醫(yī)學細胞生物學第十二章-細胞的衰老和死亡課件

1、第十二章 細胞衰老和死亡Cellular aging and death 2022/10/141Medical cell biology yyswx細胞的基本生命活動之一。大多數(shù)細胞都要經(jīng)歷增殖、分化、衰老直至死亡的過程。細胞衰老：細胞對環(huán)境變化的適應能力減弱和維持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定能力降低,同時發(fā)生的形態(tài)結(jié)構的改變。第一節(jié) 細胞的衰老aging or senescence一、細胞的壽命與增殖能力和分化程度密切相關機體細胞分4類（細胞的壽命的角度）（一）恒久組織細胞在機體出生后便永久失去了分裂能力, 但高度分化的專業(yè)工作細胞。衰老變化的特點是細胞的數(shù)量減少和細胞內(nèi)結(jié)構發(fā)生變化。主要包括：心肌、骨

2、骼肌、骨、腎上腺髓質(zhì)、腎髓質(zhì)和神經(jīng)細胞等。光鏡照片顯示人類心肌細胞（左）、骨骼肌細胞（中）和骨細胞（右）（from C.Starr,1998)細胞壽命較長，可觀察到衰老變化的現(xiàn)象，是研究細胞衰老的良好對象。（二）穩(wěn)定組織細胞在機體出生后便停止分裂、但終生保留分裂能力、具有較高分化程度的專業(yè)工作細胞。主要包括皮膚結(jié)締組織、呼吸道上皮、腎上腺皮質(zhì)、腎皮質(zhì)、唾腺細胞、胰腺及胰島、胃壁和肝細胞。這類細胞在正常情況下沒有明顯的衰老死亡，但最終也將發(fā)生衰老和死亡。（三）更新組織細胞有一定壽命的專業(yè)工作細胞。主要包括皮膚的表皮、角膜、毛囊、口腔黏膜上皮、胃腸道上皮、精原細胞和造血細胞。不同組織的更新速度不同

3、,如小腸絨毛上皮的生命周期為25天,表皮細胞約12月。這類細胞壽命短，因而不發(fā)生衰老變化。光鏡照片顯示人類皮膚（from C.Starr,1998)（五）體外培養(yǎng)細胞的壽命1、Hayflik界限體外培養(yǎng)的細胞也有一定的壽命。1961年，Hayflick和Moorhead實驗，培養(yǎng)的人二倍體細胞表現(xiàn)出明顯的衰老、退化和死亡的過程。 將細胞數(shù)以1：2的比率連續(xù)進行傳代，則平均只能傳代40-60次，此后細胞就逐漸解體并死亡。 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 “Hayflick界限”。生命越長壽，細胞傳代的次數(shù)越多 不同種屬的平均壽命及

4、其成纖維細胞的分裂代數(shù)種類平均壽命（年）培養(yǎng)細胞分裂代數(shù)海龜17590125 人1104060雞301535小鼠3.51428體外培養(yǎng)細胞的增殖傳代的能力也可反映出該種屬細胞在體內(nèi)的衰老狀況。 供者年齡群體分裂代數(shù)人胚胎4060出生后至15歲204015歲以上1030早老癥患者210不同年齡人成纖維細胞分裂代數(shù)的比較Wright和Hayflik實驗 年輕的細胞質(zhì)體與年老的完整細胞融合時，得到的雜種細胞不能分裂；而年老的細胞質(zhì)體與年輕的完整細胞融合時，雜種細胞的分裂能力與年輕細胞幾乎相同。結(jié)果說明:是細胞核而不是細胞質(zhì)決定了細胞衰老的表現(xiàn)。 二、細胞衰老的特征 1細胞內(nèi)水分減少，致使細胞脫水收縮

5、，體積變小。2細胞色素顆粒沉積增多 ，如脂褐素也稱老年色素，在光鏡下呈黃褐色的圓形或橢圓形顆粒。脂褐素在胞漿中沉積隨老年化過程而增加，如肝細胞、肌細胞和神經(jīng)細胞中的積聚更為明顯。細胞衰老的特征3細胞器的衰老變化：（1）細胞膜的流動性降低：衰老的細胞膜發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應，流動性明顯減弱，因而細胞的興奮性降低。（2）線粒體的數(shù)量隨著年齡的增大而減少，而其體積則隨著年齡的增大而增大。（3）高爾基復合體的分泌功能與囊泡運輸功能下降；溶酶體酶活性降低；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)數(shù)量減少。（4）細胞核的變化：染色質(zhì)固化，核膜內(nèi)折。細胞衰老的特征4化學組成與生化反應的改變 (1)蛋白質(zhì)合成的速度下降；(2)細胞內(nèi)酶的活性與含量

