细胞死亡与衰老学习教案

会计学1第一页，共40页。细胞凋亡细胞凋亡(dio wn)（apoptosis）：）：是借用古希腊语，意指树叶或花瓣的凋零脱落是借用古希腊语，意指树叶或花瓣的凋零脱落;细胞凋亡细胞凋亡(dio wn)是一个由基因决定的主动的是一个由基因决定的主动的生理性自杀行为，即细胞接受某些特定信号刺激生理性自杀行为，即细胞接受某些特定信号刺激后进行的正常生理应答反应后进行的正常生理应答反应;细胞凋亡细胞凋亡(dio wn)具有典型的形态学和生化特具有典型的形态学和生化特征，凋亡征，凋亡(dio wn)细胞最后以凋亡细胞最后以凋亡(dio wn)小体被吞噬消化。小体被吞噬消化。第1页/共40页第二页，共40页。动物细胞凋亡的过程在形态学上可分为动物细胞凋亡的过程在形态学上可分为3个阶段：个阶段： 凋亡的起始：凋亡的起始： 细胞表面的特化结构如微绒毛消失，细胞间接触的消失，但细细胞表面的特化结构如微绒毛消失，细胞间接触的消失，但细胞膜依然完整；线粒体大体完整；核糖体逐渐从内质网上脱离，胞膜依然完整；线粒体大体完整；核糖体逐渐从内质网上脱离，内质网囊腔膨胀，并逐渐与质膜融合；染色质固缩，形成内质网囊腔膨胀，并逐渐与质膜融合；染色质固缩，形成(xngchng)新月形帽状结构等形态，沿着核膜分布。新月形帽状结构等形态，沿着核膜分布。 凋亡小体的形成凋亡小体的形成(xngchng)： 凋亡小体（凋亡小体（apoptotic body）是细胞凋亡过程中断裂的大小不）是细胞凋亡过程中断裂的大小不等的等的DNA或染色质片段与细胞其它内含物一起被反折的细胞质膜或染色质片段与细胞其它内含物一起被反折的细胞质膜包裹，在细胞表面产生许多泡状或芽状突起，然后逐渐分离，形包裹，在细胞表面产生许多泡状或芽状突起，然后逐渐分离，形成成(xngchng)的单个圆形小体。的单个圆形小体。 凋亡小体的被吞噬：凋亡小体的被吞噬： 凋亡小体逐渐被邻近的细胞识别并吞噬消化。凋亡小体逐渐被邻近的细胞识别并吞噬消化。第2页/共40页第三页，共40页。细胞凋亡的特征：细胞凋亡的特征： 最重要的特征是凋亡过程中细胞膜保持完整，细最重要的特征是凋亡过程中细胞膜保持完整，细胞内含物没有泄漏到细胞外，不引发机体胞内含物没有泄漏到细胞外，不引发机体(jt)的的炎症反应炎症反应(这也是细胞凋亡与坏死的主要区别这也是细胞凋亡与坏死的主要区别)。 另一个重要特征是染色质另一个重要特征是染色质DNA在核小体间发生断在核小体间发生断裂，形成长度为裂，形成长度为200 bp倍数的大小不等倍数的大小不等DNA片段片段。 此外，凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病此外，凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病理性变化。理性变化。 第3页/共40页第四页，共40页。细胞(xbo)皱缩凋亡(dio wn)小体吞噬第4页/共40页第五页，共40页。第5页/共40页第六页，共40页。1. 形态学观察：形态学观察： 2. DNA电泳：电泳：3. DNA断裂的原位末端标记法（断裂的原位末端标记法（TUNEL法）：法）：4. 彗星电泳法（彗星电泳法（comet assay）：彗星电泳法的原理是将单）：彗星电泳法的原理是将单个细胞悬浮于琼脂糖凝胶中，经裂解处理后，再进行短个细胞悬浮于琼脂糖凝胶中，经裂解处理后，再进行短时间的电泳，并用荧光染料染色。凋亡细胞中的时间的电泳，并用荧光染料染色。凋亡细胞中的DNA降降解解(jin ji)片段在电泳时迁移较快，使细胞核呈现出一片段在电泳时迁移较快，使细胞核呈现出一种彗星式图案，而正常细胞核则保持圆球形。种彗星式图案，而正常细胞核则保持圆球形。5. 