級細(xì)胞課件臨床、基礎(chǔ)適用

細(xì)胞衰老（

Cellular

Senescence

）醫(yī)學(xué)部細(xì)胞生物學(xué)系細(xì)胞衰老概述第一節(jié)細(xì)胞的第二節(jié)衰老在整體組織和細(xì)胞水平的變化第三節(jié)細(xì)胞衰老學(xué)說概述機(jī)體的衰老（aging）是基本生命現(xiàn)象之一，通常將衰老分為：生理性衰老病理性衰老概述生理性衰老：生物體自成熟期開始，機(jī)體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與生理功能隨增齡而發(fā)生不可逆的退行性變化，具有遺傳性、普遍性、累積性、持續(xù)漸進(jìn)性和危害性的生命過程。概述病理性衰老：由于疾病或異常因素所導(dǎo)致衰老的加速，也稱異常衰老。如早老癥(progeria)

和werner氏綜合征。早老癥患者常見癥狀及體征：皮膚菲薄、蕁表靜脈顯露、前囟閉合遲、眉毛睫毛缺乏、鳥喙樣鼻、扇風(fēng)耳、唇?。℉utchinson-

Gilford

progeria

syndrome，HGPS）早衰綜合癥常有高血脂癥、動脈硬化癥，進(jìn)而引起心、腎、腦病變.人類早老癥患者，通常只能活到7歲到20歲.患病率：1

/800萬新生兒一個37歲的成人早衰癥患者引自

on概述

細(xì)胞衰老（celluarsenescence）：細(xì)胞對環(huán)境變化的適應(yīng)能力和維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定能力降低，并以形態(tài)結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分與生物化學(xué)及生理功能改變?yōu)榛A(chǔ)的變化。細(xì)胞總體的衰老反映了機(jī)體的衰老,而機(jī)體的衰老是以總體細(xì)胞的衰老為基礎(chǔ)的。第一節(jié)細(xì)胞的細(xì)胞的動態(tài)分類恒久性組織的細(xì)胞

穩(wěn)定性組織的細(xì)胞更新性組織的細(xì)胞

可耗盡組織的細(xì)胞細(xì)胞在體外培養(yǎng)條件下的—

細(xì)胞的動態(tài)分類恒久性組織的細(xì)胞屬高度分化類的細(xì)胞；細(xì)胞出生后便失去

和增殖能力；其細(xì)胞的

接近機(jī)體的

.如，心肌、骨骼肌、骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等?！?/p>

細(xì)胞的動態(tài)分類恒久性組織的細(xì)胞隨機(jī)

老的進(jìn)程，出現(xiàn)兩個顯著特點：一

細(xì)胞數(shù)量減少；二

細(xì)胞

結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，

組織重量的減輕和功能的減退?？梢宰鳛檠芯考?xì)胞變化的主要對象?！?/p>

細(xì)胞的動態(tài)分類穩(wěn)定性組織的細(xì)胞分化程度較高，細(xì)胞通常不

，但終生保留有的能力。例如，肝、腎細(xì)胞等。這一類細(xì)胞最后也會發(fā)生細(xì)胞衰老?！?/p>

細(xì)胞的動態(tài)分類更新性組織的細(xì)胞功能細(xì)胞：不能繼續(xù)

、高度特化;在執(zhí)行特定功能后，以不同方式由新的同類細(xì)胞分化成熟所取代，直至

生命結(jié)束。例如，如上皮細(xì)胞、血細(xì)胞等。這類細(xì)胞

短，不具有普遍意義的衰老現(xiàn)象?！?/p>

細(xì)胞的動態(tài)分類趨向更新性組織的細(xì)胞更新性組織細(xì)胞的來源：干細(xì)胞，能進(jìn)行增殖又能進(jìn)入分化過程；前體細(xì)胞，來自干細(xì)胞，是能伴隨細(xì)胞成

中間細(xì)胞?！?/p>

細(xì)胞的動態(tài)分類可耗盡組織的細(xì)胞在 一生的某一階段逐漸消耗減少，不能得到補(bǔ)充，最后消耗殆盡。例如，

的實質(zhì)細(xì)胞。二細(xì)胞在體外培養(yǎng)條件下的Hayflick界限(Hayflick

Limit)1961年L.Hayflick

首次

細(xì)胞(fibroblasts)具有增殖，體外培養(yǎng)的人成纖維的極限。Hayflick,

L.,

Moorhead,

P.

