1、中南大學生命科學學院 細胞衰老與細胞死亡第十六章外表 Thinning skin or wrinkle; Hair loss; 生理 Increased body fat Reduced Muscle mass and strength, Stiff joints or muscle stiffness, Elevated cholesterol, reduced bone density心理 Easy to be fatigue Depression, Emotional instable.衰老(senescing，aging)是機體在退化時期生理功能下降和紊亂的綜合表現,是不可逆的生命過程

2、。機體的衰老與細胞的衰老是兩個概念，但機體的衰老是以總體細胞的衰老為基礎的。機體的死亡 VS 細胞的死亡？第一節 細胞衰老細胞衰老(cellular aging，cell senescence)細胞在正常條件下發生的生理功能衰退、增殖能力減弱、形態發生改變并趨向死亡的現象 。 一、 細胞衰老的概念細胞衰老是機體的衰老和老年病發病的基礎。小腸上皮細胞25天 胰腺上皮細胞50天皮膚表皮細胞12個月白細胞7-14天紅細胞120天肝細胞500天神經細胞幾十年心肌細胞幾十年（一）細胞根據細胞壽命情況分為三類細胞壽命接近于動物的整體壽命，如神經元、脂肪細胞、肌細胞等。緩慢更新的細胞，其壽命比機體的壽命短，

3、如肝細胞、胃壁細胞等?？焖俑虑覊勖^短的細胞，如皮膚的表皮細胞、紅細胞和白細胞等。胚胎的成纖維細胞 50次成年組織的成纖維細胞 1530代（二）細胞體外培養有壽命限制？ 1.與細胞來源個體的年齡成反比細胞可傳代數 年齡 40-60 新生兒20-40 15歲以上 10-30 早老癥患者2-10 胚胎早老癥兒童與正常兒童的比較Hutchinson-Gilford syndrome 嬰幼兒早衰癥：1歲時衰老，壽命1218歲，絕大多數Hutchinson-Gilford 早老癥的致病原因是由體內核纖層蛋白A（lamin A）基因突變所致。lamin A的基因突變影響DNA損傷修復，基因組不穩定，從而

4、使lamin A蛋白缺陷的細胞終止分裂，衰老過程加速并過早死亡。2.體外傳代數與物種的壽命相關物種壽命（年）細胞可傳代數小鼠312雞3025龜200140Regeneration代表壽命NO神經元細胞、肌細胞最長慢更新肝細胞、胃壁細胞、腎細胞較長快更新表皮細胞、紅細胞、毛囊細胞短3.同一機體不同類型細胞的壽命Hayflick limitation細胞，至少是培養的細胞，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。二、細胞衰老的表現體外培養的年輕和老人成纖維細胞的顯微形態老年斑 細胞衰老時出現的一種棕黃色的小體，主要成分是不溶性的蛋白顆粒，在電鏡下可見是由單位膜包

5、裹的。在衰老的神經細胞和肌肉細胞中較多。脂褐質(lipofuscin)線粒體數量減少體積增大JC-1染色生物大分子和代謝的改變DNARNA蛋白質酶衰老細胞所有種類蛋白質合成量下降？衰老組織和細胞中纖連蛋白過量表達20代55代半乳糖苷酶（SA -gal）表達增加1.遺傳決定學說2.自由基學說3. 端粒鐘學說 4.代謝廢物積累5.基因轉錄或翻譯差錯6.其他如神經免疫網絡論、鈣調蛋白學說、微量元素學說三、細胞衰老的學說與機制Werners syndrome 成人早衰癥：39歲出現衰老，47歲生命結束1.遺傳決定學說遺傳決定學說衰老是遺傳上的程序化過程，其推動力和決定因素是遺傳的基因組；控制生長發育和

6、衰老的基因都在特定時期有序地開啟和關閉。1.遺傳決定學說 p16衰老基因C. elegans平均壽命3.5天，age-1單基因突變，可提高平均壽命65%，提高最大壽命110%。長壽基因（抗衰老基因）:EF-1sgs-1KlothoSIRT1 自由基是指在外層軌道上具有不成對電子的原子或原子團，如“H”、“CH3” 等。2.自由基學說生物膜不飽和脂肪酸過氧化，流動性下降，脆性增加，脂雙層斷裂，膜性細胞器受損。DNA氧化，交聯，變性斷裂，擾亂復制和轉錄。蛋白質交聯，變性，沉淀。酶活性降低?？寡趸锩富钚钥寡趸瘎゛nti-oxidant moleculerepaired membraneDamage

7、d DNA3.端粒與端粒酶學說在染色體末端形成保護性的帽狀結構，使染色體免受核酸酶和其他不穩定因素的破壞和影響，維持染色體結構穩定Telomere Length (humans)Number of Doublings2010Cellular (Replicative) SenescenceNormal Somatic Cells(Telomerase Negative)Telomeres shorten from 10-15 kb(germ line) to 3-5 kb after 50-60 doublings(average lengths of TRFs)Cellular senesc

