1、第十二章 细胞衰老与死亡,一、细胞衰老与机体衰老的概念 细胞衰老（cell senescence ；cell aging ） 是指随着时间的推移，细胞生理功能和增殖能力的逐渐减弱以及细胞形态发生改变的过程。 细胞衰老是机体衰老和老年病发病的基础。,第一节 细 胞 的 衰 老,机体的衰老（aging）：体内各种器官、组织和细胞随着年龄的增加而伴随出现的不可逆转的功能衰退，逐渐趋向死亡的现象。,在胚胎发育过程和机体维持正常生理功能过程中出现的细胞衰老与机体的衰老死亡没有直接的因果联系，这些细胞的衰老不等于个体的衰老。 细胞是生命活动的基本单位，机体的衰老都有其细胞生物学基础。,细胞的衰老与机体的衰
2、老既有区别又有联系,二、Hayflick界限( Hayflick Limitation) 细胞(至少是培养细胞) 增殖能力不是无限的,而是有一定的界限。 细胞传代次数与物种的寿命有关 传代次数与机体年龄有关,肿瘤细胞 失去接触抑制， 不受Hayflick Limitation 制约 永生化,三、体内细胞的衰老与其增殖能力和分化程度有关,（一）不育细胞群的衰老 1. 短寿细胞不具有普遍意义的衰老过程。 如 红细胞、白细胞、皮肤表皮细胞、口腔和胃、 肠道上皮细胞。,2. 长寿细胞衰老与年龄呈线性关系。 是研究细胞衰老的理想的材料 如神经细胞和心肌细胞,（二）暂不增殖细胞群的衰老 仍然保留分裂能力，
3、在一定条件下可以恢复其增殖能力，如肝、肾实质细胞、软骨细胞，很少用来研究衰老。,（三）具有干细胞特性的增殖细胞群的衰老 细胞分裂周期延长 ，自我更新和多向分化潜能衰退，将导致组织器官结构与功能的衰退，是研究细胞衰老的重要模型。,四、 细胞衰老的特征 （一）细胞形态结构 1.细胞表面 细胞连接 膜流动性 功能 2.细 胞 核 核膜内陷、分叶 染色质凝集 核膜崩解 3.细 胞 器 ER数量 Mt变大数量 Gc功能 Ly功能 4.细胞骨架 骨架系统结构、成分改变 MF 细胞水分 蛋白质合成 脂褐素,（二）细胞衰老的生化变化 DNA复制、转录、修复能力 端粒长度 DNA / chromosome 损伤
4、 2. mRNA与核糖体结合能力 蛋白质合成能力 3.蛋白质合成速度 蛋白质分子损伤，功能 酶活性,五 、细胞衰老的理论 （一）基因转录或翻译差错说（错误成灾说） 机体内外环境因素引起DNA损伤和突变， DNA损伤修复功能下降，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。 （二）代谢废物积累说 细胞衰老与细胞内代谢产物的积累至一定量后，会引起细胞衰老。 如：脂褐质,（三） 活性氧基团导致细胞损伤和衰老 （氧化损伤学说，自由基理论） 自由基(free radical):不成对电子或原子基团构成 的高度活化分子。； 当自由基与其他分子反应时，产生的活性氧基团（
5、ROS） 可导致细胞发生氧化性损伤。 ROS如 .O2 超氧自由基； . OH 羟自由基； H2O2,ROS 引发脂质过氧化，对蛋白质和核酸分子造成氧化性损伤；引起细胞能量生成障碍；蛋白质合成受阻； 细胞膜、染色体、细胞器结构损伤破坏。,清除自由基的防御系统 抗氧化酶系统：SOD、过氧化氢酶、过氧化物酶 谷胱甘肽过氧化物酶。 抗氧化剂：维A,C,E、硒、半胱氨酸，谷胱甘肽。,（四）染色体端粒缩短与细胞衰老 端粒端 粒 钟 学 说（telomere clock theory) 端粒（telomere) 是染色体末端特殊结构。 人类端粒（TTAGGG)n n=250-1500 端粒长度取决于端粒酶
6、的活性。,stop,端 粒 长 度,（五）衰老基因与抗衰老基因（遗传决定学说） 衰老基因 人类：载脂蛋白E4基因、淀粉样蛋白基因 p16 p21 p53 RB基因 2. 抗衰老基因 WRN bcl-2,Werners syndrome,图片引自http:/www.nejm.org on,Hutchinson-Gilford syndrome,六、人类细胞衰老引起老化老年性疾病 器官老化 胸腺萎缩，T细胞减少，免疫功能 促激素、激素分泌减少加速老化 老年性疾病 动脉粥样硬化 高血压 糖尿病 老年性痴呆 帕金森症 骨质疏松 * 预防老年性疾病、老年人保健,第二节 细 胞 死 亡,细胞死亡（cell