S.

(1961).

"The

serial

cultivation

ofhuman

diploid

cell

strains."

Exp

Cell

Res

25:585-621.二細(xì)胞在體外培養(yǎng)條件下的Hayflick界限(Hayflick

Limit)當(dāng)成纖維細(xì)胞從

皮膚內(nèi)取出進(jìn)行體外培養(yǎng)時,，即使為之提供最適的營養(yǎng)條件，也只能維持一定時間的生長，之后生長停滯并逐漸衰老

。這種在細(xì)胞培養(yǎng)過程中出現(xiàn)的細(xì)胞增殖極限稱為

“Hayflick”界限A

正常細(xì)胞B

衰老細(xì)胞

性衰老（replicativesenescence）人類正常體細(xì)胞端粒較短，隨著細(xì)胞次數(shù)的增多，部分端粒序列發(fā)生丟失、長度縮短，當(dāng)縮短到一定長度時，導(dǎo)致細(xì)胞停止，進(jìn)入老化過程。不同

的人成纖維細(xì)胞可代數(shù)的比較供者人胚胎出生后至15歲15歲以上早老癥（progeria）群體

代數(shù)40

～

6020～

4014～

302

～

10二細(xì)胞在體外培養(yǎng)條件下的二細(xì)胞在體外培養(yǎng)條件下的物種的與體外培養(yǎng)細(xì)胞的正相關(guān)第二節(jié)衰老在整體、組織和細(xì)胞水平的變化一、整體和組織

水平的變化二、細(xì)胞水平的變化三、其它變化一、衰老在整體水平的變化機(jī)體的衰老是各個細(xì)胞和

功能出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)地、全面地、逐漸地喪失；是成熟增加而發(fā)老。機(jī)體的形態(tài)和生理功能隨著生進(jìn)行性的老化，即整萎縮：心臟、腦、肌肉等。一、衰老在組織水平的變化膠原交聯(lián)學(xué)說/老化架橋?qū)W說：結(jié)締組織架橋的形成，是機(jī)體老化的重要原因之一結(jié)締組織構(gòu)成機(jī)體的骨、軟骨、皮膚、肌腱、血管壁等，還組成心、肝、肌肉等的支架和包膜主要包括：膠原、彈性蛋白、糖蛋白和蛋白聚糖等;膠原是決定結(jié)締組織理化性質(zhì)的最重要因素一、衰老在組織水平的變化膠原交聯(lián)學(xué)說/老化架橋?qū)W說：膠原分子間形成的架橋數(shù)目伴隨增齡而逐漸增多;膠原交聯(lián)學(xué)說/老化架橋?qū)W說：膠原分子間形成的架橋數(shù)目伴隨增齡而逐漸增多;纖維結(jié)構(gòu)變硬，逐漸失去彈性及柔軟性;妨礙細(xì)胞與血管間的物質(zhì)交換，削弱細(xì)胞的正常功能;與高血壓、關(guān)節(jié)硬化、皮膚皺紋等密切相關(guān).一、衰老在組織

水平的變化一、衰老在組織

水平的變化膠原交聯(lián)學(xué)說/老化架橋?qū)W說：氨基聚糖及蛋白聚糖隨衰老的進(jìn)程含量顯著變化：一、衰老在組織

水平的變化膠原交聯(lián)學(xué)說/老化架橋?qū)W說：氨基聚糖：胚胎早期:透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素衰老階段：膠原纖維周圍的氨基聚糖含量顯著降低，硫酸皮膚素所占的

顯著增多一、衰老在組織

水平的變化膠原交聯(lián)學(xué)說/老化架橋?qū)W說：蛋白聚糖：總量逐漸減少、糖鏈所占

下降、肽鏈所占比重相對增加，導(dǎo)致組織的保水能力及彈性減弱A

年輕細(xì)胞

B

衰老細(xì)胞AB體外培養(yǎng)的人成纖維細(xì)胞二、細(xì)胞水平的衰老變化二、細(xì)胞水平的衰老變化兩種理論：“誤差理論”：細(xì)胞成分如DNA、RNA、蛋白質(zhì)和脂類由于各種環(huán)境因素引起的損傷與修復(fù)缺陷的積累導(dǎo)致細(xì)胞衰老

