細胞衰老與凋亡課件

1、機體衰老 機體的衰老表現(xiàn)為有一定的壽命。 因為 “生-老-死”是生命活動的必然規(guī)律。第十五章 細胞的衰老與死亡第一節(jié) 細胞的衰老機體衰老細胞衰老 細胞衰老是機體衰老的基礎； 機體衰老是細胞衰老的結(jié)果。一、細胞衰老的概念和特征細胞衰老也表現(xiàn)為有一定的壽命機體內(nèi)總有細胞在不斷地衰老與死亡，同時又有細胞增殖產(chǎn)生新生細胞進行補償，不同類型細胞壽命不同，如：神經(jīng)元、胃酶原細胞、脂肪細胞、骨細胞等為緩慢更新細胞（與機體幾乎等壽）。肝細胞等壽命長于天，為短于機體壽命的細胞。皮膚表皮細胞、角膜上皮細胞、血細胞等為快速更新的細胞，壽命短于天。體外培養(yǎng)細胞的傳代數(shù)與來源物種的壽命呈正比關系如：體外培養(yǎng)不同物種的胚

2、胎成纖維細胞：小鼠細胞可傳12代，而其個體壽命約3年；小雞細胞可傳25代，其個體壽命近30年；龜細胞可傳140代，其個體壽命約200年。體外培養(yǎng)細胞的傳代數(shù)與其來源個體的年齡成反比關系如：體外培養(yǎng)人胚胎的成纖維細胞可傳40-60代；出生至15歲以下的成纖維細胞可傳20-40代；15歲以上者的成纖維細胞可傳10-30代。衰老細胞與“青年期”細胞的比較生長旺盛細胞富有微絨毛衰老細胞缺乏微絨毛，體積縮小，呈園球形。（一）細胞衰老的概念 細胞衰老： 指細胞維持其內(nèi)環(huán)境恒定的能力及對內(nèi)外環(huán)境變化適應能力降低的總現(xiàn)象。即，細胞的結(jié)構(gòu)老化，功能衰退。（二）細胞衰老的特征形態(tài)特征1、細胞內(nèi)原生質(zhì)水分減少2、老

3、年色素等“垃圾”的積累3、細胞核固縮4、細胞尼氏小體含量下降 生化反應改變1.氨基酸、蛋白質(zhì)合成速率下降2.不溶性蛋白質(zhì)增多3.衰老細胞內(nèi)酶的活性下降。4.細胞增殖周期延長二、細胞衰老的機理 與細胞衰老有關的因素多而且復雜，關于細胞衰老的學說也很多，現(xiàn)已提出300多個，它們之間有的部分相互補充，有的部分相互重疊。大致可歸納為以下個方面：（1）衰老因子的積累引起細胞衰老（2）細胞遺傳程序的表達引起衰老（一）衰老因子積累說衰老因子：細胞代謝過程中積累的一些 代謝廢物（如脂褐質(zhì)、殘余體） 代謝差錯（如DNA突變、蛋白質(zhì)交聯(lián)） 有害的中間代謝產(chǎn)物（自由基）等。 隨著細胞年齡的增長，在細胞內(nèi)常發(fā)生核酸、

4、蛋白質(zhì)、酶等大分子合成差錯、有害中間產(chǎn)物及代謝廢物等衰老因子的不斷積累，當這些衰老因子少的時候可以修復，當衰老因子積累過多或修復系統(tǒng)出現(xiàn)差錯不能有效修復的時候，就會造成細胞內(nèi)的代謝障礙，引起細胞衰老?！八ダ弦蜃臃e累說”內(nèi)容：脂褐質(zhì)、老年色素、類蠟體、殘余體等的積累占據(jù)細胞內(nèi)有限的空間，阻礙細胞生命活動的進行，使細胞工作效率下降，引起衰老。代謝廢物的影響： 在環(huán)境因素的作用下，DNA突變是經(jīng)常發(fā)生的，一般情況下可被修復，但修復系統(tǒng)也可能受致修復功能下降，導致功能蛋白不能合成或合成廢品蛋白，使細胞功能受阻而走向衰老。代謝差錯的影響：、自由基及其產(chǎn)生 自由基是細胞進行生物氧化過程中或受電離輻射時產(chǎn)生

