醫(yī)學細胞生物學細胞的衰老與細胞死亡課件

第十五章細胞的衰老與細胞死亡

第一節(jié)細胞衰老一、細胞衰老的概念細胞衰老：是指正常細胞的形態(tài)結(jié)構、化學成分和生理功能和增殖能力逐漸減弱衰退的現(xiàn)象。（一）細胞衰老與機體衰老的關系

細胞衰老與人體衰老既有聯(lián)系又有區(qū)別：1.區(qū)別：細胞衰老與人體衰老是兩個不同的概念。2.聯(lián)系：機體衰老以細胞總體的衰老為基礎，細胞總體的衰老反應了機體的衰老。（二）體內(nèi)各類細胞的壽命不同1.與機體壽命接近的細胞

如神經(jīng)元、脂肪細胞、骨骼細胞和心肌細胞。2.緩慢更新的細胞

如肝臟、腎臟細胞和胃壁細胞。3.快速更新的組織細胞

如上皮細胞、血細胞。二、細胞衰老的表現(xiàn)（一）形態(tài)學的變化（1）細胞核的變化核膜內(nèi)折、核質(zhì)固縮。（2）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體的變化

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)彌散分布，尼克體含量減少；線粒體數(shù)量減少。（3）細胞內(nèi)色素或臘樣物質(zhì)沉積（4）膜系統(tǒng)的變化

膜的流動性降低，脆性增加（二）生化方面的改變（1）DNA：復制與轉(zhuǎn)錄受到抑制，端粒DNA丟失，線粒體

DNA特異性缺失，DNA氧化、斷裂、交聯(lián)等。

（2）RNA：mRNA和rRNA的含量降低。

（3）蛋白質(zhì)：含量下降，胞內(nèi)蛋白發(fā)生糖基化、氨甲?；?、脫氨基等反應。（4）酶分子：活性中心被氧化，金屬離子Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+等丟失，導致酶失活。（5）脂類：不飽和脂肪酸被氧化，引起膜脂之間或與脂蛋白之間交聯(lián)，膜的流動性降低。三、細胞衰老的學說遺傳程序論：衰老是遺傳因素決定的程序化過程，是受特定基因控制的。成人早衰癥12歲的男孩塞斯·庫克9歲的波恩自由基學說：

通過氧化損傷不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)和破壞DNA，而引發(fā)對細胞膜、核膜、蛋白質(zhì)等的氧化性損傷，最終導致衰老。自由基：是一類瞬間形成的含不成對電子的原子或分子基團。自由基的來源：１.體外：空氣污染、高溫、輻射等２.體內(nèi)：代謝產(chǎn)生；線粒體呼吸鏈電子泄漏產(chǎn)生；過氧化物酶體催化底物羥化產(chǎn)生。

端粒鐘學說：端粒長度隨著分裂次數(shù)增加而縮短，當縮短到一定程度的時候細胞就不復制，細胞進入衰老的過程。人類的端粒：TTAGGG/CCCTAA的重復序列第二節(jié)細胞死亡細胞死亡的形式有兩種：

細胞壞死(necrosis)：是細胞受到物理、化學和生物因素等損傷后而引起細胞被動死亡的現(xiàn)象。亦稱病理性死亡?！毎蛲?apoptosis)

：是由基因控制的細胞有序性的主動死亡現(xiàn)象。又稱生理性死亡。細胞壞死與細胞凋亡NecrosisvsApoptosisapoptosis凋亡時細胞的形態(tài)學改變細胞變圓微絨毛消失胞質(zhì)濃縮空泡化凋亡小體初期：核染色質(zhì)高度濃縮凝集在核周邊,邊集細胞體積縮小中期：胞膜內(nèi)陷出芽濃縮核裂解膜自行分割致死前期可逆期致死期不可逆期后期：鄰近的上皮細胞、MΦ、瘤細胞等吞噬凋亡小體一、細胞凋亡的特征（一）形態(tài)學特征1.細胞核的變化

