)械刺激或壓迫等條件下，膜就會出現(xiàn)裂隙，其選擇性及其他功能均受到損害。選擇性及其他功能均受到損害。 細(xì)胞間隙鏈接及膜內(nèi)顆粒分布也發(fā)生變化。細(xì)胞間隙鏈接及膜內(nèi)顆粒分布也發(fā)生變化。復(fù)制衰老的機(jī)制復(fù)制衰老的機(jī)制 端粒與衰老端粒與衰老脅迫誘導(dǎo)的早熟性衰

32、老脅迫誘導(dǎo)的早熟性衰老 氧化性損傷學(xué)說氧化性損傷學(xué)說單細(xì)胞生物的衰老單細(xì)胞生物的衰老1990 年年Harley（哈力）（哈力）發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)端粒長度確實與衰老有著密切端粒長度確實與衰老有著密切的關(guān)系，提出細(xì)胞衰老的的關(guān)系，提出細(xì)胞衰老的“有絲分裂鐘有絲分裂鐘”學(xué)說。學(xué)說。 “有絲分裂鐘有絲分裂鐘”學(xué)說認(rèn)為，隨著細(xì)胞的分裂，染色體末端學(xué)說認(rèn)為，隨著細(xì)胞的分裂，染色體末端的端粒不斷縮短，當(dāng)其長度縮短到一個閾值時，細(xì)胞進(jìn)入衰的端粒不斷縮短，當(dāng)其長度縮短到一個閾值時，細(xì)胞進(jìn)入衰老。老。 l l 細(xì)胞每分裂一次，端?？s短細(xì)胞每分裂一次，端粒縮短5050100bp100bp l l 端?？s短到一定程度，細(xì)胞不再

33、分裂端?？s短到一定程度，細(xì)胞不再分裂 l l 端粒酶過量表達(dá)能延長細(xì)胞的生命跨度端粒酶過量表達(dá)能延長細(xì)胞的生命跨度 端粒酶能夠以自身含有的端粒酶能夠以自身含有的RNA為模板，反轉(zhuǎn)錄出母鏈末端的端粒為模板，反轉(zhuǎn)錄出母鏈末端的端粒DNA，從而避免了子鏈端粒序列的縮短。，從而避免了子鏈端粒序列的縮短。1956年年Harman（哈曼（哈曼 ）提出來的）提出來的 生物氧化中產(chǎn)生自由基，自由基破壞生生物氧化中產(chǎn)生自由基，自由基破壞生 物大分子物大分子蛋白質(zhì)、核酸、脂類等。使得蛋白質(zhì)、核酸、脂類等。使得 細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，基因突變，導(dǎo)致細(xì)胞衰老。細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，基因突變，導(dǎo)致細(xì)胞衰老。 自由基是一類瞬時形成的含不

34、成對電子的原子自由基是一類瞬時形成的含不成對電子的原子或功能基團(tuán)，普遍存在于生物系統(tǒng)?；蚬δ芑鶊F(tuán)，普遍存在于生物系統(tǒng)。 主要包括：氧自由基（如羥自由基主要包括：氧自由基（如羥自由基OH）、氫）、氫自由基（自由基（H）、碳自由基、脂自由基等，其中）、碳自由基、脂自由基等，其中OH的化學(xué)性質(zhì)最活潑。的化學(xué)性質(zhì)最活潑。 人體內(nèi)自由基的產(chǎn)生有兩方面：人體內(nèi)自由基的產(chǎn)生有兩方面：l一是環(huán)境中的高溫、輻射、光解、化學(xué)物質(zhì)等引起一是環(huán)境中的高溫、輻射、光解、化學(xué)物質(zhì)等引起的外源性自由基。的外源性自由基。l二是體內(nèi)各種代謝反應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)源性自由基。內(nèi)源二是體內(nèi)各種代謝反應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)源性自由基。內(nèi)源性自由基是人體自

35、由基的主要來源，其產(chǎn)生的主要性自由基是人體自由基的主要來源，其產(chǎn)生的主要途徑有：由線粒體呼吸鏈電子泄漏產(chǎn)生；由經(jīng)途徑有：由線粒體呼吸鏈電子泄漏產(chǎn)生；由經(jīng)過氧化物酶體的多功能氧化酶（過氧化物酶體的多功能氧化酶（MFOMFO）等催化底物）等催化底物羥化產(chǎn)生。羥化產(chǎn)生。 l對許多生物功能是非常重要的，有對許多生物功能是非常重要的，有些學(xué)者認(rèn)為沒有自由基的生物不能些學(xué)者認(rèn)為沒有自由基的生物不能生存。生存。 l如果細(xì)胞中的自由基過多，就會對許如果細(xì)胞中的自由基過多，就會對許多細(xì)胞組分造成損傷。多細(xì)胞組分造成損傷。 自由基含有未配對電子，具有高度反應(yīng)活性，可引發(fā)自由基含有未配對電子，具有高度反應(yīng)活性，可引

36、發(fā)鏈?zhǔn)阶杂苫磻?yīng)，引起鏈?zhǔn)阶杂苫磻?yīng)，引起DNA、蛋白質(zhì)和脂類，尤其是多、蛋白質(zhì)和脂類，尤其是多不飽和脂肪酸等大分子物質(zhì)變性和交聯(lián)，損傷不飽和脂肪酸等大分子物質(zhì)變性和交聯(lián)，損傷DNA、生、生物膜、重要的結(jié)構(gòu)蛋白和功能蛋白，從而引起衰老各種物膜、重要的結(jié)構(gòu)蛋白和功能蛋白，從而引起衰老各種現(xiàn)象的發(fā)生?，F(xiàn)象的發(fā)生。l細(xì)胞內(nèi)部隔離化使產(chǎn)生自由基的位點與細(xì)胞內(nèi)部隔離化使產(chǎn)生自由基的位點與細(xì)胞的其他組分分開細(xì)胞的其他組分分開l酶系統(tǒng)酶系統(tǒng)保護(hù)性的酶保護(hù)性的酶 超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SOD） 過氧化氫酶（過氧化氫酶（CAT）l非酶系統(tǒng)非酶系統(tǒng)其他抗氧化物分子其他抗氧化物分子 VE 、VC、醌類物質(zhì)