7、 death): 细胞生命现象不可逆的停止 及细胞生命结束。,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。 常表现为成群细胞的丢失或破坏，是细胞被动死 亡的过程。,细胞凋亡生物学意义 1.发育过程中清除多余的细胞 2.清除正常生理活动过程中无用的细胞 3.清除病理活动过程中有潜在危险的细胞 * 细胞凋亡异常 肿瘤、感染性疾病、自身免疫性疾病,细胞凋亡（apoptosis) 指体内细胞发生主动的、由基因控制的细胞自我消亡的方式。 又称为细胞程序性死亡（programmed cell death, PCD）,一、细胞凋亡的概念和生物学意义,细胞凋亡在指（趾）形
8、成中的作用 蝌蚪发育过程尾部细胞的凋亡,程序性细胞死亡对发育中神经细胞数量的调节,在发育过程中凋亡异常引起并指（趾）,二、 细胞凋亡的形态学和生物化学特征,（一）形态结构改变 1、细胞核 染色质凝集，边集裂解形成核碎片 2、细胞质浓缩，细胞器改变 Mt变大，ER膨大,Ly 细胞骨架紊乱 3、细胞膜表面微绒毛和细胞连接 磷脂酰丝氨酸外翻 4、凋亡小体（apoptotic bodies) 凋亡细胞经过类似胞吐的方式， 形成的球形突起，内含胞质、 细胞器以及染色质片段。,胸腺细胞,正常,凋亡,（二）细胞凋亡的生物化学变化 1DNA片段化形成梯状条带（DNAladder) 2RNA和蛋白质大分子的合成
9、增加 3钙离子浓度升高 4多种蛋白酶参与 caspase家族 5线粒体发生改变 Mt通透性改变， 细胞色素C释放,三、细胞凋亡的分子机制 （一）细胞凋亡受多种基因调控 1. 线虫的 Ced (cell death gene)基因家族 ced-3 ced-4 ced-9 在凋亡中发挥关键作用,2. 哺乳动物的caspase* 基因家族 （ced-3) 是一类半胱氨酸蛋白水解酶(cysteine aspartic acid specific protease)，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。 启动凋亡 caspas
10、e-2、8、9、10 执行凋亡 caspase-3、6、7,4. Fas/FasL触发凋亡 fas （ Apo-1 , CD95 ） fasL （fas ligand ) 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。,3. 哺乳动物的 bcl-2 基因家族 (ced-9) Bcl-2（B-cell lymphoma/leukemia-2) 其家族成员可抑制或促进凋亡 Bcl-2 抑制凋亡 ；bax, bad, bak 促进凋亡,5. p53基因 (抑癌基因 ) DNA损伤 p53活化 p21基因转录 细胞
11、阻止在G1期, 如果DNA损伤不能被修复，p53持续增高引起细胞凋亡。,（二）细胞凋亡的信号通路,1. 死亡受体介导的信号转导通路。 Fas，FasL，FADD, caspase- 8, 3, 6, 7 2. 线粒体介导的信号转导通路。 Bcl-2, Bax, cyt C, Apaf-1, caspase - 9, 3 3. 其他转导通路 核酸内切酶G，凋亡诱导因子(AIF) 特点：不依赖caspase的凋亡途径,细胞凋亡信号信号通路,四、细胞死亡的鉴定方法,形态学指标： 活细胞 死细胞 中性红染色 红色 不着色 胎盘蓝染色 不着色 蓝色 凋亡的检测方法： 凋亡小体的观察（光镜、电镜） 流式细胞仪检测 DNA电泳 TUNEL检测 MTT检测 （细胞活性）,五、细胞凋亡异常导致疾病发生,1. Cell senescence、apoptosis、Hayflick limitation 2. 细胞衰老的形态学和生物化学变化有哪些？ 3. 细胞衰老有哪些主要学说。 4. 细胞凋亡的形态学和生化特征。鉴定凋亡的实验方法 5. 细胞凋亡生理意义与疾病发生和治疗的关联 6. 细胞凋亡的基本途径 7. 细胞凋亡与坏死的区别,思 考 题,
