細胞衰老和死亡2015

1、張樹冰 細胞衰老與細胞死亡第十六章外表 Thinning skin or wrinkle; Hair loss; 生理 Increased body fat Reduced Muscle mass and strength, Stiff joints or muscle stiffness, Elevated cholesterol, reduced bone density心理 Easy to be fatigue Depression, Emotional instable.衰老(senescing，aging)是機體在退化時期生理功能下降和紊亂的綜合表現(xiàn),是不可逆的生命過程。機體的衰老與

2、細胞的衰老是兩個概念，但機體的衰老是以總體細胞的衰老為基礎(chǔ)的。機體的死亡 VS 細胞的死亡？第一節(jié) 細胞衰老細胞衰老(cellular aging，cell senescence)細胞在正常條件下發(fā)生的生理功能衰退、增殖能力減弱、形態(tài)發(fā)生改變并趨向死亡的現(xiàn)象 。 一、 細胞衰老的概念細胞衰老是機體的衰老和老年病發(fā)病的基礎(chǔ)。（一）細胞根據(jù)細胞壽命情況分為三類細胞壽命接近于動物的整體壽命，如神經(jīng)元、脂肪細胞、肌細胞等。緩慢更新的細胞，其壽命比機體的壽命短，如肝細胞、胃壁細胞等?？焖俑虑覊勖^短的細胞，如皮膚的表皮細胞、紅細胞和白細胞等。胚胎的成纖維細胞 50次成年組織的成纖維細胞 1530代（二

3、）細胞體外培養(yǎng)有壽命限制？ 1.與細胞來源個體的年齡成反比細胞可傳代數(shù) 年齡 40-60 新生兒20-40 15歲以上 10-30 早老癥患者2-10 胚胎早老癥兒童與正常兒童的比較Hutchinson-Gilford syndrome 嬰幼兒早衰癥：1歲時衰老，壽命1218歲，絕大多數(shù)Hutchinson-Gilford 早老癥的致病原因是由體內(nèi)核纖層蛋白A（lamin A）基因突變所致。lamin A的基因突變影響DNA損傷修復，基因組不穩(wěn)定，從而使lamin A蛋白缺陷的細胞終止分裂，衰老過程加速并過早死亡。2.體外傳代數(shù)與物種的壽命相關(guān)3.同一機體不同類型細胞的壽命Hayflick l

4、imitation細胞，至少是培養(yǎng)的細胞，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，而是有一定的界限。體外培養(yǎng)的年輕和老人成纖維細胞的顯微形態(tài)二、細胞衰老的表現(xiàn)老年斑 細胞衰老時出現(xiàn)的一種棕黃色的小體，主要成分是不溶性的蛋白顆粒，在電鏡下可見是由單位膜包裹的。在衰老的神經(jīng)細胞和肌肉細胞中較多。脂褐質(zhì)(lipofuscin)線粒體數(shù)量減少體積增大JC-1染色線粒體膜電位檢測生物大分子和代謝的改變DNARNA蛋白質(zhì)酶衰老細胞所有種類蛋白質(zhì)合成量下降？衰老組織和細胞中纖連蛋白過量表達20代55代半乳糖苷酶（SA -gal）表達增加1.遺傳決定學說2.自由基學說3. 端粒鐘學說 4.代

5、謝廢物積累5.基因轉(zhuǎn)錄或翻譯差錯6.其他如神經(jīng)免疫網(wǎng)絡(luò)論、鈣調(diào)蛋白學說、微量元素學說三、細胞衰老的學說與機制Werners syndrome 成人早衰癥：39歲出現(xiàn)衰老，47歲生命結(jié)束1.遺傳決定學說遺傳決定學說衰老是遺傳上的程序化過程，其推動力和決定因素是遺傳的基因組；控制生長發(fā)育和衰老的基因都在特定時期有序地開啟和關(guān)閉。1.遺傳決定學說 p16衰老基因C. elegans平均壽命3.5天，age-1單基因突變，可提高平均壽命65%，提高最大壽命110%。長壽基因（抗衰老基因） 自由基是指在外層軌道上具有不成對電子的原子或原子團，如“H”、“CH3” 等。2.自由基學說FeSN-1, N-3

6、, N-4H+FeSN-2FMNcyt cIIICuBaa3 Q0Qib bFeSC1SDHcyt cCoQ氧自由基與呼吸鏈NADHSuccinateComplex IComplex IIComplex IIIComplex IVO2O2-H2O2SOD2.OH-Fe2+IMSSOD1H2O2O2O2-MATRIX抗氧化物酶活性抗氧化劑anti-oxidant moleculerepaired membraneDamaged DNA3.端粒與端粒酶學說在染色體末端形成保護性的帽狀結(jié)構(gòu)，使染色體免受核酸酶和其他不穩(wěn)定因素的破壞和影響，維持染色體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定Telomere Length (human

7、s)Number of Doublings2010Cellular (Replicative) SenescenceNormal Somatic Cells(Telomerase Negative)Telomeres shorten from 10-15 kb(germ line) to 3-5 kb after 50-60 doublings(average lengths of TRFs)Cellular senescence is triggered whencells acquire one or a few critically short telomeres. 端粒酶是一種由蛋白質(zhì)

