1、细胞的衰老和死亡医细胞的衰老和死亡医学知识学知识第一节第一节 细胞衰老（细胞衰老（cell aging）随着时间的推移,细胞的形态结构、化学成分和生理功能逐渐衰退的现象。2细胞的衰老和死亡医学知识一、机体衰老与细胞衰老一、机体衰老与细胞衰老机体的衰老并不等于体内所有细胞都衰老；机体衰老是以细胞总体的衰老为基础的；机体的衰老与体内细胞的衰老有着密切的联系，生物体的衰老可能是组织中干细胞的衰老引所致。3细胞的衰老和死亡医学知识二、二、二倍体细胞体外增殖能力和寿命二倍体细胞体外增殖能力和寿命体外培养的二倍体细胞的增殖能力和寿命是有一定限度的；体外培养的二倍体细胞分裂次数与供体年龄之间呈反比关系；不同
2、物种的细胞最大分裂次数与动物平均寿命成正比关系。4细胞的衰老和死亡医学知识三、体内细胞的衰老与其增殖能力和分化三、体内细胞的衰老与其增殖能力和分化 程度有关程度有关1.不育细胞群的衰老2.暂不增殖细胞群的衰老3.具有干细胞特性的增殖细胞群的衰老5细胞的衰老和死亡医学知识四、细胞衰老的表现四、细胞衰老的表现1.衰老细胞中水分含量减少 内水分减少，细胞萎缩 2.衰老细胞中色素蓄积 电镜下细胞质中的脂褐素颗粒由单位膜包裹形成较高电子密度不规则小体，含有浅亮的脂滴6细胞的衰老和死亡医学知识 细胞膜的变化 磷脂含量下降，胆固醇与磷脂的比值升高；磷脂中 不饱和脂肪酸含量及卵磷脂与鞘磷脂的比值随增龄 而下降
3、,细胞膜的黏滞性增加，膜流动性降低。3.细胞膜系统的改变内质网的变化 粗面内质网数量减少，排列无序，膜膨胀、崩 解，膜表面核糖体数量减少，光面内质网呈空泡状。7细胞的衰老和死亡医学知识 高尔基复合体的变化 囊泡种胀，伴有扁平囊的断裂崩解，分泌功能降低。溶酶体的变化 溶酶体功能降低，细胞内残余体积累。8细胞的衰老和死亡医学知识4.线粒体的变化是细胞衰老的重要指标 数量减少，体积的增大，氧化产能功能下降。5.细胞骨架的改变 G-肌动蛋白含量下降，微丝数量减少，与微丝相关的信号传递功能下降。9细胞的衰老和死亡医学知识 6.核结构的改变 核膜内折、崩解、染色质固缩化。7.蛋白质合成变化 蛋白质合成速率
4、降低，特异蛋白、酶结构和数量 改变，是细胞衰老的重要标志：10细胞的衰老和死亡医学知识 干细胞的自我更新、增殖和分化的能力下降。8.成体干细胞的衰老11细胞的衰老和死亡医学知识 五、细胞衰老的机制五、细胞衰老的机制 （一）（一）“错误成灾错误成灾”学说学说 DNA损伤和修复功能下降，导致核酸、蛋白质、酶等生物大分子合成错误，引起细胞代谢功能障 碍，导致细胞衰老死亡。12细胞的衰老和死亡医学知识（二）自由基学说（二）自由基学说 认为衰老是由于自由基（free radical）对细胞成分 的攻击伤害所致；1.自由基导致氧化性损伤:基因突变、脂质过氧化 2.自由基产生 (1)环境中的高温、辐射、光解
5、、化学物质等。(2)体内各种代谢反应产生：线粒体呼吸链电子泄 漏产生；过氧化物酶体的多功能氧化酶催化 底物羟化产生。13细胞的衰老和死亡医学知识3.自由基清除系统自由基清除系统（1）抗氧化酶：谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（PXP）及过氧化氢酶（CAT）（2）抗氧化剂（antioxidant）：谷胱甘肽（GSH）、维生素C、-胡萝卜素、维生素E、半胱氨酸、硒化物、巯基乙醇等。14细胞的衰老和死亡医学知识（三）端粒学说（三）端粒学说 DNA每复制一次，端粒末端就缩短一段，当端粒缩短到一定程度而不能再分裂复制，细胞便衰老死亡；端粒酶（telomerase）
6、可以利用自身RNA为模板合成端粒DNA，加到染色体3末端，补偿端粒末端丢失的序列，从而延长细胞的寿命；体细胞无端粒酶活性，生殖细胞、干细胞和恶性肿瘤细胞中有明显的端粒酶活性。15细胞的衰老和死亡医学知识 （四）遗传程序学说（四）遗传程序学说 生物体细胞内特定基因按照预定程序有序地开启和 关闭，控制着个体的生长发育、衰老死亡。（五）细胞衰老相关基因（五）细胞衰老相关基因 1衰老基因衰老基因 （1）MORF4基因：位于4号染色体上，基因发生突变 可导致细胞永生化 （2）p16和p21基因：基因产物是CDK抑制因子（CKI），可通过抑制CDK的活性导致细胞周期停滞，阻断细胞增殖，导致细胞衰老16细胞
