關于細胞死亡與細胞衰老第1頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三就單細胞生物而言，細胞死亡即個體的死亡。對于多細胞生物，細胞死亡是維持生物體的正常生長發育及生命活動的必要條件。細胞死亡方式包括：細胞凋亡、壞死、自噬性細胞死亡。它們具有不同形態和分子特征，發揮不同的功能，但均受到細胞內在基因控制。第一節細胞死亡第2頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三第一節細胞死亡程序性細胞死亡（programmeddeath,PCD）：細胞死亡受細胞內由遺傳機制決定的“死亡程序”控制，要求特定的基因表達，是“主動”而非“被動”的過程。死亡方式主要包括3種：凋亡、壞死、由細胞自噬導致的自噬性細胞死亡。第3頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三

一、細胞凋亡◆細胞凋亡概念◆細胞凋亡特征◆細胞凋亡檢測◆凋亡的生理學及醫學意義◆凋亡的分子機制第4頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三●細胞凋亡(apoptosis)：一種有序的或程序性的細胞死亡方式，是細胞接受某些特定信號刺激后進行的正常生理應答反應。該過程具有典型的形態學和生化特征，凋亡細胞最后以凋亡小體被吞噬消化。

●Apoptosis的概念源自于希臘語，原意是指樹葉或花的自然凋落。

細胞發生程序性死亡時，就像樹葉或花的自然凋落一樣，凋亡的細胞散在于正常組織細胞中，被巨噬細胞吞噬，無炎癥反應，不遺留疤痕。細胞凋亡的概念第5頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三（一）細胞凋亡的特征◆形態特征

質膜內折；染色質固縮；有凋亡小體第6頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三（一）細胞凋亡的特征◆凋亡的起始：細胞表面的特化結構消失，細胞膜依然完整；線粒體大體完整，核糖體逐漸與內質網脫離，內質網囊腔膨脹，并逐漸與質膜融合；染色質固縮，沿著核膜分布。

◆凋亡小體的形成：染色質斷裂，與某些細胞器等聚集在一起，被反折細胞質膜包裹，形成球形的結構，稱為凋亡小體。◆凋亡小體為鄰近細胞或吞噬細胞所吞噬，在溶酶體內被消化分解。第7頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三細胞凋亡的過程及特征（一）細胞凋亡的特征第8頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三（二）細胞凋亡的檢測方法◆形態學觀察：化學染色法（臺盼藍）和熒光染色（DAPI染細胞核）、吉姆薩染色法（染色質著色）◆DNA電泳：呈現出梯狀條帶（DNAladders）◆DNA斷裂的原位末斷標記：凋亡細胞的核DNA斷裂后產生3’-OH末端，用熒光素對凋亡細胞核或凋亡小體進行原位染色。第9頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三

a正常T細胞雜交瘤細胞b凋亡細胞(掃描電鏡)c凋亡細胞(透射電鏡)第10頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三

（二）細胞凋亡的檢測方法◆DNA在核小體間斷裂形成180——200bp的片段，瓊脂電泳出現梯狀條帶。細胞色素c誘導的凋亡細胞DNA電泳圖1．細胞色素c誘導0h2．細胞色素c誘導1h3．細胞色素c誘導2h4．細胞色素c誘導3h5．細胞色素c誘導4h6．陰性對照7．Marker凋亡細胞的DNA電泳第11頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三◆彗星電泳法：凋亡細胞中DNA降解片段泳動速度較快，使細胞核呈現彗星式圖案。◆流式細胞分析：凋亡的亞二倍體細胞。◆檢測細胞膜成分變化：磷脂酰絲氨酸翻轉至細胞膜外側。（二）細胞凋亡的檢測方法第12頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三●生物發育過程中的需要●參與免疫耐受的形成：對識別自身抗原的T細胞克隆進行選擇性地消除。●生理性保護機制，清除體內多余、受損或危險的細胞而不對周圍的細胞或組織產生傷害。●維持機體細胞總數的平衡和機體的生命活力。●人體細胞凋亡的失調，引發多種疾病。凋亡不足引發腫瘤和自身免疫病；過度凋亡導致免疫功能的喪失或引發炎癥。（三）細胞凋亡的生理學及醫學意義第13頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三

