程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老課件

第十三章程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老第一節(jié)程序性細(xì)胞死亡死亡是生命的普遍現(xiàn)象，但細(xì)胞死亡并非與機(jī)體死亡同步。正常的組織中也發(fā)生細(xì)胞死亡，它是維持組織機(jī)能和形態(tài)所必需的。壞死細(xì)胞的形態(tài)變化（二）細(xì)胞凋亡cellapoptosisKerr（1972）最先提出，與細(xì)胞壞死的區(qū)別是：①細(xì)胞通過出芽的方式形成許多凋亡小體；②凋亡小體內(nèi)有結(jié)構(gòu)完整的細(xì)胞器；③不引起炎癥；④線粒體無變化，溶酶體活性不增加；⑤內(nèi)切酶活化，DNA有控降解，凝膠電泳圖譜呈梯狀；⑥凋亡通常是生理性變化，而細(xì)胞壞死是病理性變化。胸腺細(xì)胞正常凋亡程序性細(xì)胞死亡（programmedcelldeath，PCD）是一種基因指導(dǎo)的細(xì)胞自我消亡方式。PCD和細(xì)胞凋亡的區(qū)別在以下方面：PCD是功能性概念，凋亡是形態(tài)學(xué)概念。PCD的最終結(jié)果是細(xì)胞凋亡，但細(xì)胞凋亡并非都是程序化的。PCD存在于胚胎發(fā)育過程中。程序性細(xì)胞死亡小結(jié)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(xì)胞崩解無炎癥反應(yīng)引起炎癥反應(yīng)只影響散在單個細(xì)胞涉及周邊大量細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)不被破壞組織結(jié)構(gòu)被破壞

形態(tài)上C.elegans是研究PCD的理想材料（生命周期短，細(xì)胞數(shù)量少）。C.elegans雄蟲有1031個體細(xì)胞、約1000個生殖細(xì)胞。神經(jīng)系統(tǒng)由302個細(xì)胞組成，來自于407個前體細(xì)胞，105個細(xì)胞發(fā)生了PCD?？刂凭€蟲PCD的基因有：ced-3、ced-4和ced-9。ced-3和ced-4誘發(fā)凋亡；ced-9抑制ced-3、ced-4的作用。2002年10月7日英國人Sydney、美國人Horvitz和英國人Sulston，因在PCD方面的研究獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎。H.RobertHorvitzJohnE.SulstonSydneyBrennerSculptingthedigitsinthedevelopingmousepawbyapoptosis（Wood2000）病理學(xué)意義病原體侵染；誘導(dǎo)凋亡——HIV抑制凋亡——Poxvirus細(xì)胞凋亡不足腫瘤，自身免疫疾病；細(xì)胞凋亡過度神經(jīng)退行性疾?。ˋD，帕金森癥）、心肌梗塞、再生障礙性貧血、骨組織壞死。3、細(xì)胞凋亡的檢測方法形態(tài)學(xué)觀測：染色法、透射和掃描電鏡觀察DNA電泳：DNA片段就呈現(xiàn)出梯狀條帶（DNAladders）TUNEL測定法，即DNA斷裂的原位末端標(biāo)記法彗星電泳法（cometassay）流式細(xì)胞分析磷脂酰絲氨酸外翻4、細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控機(jī)理