流式细胞分析：用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细胞流式细胞分析：用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细胞。6. 检测膜成分变化：检测膜成分变化：第6页/共40页第七页，共40页。1、形态学观察、形态学观察(gunch)：染色法、透射和扫描电：染色法、透射和扫描电镜观察镜观察(gunch)。A：正常细胞核第7页/共40页第八页，共40页。 2、DNA电泳：DNA片段就呈现出梯状条带（DNA ladder），即凋亡细胞的DNA由于在核小体间发生断裂，产生(chnshng)200 bp及其整倍数的片段，经琼脂糖凝胶电泳呈现出的梯状条带。第8页/共40页第九页，共40页。3、DNA断裂的原位末端标记法（断裂的原位末端标记法（TUNEL法）：即末端脱氧核苷酸转移法）：即末端脱氧核苷酸转移酶介导的酶介导的dUTP 缺口缺口(quku)末端标记测定法，能对末端标记测定法，能对DNA分子中断分子中断裂缺口裂缺口(quku)中的中的3-OH进行原位标记。进行原位标记。第9页/共40页第十页，共40页。第10页/共40页第十一页，共40页。第11页/共40页第十二页，共40页。第12页/共40页第十三页，共40页。第13页/共40页第十四页，共40页。诱导细胞凋亡的因子大致可分为诱导细胞凋亡的因子大致可分为2大类：大类： 物理性因子：包括射线（紫外线，物理性因子：包括射线（紫外线，射线等）、较温射线等）、较温和的温度刺激（如热激，冷激）等。和的温度刺激（如热激，冷激）等。 化学及生物化学及生物(shngw)因子：包括活性氧基团和分子、因子：包括活性氧基团和分子、Ca2+载体、激素、细胞生长因子、载体、激素、细胞生长因子、DNA和蛋白质合成的抑和蛋白质合成的抑制剂、细胞毒素和肿瘤坏死因子制剂、细胞毒素和肿瘤坏死因子（TNF）等。）等。第14页/共40页第十五页，共40页。细胞凋亡的途径主要包括细胞凋亡的途径主要包括2条：条： Caspase 依赖性细胞凋亡途径；依赖性细胞凋亡途径； 非非Caspase依赖性细胞凋亡途径。依赖性细胞凋亡途径。当细胞受到凋亡信号的刺激时，这当细胞受到凋亡信号的刺激时，这2条途径一般条途径一般能够同时被激活。能够同时被激活。细胞凋亡的途径包括细胞凋亡的途径包括4个小阶段：个小阶段： 接收凋亡信接收凋亡信号号 凋亡相关分子的活化凋亡相关分子的活化 凋亡的执行凋亡的执行(zhxng) 凋亡细胞的清除凋亡细胞的清除Caspases是cysteine aspartic acid specific proteases的缩写，意指天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白酶，是一组存在于细胞质中的与细胞凋亡有关的结构(jigu)类似的蛋白酶家族，能选择性裂解靶蛋白中天冬氨酸（Asp）残基后的肽键，使靶蛋白活化或失活。第15页/共40页第十六页，共40页。生死抉择：细胞生死抉择：细胞(xbo)凋亡的调控。凋亡的调控。 1、存活信号；、存活信号； 2、死亡信号、死亡信号第16页/共40页第十七页，共40页。u细胞坏死（细胞坏死（cell necrosis）：细胞受到急性意外强力损伤，如极端）：细胞受到急性意外强力损伤，如极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激而发生的细胞死亡形式。的物理、化学因素或严重的病理性刺激而发生的细胞死亡形式。