7、的衰老和死亡医学知识17细胞的衰老和死亡医学知识18细胞的衰老和死亡医学知识(3)老年性退行性疾病有关的基因 截脂蛋白E基因 -冠状动脉硬化 淀粉样蛋白基因-阿尔茨海默病 2抗衰老基因抗衰老基因 也称长寿基因（也称长寿基因（longevity gene）延长因子-1基因、WRN基因、Klotho基因 SIRT1的基因 19细胞的衰老和死亡医学知识（六）成体干细胞的衰老（六）成体干细胞的衰老1遗传因素 无法修复积累的DNA损伤 衰老相关基因的表达：p53、p16基因过度表达 2环境因素 干细胞巢中的酶、调控因子等变化 20细胞的衰老和死亡医学知识六细胞衰老与疾病六细胞衰老与疾病1.早老性疾病早老
8、性疾病 早老症(Hayflick-Guilford综合征)儿童绝大多数Hutchinson-Gilford 早老症的致病原因是由体内核纤层蛋白A（lamin A）基因突变所致。lamin A的基因突变影响DNA损伤修复，基因组不稳定，从而使lamin A蛋白缺陷的细胞终止分裂，衰老过程加并过早死亡。21细胞的衰老和死亡医学知识 2.干细胞衰老相关疾病干细胞衰老相关疾病 老年性再生障碍性贫血、白血病、骨质疏松、型糖尿病、动脉粥样硬化、血脂代谢障碍。22细胞的衰老和死亡医学知识第二节第二节 细胞死亡细胞死亡细胞死亡是指细胞生命活动的结束，细胞死亡主要有多种不同的形式：1.坏死性死亡 2.细胞凋亡（
9、apoptosis）3.细胞自噬 4.细胞胀亡23细胞的衰老和死亡医学知识1.细胞坏死（necrosis）:由于损伤、缺血或感染引起的细胞死亡现象，伴生炎症。2.细胞凋亡（apoptosis):由死亡信号诱发的受调节的细胞死亡过程，是细胞生理性死亡的普遍形式。凋亡过程中DNA发生片段化，细胞皱缩分解成凋亡小体，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬，不发生炎症。24细胞的衰老和死亡医学知识一、细胞凋亡与细胞坏死的区别25细胞的衰老和死亡医学知识细胞凋亡与细胞坏死的形态学比较细胞凋亡与细胞坏死的形态学比较26细胞的衰老和死亡医学知识NormalApoptosisNecrosis27细胞的衰老和死亡医学知识28
10、细胞的衰老和死亡医学知识不同凋亡阶段的区分不同凋亡阶段的区分29细胞的衰老和死亡医学知识荧光显微镜定性观察细胞凋亡30细胞的衰老和死亡医学知识流式细胞仪分析（FACS）31细胞的衰老和死亡医学知识电镜下的凋亡细胞(A-B)与坏死细胞(C)32细胞的衰老和死亡医学知识33细胞的衰老和死亡医学知识34细胞的衰老和死亡医学知识 特征特征 细胞凋亡细胞凋亡 细胞坏死细胞坏死诱导因素 生理及弱刺激 强烈刺激受累范围 单个细胞丢失 成群细胞死亡膜完整性 保持到晚期 早期即丧失细胞体积 减少、固缩 增大、肿胀染色质 凝聚成半月形 稀疏成网状细胞器 无明显变化 肿张破坏溶酶体 保持完整 破坏外溢细胞形状 形成
11、凋亡小体 破裂成碎片基因组DNA 有控降解 随机降解大分子合成 一般需要 不需要基因调控 有 无后果 不引起炎症反应 引起炎症反应意义 生理死亡方式 病理死亡方式35细胞的衰老和死亡医学知识二、细胞凋亡具有重要的生物学意义（一）发育过程中清除多余的细胞 细胞凋亡在指（趾）形成中的作用 蝌蚪发育过程尾部细胞的凋亡 36细胞的衰老和死亡医学知识程序性细胞死亡对发育中神经细胞数量的调节37细胞的衰老和死亡医学知识（二）清除正常生理活动过程中无用的细胞 衰老的红血细胞、前T、前B淋巴细胞（三）清除病理活动过程中有潜在危险的细胞 DNA损伤的细胞、有癌变危险的细胞、病毒感染的细胞 38细胞的衰老和死亡医