●線蟲(C.elegans)凋亡研究發(fā)現(xiàn)ced3,ced4基因促進(jìn)細(xì)胞凋亡，ced9基因阻止ced3/ced4的激活，抑制細(xì)胞凋亡。Ced3哺乳類同源物是ICE(Interleukin-1-convertingenzyme)，即Caspase1 ●Caspase家族與凋亡 ●Bcl-2家族、線粒體與細(xì)胞凋亡●細(xì)胞凋亡的分子機(jī)理（1）．Caspase家族相當(dāng)于線蟲的ced-3，是引起凋亡的關(guān)鍵酶。特點(diǎn)：①酶活性依賴于cys殘基的親核性；②總是在asp之后切斷底物，故名caspase（cysteineaspartate-specificprotease）。③亞基由同一基因編碼，前體被切割后產(chǎn)生兩個活性亞基，組成異四聚體。胱冬肽酶在細(xì)胞凋亡中的作用：滅活細(xì)胞凋亡發(fā)生的抑制劑直接破壞裂解細(xì)胞結(jié)構(gòu)裂解某些功能性的酶蛋白（2）.細(xì)胞凋亡的兩種基本途徑死亡信號途徑線粒體途徑2．Apaf-1凋亡酶激活因子-1（apoptoticproteaseactivatingfactor-1），線蟲的同源物為ced-4。作用：參與線粒體凋亡途徑，該基因敲除后，小鼠神經(jīng)細(xì)胞過多，腦畸形發(fā)育。Apaf-1與cytc、ATP/dATP結(jié)合后，召集caspase-9，形成凋亡體（apoptosome），激活caspase-3，啟動caspase級聯(lián)反應(yīng)。3.bcl-2基因家族含有1-4個Bcl-2同源結(jié)構(gòu)域（BH1-4）。分兩類：抗凋亡基因，如：Bcl-2；促凋亡基因，如：Bax。促凋亡蛋白能引起線粒體外膜通透性改變，導(dǎo)致cytc釋放，引起凋亡。bcl-2相當(dāng)于線蟲的ced9。主要定位于線粒體膜、也存在于ER和外核膜，拮抗促凋亡蛋白的功能。Bcl-2genefamily（Zimmermann2001）BCL-2家族成員4.Fasfas又稱作APO-1，屬TNF受體家族。1993年人白細(xì)胞分型國際會議統(tǒng)一命名為CD95。fas基因編碼產(chǎn)物為分子量45KD的跨膜蛋白。Fas蛋白與Fas配體組成Fas系統(tǒng)，二者的結(jié)合激活caspase。Fas誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡Fas與配體結(jié)合發(fā)生三聚化，通過胞內(nèi)的DD區(qū)（Deathdomain）與接頭蛋白FADD的DD區(qū)結(jié)合。FADDN端通過DED區(qū)（deatheffectordomain）與Caspase-8前體結(jié)合，Caspase-8通過子剪接激活。5．P53基因組的守護(hù)者。輻射誘導(dǎo)的DNA損傷可通過ATM激活p53，阻斷細(xì)胞周期，并提高Fas的表達(dá)，誘導(dǎo)凋亡。6．Myc轉(zhuǎn)錄因子，生長因子存在，Bcl-2基因表達(dá)時，促進(jìn)細(xì)胞增殖，反之引起細(xì)胞凋亡。7.ATM是DNA損傷檢驗(yàn)的重要蛋白激酶，能激活P53。第二節(jié)細(xì)胞的衰老又稱老化，指細(xì)胞隨著年齡的增加，機(jī)能和結(jié)構(gòu)發(fā)生退行性變化，趨向死亡的不可逆的現(xiàn)象。衰老和死亡是生命的基本現(xiàn)象，衰老過程發(fā)生在生物界的整體水平、種群水平、個體水平、細(xì)胞水平以及分子水平等不同的層次。Hayflick界限(HayflickLimitation）概念：關(guān)于細(xì)胞增殖能力和壽命是有限的觀點(diǎn)細(xì)胞，至少是培養(yǎng)的二倍體細(xì)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，這就是Hayflick界限。癌細(xì)胞或培養(yǎng)的細(xì)胞系是不正常細(xì)胞，其染色體數(shù)目或形態(tài)已經(jīng)不同于原先的細(xì)胞細(xì)胞的增殖能力與供體年齡有關(guān)物種壽命與培養(yǎng)細(xì)胞壽命之間存在著一定的關(guān)系二倍體細(xì)胞的衰老是由細(xì)胞本身決定的 ◆決定細(xì)胞衰老的因素在細(xì)胞內(nèi)部，不是外部的環(huán)境 ◆是細(xì)胞核而不是細(xì)胞質(zhì)決定了細(xì)胞衰老一、細(xì)胞衰老的特征

（一）形態(tài)變化1.

DNA：復(fù)制與轉(zhuǎn)錄受阻，端粒DNA、mtDNA缺失。DNA氧化、斷裂、缺失和交聯(lián)，甲基化程度降低。2.

RNA：含量降低。3.

蛋白質(zhì)：含成下降，發(fā)生修飾、交聯(lián)。4.

酶分子：活性中心被氧化，金屬離子丟失，酶分子的二級結(jié)構(gòu)，溶解度，等電點(diǎn)發(fā)生改變，酶失活。5.

脂類：不飽和脂肪酸被氧化。（二）分子水平的變化（一）差錯學(xué)派代謝廢物積累：如：脂褐質(zhì)自由基攻擊：導(dǎo)致DNA、蛋白質(zhì)變異，正常細(xì)胞內(nèi)存在清除自由基的防御系統(tǒng)：酶系統(tǒng)：超氧化物歧化酶(SOD)，過氧化氫酶(CAT)，谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)；非酶系統(tǒng)：維生素E，醌類等電子受體。二、細(xì)胞衰老的分子機(jī)理1、細(xì)胞有限分裂學(xué)說“Hayflick”極限，即細(xì)胞最大分裂次數(shù)。L.Hayflick(1961)報道，人的成纖維細(xì)胞在體外培養(yǎng)時增殖次數(shù)是有限的（60~70代）。細(xì)胞增殖次數(shù)與端粒DNA長度有關(guān)。2、重復(fù)基因失活學(xué)說：如哺乳動物rRNA基因數(shù)隨年齡而減少。（二）遺傳論學(xué)派3、衰老基因?qū)W說子女的壽命與雙親的壽命有關(guān)；各種動物都有相當(dāng)恒