第十五章-细胞衰老与细胞死亡

医学细胞生物学第十五章细胞衰老与细胞死亡医学细胞生物学第一节细胞衰老•一、细胞衰老的概念•细胞在正常条件下发生的细胞的生理功能衰退和增殖能力减弱，以及细胞形态发生改变并趋向死亡的现象•1.细胞衰老与机体衰老既有区别又有联系•2.机体内各类细胞的寿命不同•3.细胞在体外培养下的寿命•Hayflick界限:体外培养的细胞具有增殖分裂的极限，动物细胞在体外可传代次数与物种的寿命有关，细胞的分裂能力与个体年龄相关医学细胞生物学第一节细胞衰老群体倍增(PDs)20次后的年轻细胞群体倍增(PDs)50次后的较老细胞医学细胞生物学第一节细胞衰老•二、细胞衰老的表现•1.形态学改变：细胞组分形态变化核增大、染色深、核内有包含物染色质凝聚、固缩、碎裂、溶解质膜粘度增加，流动性降低细胞质色素聚集、空泡形成线粒体数目减少、体积增大、mtDNA突变或丢失高尔基体碎裂尼氏体消失包含物糖原减少、脂肪聚集（脂褐素沉积）核膜内陷医学细胞生物学第一节细胞衰老•2.细胞衰老过程中有生物大分子的改变：大分子改变DNA复制转录受抑制，个别基因异常激活。端粒丢失。氧化、断裂、缺失、交联，甲基化水平降级，mtDNA丢失RNAmRNA和tRNA含量降低蛋白质含量下降，发生多种修饰，导致稳定性、抗原性和可降解性下降。自由基使蛋白肽键断裂，交联变性。酶分子活性中心被氧化，金属离子丢失。二级结构、溶解度和等电点变化。失活。脂类不饱和脂肪酸被氧化，引起膜脂之间或脂蛋白之间交联，膜流动性降低。胞质内脂褐素沉积。医学细胞生物学第一节细胞衰老•三、细胞衰老的学说与机制•1.遗传决定学说•衰老是遗传上的程序化过程，由基因组上控制生长发育和衰老的基因在特定时期内有序开启和关闭造成。•2.自由基学说•自由基：原子核外层轨道上具有不成对电子的分子或原子基团。这是一类高度活化的分子，可以与细胞内生物大分子发生反应，造成细胞组分损伤。•3.端粒钟学说•端粒：染色体末端的一种简单串联重复序列。分裂过程中，端粒逐渐变短，端粒酶则可以合成端粒序列。端粒长短、端粒酶活性与细胞寿命具有一定相关性。医学细胞生物学第一节细胞衰老•4.细胞代谢废物累积可引起细胞衰老•细胞代谢产物无法及时排出胞外，也无法降解与消化，在胞内堆积，影响正常生理功能。如脂褐质和b淀粉样蛋白堆积。•5.基因转录或翻译差错导致细胞衰老•核酸蛋白质分子合成发生差错并与日俱增，恶性循环，最终导致细胞功能降低，衰老死亡。•6.其他学说•神经免疫网络论、钙调蛋白学说、微量元素学说等等医学细胞生物学第二节细胞死亡•细胞坏死：外来因子作用下，细胞生命活动被强行终止所致的病理性、被动性的死亡过程，发生在病理情况下。•细胞凋亡：在特定信号诱导下，细胞内的死亡级联反应被触发所致的生理性或病理性、主动性的死亡过程。病理和生理情况下都可发生。医学细胞生物学第二节细胞死亡•一、细胞死亡的原因•多种超过细胞可承受的强度或阈值的环境因子或机体的病理状态。•二、细胞死亡的特征和形式•三、细胞自噬及意义•降解细胞内的长寿命蛋白质和细胞器，产生氨基酸以维持细胞在缺乏营养时的生存。通过产生自噬泡并与溶酶体结合而进行。•与生物体的发育、分化及对环境应激的应答方面较为关键，也参与了免疫应答过程。细胞器形态变化细胞器形态变化核核膜破裂，DNA、蛋白质等外泄微绒毛减少消失核仁溶解消失内质网肿胀线粒体肿胀、嵴断裂或消失细胞体积变小或变大医学细胞生物学第二节细胞死亡•2002年度诺贝尔生理学或医学奖授予了：•布伦纳（S.Brenner）•苏尔斯顿（J.E.Sulston）•霍维茨（H.R.Horvitz），•他们在发育和程序性细胞死亡方面做出了开创性的工作医学细胞生物学第三节细胞凋亡•一、细胞凋亡的概念与特征凋亡坏死起因生理或病理性病理性变化或剧烈损伤范围单个散在细胞大片组织或成群细胞细胞膜保持完整，一直到形成凋亡小体破损细胞核固缩，DNA片段化弥漫性降解染色质凝聚在核膜下呈半月状呈絮状线粒体自身吞噬肿胀细胞体积固缩变小肿胀变大凋亡小体有，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬无，细胞自溶，残余碎片被巨噬细胞吞噬基因组DNA有控降解，电泳图谱呈梯状随机降解，电泳图谱呈弥散状基因活动有基因调控无基因调控自吞噬常见缺少蛋白质合成有无医学细胞生物学第三节细胞凋亡•（一）细胞凋亡呈现出特征性形态学变化•1.