6、改變：老年神經(jīng)細胞內(nèi)單氨氧化酶升高、SOD 下降，硫胺素焦磷酸酶的活性減弱。三、細胞衰老的機制關于細胞衰老的機制，曾先后提出過多種學說，但至今尚無統(tǒng)一的認識。人們已經(jīng)認識到，細胞衰老是由體內(nèi)多種因素引起的，人類的衰老還受到社會和環(huán)境等因素的影響,使得衰老機制更加復雜。細胞衰老的機制1自由基理論 自由基是在外層軌道上具有不成對電子的分子或原子基團，與其他物質(zhì)反應奪取電子，引起一些極重要的生物分子失活，導致對細胞的結(jié)構和功能產(chǎn)生有害的生物學效應。 機體清除自由基的能力隨齡的增加而下降，導致衰老。 遺傳基因的變異對衰老的發(fā)生影響極大，例如人類常染色體隱性遺傳病早老癥8歲的早老癥患者端粒與衰老近年來，

7、提出端粒 DNA序列的縮短可能是細胞衰老的重要原因，人體細胞端粒長度隨年齡增加而縮短。發(fā)現(xiàn)端粒長度、端粒酶活性與衰老有著密切的關系，提出細胞衰老的“端粒鐘”或“有絲分裂鐘”學說第二節(jié) 細胞凋亡死亡是生命的普遍現(xiàn)象，但細胞死亡并非與機體死亡同步。正常的組織中，經(jīng)常發(fā)生“正?！钡募毎劳觯蔷S持組織機能和形態(tài)所必需的。細胞死亡的標志 判斷細胞是否死亡，常用細胞活體染色方法進行鑒別，由于細胞死亡時，細胞膜通透性發(fā)生改變，喪失原有功能及增殖能力，可被臺盼藍染成藍色。一、細胞死亡的方式細胞壞死 necrosis細胞凋亡 cell apoptosis 也稱細胞程序性死亡 （programmed cell

8、 death）（一）細胞壞死（necrosis）：是由于某些外界因素，如局部缺血、物理、化學和生物因子的作用而產(chǎn)生的急性損傷所致，故稱為病理性死亡。 被動 （一）細胞壞死 necrosis特征 細胞壞死誘導因素 強烈刺激受累范圍 成群細胞死亡膜完整性 早期即喪失細胞體積 增大腫脹染色質(zhì) 稀疏成網(wǎng)狀細胞器 腫張破壞溶酶體 破壞外溢細胞形狀 破裂成碎片基因組DNA 隨機降解大分子合成 不需要基因調(diào)控 無后果 引起炎癥反應意義 病理死亡方式細胞壞死 necrosis細胞凋亡是一個主動的由基因決定的自動結(jié)束生命的過程 。 主動程序性細胞死亡（programmed cell death，PCD） 是多細

9、胞生物為調(diào)控機體發(fā)育、維護內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細胞主動死亡過程 （二）細胞凋亡（ cell apoptosis ）1、研究歷史1.凋亡概念的形成和形態(tài)學的研究(1972） 1972年Kerr等在英國癌癥雜志發(fā)表論文，首次提出細胞凋亡(apotosis)的概念。宣告了對細胞凋亡的真正探索的開始。2DNA的降解和內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶的參與。(1987）3. 蛋白質(zhì)水解酶活化的研究(1995)4.細胞膜的變化(1997)5.線粒體的變化和分子生物學的研究(1998-)1) 相關基因及調(diào)控2）信號轉(zhuǎn)導3）各種分子及其相互作用及相互關系4）疾病機制的闡明，以及新療法的探索及問世。2002年10月7日英國