12、学知识三、细胞凋亡的分子机制（一）线虫凋亡相关基因39细胞的衰老和死亡医学知识线虫的细胞凋亡途径及相关基因40细胞的衰老和死亡医学知识1.Caspase家族 (ced-3的同源物)是一类半胱氨酸蛋白水解酶，简称胱天蛋白酶（caspase）共同特点:是富含半胱氨酸，被激活后能特异地切割靶蛋白的天冬氨酸残基后的肽键。（二）（二）人和哺乳动物细胞凋亡相关基因及其产物 41细胞的衰老和死亡医学知识根据在凋亡级联反应中的功能不同可分为两类：凋亡上游的起始者:Caspase 2、8、9、10凋亡下游的执行者:Caspase 3、6、7 已发现的Caspase家族成员共有15种其中Caspase 1、4、1
13、1 参与白细胞介素前体活化，不直接参加凋亡信号的传递 42细胞的衰老和死亡医学知识 细胞凋亡过程中Caspase级联效应 43细胞的衰老和死亡医学知识 细胞凋亡过程中Caspase级联效应 44细胞的衰老和死亡医学知识2.Bcl-2蛋白家族 (是线虫ced-9的同源物)根据其功能可以分为两大类:抑制凋亡的Bcl-2:Bcl-2、Bcl-xL、Bcl-w、Mcl-1能阻止线粒体外膜的通透化，保护细胞免于凋亡。促进细胞凋亡的Bcl-2:Bax、Bak，Noxa能够促进线粒体外膜的通透化，促进细胞凋亡。45细胞的衰老和死亡医学知识46细胞的衰老和死亡医学知识47细胞的衰老和死亡医学知识 在依赖P53
14、蛋白的细胞凋亡中，P53基因是通过调节Bc1-2和Bax基因的表达来影响细胞凋亡的。P53蛋白能特异地抑制Bc1-2的表达，相反对Bax的表达则有明显的促进作用。研究表明，P53蛋白是Bax基因的直接的转录活化因子。在这些细胞中，P53蛋白的积累和活动引起了细胞凋亡。49细胞的衰老和死亡医学知识50细胞的衰老和死亡医学知识P53是肿瘤抑制基因，其产物主要存在于细胞核内。P53基因是人类肿瘤有关基因中突变频率最高的基因。51细胞的衰老和死亡医学知识4.Fas和Fasl Fas是广泛存在于正常细胞和肿瘤细胞膜表面受体，Fas配体Fasl主要表达于活化的T淋巴细胞，两者结合将导致携带Fas的细胞凋亡
15、。52细胞的衰老和死亡医学知识Cell deathFasFasLTNF-R1TNFTRADDFADDCas8CaseffMitCyt cProtein degradationDNaseNature,2009,457,1019-102253细胞的衰老和死亡医学知识（三）细胞内外因素主要通过两种信号传导途径诱导细胞凋亡1.死亡受体介导的细胞凋亡信号通路2.线粒体介导的细胞凋亡信号通路54细胞的衰老和死亡医学知识55细胞的衰老和死亡医学知识56细胞的衰老和死亡医学知识Caspase-independent signaling pathways57细胞的衰老和死亡医学知识四、细胞凋亡失常与疾病（一）细
16、胞凋亡过低导致的疾病1细胞凋亡与肿瘤 肿瘤细胞凋亡抑制基因和凋亡活化基因表达异常如肿瘤细胞常有p53基因的突变或缺失、一般肿瘤细胞高表达Fasl，借以凋亡淋巴细胞，而又低表达Fas，而降低凋亡，形成肿瘤细胞有逃逸免疫及凋亡耐受的特性。58细胞的衰老和死亡医学知识2细胞凋亡与系统性红斑狼疮 由于Fas表达缺陷，引起自身反应性T细胞的凋亡功能丧失，导致T淋巴细胞凋亡障碍（二）细胞凋亡过度导致的疾病1细胞凋亡与神经退行性疾病 中枢神经系统神经细胞的丧失是各种神经退行性疾病的病理特点 59细胞的衰老和死亡医学知识HIV感染的细胞膜表面可表达gp120，其受体存在于免疫的CD4+T淋巴细胞膜上，当gp1
17、20与CD4+T淋巴细胞结合后，可诱导CD4+T淋巴细胞凋亡，导致免疫系统崩溃。2细胞凋亡与AIDS病 3细胞凋亡与心血管疾病 动脉粥样硬化、心肌病、急性心肌梗死，以及心力衰竭中均伴随着细胞凋亡。60细胞的衰老和死亡医学知识在发育过程中凋亡异常引起并指（趾）凋亡异常凋亡异常61细胞的衰老和死亡医学知识62细胞的衰老和死亡医学知识思考题思考题1.简述细胞衰老的主要特征。2.什么是Hayflick界限?3.简述细胞凋亡的形态学特征及其与坏死的主要区别。4.简述细胞凋亡的生物学意义。5.简述动物细胞凋亡主要的两条信号通路。6.何谓Caspase家族?在细胞凋亡过程中起何作用?63细胞的衰老和死亡医学知识
