1、張樹冰 細(xì)胞衰老與細(xì)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(jī)體在退化時(shí)期生理功能下降和紊亂的綜合表現(xiàn),是不可逆的生命過程。機(jī)體的衰老與

2、細(xì)胞的衰老是兩個(gè)概念，但機(jī)體的衰老是以總體細(xì)胞的衰老為基礎(chǔ)的。機(jī)體的死亡 VS 細(xì)胞的死亡？第一節(jié) 細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老(cellular aging，cell senescence)細(xì)胞在正常條件下發(fā)生的生理功能衰退、增殖能力減弱、形態(tài)發(fā)生改變并趨向死亡的現(xiàn)象 。 一、 細(xì)胞衰老的概念細(xì)胞衰老是機(jī)體的衰老和老年病發(fā)病的基礎(chǔ)。小腸上皮細(xì)胞25天 胰腺上皮細(xì)胞50天皮膚表皮細(xì)胞12個(gè)月白細(xì)胞7-14天紅細(xì)胞120天肝細(xì)胞500天神經(jīng)細(xì)胞幾十年心肌細(xì)胞幾十年（一）細(xì)胞根據(jù)細(xì)胞壽命情況分為三類細(xì)胞壽命接近于動(dòng)物的整體壽命，如神經(jīng)元、脂肪細(xì)胞、肌細(xì)胞等。緩慢更新的細(xì)胞，其壽命比機(jī)體的壽命短，如肝細(xì)胞、胃壁

3、細(xì)胞等。快速更新且壽命較短的細(xì)胞，如皮膚的表皮細(xì)胞、紅細(xì)胞和白細(xì)胞等。胚胎的成纖維細(xì)胞 50次成年組織的成纖維細(xì)胞 1530代（二）細(xì)胞體外培養(yǎng)有壽命限制？ 1.與細(xì)胞來源個(gè)體的年齡成反比細(xì)胞可傳代數(shù) 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(shí)衰老，壽命1218歲，絕大多數(shù)Hutchinson-Gilford 早老癥的致病原因是由體內(nèi)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(fù)，基因組不穩(wěn)定，從而使lamin

4、A蛋白缺陷的細(xì)胞終止分裂，衰老過程加速并過早死亡。2.體外傳代數(shù)與物種的壽命相關(guān)物種壽命（年）細(xì)胞可傳代數(shù)小鼠312雞3025龜200140Regeneration代表壽命NO神經(jīng)元細(xì)胞、肌細(xì)胞最長(zhǎng)慢更新肝細(xì)胞、胃壁細(xì)胞、腎細(xì)胞較長(zhǎng)快更新表皮細(xì)胞、紅細(xì)胞、毛囊細(xì)胞短3.同一機(jī)體不同類型細(xì)胞的壽命Hayflick limitation細(xì)胞，至少是培養(yǎng)的細(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。體外培養(yǎng)的年輕和老人成纖維細(xì)胞的顯微形態(tài)二、細(xì)胞衰老的表現(xiàn)老年斑 細(xì)胞衰老時(shí)出現(xiàn)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裹的。在衰老的

5、神經(jīng)細(xì)胞和肌肉細(xì)胞中較多。脂褐質(zhì)(lipofuscin)線粒體數(shù)量減少體積增大JC-1染色線粒體膜電位檢測(cè)生物大分子和代謝的改變DNARNA蛋白質(zhì)酶衰老細(xì)胞所有種類蛋白質(zhì)合成量下降？衰老組織和細(xì)胞中纖連蛋白過量表達(dá)20代55代半乳糖苷酶（SA -gal）表達(dá)增加1.遺傳決定學(xué)說2.自由基學(xué)說3. 端粒鐘學(xué)說 4.代謝廢物積累5.基因轉(zhuǎn)錄或翻譯差錯(cuò)6.其他如神經(jīng)免疫網(wǎng)絡(luò)論、鈣調(diào)蛋白學(xué)說、微量元素學(xué)說三、細(xì)胞衰老的學(xué)說與機(jī)制Werners syndrome 成人早衰癥：39歲出現(xiàn)衰老，47歲生命結(jié)束1.遺傳決定學(xué)說遺傳決定學(xué)說衰老是遺傳上的程序化過程，其推動(dòng)力和決定因素是遺傳的基因組；控制生長(zhǎng)發(fā)育

