1、 第一节第一节 细胞衰老细胞衰老 一、一、细胞衰老的概念细胞衰老的概念 细胞衰老：细胞衰老：是指正常细胞的形态结构、化学成分和生理功能和增殖能力逐渐减弱衰退的现象。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡1（一）（一）细胞衰老与机体衰老的关系细胞衰老与机体衰老的关系 细胞衰老与人体衰老既有联系又有区别：1.区别：细胞衰老与人体衰老是两个不同的概念。2.联系：机体衰老以细胞总体的衰老为基础，细 胞总体的衰老反应了机体的衰老。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡21.与机体寿命接近的细胞 如神经元、脂肪细胞、骨骼细胞和心肌细胞。2.缓慢更新的细胞 如肝脏、肾脏细胞和胃壁细胞。3.快速更新的组织细胞 如上皮
2、细胞、血细胞。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡3Hayflick界限：正常细胞增殖能力是有一定界限的，细胞最大的分裂次数即Hayflick界限。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡4（一）形态学的变化（一）形态学的变化（1）细胞核的变化 核膜内折、核质固缩。（2）内质网和线粒体的变化 内质网弥散分布，尼克体含量减少；线粒体数量减少。（3）细胞内色素或腊样物质沉积（4）膜系统的变化膜的流动性降低，脆性增加医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡5（1）DNA：复制与转录受到抑制，端粒DNA丢失，线粒体 DNA特异性缺失，DNA氧化、断裂、交联等。（2）RNA：mRNA和rRNA的含量降低。（3）蛋白质
3、：含量下降，胞内蛋白发生糖基化、氨甲酰 化、脱氨基等反应。（4）酶分子：活性中心被氧化，金属离子Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+等丢失，导致酶失活。（5）脂类：不饱和脂肪酸被氧化，引起膜脂之间或与脂蛋 白之间交联，膜的流动性降低。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡6l遗传程序论遗传程序论：衰老是遗传因素决定的程序化过程，是受特定基因控制的。成人早衰症医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡7婴婴幼幼儿儿早早衰衰症症医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡812岁的男孩塞斯库克 9岁的波恩医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡9l自由基学说自由基学说：通过氧化损伤不饱和脂肪酸、蛋白质和破坏DNA，而引发对
4、细胞膜、核膜、蛋白质等的氧化性损伤，最终导致衰老。自由基：是一类瞬间形成的含不成对电子的原子或分子基团。自由基的来源：.体外：空气污染、高温、辐射等.体内：代谢产生；线粒体呼吸链电子泄漏产生；过氧化物酶体催化底物羟化产生。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡10l端粒钟学说端粒钟学说：端粒长度随着分裂次数增加而缩短，当缩短到一定程度的时候细胞就不复制，细胞进入衰老的过程。人类的端粒：TTAGGG/CCCTAA的重复序列医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡11医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡12 细胞死亡的形式有两种：细胞坏死(necrosis)：是细胞受到物理、化学和生物因素等损伤后而引起细胞被
5、动死亡的现象。亦称病理性死亡。细胞凋亡细胞凋亡(apoptosis)：是由基因控制的细胞有序性的主动死亡现象。又称生理性死亡。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡13细胞坏死细胞坏死与与细胞凋亡细胞凋亡医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡14医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡15医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡16 凋亡时细胞的形态学改变凋亡时细胞的形态学改变细胞变圆细胞变圆微绒毛消失微绒毛消失胞质浓缩胞质浓缩空泡化空泡化凋亡小体凋亡小体 初期：初期：核染色质高度浓缩核染色质高度浓缩凝集在核周边凝集在核周边,边集边集细胞体积缩小细胞体积缩小中期：中期：胞膜内陷胞膜内陷出芽出芽浓缩核裂解浓缩核裂解
6、膜自行分割膜自行分割致死前期致死前期可逆期可逆期致死期致死期 不可逆期不可逆期后期：后期：邻近的上皮细胞、邻近的上皮细胞、M、瘤细胞等吞噬凋亡小体瘤细胞等吞噬凋亡小体医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡17一、细胞凋亡的特征一、细胞凋亡的特征（一）形态学特征（一）形态学特征1.1.细胞核的变化 染色质凝集、分块，呈新月状、花瓣状位于核膜下。最后核膜断裂。2.细胞质的变化 细胞质明显浓缩，线粒体（体积增大、嵴增多，出现空泡）和内质网（腔增殖膨大），细胞骨架变得致密和紊乱。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡18左图：哺乳类乳左图：哺乳类乳腺细胞的凋亡腺细胞的凋亡右图：哺乳类正右图：哺乳类正常的乳腺细