5、的一些高反應活性的化合物，它們是外層軌道上具有不成對電子的分子或原子基團的總稱。如 .O2-、.H、.OH、L.、LOO.,它們的化學性質(zhì)活躍，在細胞中經(jīng)常產(chǎn)生，廣泛存在。自由基的影響 自由基生物膜中的不飽和脂肪酸 過氧化脂質(zhì) (膜通透性、流動性） 、自由基的危害 自由基 斷裂、交聯(lián)、堿基羥基化，堿基切除等，使損傷。 自由基蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)交聯(lián)、變性 即巰基（） 二硫鍵（）過氧化脂質(zhì)+蛋白質(zhì) 脂褐素機體對細胞中產(chǎn)生的自由基有一定的清除機制：保護性的酶：主要有超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶(CAT)等。 2H+O2-.+ O2-. O2+H2O2(催化) H2O2 + H2O2 2H2O+

6、O2 (過氧化氫酶催化)抗氧化物分子,如維生素和維生素，都是終止自由基反應的有效物質(zhì)。細胞內(nèi)部自身隔離化，如許多氧化物的代謝主要在線粒體內(nèi)進行。、自由基的清除 隨著細胞生命活動時間的延長，自由基過量產(chǎn)生以及清除能力的下降，導致自由基破壞細胞中多種物質(zhì)，引起衰老。（二）細胞遺傳程序?qū)W說1.細胞內(nèi)衰老鐘的程序表達、內(nèi)容:生物體內(nèi)有衰老相關基因，這些基因?qū)⒃诩毎畹揭欢ǔ潭葧r開啟并表達，而導致衰老。 即衰老本身是一個遺傳過程，在正常情況下控制生長發(fā)育的基因在各個發(fā)育時期有序地開啟和關閉，如同計算機的程序，故名。 有些在生命后期才開啟的基因控制著機體的衰老過程，稱為“衰老相關基因”。、細胞衰老鐘(c

7、ellular aging clock)學說：如圖示：(促進細胞分裂)抑制蛋白抑制DNA復制的蛋白質(zhì)增殖基因衰老相關基因抑制衰老基因圖1分裂終止抑制細胞衰老增殖基因衰老相關基因抑制衰老基因抑制DNA復制的蛋白質(zhì)抑制蛋白圖2 支持的根據(jù)：衰老細胞中DNA含量減少，可能是由于阻碣基因丟失。體外培養(yǎng)細胞都有一定的壽命（無論如何優(yōu)化條件）。年青細胞與年老細胞融合，前者DNA合成受抑制，說明老年細胞中產(chǎn)生有DNA合成的抑制劑。青春期總是在一定年齡到來，這時有一些基因表達，形成第二性征，好象基因程序運行到這時才表達。2、衰老基因?qū)W說子女的壽命與雙親的壽命有關；各種動物都有相當恒定的平均壽命和最高壽命；成人

8、早衰癥：平均39歲時出現(xiàn)衰老，47歲生命結(jié)束；嬰幼兒早衰癥：1歲時出現(xiàn)明顯的衰老，1218歲生命結(jié)束，早衰癥患者體內(nèi)解旋酶發(fā)生突變 。左-健康9歲兒童，右-患早老癥8歲兒童 3.細胞衰老的端粒假說 人類染色體端粒是由2501500個進化上高度保守的TTAGGG重復順序組成，是由端粒酶催化合成的。Harley等發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)成纖維細胞端粒每年約縮短1418bp，而外周血淋巴細胞則每年縮短33bp。正常人二倍體成纖維細胞在體外培養(yǎng)時隨代數(shù)的增加，細胞中的端粒以一定速率縮短，DNA每復制一次，端粒就縮短一段。人體血細胞與皮膚細胞端粒長度也隨增齡而相應縮短。因此，端粒記錄著細胞的年齡并預示它死亡的時限。