6、和衰老的基因都在特定時(shí)期有序地開啟和關(guān)閉。1.遺傳決定學(xué)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(zhǎng)壽基因（抗衰老基因） 自由基是指在外層軌道上具有不成對(duì)電子的原子或原子團(tuán)，如“H”、“CH3” 等。2.自由基學(xué)說生物膜不飽和脂肪酸過氧化，流動(dòng)性下降，脆性增加，脂雙層斷裂，膜性細(xì)胞器受損。DNA氧化，交聯(lián)，變性斷裂，擾亂復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。蛋白質(zhì)交聯(lián)，變性，沉淀。酶活性降低。FeSN-1, N-3, N-4H+FeSN-2FMNcyt cIIICuBaa3 Q0Qib bFeSC1SDHcyt cCoQ氧自由基與呼吸鏈NA

7、DHSuccinateComplex IComplex IIComplex IIIComplex IVO2O2-H2O2SOD2.OH-Fe2+IMSSOD1H2O2O2O2-MATRIX抗氧化物酶活性抗氧化劑anti-oxidant moleculerepaired membraneDamaged DNA3.端粒與端粒酶學(xué)說在染色體末端形成保護(hù)性的帽狀結(jié)構(gòu)，使染色體免受核酸酶和其他不穩(wěn)定因素的破壞和影響，維持染色體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定Telomere Length (humans)Number of Doublings2010Cellular (Replicative) SenescenceNormal

8、 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 senescence is triggered whencells acquire one or a few critically short telomeres. 端粒酶是一種由蛋白質(zhì)和RNA組成的核糖核蛋白酶，具有延長(zhǎng)端粒末端重復(fù)序列的功能，如果端粒酶活性喪失，端粒將逐漸縮短，從而導(dǎo)致細(xì)胞衰老。端粒酶端粒酶與

9、端粒的關(guān)系端粒酶與端粒的關(guān)系 一般認(rèn)為，細(xì)胞衰老與老年性疾病如神經(jīng)退行性疾病、動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病、糖尿病及腫瘤等密切相關(guān)四、細(xì)胞衰老與疾病 第二節(jié) 細(xì)胞死亡細(xì)胞死亡是指細(xì)胞生命現(xiàn)象的終結(jié)：細(xì)胞壞死（necrosis）：在外來致病因子作用下，細(xì)胞生命活動(dòng)被強(qiáng)行終止所致的病理性、被動(dòng)性的死亡過程。細(xì)胞凋亡（apoptosis）：在特定信號(hào)誘導(dǎo)下，細(xì)胞內(nèi)的死亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)被觸發(fā)所致的生理或病理性、主動(dòng)性的死亡過程。程序性死亡（Programmed cell death, PCD）細(xì)胞在特定時(shí)間范圍內(nèi)，按照基因程序控制下的細(xì)胞死亡過程，具有嚴(yán)格的基因時(shí)控性和細(xì)胞選擇性。一、細(xì)胞凋亡的概念與特征1.清

10、除衰老，病理細(xì)胞（一）細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義程序性細(xì)胞死亡在小鼠腳趾形成中的作用程序性細(xì)胞死亡在小鼠腳趾形成中的作用2.胚胎發(fā)育與個(gè)體成熟T- cell selection for appropriate TCR免疫系統(tǒng)（二）細(xì)胞凋亡的形態(tài)學(xué)特征1. 細(xì)胞核染色質(zhì)凝集A、Normal cell B、Apoptosis: Apoptotic bodies 正常(a)和調(diào)亡(b)的T細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞的掃瞄電鏡照片 胞質(zhì)濃縮；線粒體增大，嵴增多，出現(xiàn)空泡化；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔膨大；細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)變得致密和紊亂。2.細(xì)胞質(zhì)的變化3.細(xì)胞膜 磷脂酰絲氨酸(PS)外翻4.凋亡小體 (apoptotic body)細(xì)胞凋亡