7、胞常的乳腺细胞医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡19 在凋亡过程中，由于没有膜的破裂，所以没有内容物的释放，故不会引起周围组织发生炎症。3.细胞膜的变化原有的特化结构逐渐消失；细胞膜起泡，但结构完整；外层细胞膜新出现了磷脂酰丝氨酸等生物大分子。.产生凋亡小体产生凋亡小体 凋亡小体(apoptotic body)：细胞凋亡时，形成的一些大小不等的、有完整胞膜的、内含胞质、细胞器及染色质片断的球形结构。凋亡小体的命运：被邻近细胞吞噬消化凋亡小体的命运：被邻近细胞吞噬消化医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡20医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡21（二）细胞凋亡的生物化学特征（二）细胞凋亡的生物化学特
8、征 1.1.DNA片段化片段化 凋亡细胞中核酸核酸内切酶内切酶活化，特异性地切割核小体，形成180200bp 整数倍的DNA片段。琼脂糖凝胶电泳显示梯状条带。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡22200bp400bp600bp800bp医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡23如，Caspase家族等蛋白酶被活化。3.细胞质中Ca2+浓度和pH值 细胞内Ca2+库释放，使细胞质内Ca2+浓度增高。Ca2+作为凋亡信号，诱导细胞凋亡。pH值先急剧增高（碱性），之后又缓慢降低（酸性）。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡24医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡25坏死坏死 凋亡凋亡1.性质性质 病理性病理
9、性 生理性或病理性生理性或病理性 2.诱导因素诱导因素 强烈的刺激（极端环境）强烈的刺激（极端环境）较弱刺激（生理较弱刺激（生理/病理因素）病理因素）3.生化特点生化特点 被动过程，无蛋白合成，被动过程，无蛋白合成，主动过程，有新蛋白合成，主动过程，有新蛋白合成，不耗能不耗能ATP 耗能量耗能量ATP4.形态变化形态变化 细胞结构全面溶解、破坏、细胞结构全面溶解、破坏、胞膜及细胞器相对完整胞膜及细胞器相对完整 细胞肿胀细胞肿胀 细胞皱缩，核固缩细胞皱缩，核固缩5.DNA电泳电泳 随机降解，电泳呈均一随机降解，电泳呈均一 DNA片段化（片段化（180-200bp）DNA片状片状 电泳呈电泳呈“梯
10、梯”状条带状条带6.炎症反应炎症反应 溶酶体破裂，局部炎症反应溶酶体破裂，局部炎症反应 溶酶体相对完整，无炎症反应溶酶体相对完整，无炎症反应7.凋亡小体凋亡小体 无无 有有8.基因调控基因调控 无无 有有 医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡26 秀丽隐杆线虫（C.elegans）：）：最初有1030个体细胞，发育过程131细胞凋亡，成 虫只有959个细胞组成。在细胞凋亡的实施阶段起作用的基因主要有在细胞凋亡的实施阶段起作用的基因主要有3个：个：Ced-3、Ced-4和和Ced-9，其中Ced-3和 Ced-4的作用是诱发凋亡，Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用，使凋亡不能发生。医学细胞
11、生物学细胞的衰老与细胞死亡27 凋亡信号转导凋亡信号转导 凋亡基因激活凋亡基因激活 凋亡的执行凋亡的执行 凋亡细胞的清除凋亡细胞的清除医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡281.物理因素：如射线、高温；2.化学性因素：如强酸、强碱；细胞因子（肿瘤坏死因子）、激素（糖皮质激素），抗癌药物等;.病毒（如HIV、EB病毒）；细菌；毒素；DNA损伤，细胞质中钙离子浓度过高；4.细胞缺血、缺氧等。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡291.Caspase家族蛋白是引起细胞凋亡的关键酶，即凋亡酶。按功能可分为两类：执行凋亡酶执行凋亡酶：caspase-3、6、7，只能执行凋亡，不能自身激活。启动凋亡酶启动凋亡
12、酶：caspase-2、8、9、10，启动凋亡，同 时即可自我激活也可激活执行凋亡酶。caspase的抑制因子：的抑制因子：IAPs医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡30酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲核性；总是在天冬氨酸之后切断底物；都是由两大、两小亚基组成的异四聚体。大、小亚基由同一基因编码，由蛋白质前体被切割后产生。作用：作用：可降解胞内结构蛋白和功能蛋白，最终导可降解胞内结构蛋白和功能蛋白，最终导致细胞凋亡致细胞凋亡。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡311.1.水解核酸酶抑制物水解核酸酶抑制物 释放释放CADCAD2.2.切割核纤层蛋白、核孔蛋白切割核纤层蛋白、核孔蛋白3.3.破坏细胞骨
13、架破坏细胞骨架4.4.阻断阻断DNADNA复制和修复复制和修复医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡32Bcl-2Bcl-2家族包括两类蛋白质：家族包括两类蛋白质：抗凋亡蛋白：如抗凋亡蛋白：如Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1 促凋亡蛋白促凋亡蛋白：如，如，Bax、Bak、Bad、Bid、Bim 通过调节线粒体中的凋亡因子的释放，调节细胞凋亡。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡333.Apaf-1蛋白（凋亡激活因子-1）Apaf-1含有含有3个不同的结构域个不同的结构域：（1）能召集caspase-9；（2）ced-4 同源结构域同源结构域，能结合ATP/dATP；（3）C端结构域端结构域，与细
