1、第十三章第十三章 細胞凋亡與衰老細胞凋亡與衰老 細胞凋亡細胞凋亡(apoptosis) 細胞衰老細胞衰老(cellular aging或或cell senescence) 機體結構機體結構 細胞增殖細胞增殖細胞分化細胞分化細胞凋亡細胞凋亡 細胞信號轉導細胞信號轉導 染色體染色體 （dnadna與蛋白質的相互作用）與蛋白質的相互作用） 衰老衰老 prized horvitz, and sulston share physiology or medicine nobel （2002） “for their discoveries concerning genetic regulation for

2、their discoveries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death”of organ development and programmed cell death” 1090 131= 959(cells) 概念：概念： 細胞凋亡是一個主動的由基因決定的自動 結束生命的過程，也常常被稱為細胞程序 死亡（programmed cell death， pcd）。凋 亡細胞將被吞噬細胞吞噬。 蝌蚪尾的消失蝌蚪尾的消失 脊椎動物的神經系統的發(fā)育脊椎動物的神經系統的發(fā)育 發(fā)育過程中手和

3、足的成形過程發(fā)育過程中手和足的成形過程 生物發(fā)育過程中及成體組織中正常的生物發(fā)育過程中及成體組織中正常的 細胞凋亡有助于保證細胞只在需要它細胞凋亡有助于保證細胞只在需要它 們的時候和需要它們活的地方存活。們的時候和需要它們活的地方存活。 這對于多細胞生物個體發(fā)育的正常進這對于多細胞生物個體發(fā)育的正常進 行，自穩(wěn)平衡的保持行，自穩(wěn)平衡的保持( )以及抵御以及抵御 外界各種因素外界各種因素 的干擾方面都起著非常的干擾方面都起著非常 關鍵的作用：關鍵的作用： 細胞調亡細胞調亡的生物學意義生物學意義： 二、細胞凋亡的形態(tài)學和生物化學特征二、細胞凋亡的形態(tài)學和生物化學特征 壞死細胞 凋亡細胞 物理性因子

4、，包括射線（紫外線，物理性因子，包括射線（紫外線， 射線射線 等），較溫和的溫度刺激（如熱激，冷激）等），較溫和的溫度刺激（如熱激，冷激） 等等 化學及生物因子：包括活性氧基團和分子，化學及生物因子：包括活性氧基團和分子， dna 和蛋白質合成的抑制劑，激素，細胞生和蛋白質合成的抑制劑，激素，細胞生 長因子，腫瘤壞死因子長因子，腫瘤壞死因子 （tnf ），抗），抗 fas/apo-1/cd95抗體等抗體等 形態(tài)學觀測：染色法、透射和掃描電鏡觀察形態(tài)學觀測：染色法、透射和掃描電鏡觀察 dna電泳：電泳：dna片段就呈現出梯狀條帶片段就呈現出梯狀條帶 tunel測定法，即測定法，即dna斷裂的原位

5、末端標記法斷裂的原位末端標記法 彗星電泳法（彗星電泳法（comet assay） 流式細胞分析流式細胞分析 ibrv sbv 三、細胞凋亡的分子調控機理細胞凋亡的分子調控機理 線蟲(c.elegans)凋亡研究發(fā)現ced3,ced4基因促 進細胞凋亡，ced9基因阻止ced3/ced4的激活， 抑 制 細 胞 凋 亡 。 c e d 3 哺 乳 類 同 源 物 是 ice(interleukin-1-converting enzyme)，即 caspase1 caspase家族與凋亡 caspase家族 caspase活性位點是半胱氨酸(cysteine)，裂解 靶蛋白位點是天冬氨酸殘基后的肽

6、鍵，因此稱 為cysteine aspartic acic specific protease，即 caspase 名稱及其別名 底物 caspase-1（ice） pro-il ； pro-caspase 3，7 caspase-2（nedd-2/ich1） caspase-3（apopain/cpp32/yama） parp ； srebp ； dff ； dna-pk caspase-4（tx/ich2/ice rel-ii） caspase-5（ice rel-iii/ty） caspase-6（mch2） lamin a ； keratin 18 caspase-7（ice-lap3

7、/mch3/cmh-1） parp ； pro-caspase 6 ； dff caspase-8（flice/mach/mch5） caspase-9（ice-lap6/mch6） caspase-10（mch4/flice2） parp caspase-11（ich3） caspase 超家族成員及其相應底物超家族成員及其相應底物 caspase家族與凋亡 caspase自身以非活化的procaspase存在，其 激活依賴于其他的caspase在它的天冬氨酸位 點裂解活化或自身活化 caspase活化活化 胞外信號分子誘導的細胞凋亡途徑胞外信號分子誘導的細胞凋亡途徑 當細胞接受凋亡信號分子

8、當細胞接受凋亡信號分子(fas,tnf(fas,tnf等等) )后，凋亡細胞表面信后，凋亡細胞表面信 號分子受體相互聚集并與細胞內的銜接蛋白號分子受體相互聚集并與細胞內的銜接蛋白(adaptor protein)(adaptor protein) 結合，這些銜接蛋白又募集結合，這些銜接蛋白又募集procaspases聚集在受體部聚集在受體部procaspase 相互活化并產生級聯反應，使細胞凋亡相互活化并產生級聯反應，使細胞凋亡. . 下游下游caspases活化后，作用于底物，裂解核纖層蛋白，導致活化后，作用于底物，裂解核纖層蛋白，導致 細胞核形成凋亡小體；裂解細胞核形成凋亡小體；裂解dna