染色質(zhì)凝集、分塊，呈新月狀、花瓣狀位于核膜下。最后核膜斷裂。

2.細胞質(zhì)的變化

細胞質(zhì)明顯濃縮，線粒體（體積增大、嵴增多，出現(xiàn)空泡）和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（腔增殖膨大），細胞骨架變得致密和紊亂。左圖：哺乳類乳腺細胞的凋亡右圖：哺乳類正常的乳腺細胞（二）細胞凋亡的生物化學特征1.DNA片段化

凋亡細胞中核酸內(nèi)切酶活化，特異性地切割核小體，形成180～200bp整數(shù)倍的DNA片段。瓊脂糖凝膠電泳顯示梯狀條帶。200bp400bp600bp800bp

細胞凋亡與壞死的區(qū)別★壞死凋亡1.性質(zhì)病理性生理性或病理性2.誘導因素強烈的刺激（極端環(huán)境）較弱刺激（生理/病理因素）3.生化特點被動過程，無蛋白合成，主動過程，有新蛋白合成，不耗能ATP耗能量ATP4.形態(tài)變化細胞結(jié)構全面溶解、破壞、胞膜及細胞器相對完整細胞腫脹細胞皺縮，核固縮5.DNA電泳隨機降解，電泳呈均一DNA片段化（180-200bp）DNA片狀電泳呈“梯”狀條帶6.炎癥反應溶酶體破裂，局部炎癥反應溶酶體相對完整，無炎癥反應7.凋亡小體無有8.基因調(diào)控無有二、誘導細胞凋亡的因素1.物理因素：如射線、高溫；2.化學性因素：如強酸、強堿；細胞因子（腫瘤壞死因子）、激素（糖皮質(zhì)激素），抗癌藥物等;３.病毒（如HIV、EB病毒）；細菌；毒素；DNA損傷，細胞質(zhì)中鈣離子濃度過高；4.細胞缺血、缺氧等。

1.Caspase家族蛋白是引起細胞凋亡的關鍵酶，即凋亡酶。按功能可分為兩類：執(zhí)行凋亡酶：caspase-3、6、7，只能執(zhí)行凋亡，不能自身激活。

啟動凋亡酶：caspase-2、8、9、10，啟動凋亡，同時即可自我激活也可激活執(zhí)行凋亡酶。caspase的抑制因子：IAPs三、細胞凋亡的分子機制

（一）細胞凋亡的相關基因和蛋白Caspase家族蛋白的特點：①酶活性依賴于半胱氨酸殘基的親核性；②總是在天冬氨酸之后切斷底物；③都是由兩大、兩小亞基組成的異四聚體。大、小亞基由同一基因編碼，由蛋白質(zhì)前體被切割后產(chǎn)生。作用：可降解胞內(nèi)結(jié)構蛋白和功能蛋白，最終導致細胞凋亡。Caspase對底物的切割效應

1.水解核酸酶抑制物釋放CAD2.切割核纖層蛋白、核孔蛋白3.破壞細胞骨架4.阻斷DNA復制和修復Bcl-2家族包括兩類蛋白質(zhì)：

抗凋亡蛋白：如Bcl-2，Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1促凋亡蛋白：如，Bax、Bak、Bad、Bid、Bim

通過調(diào)節(jié)線粒體中的凋亡因子的釋放，調(diào)節(jié)細胞凋亡。2.Bcl-2基因家族3.Apaf-1蛋白（凋亡激活因子-1）

Apaf-1含有3個不同的結(jié)構域：

（1）能召集caspase-9；（2）ced-4同源結(jié)構域，能結(jié)合ATP/dATP；（3）C端結(jié)構域，與細胞色素C結(jié)合。

通過形成凋亡體，

凋亡體可以激活caspase-3。4.Fas

Fas又稱作APO-1/CD95，為跨膜蛋白，分布于胸腺細胞、T淋巴細胞、B淋巴細胞、NK細胞、內(nèi)皮細胞、上皮細胞等。與fas配體結(jié)合后可以激活caspase8，導致靶細胞走向凋亡。5.p53p53基因是一種抑癌基因；生物學功能是在G1期監(jiān)視DNA的完整性；如有損傷，則抑制細胞增殖。直到DNA修復完成；當DNA損傷不能修復時，p53蛋白持續(xù)增高，易位到線粒體，引起線粒體膜的破裂，釋放細胞色素C；細胞凋亡除上所述，還有myc、ATM