14、胞色素C结合。通过形成凋亡体，凋亡体可以激活caspase-3。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡344.Fas Fas又称作APO-1/CD95，为跨膜蛋白，分布于胸腺细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞、NK细胞、内皮细胞、上皮细胞等。与fas配体结合后可以激活caspase8，导致靶细胞走向凋亡。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡35lp53基因是一种抑癌基因；基因是一种抑癌基因；l生物学功能是在生物学功能是在G1期监视期监视DNA的完整性；的完整性；如有如有损伤，则抑制细胞增殖。直到损伤，则抑制细胞增殖。直到DNADNA修复完成；修复完成；l当当DNA损伤不能修复时，损伤不能修复时，p53蛋白
15、持续增高，蛋白持续增高，易位到线粒体，引起线粒体膜的破裂，释放细易位到线粒体，引起线粒体膜的破裂，释放细胞色素胞色素C；细胞凋亡细胞凋亡除上所述，还有除上所述，还有myc、ATM 等凋亡相关蛋白。等凋亡相关蛋白。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡36 6.myc 在许多人类恶性肿瘤细胞中都发现有c-myc的过度表达，它能促进细胞增殖、抑制分化。c-myc还参于细胞调亡的控制。在凋亡细胞中c-myc也是高表达。c-myc对增殖和凋亡的调节是一样的。作为转录凋控因子，一方面激活那些控制细胞增殖的基因，另一方面也激活促进细胞凋亡的基因，给细胞两种选择：增殖或凋亡。当生长因子存在，bcl-2基因表达时
16、，促进细胞增殖，反之细胞凋亡。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡371.膜表面死亡受体通路（细胞外信号）医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡38医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡39医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡40FSALFasR医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡41杀伤性杀伤性T淋巴细胞诱导病原体感染的靶细胞凋亡淋巴细胞诱导病原体感染的靶细胞凋亡医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡42NADH-CoQNADH-CoQ氧化氧化还原酶还原酶 复合物复合物 CoQH2-细胞细胞色素色素C还原酶还原酶 复合物复合物cytQ细胞色素细胞色素C C氧化酶氧化酶复合物复合物线粒体呼吸链的结构线粒体呼吸链
17、的结构医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡43医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡44医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡45应激反应凋亡信号（如，应激反应凋亡信号（如，ROS）线粒体PT孔开启细胞色素细胞色素C（凋亡激活因子）（凋亡激活因子）Apaf-1Caspase-9释放释放凋亡体凋亡体激活激活Caspase-3ATP/dATP 特异性水解特异性水解Bid激活激活Caspase-8含BH3结构域被运送到线粒体（通透性增高）医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡46+caspase-independent apoptosisBid医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡47除线粒体外，除线粒体外，Casp
18、ase的级联激活化和能起始于：的级联激活化和能起始于：内质网内质网细胞核细胞核高尔基体高尔基体溶酶体溶酶体凋亡起始分子机制不清凋亡起始分子机制不清医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡481.清除发育过程中多余的细胞2.清除病理活动过程中潜在的危险细胞医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡493.清除已经完成功能的细胞4.清除发育不正常的细胞 如，在神经系统发育过程中的 神经元。5.清除正常生理活动过程中无用的细胞 如免疫系统的T、B淋巴细胞在分化过程中，95%的前T、B淋巴细胞的清除。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡50五、细胞凋亡与人类疾病五、细胞凋亡与人类疾病细胞凋亡受抑制有关的疾病细胞凋亡增
19、多有关的疾病1恶恶性性肿肿瘤瘤：滤泡性淋巴瘤；1艾滋病 p53突变的各种瘤；2神经变性性疾病 激素依赖性肿瘤：乳腺癌 前列腺癌、卵巢癌 早老性痴呆症；肌萎 缩性脊髓侧索硬化症；2自身免疫性疾病 帕金森病；小脑退化症 系统性红斑狼疮 色素性视网膜炎 免疫介导性肾小球肾炎3骨髓发育不全综合症3病毒感染性疾病：疱疹病 再生障碍性贫血 毒病、痘病毒病、腺病毒病4缺血性损伤：心肌梗死 脑卒中；医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡51医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡52（一）形态学检测（一）形态学检测 用HE染色、吉姆萨染色等在光镜下观察，或荧光染色在荧光显微镜下观察。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡53（二）生化特征检测（二）生化特征检测 电泳呈梯状条带改变。医学细胞生物学细胞的衰老与细胞死亡54
