第十一章細胞衰老與死亡

1“生、老、病、死”是生命的四重奏。人類自出生均要經過生長、發育、成熟、衰老直至死亡的幾個階段，這是生命的必然規律。生命是物質的，人體是由細胞組織起來的。組成細胞的化學物質在運動中不斷受到內外環境的影響而發生損傷，致使人體內某些細胞不斷地衰老與死亡。

細胞的衰老與死亡是新陳代謝的自然現象

2第一節細胞的衰老

3衰老: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。人的衰老與細胞的衰老相關聯現代人類面臨著3種衰老：◆生理性衰老◆病理性衰老◆心理性衰老45細胞衰老是客觀存在的。同新陳代謝一樣,細胞衰老是細胞生命活動的客觀規律。對多細胞生物而言,細胞的衰老和死亡與機體的衰老和死亡是兩個不同的概念,機體的衰老并不等于所有細胞的衰老,但是細胞的衰老又是同機體的衰老緊密相關的。6個體衰老與細胞衰老的關系單細胞生物：多細胞生物：細胞衰老=個體衰老細胞衰老≠個體衰老每時每刻都在更新7細胞的壽限

細胞也同生物體一樣，有一定的壽命，體內總有細胞不斷地衰老與死亡,同時又有細胞的增殖與新生進行補充。這不僅發生在胚胎發育過程中，在成年體內的各組織器官中也有細胞的死亡。各類細胞本身的壽命很不一樣,一般說來,能夠保持持續分裂能力的細胞是不容易衰老的。分化程度高又不分裂的細胞壽命卻是有限的。8根據細胞壽命情況將細胞分為三類：壽命接近于動物的整體壽命:如神經細胞，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:如肝細胞，胃壁細胞等。快速更新的細胞:如皮膚的表皮細胞，紅細胞和白細胞等，它們在正常情況下終生保持分裂能力。

9Hayflick界限

1961年，LeonardHayflick

首次報道了體外培養的人的成纖維細胞(humanfibroblasts)具有增殖分裂的極限。利用來自胚胎和成體的成纖維細胞進行體外培養發現：胚胎的成纖維細胞分裂傳代50次后開始衰退和死亡，相反，來自成年組織的成纖維細胞只能培養15～30代就開始死亡。10

Hayflick等發現，動物體細胞在體外可傳代的次數，與物種的壽命有關。例如，龜的最高壽命是175歲，它的細胞在體外培養時能分裂100多次。而小鼠的壽命只有幾年，所以從小鼠分離的細胞在體外分裂的次數不超過30次。11體外培養的年輕人和老年人的成纖維細胞的顯微形態12細胞衰老的特征細胞內水分減少◆色素生成和色素顆粒沉積細胞膜的變化：膜的流動性下降、剛性增強◆細胞質的變化：內質網排列的有序性降低、內質網數量減少、線粒體數量減少◆細胞核的變化：核膜內折、染色質固縮、核小體

DNA變短◆細胞化學組成的變化：蛋白質合成能力下降、高爾基體的分泌與運輸功能下降13第二節細胞的死亡

14一、細胞死亡的方式細胞壞死細胞凋亡細胞程序性死亡

正常的組織中，經常發生“正常”的細胞死亡，它是維持組織機能和形態所必需的。細胞死亡的方式有三種：15早期表現為細胞膜破壞，線粒體腫脹溶酶體破裂,細胞內容物流出,引起炎癥（一）細胞壞死(necrosis)細胞壞死(necrosis)：細胞受到化學因素（如強酸、強堿、有毒物質）、物理因素（如熱、輻射）和生物因素（如病原體）等環境因素的傷害，引起細胞死亡的現象。16細胞壞死的形態特征細胞壞死初期，胞質內線粒體和內質網腫脹、崩解，結構脂滴游離、空泡化，蛋白質顆粒增多，核發生固縮或斷裂。隨著胞質內蛋白變性、凝固或碎裂，以及嗜堿性核蛋白的降解，細胞質呈現強嗜酸性，故壞死組織或細胞在蘇木精/伊紅染色切片中，胞質呈均一的深伊紅色，原有的微細結構消失。在含水量高的細胞，可因胞質內水泡不斷增大，并發生溶解，導致細胞結構完全消失，最后細胞膜和細胞器破裂，DNA降解，細胞內容物流出,引起周圍組織炎癥反應。

17

引起壞死細胞形態改變的因素：酶性消化蛋白變性

若酶來源于死亡細胞本身的溶酶體，則稱為細胞自溶（autolysis）

若酶來源于浸潤壞死組織內白細胞溶酶體，則為細胞異溶（heterolysis）18細胞凋亡的概念：由體內外因素觸發細胞內預存的死亡程序而導致的細胞死亡過程細胞凋亡的特點：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溶酶體活性不增加④內切酶活化，DNA片斷化，凝膠電泳圖譜呈梯狀