u细胞坏死时，细胞坏死时，Ca2+升高，升高， ATP水平急降，引起一系列变化，如水平急降，引起一系列变化，如线粒体外膜肿胀而密度增加；细胞骨架破坏；溶酶体酶释放；线粒体外膜肿胀而密度增加；细胞骨架破坏；溶酶体酶释放；pH下降；核染色质呈絮状，下降；核染色质呈絮状， DNA降解；蛋白质合成减慢；最后细胞降解；蛋白质合成减慢；最后细胞膜和细胞器破裂，大量水进入细胞，细胞内含膜和细胞器破裂，大量水进入细胞，细胞内含(ni hn)物释放到胞物释放到胞外，引起周围区域的炎症反应。外，引起周围区域的炎症反应。第17页/共40页第十八页，共40页。uDNA损伤的积累致使PARP被活化，引发ATP水平急降导致细胞坏死。u实际上，细胞坏死也可能是信号转导引发的增殖细胞发生(fshng)的“程序性死亡”。u细胞坏死可能在细胞的免疫反应中发挥重要作用。 聚腺苷二磷酸核糖合成酶（PARP )是DNA损伤(snshng)的主要感受器。第18页/共40页第十九页，共40页。第19页/共40页第二十页，共40页。第20页/共40页第二十一页，共40页。u细胞自噬的分子机制目前还不是很清楚：酵母细胞中磷脂酰肌醇细胞自噬的分子机制目前还不是很清楚：酵母细胞中磷脂酰肌醇-3-激酶（激酶（PI3K）信号途径是了解得比较明确的细胞自噬途径（见图）信号途径是了解得比较明确的细胞自噬途径（见图16-11）。）。u细胞自噬是促使细胞存活的自我保护机制：一是在非常时期为细胞细胞自噬是促使细胞存活的自我保护机制：一是在非常时期为细胞生存提供原料或生存提供原料或ATP；二是细胞自噬具有；二是细胞自噬具有 “ 自我清理自我清理”功能。功能。u细胞自噬可能是细胞凋亡的补充途径：细胞依靠降解自身物质来产细胞自噬可能是细胞凋亡的补充途径：细胞依靠降解自身物质来产生能量，但最终导致死亡。细胞自噬不需要吞噬细胞的协助就能进行生能量，但最终导致死亡。细胞自噬不需要吞噬细胞的协助就能进行自我销毁自我销毁(xiohu)，因此能够在需要大量细胞死亡的变态过程中发挥作，因此能够在需要大量细胞死亡的变态过程中发挥作用。用。 第21页/共40页第二十二页，共40页。第22页/共40页第二十三页，共40页。第23页/共40页第二十四页，共40页。第24页/共40页第二十五页，共40页。第25页/共40页第二十六页，共40页。u植物细胞程序性死亡的的形态学变化：植物细胞程序性死亡的的形态学变化：u 在过敏反应中，可观察到染色质凝聚，在过敏反应中，可观察到染色质凝聚，DNA降解为降解为50 kb片段，细胞膜及液泡膜皱缩破裂，质壁分离，末期细胞内片段，细胞膜及液泡膜皱缩破裂，质壁分离，末期细胞内含物泄漏到质外体；含物泄漏到质外体；u 在管状细胞分化的凋亡过程中，细胞壁增厚，随着液在管状细胞分化的凋亡过程中，细胞壁增厚，随着液泡膜的破裂，核泡膜的破裂，核DNA被迅速降解，细胞内含物被水解消化，被迅速降解，细胞内含物被水解消化，最后最后(zuhu)仅剩下细胞壁。仅剩下细胞壁。u能够诱导植物细胞发生程序性死亡的因素有多种：能够诱导植物细胞发生程序性死亡的因素有多种：u 主要包括活性氧和植物激素等。水杨酸和主要包括活性氧和植物激素等。水杨酸和NO能够协同能够协同促进植物过敏反应中的细胞程序性死亡；赤霉素和乙烯能够促进植物过敏反应中的细胞程序性死亡；赤霉素和乙烯能够促进细胞程序性死亡，而细胞分裂素和脱落酸则能够抑制。促进细胞程序性死亡，而细胞分裂素和脱落酸则能够抑制。第26页/共40页第二十七页，共40页。第27页/共40页第二十八页，共40页。u能够诱导酵母发生细胞程序性死亡的因素：能够诱导酵母发生细胞程序性死亡的因素：u 低浓度的低浓度的H2O2或醋酸，较高浓度的盐或糖，植物抗真菌多肽或醋酸，较高浓度的盐或糖，植物抗真菌多肽等。等。u酵母程序性死亡的形态学特征与动物细胞凋亡类似：酵母程序性死亡的形态学特征与动物细胞凋亡类似：u DNA发生凝聚、边缘化和断裂，发生凝聚、边缘化和断裂，Cyt.c从线粒体释放从线粒体释放(shfng)等。等。