中國藥科大學人體解剖生理學丁啟龍版第2章-4細胞衰老與凋亡課件

四、細胞衰老和死亡（一）細胞衰老1.細胞衰老的概念

（1）衰老(aging)：生物體的形態(tài)、結構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胞的基本功能。成年小鼠各類細胞的壽命接近或等于自身壽命的細胞神經元、腎髓質、肌細胞脂肪、胃酶原細胞骨、腎上腺髓質細胞緩慢更新的細胞(長于30天)呼吸道上皮、腎上腺皮質細胞腎皮質、皮膚結締組織、肝細胞胰臟腺泡及胰島、唾液腺細胞快速更新的細胞(少于30天)皮膚表皮、角膜上皮細胞口腔和胃腸道上皮細胞紅細胞、白細胞細胞總體的衰老可以反映機體的衰老，而機體的衰老是以總體細胞的衰老為基礎的。根據細胞衰老速度不同將其分為三類：Hayflick極限體外培養(yǎng)的細胞增殖能力不是無限的，傳代次數有一定的界限，稱為“Hayflick極限”。傳代次數與物種壽命有關：小鼠壽命3年，傳代12次；龜壽命200年，傳代140次。傳代次數與個體年齡成反比：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）細胞衰老的表現(xiàn)：主要表現(xiàn)為對環(huán)境變化適應能力的降低和維持細胞內環(huán)境能力的降低。1.形態(tài)結構變化細胞內水分減少：失去正常形態(tài)，代謝速率減慢。細胞內色素沉積：脂褐質小體隨年齡增加而增多。細胞膜的衰老變化：磷脂含量下降，膜變厚、流動性下降、物質轉運障礙。內膜系統(tǒng)的變化：內質網逐漸減少，高而基體囊泡腫脹、扁平囊泡斷裂崩解，溶酶體功能減退、酶漏出細胞自溶。細胞中的線粒體隨年齡增大數目減少、體積增大。細胞核的衰老變化：核固縮，常染色質減少，染色加深，核質比減小。2.功能變化（1）染色質轉錄活性下降。（2）蛋白質合成下降，酶活性改變。細胞在體內條件下衰老原代小鼠F1代小鼠F2代小鼠移植的皮膚細胞可存活7～8年。小鼠的皮膚細胞在體內衰老的主要是體內環(huán)境。（四）細胞衰老的學說1、細胞磨損學說1）錯誤成災學說差誤成災學說是由Orgel明確提出的，認為在DNA復制，轉錄和翻譯中發(fā)生誤差，這種誤差可以不斷擴大，造成細胞衰老、死亡。如DNA轉錄mRNA的過程發(fā)生微小的差異，帶有該微小差異的mRNA會翻譯出進一步偏離的蛋白質，該蛋白質如果屬于DNA聚合酶會合成差異程度更大的DNA，這樣的差錯經過每一次信息傳遞都擴大一些，形成惡性循環(huán)，使細胞內積累許多差錯分子造成災難，細胞正常功能不能發(fā)揮，致使細胞衰老、死亡。

2）自由基學說：正常代謝反應的中間產物每含自由基，對細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)，其后果是使胞內酶失活，以及象脂褐質一類的惰性物質在胞內沉積。此說雖然無直接證據，但以抗氧化劑或自由基凈化劑飼喂小鼠可延長壽命，或抑制脂褐質的形成。此外，抗氧化劑還有加強機體免疫反應，抑制腫瘤及自體免疫疾病等作用，都從側面為此說提供了間接的證據，然而也有一些反面的實驗結果。3）大分子交聯(lián)學說該學說由Bjorksten于1963年提出的，后經Verzar加以發(fā)展。其主要論點是：機體中蛋白質，核酸等大分子可以通過共價交叉結合，形成巨大分子。這些巨大分子難以酶解，堆積在細胞內，干擾細胞的正常功能。這種交聯(lián)反應可發(fā)生于細胞核DNA上，也可以發(fā)生在細胞外的蛋白膠原纖維中。目前有一些證據支持交聯(lián)學說。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)定性和抗張強度則隨年齡的增高而增強了；大鼠尾腱上的條紋數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。該學說與自由基學說有類似之處，亦不能說明衰老發(fā)生的根本機制。

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。嚴格說該學說屬于一種生命學說，因其不僅解釋衰老也解釋腫瘤和分化。該學說同時考慮到衰老、分化和腫瘤現(xiàn)象，考慮到基因結構及組成，生物進化等多方面的問題，但其中的許多論點和直接實驗依據尚在進一步地驗證和提供過程中。3、端粒學說端粒學說由Olovnikov提出，認為細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制它們的染色體，因此最后復制DNA序列可能會丟失，最終造成細胞衰老死亡。

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

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

活性氧基團導致細胞損傷和衰老（氧化損傷學說，自由基理論）自由基(freeradical):不成對電子或原子基團構成的高度活化分子O2超氧自由基；OH羥自由基；自由基與其他分子反應時產生的活性氧基團（ROS）導致細胞發(fā)生氧化性損傷。

自由基衰老基因學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短與細胞衰老

端?！肆ｇ妼W說（telomereclocktheory)端粒（telomere)是染色體末端特殊結構。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）蛋白質端粒酶維持細胞分裂時染色體端粒長度端粒酶活性（+）：胚胎細胞、生殖細胞、腫瘤細胞端粒酶活性（-）：正常組織

Dolly-20%端粒長度與衰老相關模板序列CUAACCCUAAC

GGGATT胸腺細胞正常凋亡細胞壞死與細胞凋亡的比較c凋亡細胞透射電鏡掃描電鏡a正常T細胞雜交瘤細胞b凋亡細胞正常細胞細胞凋亡開始染色質固縮，沿核膜分布，細胞質亦固縮細胞膜反折，凋亡小體形成染色體形成串狀片段，細胞器膨脹，線粒體基質呈絮狀。細胞膜破裂，細胞解體，機體炎癥反應。細胞壞死開始細胞凋亡a.MOC凋亡小體back染色質DNA降解各種原因引起核酸內切酶活化使細胞凋亡發(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哺乳動物細胞凋亡的基因調控促進細胞增殖的基因：c-myc,c-abl,ras促進細胞存活的基因：bcl-