；“程序理論”：衰老是主動的遺傳程序化過程二、細(xì)胞水平的衰老變化（一）

原生質(zhì)和水分的改變細(xì)胞脫水，原生質(zhì)濃縮或粘稠度增加，細(xì)胞體積變??；溶酶體破裂，細(xì)胞內(nèi)分子自我降解，離子累積，滲透壓增高，細(xì)胞體積膨脹（衰老的心肌、肝細(xì)胞等）二、細(xì)胞水平的衰老變化(二)膜體系及細(xì)胞表面化學(xué)成分的改變衰老細(xì)胞膜流動性降低磷脂含量降低，膜中膽固醇與磷脂的比值上升卵磷脂和鞘磷脂比例降低膜蛋白的運動受到限制相同滲透壓的條件下，正常紅細(xì)胞結(jié)構(gòu)與衰老紅細(xì)胞外形的比較二、細(xì)胞水平的衰老變化（三）

細(xì)胞骨架體系的改變微絲體系的結(jié)構(gòu)、成分發(fā)生變化，G－actin含量下降，微絲數(shù)量減少二、細(xì)胞水平的衰老變化（四）細(xì)胞器的改變線粒體的老化：是細(xì)胞衰老的重要原因之一；昆蟲、動物及人類的線粒體隨增齡出現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能異常；線粒體DNA、電子傳遞體系及ATP酶隨增齡而活性降低，線粒體能量代謝發(fā)生伴有形態(tài)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一系列變化線粒體的老化線粒體膜的改變：內(nèi)膜的改變尤為顯著，表現(xiàn)為：通透性增強(qiáng)，線粒體內(nèi)水分丟失，離子的張力增高，改變了分子的靜電作用，導(dǎo)致大分子凝聚，代謝產(chǎn)物彌散受到限制，進(jìn)一步引起內(nèi)膜（腺嘌呤核苷酸載體）形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，ADP/ATP轉(zhuǎn)換活動顯著降低（2）線粒體數(shù)目及大小的改變：線粒體肥大、腫脹，平均體積增大；數(shù)目減少；總體積下降線粒體的老化（3）線粒體結(jié)構(gòu)的改變：嵴排列紊亂，菱形嵴、縱形嵴和嵴溶解等現(xiàn)象線粒體的老化（4）線粒體基質(zhì)的變化：出現(xiàn)不透明、含有顆?；螂娮又旅馨?；在橫切面上，基質(zhì)空間被有序排列的管狀結(jié)構(gòu)所分隔。線粒體的老化線粒體DNA突變（mitochondrial

DNA

mutation）mtDNA突變的主要原因：外部因素：環(huán)境及食物中化學(xué)因素導(dǎo)致核苷酸烷基化，高強(qiáng)度紫外線照射、離子輻射可使DNA鏈斷裂，X射線與化學(xué)性劑DNA雙螺旋交聯(lián)。線粒體老化的機(jī)制線粒體DNA突變（mitochondrial

DNA

mutation）mtDNA突變的氧化應(yīng)激，因素：基增多。線粒體老化的機(jī)制線粒體DNA突變（mitochondrial

DNAmutation）mtDNA突變的

因素：mtDNA

露，最易受

基

;催化mtDNA

的DNA聚合酶γ不具有校正功能，

錯誤頻率高；缺乏有效的修復(fù)酶；線粒體老化的機(jī)制線粒體DNA突變（mitochondrial

DNA

mutation）mtDNA突變的

因素：mtDNA

排列緊密利用率高；mtDNA

序列進(jìn)化速度快，有害突變出現(xiàn)頻率高；mtDNA內(nèi)在熱不穩(wěn)定而引起自發(fā)的化學(xué)變化，如脫氨基、脫嘌呤、甲基化及水解等。線粒體老化的機(jī)制線粒體DNA突變（mitochondrial