细胞核：DNA断裂，向和膜下或中央部异染色质区聚集，形成新月状、花瓣状等多种形态。•2.细胞质：胞质浓缩。膜性细胞器肿胀膨大，形成空泡。医学细胞生物学第三节细胞凋亡•3.细胞膜：特化结构消失，细胞膜起泡但保持完整性，磷脂酰丝氨酸外翻。•4.凋亡小体的形成•发芽起泡•分隔机制•自噬体形成机制医学细胞生物学第三节细胞凋亡•（二）细胞凋亡时细胞生化改变的复杂性和多样性•1.DNA片段化：核小体连接处断裂，电泳呈弥散性条带•2.细胞凋亡中的蛋白酶：多种蛋白酶级联切割•3.Ca2+,pH:钙离子释放，胞浆内浓度升高。pH先上升再下降。•4.线粒体：呼吸链受损，释放细胞色素C，生成活性氧类物质(ROS)，渗透转变孔(PT)通透性增高。医学细胞生物学第三节细胞凋亡•（三）失巢凋亡是又一种形式的细胞程序性死亡•细胞与细胞外基质和其他细胞脱离接触而诱发，为脱离原来生存环境的特殊情况下发生的凋亡•分化生长周期短，组织更新快的细胞中表现明显•可防止这些脱落的细胞种植并生长于其他不适宜的地方•肿瘤细胞丧失此种功能，使其具有转移特性医学细胞生物学第三节细胞凋亡•二、细胞凋亡的影响因素•（一）诱发因素•1.生理性诱导因子：TNF及其配体，TGF-b，神经递质，Ca2+，糖皮质激素等•2.损伤相关因子：热休克，病毒感染，细菌毒素，原癌基因，抑癌基因，细胞毒性T淋巴细胞，氧化剂，自由基，缺血，缺氧等•3.疾病治疗相关因子：化疗，放疗，生物治疗，中药治疗等•4.其他有某些细胞毒性的物质：乙醇，氧化砷，b-淀粉样肽等•（二）抑制因素•1.生理性抑制因子：抗凋亡基因，细胞外基质，一些中性氨基酸，锌及雌、雄激素等。•2.病毒基因•3.其他医学细胞生物学第三节细胞凋亡•三、细胞凋亡的分子机制•（一）细胞凋亡受多种基因调控•1.ced基因家族•ced-3,-4：激活线虫细胞凋亡所必须，ced-3在人类细胞中对应caspase家族蛋白，ced-4对应人类Apaf-1•ced-9：抑制线虫细胞凋亡，对应人类细胞中的bcl-2医学细胞生物学第三节细胞凋亡•2.Bcl-2基因家族：广泛存在于多种组织中，Bcl-2可抗凋亡，而一些家族其他成员则可促进凋亡。•3.ice基因：与ced-3高度同源，可诱导细胞凋亡•4.p53：抑癌基因，参与多种信号调控。野生型p53可诱导细胞凋亡。•5.Fas和FasL：受体与配体结合，触发细胞凋亡，参与免疫细胞毒机制，介导免疫豁免，参与清除活化的淋巴细胞和病毒感染细胞•6.c-myc：参与转录，有两种翻译产物，调控基因既有凋亡基因，也有抗凋亡基因医学细胞生物学第三节细胞凋亡•（二）细胞凋亡的信号传导通路DDDFADD前体Caspase-8Caspase-8DISC靶细胞CytCBcl-2BAXApaf-1Procaspase-9Procaspase-3DNA损伤氧化剂神经酰胺其他BIDFasLcaspase-3caspase-9受体介导的细胞凋亡途径线粒体介导的细胞凋亡途径医学细胞生物学第三节细胞凋亡•四、细胞凋亡的检测•1.形态学检测：染色，显微镜观察•2.生化特征检测：核小体间断裂后，用凝胶电泳，TUNEL，ELISA等方法检测•3.流式细胞仪检测医学细胞生物学第三节细胞凋亡•五、细胞凋亡与疾病•1.凋亡受到抑制：肿瘤，SLE•2.凋亡过度：神经退行性变，AIDS，心血管疾病