9、不符合甚至反對遺傳程序論的例子 蜂王可活6年之長，而工蜂只能活36個月。它們的基因組是相同的。壽命不同是因為在幼蟲期是否喂食蜂王漿，蜂王漿可使蜜蜂的壽限提高大約20倍。第二節(jié) 細胞的死亡 1、壞死性死亡(necrosis) ：由于某些外界因素（如局部缺血、高熱及物理化學損傷和微生物的侵襲等造成細胞急速死亡。 2、自然凋亡(apoptosis）：又稱程序化細胞死亡（programmed cell death，），指活組織中，單個細胞由于外來因素促使內(nèi)在編程基因表達，通過主動的生理生化過程，而自殺死亡的現(xiàn)象。一、細胞死亡的類型、細胞膜通透性增加，細胞外形變得不規(guī)則。、細胞核及線粒體腫脹，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴張

10、，溶酶體破裂，最終細胞膜破壞，胞漿外溢，細胞解體，引起炎癥反應。 壞死是病理性死亡。壞死的特征：凋亡細胞的形態(tài)變化胸腺細胞正常凋亡胸腺細胞正常凋亡2.細胞凋亡的過程細胞凋亡的生化特征細胞凋亡的主要特征是形成大小為 180200bp特征性的DNA ladders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 凋亡的特征：、細胞首先變圓，與鄰近細胞脫離。、染色質(zhì)固縮，常聚集于核膜呈境界分明顆粒，塊狀、或新月形小體，胞漿濃縮。、在核小體連接區(qū)被激活的核酸內(nèi)切酶降解為180-20

11、0bp或其倍數(shù)的片段。、細胞膜突出形成質(zhì)膜小泡（即細胞“出泡”現(xiàn)象）脫落后形成凋亡小體或細胞固縮形成凋亡小體，其內(nèi)可保留完整的細胞器和致密的染色質(zhì)。、凋亡小體被周圍細胞吞噬，無細胞內(nèi)容物外泄，故無炎癥反應。二、壞死與凋亡的區(qū)別 凋亡 壞死 胞體 變小 變大胞膜 皺縮 腫脹胞核 濃縮, 溶解, 染色質(zhì)固縮形成 染色質(zhì)裂解 塊狀小體, 為顆粒狀, 位于膜下 散在分布胞質(zhì) 濃縮 腫脹結(jié)果 形成凋亡小體 細胞崩解 無炎癥反應 引起炎癥反應 只影響散在單個細胞 涉及周邊大量細胞 組織結(jié)構(gòu)不被破壞 組織結(jié)構(gòu)被破壞 形 態(tài) 上 凋亡 壞死生 DNA 由內(nèi)切酶切為 不規(guī)則斷裂 180bp或其倍數(shù)的片段 片段大

12、小不一化 電泳結(jié)果 “梯狀”條帶 “彌散”條帶 酶 核酸內(nèi)切酶等的激活 無酶的激活上 大分子 RNA和 蛋白質(zhì)的合成 無 合成三、細胞凋亡的基因調(diào)控生存基因 促進細胞增殖的基因(c-myc、c-abl、ras ) 促進細胞存活的基因(bcl-2、EIB、c-kit )死亡基因 細胞增殖的抑制基因(p53、RB、WT-1) 促進細胞死亡的基因(Bax、ICE、TRPM/SGP-2)細胞凋亡的意義： 、細胞調(diào)亡是維持個體正常生理過程所必需的。如在生理條件下，許多退化過程都與之相關，象斷奶后乳房恢復靜息狀態(tài)，許多昆蟲 ，兩棲類動物發(fā)育過程中的變態(tài)現(xiàn)象等。 、已衰老或病變的細胞發(fā)生凋亡而被清除，這對于維持體內(nèi)細胞的新陳代謝有重要意義。線蟲Caenorhabditis elegans是研究個體發(fā)育和細胞程序性死亡的理想材料（生命周期短，細胞數(shù)量少）。線蟲神經(jīng)系統(tǒng)由302個細胞組成。這些細胞來自于407個前體細胞。也就是說105個細胞發(fā)生了程序性死亡。肌萎縮性