蝌蚪在向成體變態發育過程中尾的消失

第14頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三脊椎動物的神經系統發育

細胞凋亡使神經細胞與靶細胞的數量相匹配第15頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三發育過程中手和足的成形過程第16頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三（四）細胞凋亡的分子機制●

caspase家族●

caspase切割底物●外界信號與凋亡●線粒體與凋亡第17頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三誘導細胞凋亡的因子◆物理性因子:

包括射線（紫外線，射線等）；

較溫和的溫度刺激（如熱激，冷激）等。◆化學及生物因子：包括活性氧基團和分子（超氧自由基，Ｈ２Ｏ２）；DNA和蛋白質合成的抑制劑；正常生理因子（激素，細胞生長因子等）失調；凋亡因子如腫瘤壞死因子（TNF）處理等。第18頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三1、caspase家族線蟲Caenorhabditiselegans是研究個體發育和細胞程序性死亡的理想材料（生命周期短，細胞數量少）。線蟲神經系統由302個細胞組成。這些細胞來自于407個前體細胞。也就是說105個細胞發生了程序性死亡。◆caspase的發現第19頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三◆caspase的發現控制線蟲細胞凋亡的基因主要有3個：Ced-3、Ced-4和Ced-9Ced-3和

Ced-4的作用是誘發凋亡；Ced-9阻止Ced-3、Ced-4激活，抑制細胞凋亡。Ced3哺乳類同源物是白介素－１轉換酶

(Interleukin-1-convertingenzyme，ICE)，即caspase1。第20頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三caspase家族◆哺乳動物細胞中發現15種caspase蛋白。根據在細胞凋亡過程中發揮的功能不同，可分為兩類：◆凋亡起始者（起始caspases）：2、8、9、10、11參與凋亡啟動，負責對效應者的前體切割，產生有活性的效應者。◆凋亡執行者（效應caspases）：

3、6、7執行細胞凋亡，負責切割細胞核內、細胞質中結構蛋白和調節蛋白，使其失活或活化，保證凋亡程序的正常進行。第21頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三caspase是天冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白水解酶的簡稱。caspase活性位點是半胱氨酸，

切割位點是靶蛋白天冬氨酸殘基后的肽鍵。caspase家族第22頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三

2、caspases依賴性細胞凋亡途徑●由死亡受體起始的外源途徑●由線粒體起始的內源途徑第23頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三（1）死亡受體介導的細胞凋亡

◆

當細胞接受凋亡信號分子(FasＬ,TNF等)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結合。◆銜接蛋白募集caspases2、8和10聚集在受體部位。◆

caspase相互活化并產生級聯反應，使細胞凋亡。第24頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三細胞凋亡過程中caspases級聯效應第25頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三胞外信號誘導細胞凋亡2、8和10凋亡起始第26頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三第27頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三

◆

下游caspases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DNase結合蛋白，使DNase釋放，降解DNA形成DNALadder；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；導致膜脂重排，便于吞噬細胞識別并吞噬。（1）死亡受體介導的細胞凋亡第28頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三fas

fas又稱作APO-1，屬TNF受體和NGF受體家族。1993年人白細胞分型國際會議統一命名為CD95。fas基因編碼產物為分子量45KD的跨膜蛋白。Fas蛋白與Fas配體組成Fas系統，二者的結合導致靶細胞走向凋亡。第29頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三Fas誘導的細胞凋亡Fas與配體（如TNF）結合發生三聚化，使胞內的DD區（Deathdomain）與接頭蛋白FADD的DD區結合。FADDN端通過DED區（deatheffectordomain）與Caspase-8前體蛋白和CAP3結合，激活caspase-8

。第30頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三caspase-8酶原自剪切活化，切割效應caspase（

caspase

-3酶原），產生有活性的caspase

-3，導致細胞凋亡。caspase可降解結構蛋白、信號蛋白、轉錄調控蛋白、周期蛋白等等。活化的caspase-8還通過切割信號分子Bid，將凋亡信號傳遞到線粒體，引發凋亡的內源途徑，使凋亡信號進一步擴大。第31頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三