DNAmutation）mtDNA突變，無活性的氧化磷酸化有關(guān)酶復(fù)合物日漸增多，呼吸鏈功能受損；線粒體數(shù)量減少；每一線粒體ATP產(chǎn)量及總產(chǎn)量顯著下降，導(dǎo)致細(xì)胞所需能量缺陷及程序性

，引起機(jī)體組織功能減退，而成為生物衰老的重要原因線粒體老化的機(jī)制二、細(xì)胞水平的衰老變化（四）細(xì)胞器的改變內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體及溶酶體的改變：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)數(shù)量減少、不規(guī)則、腫脹呈空泡狀；高爾基體囊泡腫

碎、膜結(jié)構(gòu)破裂崩解；溶酶體內(nèi)蛋白水解酶活性下降，細(xì)胞內(nèi)形成殘。二、細(xì)胞水平的衰老變化（四）細(xì)胞器的改變細(xì)胞核的改變：水分減少，核膜內(nèi)陷，固縮化，細(xì)胞面積與核面積減少。人中性粒細(xì)胞的面積計量分析不同組別年輕組中年組老年組細(xì)胞總面積m2141.40±23.84125.41±25.9397.53±22.37細(xì)胞核面積m254.84±10.9052.27±7.6947.36±7.92細(xì)胞核的改變二、細(xì)胞水平的衰老變化（四）細(xì)胞器的改變細(xì)胞核的改變：衰老細(xì)胞的端粒長度丟失中期的端粒(

omere)端粒與細(xì)胞衰老端粒的作用：防止丟失等穩(wěn)定能夠補(bǔ)償參與降解、斷端彼此發(fā)生融合、重排和的功能；末端遺傳信息的丟失；在核內(nèi)的定位及

的表達(dá)調(diào)控。DNA

中存在的“末端問題”：DNA聚合酶不能從頭

DNA

，須由RNA引物引導(dǎo)來開的DNA鏈的5′端末端的堿基對緩慢地始自身的

過程，引物降解后，新留下一段無法填補(bǔ)的缺口，使丟失。端粒與細(xì)胞衰老DNA中存在的“末端末端有端粒，問題”：從端粒開始，可以避免有意義編碼序列的丟失；端粒序列隨著

而縮短

。端粒與細(xì)胞衰老性衰老（replicative

senescence）人類正常體細(xì)胞端粒較短，隨著細(xì)胞次數(shù)的增多，部分端粒序列發(fā)生丟失、長度縮短，當(dāng)縮短到一定長度時，導(dǎo)致細(xì)胞停止

，進(jìn)入老化過程。Harley等1991年提出端?？杀环Q為細(xì)胞有絲分裂的“生命時鐘”或遺傳的“定時”。性衰老存在種屬的特異性端粒與細(xì)胞衰老端粒長度伴隨細(xì)胞

次數(shù)的增加而縮短不同的細(xì)胞其端粒長度不同，分化程度越高，其端粒DNA長度越短；細(xì)正常的體細(xì)胞大約4kb，人胚肺細(xì)胞大約10kb，人胞大約15kb；影響端粒長度的因素：端粒結(jié)合蛋白、端粒帽蛋白、DNA聚合酶等，最重要的是端粒酶。端粒與細(xì)胞衰老端粒長度與細(xì)胞次數(shù)端粒DNA的補(bǔ)償機(jī)制端粒酶（

omerase):1985年Blackburn等在四膜蟲中首次發(fā)現(xiàn)；Morin等在人HeLa細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)；端粒酶與細(xì)胞的端粒酶（

omerase):一種核糖核酸蛋白（ribonucleoprotein，RNP)復(fù)合物,由小分子RNA和蛋白質(zhì)組成；特殊的逆轉(zhuǎn)錄酶；以自身RNA為模板

新的端粒DNA序列。DNA

polymerase

αMolecularBiology

of

the

Cell.

Fourth

Edition.