（二）細胞凋亡(apoptosis)19凋亡的起始，微絨毛的消失，細胞間接觸的消失，與周圍的細胞脫離，細胞質中，線粒體大體完整，染色質固縮。細胞質密度增加，線粒體膜電位消失，通透性改變，釋放細胞色素C到胞漿，膜內側磷脂酰絲氨酸外翻到膜表面。凋亡小體的形成。核膜核仁破碎，核染色質斷裂為大小不等的片段，與某些細胞器如線粒體一起聚集，為反折的細胞膜所包圍。

凋亡小體逐漸被周圍專職或非專職吞噬細胞吞噬。凋亡細胞形態特征2021正常胸腺細胞凋亡胸腺細胞22掃描電子顯微鏡下的凋亡小體2324細胞程序性死亡（programmedcelldeath，PCD）是一種基因指導的細胞自我消亡方式。PCD和細胞凋亡的區別在以下方面：–PCD是功能性概念，凋亡是形態學概念。–PCD的最終結果是細胞凋亡，但細胞凋亡并非都是程序化的。–PCD存在于胚胎發育過程中。（三）細胞程序性死亡25細胞凋亡與細胞壞死的區別特征細胞凋亡細胞壞死誘導因素生理及弱刺激強烈刺激受累范圍單個細胞丟失成群細胞死亡膜完整性保持到晚期早期即喪失細胞體積減少、固縮增大腫脹染色質凝聚成半月形稀疏成網狀細胞器無明顯變化腫張破壞溶酶體保持完整破壞外溢細胞形狀形成凋亡小體破裂成碎片基因組DNA

有控降解隨機降解大分子合成一般需要不需要基因調控有無后果不引起炎癥反應引起炎癥反應意義生理死亡方式病理死亡方式26細胞壞死與凋亡的形態區別

27

細胞壞死細胞凋亡28細胞凋亡的生化改變DNA片斷化caspase激活滅活凋亡抑制物水解活性蛋白水解結構蛋白Ca2+/Mg2+

Zn2+

核酸內切酶激活①②③29細胞凋亡中的DNA的片段化

30DNA斷裂與“梯狀條帶”(1)31DNA斷裂與“梯狀條帶”(2)32典型凋亡細胞DNA瓊脂糖凝膠電泳（呈現梯狀條帶）33二、細胞凋亡的生物學意義1.細胞凋亡與個體發育在個體發育過程中的細胞凋亡是保證個體正常發育所必需的。2.細胞凋亡與免疫

形成自身抗原耐受、防止過高的免疫應答、激活淋巴細胞對靶細胞的凋亡。34手指的形成過程蝌蚪尾巴的退化過程353.細胞凋亡與衰老通過凋亡可及時清除衰老細胞，降低機體癌變的危險。4.細胞凋亡與損傷修復當DNA損傷不可逆轉時，可通過細胞凋亡清除損傷細胞。5.細胞凋亡與腫瘤細胞增殖與凋亡的速度平衡失調可造成腫瘤的發生。36第三節

細胞凋亡的過程與調控37一、細胞凋亡的過程

cAMPCa2+神經酰胺凋亡誘因凋亡信號轉導凋亡基因激活細胞凋亡凋亡細胞清除受體死亡信號

DNase活化Caspases活化↓∶

DNA片斷↓

凋亡小體形成巨噬細胞吞噬、分解38二、細胞凋亡的調控（一）細胞凋亡相關因素誘導性因素激素和生長因子失衡理化因素免疫性因素微生物學因素大量糖皮質激素↓淋巴細胞凋亡射線/高溫/強酸/強堿/乙醇/抗癌藥物CTL分泌粒酶HIV→CD4+細胞凋亡39抑制性因素細胞因子(IL-2/NGF)激素(ACTH/睪丸酮/雌激素)金屬陽離子(Zn2+)藥物(苯巴比妥/半胱氨酸酶抑制劑)病毒EB病毒/牛痘病毒（一）細胞凋亡相關因素40信號轉導凋亡誘導因素受體cAMPCa2+神經酰胺（第二信使）胞內信號轉導途徑激活凋亡程序死亡信號啟動預定程序凋亡相關基因激活酶合成核酸內切酶激活Caspases激活DNA切割細胞解體凋亡基因激活執行凋亡清除41細胞凋亡發生的時間過程