u酵母细胞程序性死亡机制与动物细胞的凋亡机制有类似之处：酵母细胞程序性死亡机制与动物细胞的凋亡机制有类似之处：u 如有如有caspases、凋亡激活因子或凋亡抑制因子等的类似物。、凋亡激活因子或凋亡抑制因子等的类似物。第28页/共40页第二十九页，共40页。酵母程序性死亡的意义：酵母程序性死亡的意义： 促进酵母的接合繁殖促进酵母的接合繁殖(fnzh)（未接合者死）（未接合者死），形成更优势的，形成更优势的“杂合体杂合体”； 使有限的营养供给具有最佳适应性的个体（使有限的营养供给具有最佳适应性的个体（“衰老衰老”者死）；者死）； 不同种酵母展开营养源不同种酵母展开营养源“争夺战争夺战”时释放毒时释放毒素，导致其它种属的酵母发生程序性死亡。素，导致其它种属的酵母发生程序性死亡。第29页/共40页第三十页，共40页。第30页/共40页第三十一页，共40页。第31页/共40页第三十二页，共40页。u对于体外培养细胞的细胞衰老研究，当前常用的生物学对于体外培养细胞的细胞衰老研究，当前常用的生物学特征有特征有2个：个：u 不可逆的生长停滞：细胞停止分裂；不可逆的生长停滞：细胞停止分裂；u 衰老相关衰老相关(xinggun)的的-半乳糖苷酶（半乳糖苷酶（SA-gal）的活化：衰老细胞中存在的的活化：衰老细胞中存在的pH6.0条件下即表现活性的溶条件下即表现活性的溶酶体酶体-半乳糖苷酶。半乳糖苷酶。第32页/共40页第三十三页，共40页。第33页/共40页第三十四页，共40页。结结 构构形态变化形态变化细胞核细胞核增大、染色深、核内有包含物增大、染色深、核内有包含物核核 膜膜内内 陷陷染色质染色质凝聚、固缩、碎裂、溶解凝聚、固缩、碎裂、溶解质质 膜膜粘度增加、流动性降低粘度增加、流动性降低细胞质细胞质色素积聚、空泡形成色素积聚、空泡形成线粒体线粒体数目减少、体积增大数目减少、体积增大高尔基体高尔基体碎碎 裂裂尼氏体尼氏体消消 失失包含物包含物糖原减少、脂肪积聚糖原减少、脂肪积聚第34页/共40页第三十五页，共40页。（一）复制衰老的机制（一）复制衰老的机制（二）压力（二）压力(yl)诱导的早熟性衰老诱导的早熟性衰老（三）单细胞生物的衰老（三）单细胞生物的衰老第35页/共40页第三十六页，共40页。u线性染色体的线性染色体的“末端复制末端复制”问题：在问题：在DNA复制时，由于复制时，由于DNA聚合酶不能从头合成子链，当子链聚合酶不能从头合成子链，当子链5端与母链端与母链3端端配对的配对的RNA引物被切除后，子链引物被切除后，子链5端会产生末端缺失，使端会产生末端缺失，使得子链的得子链的5端随着复制次数的增加而逐渐缩短。端随着复制次数的增加而逐渐缩短。u端粒（端粒（telomere）和端粒酶（）和端粒酶（telomerase）：）：u 端粒是位于染色体末端的由重复序列组成的端粒是位于染色体末端的由重复序列组成的“帽子帽子”结构，对染色体结构稳定和末端复制等有重要作用。结构，对染色体结构稳定和末端复制等有重要作用。u 端粒酶是含有端粒酶是含有RNA的反转录的反转录(zhun l)酶，能以自身酶，能以自身RNA为模板，对为模板，对DNA端粒序列进行延长而解决线性染色体端粒序列进行延长而解决线性染色体末端复制问题。末端复制问题。第36页/共40页第三十七页，共40页。u复制衰老的机制复制衰老的机制端粒假说端粒假说(ji shu)：端粒的缩短（一种端粒的缩短（一种DNA损伤）被损伤）被p53识别识别，然后通过，然后通过p53-Rb信号通路导致细胞衰老信号通路导致细胞衰老；端粒酶（端粒计数器）能够弥补端粒的；端粒酶（端粒计数器）能够弥补端粒的缩短，导致细胞的永生化。缩短，导致细胞的永生化。第37页/共40页第三十八页，共40页。第38页/共40页第三十九页，共40页。第39页/共40页第四十页，共40页。