Albertset

al.

p264端粒酶對細(xì)胞增殖能力的影響端粒酶與細(xì)胞的端粒酶活性與腫瘤細(xì)胞的產(chǎn)生三、其它變化脂褐素（lipofuscin）隨

增長在各種組織細(xì)胞內(nèi)的含量增加，是目前公認(rèn)的衰老指標(biāo)之一；蛋白質(zhì)和DNA、脂類共價縮合形成的巨交聯(lián)物；三、其它變化脂褐素（lipofuscin）次級溶酶體是形成場所；結(jié)構(gòu)致密，不能被徹底水解，在細(xì)胞內(nèi)沉積增多，阻礙細(xì)胞的物質(zhì)交流和信號傳遞，最后導(dǎo)致細(xì)胞衰老。三、其它變化脂褐素（lipofuscin）光鏡：1-3μm棕色顆粒；熒光鏡：淡黃至橙紅色自發(fā)熒光物質(zhì)；電鏡：由單位膜

不規(guī)則小體，電子密度較高,含有不均勻一致的內(nèi)容物青年細(xì)胞老年細(xì)胞三、其它變化脂褐素（lipofuscin）生成與多種因素有關(guān)：維生素E的缺乏、缺氧、基的產(chǎn)生及某些病理條件三、其它變化細(xì)胞內(nèi)的生化變化：蛋白質(zhì)和酶：隨著增齡總蛋白質(zhì)下降，降解能力也隨之相應(yīng)降低核酸、蛋白質(zhì)、酶等大分子的差錯蛋白質(zhì)硬化，細(xì)胞衰老過程中出現(xiàn)蛋白質(zhì)與核酸的交聯(lián)，形成不易溶解的大分子，導(dǎo)致細(xì)胞功能下降衰老細(xì)胞內(nèi)酶的活性和含量也有改變白發(fā)：黑色素細(xì)胞產(chǎn)生的酪氨酸酶活性下降人胚肺成纖維細(xì)胞內(nèi)酶含量在不同代齡的比較酶的名稱20-25代齡30-35代齡40-45代齡酸性磷酸酶（ACP）高無變化無變化堿性磷酸酶（AKP）高略降低顯著降低乳酸脫氫酶（LDH）高略降低顯著降低三磷酸腺苷酶（ATPase）高略降低顯著降低葡萄糖-6-磷酸酶（G6Pase）低上升趨勢顯著增高單胺氧化酶（MAO）低上升趨勢顯著增高第三節(jié)細(xì)胞衰老的學(xué)說遺傳學(xué)說：基學(xué)說：神經(jīng)內(nèi)

免疫調(diào)節(jié)學(xué)說遺傳學(xué)說（一）

組水平：遺傳“生物鐘”（二）衰老相關(guān)的（三）衰老相關(guān)的信號通路衰老

P16p16促衰老作用在人類細(xì)胞衰老過程中持續(xù)高表達(dá)，高出年輕細(xì)胞１０～２０倍是人類可

細(xì)胞中控制衰老進(jìn)程的主導(dǎo)基因衰老P16P16調(diào)節(jié)細(xì)胞的衰老進(jìn)程抑制Ｐ１６度的縮短；增強(qiáng)Ｐ１６表達(dá)，延長細(xì)胞，減緩端粒長表達(dá)，縮短細(xì)胞，加重衰老程度，端粒長度縮短明顯加快。端粒途徑：p53通路：衰老相關(guān)的信號通路損傷－應(yīng)答途徑：非端粒途徑的p53通路：衰老相關(guān)的信號通路損傷－應(yīng)答途徑：p16-RB通路：衰老相關(guān)的信號通路基學(xué)說氧化損傷致細(xì)胞衰老-

基理論:細(xì)胞的代謝過程需要氧的存在，生物氧化過程是細(xì)胞獲得能量的主要來源；生物氧化過程產(chǎn)生一些高活性的帶

基化合物；高活性的帶

基化合物能導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能改變，影響細(xì)胞的功能甚至導(dǎo)致細(xì)胞的變性基：一類瞬時形成的含不成對電子的原子或功能基團(tuán)主要包括：超氧

基、羥

基（·OH）和H2O2等，其中·OH的化學(xué)性質(zhì)最活潑；基學(xué)說基的產(chǎn)生：外源性

基：環(huán)境中的高溫、輻射、光解、化學(xué)物質(zhì)等引起內(nèi)源性

基：體內(nèi)各種代謝反應(yīng)