中國藥科大學(xué)人體解剖生理學(xué)丁啟龍版第2章-4細(xì)胞衰老與凋亡課件

四、細(xì)胞衰老和死亡（一）細(xì)胞衰老1.細(xì)胞衰老的概念

（1）衰老(aging)：生物體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能逐漸衰退的總現(xiàn)象。有兩層含義：一是其增殖分化的停止。二是其同時能夠維持細(xì)胞的基本功能。成年小鼠各類細(xì)胞的壽命接近或等于自身壽命的細(xì)胞神經(jīng)元、腎髓質(zhì)、肌細(xì)胞脂肪、胃酶原細(xì)胞骨、腎上腺髓質(zhì)細(xì)胞緩慢更新的細(xì)胞(長于30天)呼吸道上皮、腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞腎皮質(zhì)、皮膚結(jié)締組織、肝細(xì)胞胰臟腺泡及胰島、唾液腺細(xì)胞快速更新的細(xì)胞(少于30天)皮膚表皮、角膜上皮細(xì)胞口腔和胃腸道上皮細(xì)胞紅細(xì)胞、白細(xì)胞細(xì)胞總體的衰老可以反映機(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。根據(jù)細(xì)胞衰老速度不同將其分為三類：Hayflick極限體外培養(yǎng)的細(xì)胞增殖能力不是無限的，傳代次數(shù)有一定的界限，稱為“Hayflick極限”。傳代次數(shù)與物種壽命有關(guān)：小鼠壽命3年，傳代12次；龜壽命200年，傳代140次。傳代次數(shù)與個體年齡成反比：人胚胎，40-60代；幼年，20-40代；成年，10-30代；早老病兒童，2-10代。

（二）細(xì)胞衰老的表現(xiàn)：主要表現(xiàn)為對環(huán)境變化適應(yīng)能力的降低和維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境能力的降低。1.形態(tài)結(jié)構(gòu)變化細(xì)胞內(nèi)水分減少：失去正常形態(tài)，代謝速率減慢。細(xì)胞內(nèi)色素沉積：脂褐質(zhì)小體隨年齡增加而增多。細(xì)胞膜的衰老變化：磷脂含量下降，膜變厚、流動性下降、物質(zhì)轉(zhuǎn)運障礙。內(nèi)膜系統(tǒng)的變化：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逐漸減少，高而基體囊泡腫脹、扁平囊泡斷裂崩解，溶酶體功能減退、酶漏出細(xì)胞自溶。細(xì)胞中的線粒體隨年齡增大數(shù)目減少、體積增大。細(xì)胞核的衰老變化：核固縮，常染色質(zhì)減少，染色加深，核質(zhì)比減小。2.功能變化（1）染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄活性下降。（2）蛋白質(zhì)合成下降，酶活性改變。細(xì)胞在體內(nèi)條件下衰老原代小鼠F1代小鼠F2代小鼠移植的皮膚細(xì)胞可存活7～8年。小鼠的皮膚細(xì)胞在體內(nèi)衰老的主要是體內(nèi)環(huán)境。（四）細(xì)胞衰老的學(xué)說1、細(xì)胞磨損學(xué)說1）錯誤成災(zāi)學(xué)說差誤成災(zāi)學(xué)說是由Orgel明確提出的，認(rèn)為在DNA復(fù)制，轉(zhuǎn)錄和翻譯中發(fā)生誤差，這種誤差可以不斷擴(kuò)大，造成細(xì)胞衰老、死亡。如DNA轉(zhuǎn)錄mRNA的過程發(fā)生微小的差異，帶有該微小差異的mRNA會翻譯出進(jìn)一步偏離的蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)如果屬于DNA聚合酶會合成差異程度更大的DNA，這樣的差錯經(jīng)過每一次信息傳遞都擴(kuò)大一些，形成惡性循環(huán)，使細(xì)胞內(nèi)積累許多差錯分子造成災(zāi)難，細(xì)胞正常功能不能發(fā)揮，致使細(xì)胞衰老、死亡。

2）自由基學(xué)說：正常代謝反應(yīng)的中間產(chǎn)物每含自由基，對細(xì)胞會造成不可逆的損傷，如脂類的過氧化與大分子的交聯(lián)，其后果是使胞內(nèi)酶失活，以及象脂褐質(zhì)一類的惰性物質(zhì)在胞內(nèi)沉積。此說雖然無直接證據(jù)，但以抗氧化劑或自由基凈化劑飼喂小鼠可延長壽命，或抑制脂褐質(zhì)的形成。此外，抗氧化劑還有加強(qiáng)機(jī)體免疫反應(yīng)，抑制腫瘤及自體免疫疾病等作用，都從側(cè)面為此說提供了間接的證據(jù)，然而也有一些反面的實驗結(jié)果。3）大分子交聯(lián)學(xué)說該學(xué)說由Bjorksten于1963年提出的，后經(jīng)Verzar加以發(fā)展。其主要論點是：機(jī)體中蛋白質(zhì)，核酸等大分子可以通過共價交叉結(jié)合，形成巨大分子。這些巨大分子難以酶解，堆積在細(xì)胞內(nèi)，干擾細(xì)胞的正常功能。這種交聯(lián)反應(yīng)可發(fā)生于細(xì)胞核DNA上，也可以發(fā)生在細(xì)胞外的蛋白膠原纖維中。目前有一些證據(jù)支持交聯(lián)學(xué)說。皮膚膠原的可提取性以及膠原酶對其消化作用隨增齡降低，而其熱穩(wěn)定性和抗張強(qiáng)度則隨年齡的增高而增強(qiáng)了；大鼠尾腱上的條紋數(shù)目及所具備的熱收縮力隨年齡的增高而增加，溶解度卻隨年齡增高而降低。這些結(jié)果表明，在年老時膠原的多肽鏈發(fā)生了交聯(lián)，并日益增多。該學(xué)說與自由基學(xué)說有類似之處，亦不能說明衰老發(fā)生的根本機(jī)制。