11、時(shí)，細(xì)胞膜內(nèi)陷將細(xì)胞自行分割成多個(gè)外有膜包裹、內(nèi)容物不外泄的小體。細(xì)胞色素c誘導(dǎo)的凋亡細(xì)胞DNA電泳圖1細(xì)胞色素c誘導(dǎo)0 h2細(xì)胞色素c誘導(dǎo)1 h3細(xì)胞色素c誘導(dǎo)2 h4細(xì)胞色素c誘導(dǎo)3 h5細(xì)胞色素c誘導(dǎo)4 h6陰性對(duì)照7Marker DNA片段化(三)凋亡細(xì)胞的生化改變2. Caspase(半胱氨酰天冬氨酸蛋白酶)活性被激活本質(zhì): 蛋白酶切割位點(diǎn): Asparatic acid活性位點(diǎn): CysteineCysteine Asparatic acid specific proteaseAsp-Glu-Val-AspCaspase-1 和 Caspase-3晶體結(jié)構(gòu)CAD Caspase a

12、ctivated DnaseICAD inhibitor of CADCAD Ca2+ / Mg2+ dependent，inhibited by Zn2+caspasesCaspase-33. 線粒體在細(xì)胞凋亡中的作用4. 胞漿Ca2+、pH的變化細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死誘導(dǎo)因素生理因素及弱刺激強(qiáng)烈刺激（四） 細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的區(qū)別總結(jié)細(xì)胞內(nèi)容物細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死無釋放釋放細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死細(xì)胞數(shù)量單個(gè)細(xì)胞丟失成群細(xì)胞死亡細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死完整不完整膜完整性細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死無明顯變化腫脹破壞細(xì)胞器細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死染色質(zhì)凝聚成半月狀稀疏呈網(wǎng)狀細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死細(xì)胞形狀形成凋亡小體破裂成碎片細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死核

13、DNA有控降解隨機(jī)降解細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死基因調(diào)控有 無 細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死后果 不引起炎癥反應(yīng) 引起強(qiáng)烈的 炎癥反應(yīng)細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死意義生理死亡方式病理死亡方式類別細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死死亡原因誘導(dǎo)因素生理因素及弱刺激急性強(qiáng)力傷害死亡延續(xù)時(shí)間數(shù)小時(shí)潛伏期多沒有潛伏期死亡過程基因調(diào)控有無能量需要不需要細(xì)胞形狀皺縮成凋亡小體腫脹破裂成碎片細(xì)胞器無明顯變化腫脹破壞染色質(zhì)凝集成半月狀稀疏成網(wǎng)狀核DNA有序降解隨機(jī)降解膜完整性完整破裂細(xì)胞內(nèi)容物無釋放釋放死亡結(jié)局炎癥反應(yīng)無有斑痕無有死亡意義主動(dòng)的、生理性死亡被動(dòng)的、病理性死亡細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死比較2002年10月7日英國(guó)人悉尼布雷諾爾、美國(guó)人羅伯特霍維茨和英國(guó)人約

14、翰蘇爾斯頓，獲諾貝爾諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。H. Robert HorvitzJohn E. Sulston Sydney Brenner雌雄同體的秀麗新小桿線蟲雌雄同體的秀麗新小桿線蟲生命周期短，細(xì)胞數(shù)量少。其神經(jīng)系統(tǒng)由生命周期短，細(xì)胞數(shù)量少。其神經(jīng)系統(tǒng)由302個(gè)細(xì)胞組成。來源于個(gè)細(xì)胞組成。來源于407個(gè)前體細(xì)胞個(gè)前體細(xì)胞 決定細(xì)胞是否進(jìn)入死亡程序的基因：決定細(xì)胞是否進(jìn)入死亡程序的基因： Ces1、ces2、egl11.1.線蟲的線蟲的cedced基因基因抑制Caspases(半胱氨酸天半胱氨酸天酶酶cysteine-containing aspartatecysteine-containing aspartatespecific specific proteaseprotease)Bcl-2家族家族 2.2.哺乳類細(xì)胞凋亡的基因調(diào)控哺乳類細(xì)胞凋亡的基因調(diào)控與與線蟲線蟲ced-3同源同源與與線蟲線蟲ced-9同源同源三、細(xì)胞凋亡與醫(yī)學(xué)(一).細(xì)胞凋亡不足1.腫瘤Invention of PAC-1PAC-1是一種有效的是一種有效的procaspase-3（酶原（酶原-3）激活劑）激活劑（二）細(xì)胞凋亡過度2.紅斑狼瘡失巢凋亡Anoikis又一種形式的細(xì)胞程序死亡，是在脫離原來生存