9、se結合蛋白，使結合蛋白，使dnase釋放，降釋放，降 解解dna形成形成dna ladder;裂解參與細胞連接或附著的骨架和其他裂解參與細胞連接或附著的骨架和其他 蛋白，使凋亡細胞皺縮、脫落，便于細胞吞噬；導致膜脂蛋白，使凋亡細胞皺縮、脫落，便于細胞吞噬；導致膜脂ps重重 排，便于吞噬細胞識別并吞噬。排，便于吞噬細胞識別并吞噬。 bcl-2家族、線粒體與細胞凋亡 bcl-2是一種原癌基因，是ced-9在哺乳類中 的同源物，能抑制細胞凋亡；與線粒體及內 質網膜相結合；bcl-2蛋白的羧基末端有一穿 膜的結構域；bcl-2家族成員的基因中，常常 含有三個保守的bcl-2同源區(qū)，即bh1，bh2

10、和bh3 bcl-2家族成員 基因產物 功 能 bcl-2 凋亡抑制劑，可和bax及bak結合 bcl-x 其l型抑制凋亡，s型促進凋亡，與bax及bak結合 bcl-w 凋亡抑制劑 bax 凋亡促進劑，可與bcl-2，bcl-xl，eib19k結合 bak 凋亡促進劑，亦可作抑制劑，可與bcl-2，bcl-x和e1b19k結合 mcl-1 凋亡抑制劑 bad 凋亡促進劑，與bcl-2和bcl-xl結合 ced-9 線蟲中的凋亡抑制劑，bcl-2同源物 e1b19k 腺病毒凋亡抑制劑，與bax和bak結合 當caspase8活化后，它一方面作用procaspase3， 另一方面使bid裂解成2

11、個片段，其中含bh3結構 域的c-端片段被運送到線粒體，與bcl-2/bax的 bh3結構域形成復合物，導致細胞色素c釋放。 cytc與胞質中ced4同源物apaf-1(凋亡蛋白酶活化 因子apoptosis protease activating factor)結合并活 apaf-1，活化的apaf-1再活化procaspase9，最后 引起細胞凋亡. 細胞凋亡的分子機理 第二節(jié)第二節(jié) 細胞衰老細胞衰老 (cellular aging或或cell senescence) hayflick界限界限(hayflick limitation） 細胞在體內條件下的衰老細胞在體內條件下的衰老 衰老細胞

12、結構的變化衰老細胞結構的變化 細胞衰老的分子機理細胞衰老的分子機理 概念：概念：細胞，至少是培養(yǎng)的細胞，不是不死的，而是有細胞，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，這就是的界限，這就是hayflick界限界限. 癌細胞或培養(yǎng)的細胞系是不正常細胞，其染色體數目癌細胞或培養(yǎng)的細胞系是不正常細胞，其染色體數目 或形態(tài)已經不同于原先的細胞或形態(tài)已經不同于原先的細胞. 細胞的增殖能力與供體年齡有關細胞的增殖能力與供體年齡有關. 物種壽命與培養(yǎng)細胞壽命之間存在著一定的關系物種壽命與培養(yǎng)細胞壽命之間存

13、在著一定的關系. 細胞來源人胚肺成纖 維細胞 中年人成 纖維細胞 老年人成 纖維細胞 可增殖 代數 40-60 20 2-4 不同年齡來源的人成纖維細胞的增殖代數不同年齡來源的人成纖維細胞的增殖代數 在機體內，細胞的衰老和死亡是常見的現象，甚至在個體發(fā)在機體內，細胞的衰老和死亡是常見的現象，甚至在個體發(fā) 育的早期也會發(fā)生育的早期也會發(fā)生 正常情況下終生保持分裂的細胞，其分裂能力是否隨著有機正常情況下終生保持分裂的細胞，其分裂能力是否隨著有機 體年齡的增高而下降？它們體年齡的增高而下降？它們 會不會衰老？會不會衰老？ 衰老動物體內，細胞分裂速度顯著減慢，其原因主要是衰老動物體內，細胞分裂速度顯著

14、減慢，其原因主要是g1 期明顯延長期明顯延長 衰老個體內的環(huán)境因素影響了細胞的增殖和衰老衰老個體內的環(huán)境因素影響了細胞的增殖和衰老 骨髓干細胞移植實驗說明隨著年齡的增加，干細胞增殖速骨髓干細胞移植實驗說明隨著年齡的增加，干細胞增殖速 度也趨緩慢度也趨緩慢 細胞核的變化細胞核的變化 內質網的變化內質網的變化: 衰老衰老動物內質網成分彌散性地分散動物內質網成分彌散性地分散 于核周胞質中，粗面內質網的總量似乎是減少了于核周胞質中，粗面內質網的總量似乎是減少了 線粒體的變化線粒體的變化 通常，通常，細胞中線粒體的數量隨齡減少，而其體積細胞中線粒體的數量隨齡減少，而其體積 則隨齡增大則隨齡增大 致密體的生成致密體的生成 膜系統的變化膜系統的變化 衰老的細胞，其膜流動性降低、韌性減小衰老的細胞，其膜流動性降低、韌性減小 衰老細胞間間隙連接及膜內顆粒的分布也發(fā)衰老細胞間間隙連接及膜內顆粒的分布也發(fā) 生變化生變化 氧化性損傷學說氧化性損傷學說: 該理論認為，代謝過程中產生的活性氧基團或分子（該理論認為，代謝過程中產生的活性氧基團或分子（reactive oxygen species，ro