2）基因阻遏平衡論于1992年由呂占軍教授提出，以后又作了部分補充。嚴(yán)格說該學(xué)說屬于一種生命學(xué)說，因其不僅解釋衰老也解釋腫瘤和分化。該學(xué)說同時考慮到衰老、分化和腫瘤現(xiàn)象，考慮到基因結(jié)構(gòu)及組成，生物進(jìn)化等多方面的問題，但其中的許多論點和直接實驗依據(jù)尚在進(jìn)一步地驗證和提供過程中。3、端粒學(xué)說端粒學(xué)說由Olovnikov提出，認(rèn)為細(xì)胞在每次分裂過程中都會由于DNA聚合酶功能障礙而不能完全復(fù)制它們的染色體，因此最后復(fù)制DNA序列可能會丟失，最終造成細(xì)胞衰老死亡。

端粒是真核生物染色體末端由許多簡單重復(fù)序列和相關(guān)蛋白組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有維持染色體結(jié)構(gòu)完整性和解決其末端復(fù)制難題的作用。端粒酶是一種逆轉(zhuǎn)錄酶，由RNA和蛋白質(zhì)組成，是以自身RNA為模板，合成端粒重復(fù)序列，加到新合成DNA鏈末端。在人體內(nèi)端粒酶出現(xiàn)在大多數(shù)的胚胎組織、生殖細(xì)胞、炎性細(xì)胞、更新組織的增生細(xì)胞以及腫瘤細(xì)胞中。正因如此，細(xì)胞每有絲分裂一次，就有一段端粒序列丟失，當(dāng)端粒長度縮短到一定程度，會使細(xì)胞停止分裂，導(dǎo)致衰老與死亡。

大量實驗說明端粒、端粒酶活性與細(xì)胞衰老及永生有著一定的聯(lián)系。第一個提供衰老細(xì)胞中端?？s短的直接證據(jù)是來自對體外培養(yǎng)成纖維細(xì)胞的觀察，通過對不同年齡供體成纖維細(xì)胞端粒長度與年齡及有絲分裂能力的關(guān)系觀察到隨著增齡，端粒的長度逐漸變短，有絲分裂的能力明顯漸漸變?nèi)?；Hastie發(fā)現(xiàn)結(jié)腸端粒限制性片段的長度隨供體年齡增加逐漸縮短，平均每年丟失33bp的重復(fù)序列；植物中不完整的染色體在受精作用中得以修復(fù)，而不能在已經(jīng)分化的組織中修復(fù)，這在較為高等的真核生物中也證實了體細(xì)胞中端粒酶的活性受抑制；精子的端粒要比體細(xì)胞長，體細(xì)胞缺失端粒酶活性就會逐漸衰老，而生殖細(xì)胞系的端粒卻可以維持其長度；轉(zhuǎn)化細(xì)胞能夠通過端粒酶的活性完全復(fù)制端粒以得永生。

活性氧基團(tuán)導(dǎo)致細(xì)胞損傷和衰老（氧化損傷學(xué)說，自由基理論）自由基(freeradical):不成對電子或原子基團(tuán)構(gòu)成的高度活化分子O2超氧自由基；OH羥自由基；自由基與其他分子反應(yīng)時產(chǎn)生的活性氧基團(tuán)（ROS）導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生氧化性損傷。

自由基衰老基因?qū)W說衰老基因與抗衰老基因衰老基因人類：載脂蛋白Eε4基因、β淀粉樣蛋白基因

p16,p53p21RB基因2.抗衰老基因

WRNbcl-2染色體端?？s短與細(xì)胞衰老

端?！肆ｇ妼W(xué)說（telomereclocktheory)端粒（telomere)是染色體末端特殊結(jié)構(gòu)。人類端粒（TTAGGG)nn=250-1500端粒長度取決于端粒酶的活性。stop端粒長度端粒酶RNA（核蛋白酶）蛋白質(zhì)端粒酶維持細(xì)胞分裂時染色體端粒長度端粒酶活性（+）：胚胎細(xì)胞、生殖細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞端粒酶活性（-）：正常組織

Dolly-20%端粒長度與衰老相關(guān)模板序列CUAACCCUAAC

GGGATT胸腺細(xì)胞正常凋亡細(xì)胞壞死與細(xì)胞凋亡的比較c凋亡細(xì)胞透射電鏡掃描電鏡a正常T細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞b凋亡細(xì)胞正常細(xì)胞細(xì)胞凋亡開始染色質(zhì)固縮，沿核膜分布，細(xì)胞質(zhì)亦固縮細(xì)胞膜反折，凋亡小體形成染色體形成串狀片段，細(xì)胞器膨脹，線粒體基質(zhì)呈絮狀。細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞解體，機(jī)體炎癥反應(yīng)。細(xì)胞壞死開始細(xì)胞凋亡a.MOC凋亡小體back染色質(zhì)DNA降解各種原因引起核酸內(nèi)切酶活化使細(xì)胞凋亡發(fā)生基本生化改變。

DNA降解有規(guī)則，早期出現(xiàn)180~200bp片斷，瓊脂糖凝膠電泳呈階梯狀。200bp400bp600bp800bp哺乳動物細(xì)胞凋亡的基因調(diào)控促進(jìn)細(xì)胞增殖的基因：c-myc,c-abl,ras促進(jìn)細(xì)胞存活的基因：bcl-