8、和RNA組成的核糖核蛋白酶，具有延長端粒末端重復序列的功能，如果端粒酶活性喪失，端粒將逐漸縮短，從而導致細胞衰老。端粒酶端粒酶與端粒的關(guān)系端粒酶與端粒的關(guān)系 一般認為，細胞衰老與老年性疾病如神經(jīng)退行性疾病、動脈粥樣硬化性心血管疾病、糖尿病及腫瘤等密切相關(guān)四、細胞衰老與疾病 第二節(jié) 細胞死亡細胞死亡是指細胞生命現(xiàn)象的終結(jié)：細胞壞死（necrosis）：在外來致病因子作用下，細胞生命活動被強行終止所致的病理性、被動性的死亡過程。細胞凋亡（apoptosis）：在特定信號誘導下，細胞內(nèi)的死亡級聯(lián)反應被觸發(fā)所致的生理或病理性、主動性的死亡過程。程序性死亡（Programmed cell death,

9、PCD）細胞在特定時間范圍內(nèi)，按照基因程序控制下的細胞死亡過程，具有嚴格的基因時控性和細胞選擇性。一、細胞凋亡的概念與特征1.清除衰老，病理細胞（一）細胞凋亡的生物學意義程序性細胞死亡在小鼠腳趾形成中的作用程序性細胞死亡在小鼠腳趾形成中的作用2.胚胎發(fā)育與個體成熟T- cell selection for appropriate TCR免疫系統(tǒng)（二）細胞凋亡的形態(tài)學特征1. 細胞核染色質(zhì)凝集A、Normal cell B、Apoptosis: Apoptotic bodies 正常(a)和調(diào)亡(b)的T細胞雜交瘤細胞的掃瞄電鏡照片 胞質(zhì)濃縮；線粒體增大，嵴增多，出現(xiàn)空泡化；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔膨大；細胞骨

10、架結(jié)構(gòu)變得致密和紊亂。2.細胞質(zhì)的變化3.細胞膜 磷脂酰絲氨酸(PS)外翻4.凋亡小體 (apoptotic body)細胞凋亡時，細胞膜內(nèi)陷將細胞自行分割成多個外有膜包裹、內(nèi)容物不外泄的小體。細胞色素c誘導的凋亡細胞DNA電泳圖1細胞色素c誘導0 h2細胞色素c誘導1 h3細胞色素c誘導2 h4細胞色素c誘導3 h5細胞色素c誘導4 h6陰性對照7Marker DNA片段化(三)凋亡細胞的生化改變2. Caspase(半胱氨酰天冬氨酸蛋白酶)活性被激活本質(zhì): 蛋白酶切割位點: Asparatic acid活性位點: CysteineCysteine Asparatic acid specif

11、ic proteaseAsp-Glu-Val-AspCaspase-1 和 Caspase-3晶體結(jié)構(gòu)CAD Caspase activated DnaseICAD inhibitor of CADCAD Ca2+ / Mg2+ dependent，inhibited by Zn2+caspasesCaspase-33. 線粒體在細胞凋亡中的作用4. 胞漿Ca2+、pH的變化細胞凋亡細胞壞死誘導因素生理因素及弱刺激強烈刺激（四） 細胞凋亡與細胞壞死的區(qū)別總結(jié)細胞內(nèi)容物細胞凋亡細胞壞死無釋放釋放細胞凋亡細胞壞死細胞數(shù)量單個細胞丟失成群細胞死亡細胞凋亡細胞壞死完整不完整膜完整性細胞凋亡細胞壞死無明

12、顯變化腫脹破壞細胞器細胞凋亡細胞壞死染色質(zhì)凝聚成半月狀稀疏呈網(wǎng)狀細胞凋亡細胞壞死細胞形狀形成凋亡小體破裂成碎片細胞凋亡細胞壞死核DNA有控降解隨機降解細胞凋亡細胞壞死基因調(diào)控有 無 細胞凋亡細胞壞死后果 不引起炎癥反應 引起強烈的 炎癥反應細胞凋亡細胞壞死意義生理死亡方式病理死亡方式細胞凋亡與細胞壞死比較2002年10月7日英國人悉尼布雷諾爾、美國人羅伯特霍維茨和英國人約翰蘇爾斯頓，獲諾貝爾諾貝爾生理與醫(yī)學獎。H. Robert HorvitzJohn E. Sulston Sydney Brenner雌雄同體的秀麗新小桿線蟲雌雄同體的秀麗新小桿線蟲生命周期短，細胞數(shù)量少。其神經(jīng)系統(tǒng)由生命周期

13、短，細胞數(shù)量少。其神經(jīng)系統(tǒng)由302個細胞組成。來源于個細胞組成。來源于407個前體細胞個前體細胞 決定細胞是否進入死亡程序的基因：決定細胞是否進入死亡程序的基因： Ces1、ces2、egl11.1.線蟲的線蟲的cedced基因基因抑制Caspases(半胱氨酸天半胱氨酸天酶酶cysteine-containing aspartatecysteine-containing aspartatespecific specific proteaseprotease)Bcl-2家族家族 2.2.哺乳類細胞凋亡的基因調(diào)控哺乳類細胞凋亡的基因調(diào)控與與線蟲線蟲ced-3同源同源與與線蟲線蟲ced-9同源同源三、細胞凋亡與醫(yī)學(一).細胞凋亡不足1.腫瘤Invention of PAC-1PAC-1是一種有效的是一種有效的procaspase-3（酶原（酶原-3）激活劑）激活劑（二）細胞凋亡過度2.紅斑狼瘡失巢凋亡Anoikis又一種形式的細胞程序死亡，是在脫離原來生存環(huán)境的特殊情況下發(fā)生的細胞凋亡，是因細胞