37、等電子受體、醌類物質(zhì)等電子受體 l支持者支持者 細(xì)胞衰老的細(xì)胞衰老的90的原因歸咎于自由基。的原因歸咎于自由基。l反對者反對者 大多數(shù)自由基存在的時間很短，對細(xì)胞危害不大。大多數(shù)自由基存在的時間很短，對細(xì)胞危害不大。 細(xì)胞內(nèi)有抗氧化劑，來對抗自由基的危機(jī)。細(xì)胞內(nèi)有抗氧化劑，來對抗自由基的危機(jī)。 增加食物中的增加食物中的VE ，并不能抵抗自由基的有害作，并不能抵抗自由基的有害作 用，反而會抑制細(xì)胞中其他抗氧化劑的產(chǎn)生。用，反而會抑制細(xì)胞中其他抗氧化劑的產(chǎn)生。l單細(xì)胞生物的衰老即是單細(xì)胞生物的衰老即是個體的衰老個體的衰老。l芽殖酵母的分裂時不均等的，產(chǎn)生一個芽殖酵母的分裂時不均等的，產(chǎn)生一個較大的

38、母細(xì)胞和一個較小的子細(xì)胞。較大的母細(xì)胞和一個較小的子細(xì)胞。l酵母的衰老表現(xiàn)為有限的細(xì)胞分裂次數(shù)酵母的衰老表現(xiàn)為有限的細(xì)胞分裂次數(shù)和母細(xì)胞在衰老之前經(jīng)歷的表型變化。和母細(xì)胞在衰老之前經(jīng)歷的表型變化。 rDNA與細(xì)胞衰老關(guān)系的模型與細(xì)胞衰老關(guān)系的模型l推測推測ERC的積累的積累掠奪了掠奪了DNA正常正常復(fù)制和轉(zhuǎn)錄所需復(fù)制和轉(zhuǎn)錄所需的重要物質(zhì)，從的重要物質(zhì)，從而抑制細(xì)胞的生而抑制細(xì)胞的生長，使酵母細(xì)胞長，使酵母細(xì)胞衰老。衰老。細(xì)胞衰老可能是以上綜合因素的集合，或某幾種因素的集合，其中有一種起主導(dǎo)作用。對于不同的生物體可能有不同的導(dǎo)致衰老的誘因和相應(yīng)的機(jī)制。在機(jī)體內(nèi)，細(xì)胞的衰老和死亡是常見的現(xiàn)象，甚至

39、在在機(jī)體內(nèi)，細(xì)胞的衰老和死亡是常見的現(xiàn)象，甚至在個體發(fā)育的早期也會發(fā)生個體發(fā)育的早期也會發(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？它們會不會衰老？著有機(jī)體年齡的增高而下降？它們會不會衰老？衰老動物體內(nèi)，細(xì)胞分裂速度顯著減慢，其原因主要是衰老動物體內(nèi)，細(xì)胞分裂速度顯著減慢，其原因主要是G G1 1期明期明顯延長顯延長; ;衰老個體內(nèi)的環(huán)境因素影響了細(xì)胞的增殖和衰老衰老個體內(nèi)的環(huán)境因素影響了細(xì)胞的增殖和衰老; ;骨髓干細(xì)胞移植實驗說明隨著年齡的增加，干細(xì)胞增殖速度也骨髓干細(xì)胞移植實驗說明隨著年齡的增加，干細(xì)胞增殖

40、速度也趨緩慢趨緩慢. .u程序性細(xì)胞死亡程序性細(xì)胞死亡l動物細(xì)胞的程序性死亡動物細(xì)胞的程序性死亡l細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡 : :概念、生理意義、形態(tài)學(xué)特征、檢測方法、誘導(dǎo)概念、生理意義、形態(tài)學(xué)特征、檢測方法、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的因子、細(xì)胞凋亡的因子、細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制l細(xì)胞壞死細(xì)胞壞死：概述、概述、分子機(jī)制分子機(jī)制、與細(xì)胞凋亡的區(qū)別、與細(xì)胞凋亡的區(qū)別l細(xì)胞自噬細(xì)胞自噬：含義和特點（自噬小泡）、分子機(jī)制含義和特點（自噬小泡）、分子機(jī)制l植物細(xì)胞的程序性死亡植物細(xì)胞的程序性死亡l植物細(xì)胞與動物細(xì)胞程序性死亡的差異植物細(xì)胞與動物細(xì)胞程序性死亡的差異l誘導(dǎo)植物細(xì)胞程序性死亡的因素誘導(dǎo)植物細(xì)胞程序性死亡的因素：活性氧和植物激素活性氧和植物激素l酵母細(xì)胞的程序性死亡酵母細(xì)胞的程序性死亡u細(xì)胞的衰老細(xì)胞的衰老l細(xì)胞衰老的概念細(xì)胞衰老的概念l細(xì)胞衰老的研究細(xì)胞衰老的研究：細(xì)胞不死說、細(xì)胞不死說、HayflickHayflick界限界限l衰老細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化衰老細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化：細(xì)胞核、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線：細(xì)胞核、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、膜系統(tǒng)