10、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，因在器官發(fā)育的遺傳調(diào)控和細胞程序性死亡方面的研究獲諾貝爾諾貝爾生理與醫(yī)學獎。 2002年諾貝爾生理與醫(yī)學獎獲得者（圖片來自http:/www.nobel.se/） 2、細胞凋亡過程2022/10/1437Medical cell biology yyswx2、細胞凋亡的過程細胞連接消失，微絨毛消失；細胞質(zhì)密度增加，核質(zhì)濃縮成一個或幾個大的團塊，細胞核進而裂解為碎塊，形成凋亡小體，凋亡小體很快被單核巨噬細胞吞噬。凋亡的起始細胞質(zhì)密度增加凋亡小體的形成凋亡小體逐漸被吞噬細胞吞噬3、凋亡的特征特征 細胞凋亡 誘導因素 生理及弱刺激 受累范圍 單

11、個細胞丟失 膜完整性 保持到晚期 細胞體積 減少、固縮 染色質(zhì) 凝聚成半月形 細胞器 無明顯變化 溶酶體 保持完整 細胞形狀 形成凋亡小體 基因組DNA 有控降解 大分子合成 一般需要 基因調(diào)控 有 后果 不引起炎癥反應 意義 生理死亡方式 apoptosis壞死細胞凋亡細胞4、細胞凋亡與細胞壞死的區(qū)別特征細胞凋亡細胞壞死誘導因素生理及弱刺激強烈刺激細胞數(shù)量單個細胞丟失成群細胞死亡膜完整性保持到晚期早期即喪失染色質(zhì)凝聚呈半月狀稀疏呈網(wǎng)狀細胞核早期固縮斷裂晚期破裂細胞器無明顯變化腫脹、破裂細胞內(nèi)容物無釋放釋放細胞形狀形成凋亡小體破裂成碎片基因組DNA有控降解隨機降解大分子合成一般需要不需要基因調(diào)

12、控有無后果不引起炎癥反應引起炎癥反應意義生理死亡方式病理死亡方式 細胞壞死與凋亡的形態(tài)區(qū)別 二、細胞凋亡形態(tài)學改變及生化特征細胞調(diào)亡有許多特定的形態(tài)學和生化特征 主要： （1）調(diào)亡小體（apoptotic body）（2） DNA片段化（fragmentation） （1）凋亡小體電鏡觀察凋亡細胞體積變小，細胞質(zhì)濃縮。凋亡期的細胞核內(nèi)染色質(zhì)高度盤繞，出現(xiàn)許多稱為氣穴現(xiàn)象的空泡結(jié)構。細胞凋亡的晚期，細胞核裂解為碎塊，產(chǎn)生凋亡小體。 Nuclear morphological changes of HeLa cells in apoptosis process（488nm 400）圖15-8 左，

13、正常胸腺細胞；右，凋亡胸腺細胞（注意凋亡小體） （2）DNA片段化（fragmentation）由核酸內(nèi)切酶將核小體間的連接DNA降解 形成長度為180200bp整倍數(shù)的寡聚核苷酸片段 在瓊脂糖凝膠電泳中呈特征性的“梯狀”條帶（ladder）1細胞色素c誘導0 h 2細胞色素c誘導1 h 3細胞色素c誘導2 h 4細胞色素c誘導3 h 5細胞色素c誘導4 h 6陰性對照 7Marker 細胞色素c誘導的凋亡細胞DNA電泳圖三、細胞凋亡的生物學意義和作用 1、在發(fā)育中，幼體器官的縮小和退化 如蝌蚪尾巴的消失 神經(jīng)細胞數(shù)量的調(diào)節(jié)（約50凋亡，使神經(jīng)細胞數(shù)量與需要神經(jīng)支配的靶細胞數(shù)量相適應） 官腔結(jié)構形成，指（趾）、視網(wǎng)膜的發(fā)育等 2、成熟個體中，組織細胞的自然更新 如骨髓和腸中，每小時約有10億個細胞凋亡3.清除多余的、發(fā)育不正常的細胞（如大腦中沒有正確連接的神經(jīng)元） 4.清除對機體有害的細胞（如對自身抗原起反應的胸腺T細胞） 5.清除受損的、有癌前病變或受病毒等感染的細胞 四、細胞凋亡的調(diào)控基因 （一）ced基因家族 線蟲（caenorhabditis elegans，CE） 稱細胞死亡變異基因（cell death abnormal，ced）