8、ence is triggered whencells acquire one or a few critically short telomeres. 端粒酶是一種由蛋白質和RNA組成的核糖核蛋白酶，具有延長端粒末端重復序列的功能，如果端粒酶活性喪失，端粒將逐漸縮短，從而導致細胞衰老。端粒酶端粒酶與端粒的關系端粒酶與端粒的關系 一般認為，細胞衰老與老年性疾病如神經退行性疾病、動脈粥樣硬化性心血管疾病、糖尿病及腫瘤等密切相關四、細胞衰老與疾病 第二節 細胞死亡細胞死亡是指細胞生命現象的終結：細胞壞死（necrosis）：在外來致病因子作用下，細胞生命活動被強行終止所致的病理性、被動性的死亡過程

9、。細胞凋亡（apoptosis）：在特定信號誘導下，細胞內的死亡級聯反應被觸發所致的生理或病理性、主動性的死亡過程。程序性死亡（Programmed cell death, PCD）細胞在特定時間范圍內，按照基因程序控制下的細胞死亡過程，具有嚴格的基因時控性和細胞選擇性。一、細胞凋亡的概念與特征1.清除衰老，病理細胞（一）細胞凋亡的生物學意義程序性細胞死亡在小鼠腳趾形成中的作用程序性細胞死亡在小鼠腳趾形成中的作用2.胚胎發育與個體成熟蝌蚪向蛙發育的變態反應中程序性細胞死亡的作用T- cell selection for appropriate TCR免疫系統（二）細胞凋亡的形態學特征1. 細胞

10、核染色質凝集正常細胞凋亡細胞胞質濃縮；線粒體增大，嵴增多，出現空泡化；內質網腔膨大；細胞骨架結構變得致密和紊亂。2.細胞質的變化3.細胞膜 磷脂酰絲氨酸(PS)外翻4.凋亡小體 (apoptotic body)細胞凋亡時，細胞膜內陷將細胞自行分割成多個外有膜包裹、內容物不外泄的小體。180-200bp及其不同倍數組成的寡核苷酸片斷1. DNA 片段化(三)凋亡細胞的生化改變細胞色素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 DNA電泳2. Caspase(半胱氨酰天冬氨酸蛋白

11、酶)活性被激活本質: 蛋白酶切割位點: Asparatic acid活性位點: CysteineCysteine Asparatic acid specific proteaseAsp-Glu-Val-AspCaspase-1 和 Caspase-3晶體結構CAD Caspase activated DnaseICAD inhibitor of CADCAD Ca2+ / Mg2+ dependent，inhibited by Zn2+caspasesCaspase-33. 線粒體在細胞凋亡中的作用4. 胞漿Ca2+、pH的變化細胞凋亡細胞壞死誘導因素生理因素及弱刺激強烈刺激（四） 細胞凋亡與

12、細胞壞死的區別總結細胞內容物細胞凋亡細胞壞死無釋放釋放細胞凋亡細胞壞死細胞數量單個細胞丟失成群細胞死亡細胞凋亡細胞壞死完整不完整膜完整性細胞凋亡細胞壞死無明顯變化腫脹破壞細胞器細胞凋亡細胞壞死染色質凝聚成半月狀稀疏呈網狀細胞凋亡細胞壞死細胞形狀形成凋亡小體破裂成碎片細胞凋亡細胞壞死核DNA有控降解隨機降解細胞凋亡細胞壞死基因調控有 無 細胞凋亡細胞壞死后果 不引起炎癥反應 引起強烈的 炎癥反應細胞凋亡細胞壞死意義生理死亡方式病理死亡方式類別細胞凋亡細胞壞死死亡原因誘導因素生理因素及弱刺激急性強力傷害死亡延續時間數小時潛伏期多沒有潛伏期死亡過程基因調控有無能量需要不需要細胞形狀皺縮成凋亡小體腫脹破裂成碎片細胞器無明顯變化腫脹破壞染色質凝集成半月狀稀疏成網狀核DNA有序降解隨機降解膜完整性完整破裂細胞內容物無釋放釋放死亡結局炎癥反應無有斑痕無有死亡意義主動的、生理性死亡被動的、病理性死亡細胞凋亡與細胞壞死比較三、細胞凋亡與醫學(一).細胞凋亡不足1.腫瘤Invention of PAC-12.紅斑狼瘡（二）細胞凋亡過度失巢凋亡Anoikis又一種形式的細胞程序死亡，是在脫離原來生存環境的特殊情況下發生的細胞凋亡，是因細胞與細胞外基質和其他細胞脫離接觸而誘發的。失巢凋亡的意義：防止脫落的細胞種植并生長于其他不適宜的地方。自噬 Autophage胞