42多途性：同一凋亡誘導因素可通過多條信號轉導途徑觸發凋亡多樣性：不同種類的細胞有不同的信號轉導系統偶聯性：死亡信號的轉導系統與細胞增殖、分化過程中的信號轉導系統在某些環節上有交叉、偶聯同一性：不同的凋亡誘導因素可通過同一信號轉導途徑觸發凋亡凋亡誘導因素凋亡信號轉導死亡程序激活apoptosis凋亡信號轉導的特點：凋亡的信號轉導431.胞內Ca2+信號系統2.cAMP/PKA信號系統3.Fas蛋白/Fas配體信號系統4.神經酰胺信號系統5.二酰甘油/PKC信號系統6.酪氨酸蛋白激酶(PTK)信號系統凋亡的信號轉導系統44

1.胞內Ca2+信號系統激活鈣依賴的谷氨酰胺轉移酶活化核轉錄因子，觸發凋亡2.cAMP/PKA信號系統cAMP依賴的PKA激活，靶蛋白殘基磷酸化，蛋白功能改變3.Fas/FasL信號系統

Fas是跨膜蛋白，與T細胞上的FasL結合，啟動凋亡凋亡的信號轉導系統45Fas誘發凋亡的方式Fas配體＋Fas蛋白+神經鞘磷脂酶(SMase)神經鞘磷脂(SM)神經酰胺(CER)＋蛋白激酶DNA斷裂細胞凋亡抗Fas抗體或TNF與Fas蛋白結合＋ICE樣的Caspase組蛋白降解染色體松弛DNA鏈舒展酶切位點暴露Fas蛋白激活Ca2+信號系統傳遞死亡信息464.神經酰胺（CER）信號系統神經鞘磷脂（SM）神經酰胺（第二信使）電離輻射TNF-αFas抗原GCapoptosisPLA2SMase絲／蘇氨酸激酶(EGFR)絲／蘇氨酸磷酸酶(CAPP)PKC底物抑制增生各種細胞反應誘導NFkB下調c-myc表達環氧酶475.二酰甘油／PKC信號系統磷脂酰肌醇磷脂酰膽堿PLC二酰甘油（第二信使）PKCβ1生長因子受體PTKGsGiTCRPLCPIP2IP3Ca2+DGPKC核內拓撲異構酶Ⅱ磷酸化DNA損傷凋亡離子通道G蛋白磷酸化cAMP增加凋亡凋亡486.酪氨酸蛋白激酶(PTK)信號系統生長因子（EGF）細胞因子（IL-3）PTK靶蛋白上的酪氨酸磷酸化rasraf-1MAPKKMAPK靶蛋白磷酸化細胞分化生長因子或細胞因子撤除apoptosis49APOPTOSIS腺苷酸環化酶←鈣調素←Ca2+↓↓

cAMP↑谷氨酰胺轉移酶↓↓

PKA↑轉錄因子FasFasL神經酰胺↓

SPP↑↓AP-1↑↓S期(抗凋)caspase↑↓H1組蛋白CKCK-RMAPK↑MAPKK↑Raf-1↑Ras↑PTK↑↓分化×PKC↑二酰甘油Tc-R糖皮質激素①②③④⑤⑥50（三）凋亡相關基因Bcl-2家族Bc1-2是一種原癌基因主要分布于線粒體內膜、細胞膜內表面、核膜及部分內質網廣泛存在于造血細胞、上皮細胞、淋巴細胞、神經細胞及多種腫瘤細胞與一般的癌基因有所不同，BCL-2

延長細胞的生存，能抑制細胞凋亡,而不是促進細胞的增殖

目前已經發現BCL-2家族的15個成員，所有Bcl-2家族成員均含有1個或多個BH結構域。51BCL-2家族包括三個亞家族52Bcl-2亞家族：Bcl-2亞家族成員對細胞凋亡起抑制作用。成員：Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1、A1能阻抑多種凋亡誘導因素引發的細胞凋亡機制：直接抗氧化抑制線粒體釋放促凋亡蛋白質抑制促凋亡性調節蛋白Bax,Bak的細胞毒作用抑制caspases的激活維持細胞鈣穩態抗凋亡：53Bax亞家族：它們的作用與Bcl-2亞家族的作用相反，可促進細胞凋亡

成員：Bax、Bak、BokBH3亞家族：僅有BH3結構域，它們的作用也與

Bcl-2亞家族的作用相反，可促進細

胞凋亡

成員：Bik、Blk、Hrk、BNIP3、Biml、Bad、

Bid542.P53P53是腫瘤抑制基因，其產物主要存在于細胞核內。P53基因是人類腫瘤有關基因中突變頻率最高的基因。野生型P53(wtP53)誘導凋亡，突變后抑制凋亡wtP53在G1期發揮檢驗點功能→有缺陷DNA→CIP表達→啟動修復→失敗→啟動凋亡

CIP-----(cyclindependentkinase–interacting

protein-1)P53蛋白能特異地抑制Bc1-2