等凋亡相關蛋白。6.myc

在許多人類惡性腫瘤細胞中都發(fā)現(xiàn)有c-myc的過度表達，它能促進細胞增殖、抑制分化。c-myc還參于細胞調(diào)亡的控制。在凋亡細胞中c-myc也是高表達。c-myc對增殖和凋亡的調(diào)節(jié)是一樣的。作為轉(zhuǎn)錄凋控因子，一方面激活那些控制細胞增殖的基因，另一方面也激活促進細胞凋亡的基因，給細胞兩種選擇：增殖或凋亡。當生長因子存在，bcl-2基因表達時，促進細胞增殖，反之細胞凋亡。(二)細胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導通路1.膜表面死亡受體通路（細胞外信號）死亡受體通路（Extrinsicorcytoplasmicpathway）■死亡受體TNFR、FasR、DR3、DR4、DR5等是一類通過與相應配體結(jié)合，傳遞細胞凋亡信號的跨胞膜蛋白?！鐾罚╬athway）FSAL

FADDPro-caspase-8Caspase-8Caspase-3Pro-caspase-3細胞凋亡生長因子、信號、Fas抗體FasRFADD（Fas-associateddeathdomain）；DD（deathdomain）；DED（deatheffectordomain）。DEDDEDDD殺傷性T淋巴細胞誘導病原體感染的靶細胞凋亡NADH-CoQ氧化還原酶復合物ⅠCoQH2-細胞色素C還原酶復合物ⅢcytQ細胞色素C氧化酶復合物Ⅳ線粒體呼吸鏈的結(jié)構

線粒體PT孔

2.細胞凋亡的線粒體通路線粒體通路應激反應凋亡信號（如，ROS）線粒體PT孔開啟細胞色素C（凋亡激活因子）Apaf-1Caspase-9釋放凋亡體激活Caspase-3ATP/dATP特異性水解Bid激活Caspase-8含BH3結(jié)構域被運送到線粒體（通透性增高）膜通透性↑、線粒體腫脹、△m↓Apaf-1活化Cyt.c線粒體途徑（Intrinsicormitochondrialpathway）

Ca2+NO缺氧活性氧應激MPT開放Cyt.c+Pro-caspase-9Caspase-9ATPApaf-1+Apaf-1活化Cyt.cCARDApoptosomeAIFcaspase-independentapoptosisPro-Caspase-3凋亡Caspase-3BidCaspase-8caspase活化的其他途徑除線粒體外，Caspase的級聯(lián)激活化和能起始于：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細胞核高爾基體溶酶體凋亡起始分子機制不清四、細胞凋亡的生物學意義1.清除發(fā)育過程中多余的細胞2.清除病理活動過程中潛在的危險細胞3.清除已經(jīng)完成功能的細胞4.清除發(fā)育不正常的細胞如，在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中的神經(jīng)元。5.清除正常生理活動過程中無用的細胞

如免疫系統(tǒng)的T、B淋巴細胞在分化過程中，95%的前T、B淋巴細胞的清除。五、細胞凋亡與人類疾病

表：與細胞凋亡異常相關的疾病

凋亡不足凋亡過度腫瘤肝癌、惡性血液腫瘤、乳腺癌發(fā)育異常氣管-食管瘺、房（室）間隙缺、膀胱癌、肺癌、膠質(zhì)瘤、前損、唇（腭）裂、短肢畸形、列腺癌等尿道下裂以及多囊腎等發(fā)育異常先天性消化道、膽道、肛門狹CNSAlsheimer病、Parkinson病、窄或閉鎖、動脈導管未閉、兩肌萎縮性側(cè)索硬化癥、色素性性畸形、甲狀舌骨囊腫等視網(wǎng)膜病，脊肌肉萎縮、早老免疫系統(tǒng)系統(tǒng)性紅斑狼瘡、糖尿病、類