（2）細胞凋亡的內源途徑

◆當caspase8活化后，其中一個途徑被運送到線粒體，導致細胞色素C釋放。

◆CytC與胞質中Apaf-1(凋亡蛋白酶活化因子)結合誘導細胞凋亡

Apaf-1：線蟲Ced4在哺乳動物細胞中的同源蛋白，通過N端CARD結構域（caspases募集結構域）招募細胞質中的caspase9酶原。

◆caspase9酶原在凋亡復合體中發生自身切割而活化。

◆活化的caspase9切割并激活caspase3、7，引發細胞凋亡。第32頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三細胞凋亡信號途徑第33頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三第34頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三線粒體向細胞質內釋放多個凋亡相關因子，誘發caspases非依賴性的細胞凋亡。凋亡誘導因子（AIF）：從線粒體釋放到細胞質基質中，進而進入細胞核，引起核內DNA凝集并斷裂。限制性內切核酸酶G（endonucleaseG）:負責線粒體DNA的修復和復制。受到凋亡信號的刺激，endoG從線粒體釋放，進入細胞核，對核DNA進行切割。

3、caspases非依賴性的細胞凋亡第35頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三2002年10月7日英國人悉尼·布雷諾爾、美國人羅伯特·霍維茨和英國人約翰·蘇爾斯頓，因在細胞程序性死亡方面的研究獲諾貝爾諾貝爾生理與醫學獎。SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston

第36頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三二、細胞壞死細胞壞死是細胞受到急性強力傷害時立即出現的反應。早期表現為細胞膜破壞，線粒體腫脹。繼而溶酶體破裂,細胞內容物流出,引起炎癥。第37頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三細胞凋亡與細胞壞死比較Kerr（1972）最先提出，與細胞壞死的區別是：①細胞通過出芽的方式形成許多凋亡小體；②凋亡小體內有結構完整的細胞器；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，而細胞壞死是病理性變化。第38頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三壞死細胞凋亡細胞第39頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三細胞壞死細胞壞死時，細胞質膜發生滲漏。細胞內容物，包括膨大和破碎的細胞器以及染色質片段，釋放到胞外，導致炎癥反應。染色質不發生凝集，也不產生有規律的200bp的DNA降解片段，而是被隨機降解，電泳時產生“拖尾”現象。第40頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三細胞壞死的作用細胞壞死可能在細胞的免疫反應中發揮重要作用。細胞感染病原體后，可能通過“自殺”方式消滅病原體，可以作為凋亡的“替補”。被感染的細胞壞死后，胞內的病原體信號分子如病毒核酸等被釋放，能夠被免疫細胞識別，促發固有免疫反應。第41頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三三、自噬性細胞死亡細胞自噬：細胞通過溶酶體與雙層膜包裹的細胞自身物質融合，從而降解細胞自身物質的過程。壽命較短的蛋白質通過泛素-蛋白酶體系統進行降解；壽命較長的蛋白質及細胞結構通過細胞自噬途徑，由溶酶體進行降解。第42頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三細胞自噬過程膜泡的形成、擴展自噬體的形成自噬體與溶酶體融合后形成自噬溶酶體內含物被溶酶體中的水解酶消化三、自噬性細胞死亡第43頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三細胞自噬的特征及過程第44頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三第二節細胞衰老◆衰老的概念◆Hayflick界限◆衰老特征◆衰老的分子理論第45頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三（一）衰老的概念●細胞衰老(cellaging，cellsenescence)：一般指復制衰老，即體外培養的正常細胞經過有限次數的分裂后，停止生長，細胞形態和生理代謝活動發生顯著改變的現象。●培養細胞的衰老，機體內細胞的衰老第46頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三

（二）Hayflick界限●1961年，Hayflick首次報道了體外培養的人成纖維細胞具有增殖分裂的極限。●Hayflick界限：細胞，至少是培養的細胞，不是不死，是有一定壽命的；它們的增殖能力不是無限的，而是有一定的界限，平均傳代40——60次，此后細胞逐漸解體死亡。第47頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三（二）Hayflick界限◆癌細胞或培養的細胞系是不正常細胞，其染色體數目或形態已經不同于原先的細胞◆細胞的增殖能力與供體年齡有關◆物種壽命與培養細胞壽命之間存在著一定的關系第48頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三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第49頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三物種的壽命與體外培養時細胞傳代次數的關系第50頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三三、衰老細胞結構的變化●細胞核的變化●內質網的變化:衰老動物內質網彌散性分散于核周胞質中，腫脹，糙面內質網總量似乎是減少了，蛋白質合成量減少。●線粒體的變化:通常，細胞中線粒體的數量隨齡減少，而其體積則隨齡增大。●致密體的生成：由溶酶體或線粒體轉化而來。●膜系統的變化

第51頁，講稿共59頁，2023年5月2日，星期三細胞核的變化◆體外培養的