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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。,第,16,章,细胞,衰老与细胞死亡,细胞衰老,细胞死亡,细胞自噬,第16章 细胞衰老与细胞死亡细胞衰老,细胞衰老的概念,细胞衰老,cell senescence：随着时间的推移,细胞增殖能力和生理功能逐渐发生衰退的变化过程,衰老的细胞呈现不可逆的生长停滞状态，最终结果 细胞死亡,细胞衰老 是机体衰老和老年病发病的基础,细胞衰老与机体的衰老既有区别又有联系,机体衰老 是生物体 性成熟后，机体形态结构和生理功能 逐渐退化或老化的过程，是受发育程序、环境因子等 多种因素控制的、不可逆的生物学现象,细胞的衰老与机体衰老 是不同概念：机体衰老 并不代表所有细胞的衰老；局部细胞的衰老死亡 不影响机体寿命,个体的衰老 建立在总体细胞衰老的基础上,细胞衰老,细胞衰老的概念细胞衰老,机体内各类细胞的寿命不同,根据寿命 细胞分为三类：,寿命接近于动物的整体寿命，如 神经元、脂肪细胞、肌细胞等；缓慢更新的细胞，寿命比机体短，如 肝细胞、胃壁细胞等；快速更新且寿命较短的细胞，如 表皮细胞、红细胞、白细胞等,细胞在体外培养条件下的寿命,体外培养的细胞，其寿命取决于培养细胞的平均代数,1961年，L.Hayflick首次报道 体外培养的人成纤维细胞 具有增殖分裂的极限，即,Hayflick界限,取自胚胎组织的细胞 比取自成体组织的细胞，传代次数长些,动物细胞在体外可传代的次数，与物种的寿命有关,细胞衰老的表现,细胞衰老 表现为对环境变化的适应力、维持细胞内环境稳定能力降低,细胞衰老,机体内各类细胞的寿命不同细胞衰老,细胞衰老伴随着形态学改变,细胞衰老的形态变化：细胞皱缩、膜通透性和脆性增加、核膜内陷、细胞器数量减少、胞内出现脂褐素等异常物质沉积，最终细胞凋亡或坏死,细胞衰老,细胞衰老伴随着形态学改变细胞衰老,细胞衰老过程中有生物大分子和代谢的改变,衰老细胞出现脂类、蛋白质、DNA等成分的损伤，细胞代谢能力下降:,DNA：复制与转录受到抑制，个别基因会异常激活，端粒DNA丢失，线粒体DNA特异性缺失，DNA氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度低,RNA：mRNA和tRNA含量降低,蛋白质：含量下降，细胞内蛋白质发生 糖基化、氨甲酰化、脱氨基 等修饰翻译，导致蛋白质稳定性、抗原性、可降解性 下降，自由基 使蛋白质 肽键断裂，交联而变性，氨基酸 由左旋变为右旋,酶分子：活性中心被氧化，金属离子Ca,2+,、Zn,2+,、Mg,2+,、Fe,2+,等丢失，酶分子的二级结构、溶解度、等电点 发生变化，酶失活，但,-半乳糖苷酶活性增强,细胞衰老,-,半乳糖苷酶在衰老细胞中表达增加,细胞衰老过程中有生物大分子和代谢的改变细胞衰老-半乳糖苷酶,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,细胞衰老的学说与机制,有许多学说诠释细胞衰老过程,1.遗传决定学说认为衰老是遗传上的程序化,认为：衰老是 遗传上的程序化过程，其推动力和决定因素是遗传的基因组；控制 生长发育和衰老的基因 都在特定时期 有序地 开启和关闭,早老衰综合症 Hutchinson-Gilford syndrome 婴幼儿期开始衰老，活不过十几岁，是 核纤层蛋白A 基因突变 所致，是常染色体隐性遗传疾病,成人早衰症 Werners Syndrome 39岁时 出现衰老，47岁左右死亡，该病与DNA解旋 有关，DNA损伤 不能正常修复,细胞衰老,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,已发现多个与衰老有关基因，包括 衰老基因和抗衰老基因 两大类,衰老基因：在细胞衰老时，其表达水平显著高于年轻细胞，可使 永生化细胞逆转而衰老，其丢失可使细胞永生化。如,MORF4,、,p16,基因,抗衰老基因 又称 长寿基因：延长因子-1,（蛋白质翻译中起作用）、酵母中,sgs1,基因 编码产物是 DNA解旋酶，人8号染色体上的,WRN,基因 与之同源、,Klotho,基因（突变或缺失 导致早老衰）、,SIRT1,基因（参与清除体内胆固醇）,2.自由基学说认为活性氧基团导致细胞损伤和衰老,自由基,是指 在原子核外层轨道上 具有不成对电子的分子或原子基团,A:B A,+B(两个原子各提供一个电子的共价键，断裂 两原子分开 形成 未成对电子),A,和 B 就称 自由基,人体内 自由基 两方面来源：,环境中的高温、辐射、光解、化学物质等 引起的外源性自由基；,体内各种代谢反应产生的内源性自由基（内源性自由基 是人体自由基 主要来源）,细胞衰老,已发现多个与衰老有关基因，包括 衰老基因和抗衰老基因 两大类,内源性自由基 产生的主要途径：线粒体呼吸链 电子泄漏产生；经过 过氧化物酶体的 多功能氧化酶(MFO)催化 底物羟化 产生；,血红蛋白、肌红蛋白中通过 非酶促反应 产生自由基,自由基 高度活化，容易与生物大分子反应，破坏膜内酶活性、膜蛋白变性、膜脆性增加、膜结构改变、膜运输功能紊乱及丧失；氧化蛋白质的巯基 造成蛋白质交联、变性、酶失活；使DNA断裂、交联、碱基羟基化、碱基切除等DNA损伤,老年斑就是自由基破坏细胞的证据，有学者认为 自由基是 衰老99%的原因,3.端粒钟学说认为端粒随细胞分裂不断缩短为衰老的主要原因,端粒DNA是串联重复序列组成，人的端粒重复序列：TTAGGG/CCCTAA,DNA复制时 端粒不能被 DNA聚合酶 完全复制 而缩短,端粒酶 由RNA和蛋白质组成，常见于 生殖细胞和肿瘤细胞,细胞衰老,内源性自由基 产生的主要途径：线粒体呼吸链 电子泄漏产生；,成人干细胞中 端粒长度 随年龄增长而下降，干细胞体外培养 也随分裂次数的增加而下降,端粒钟学说,telomere clock：随细胞不断分裂，染色体末端的端粒会逐渐缩短，当缩短到一定程度时，细胞增殖停滞，发生细胞衰老,端粒酶 转染的成人干细胞，端粒长度增加，细胞衰老标志,-半乳糖苷酶 活性明显下降，细胞寿命增长至少20代,端粒缩短 诱发的细胞衰老,复制性衰老,也有报道 仓鼠或小鼠 终生保持较长端粒，寿命没有因此变长,根据端粒和端粒酶在衰老方面的研究成果，细胞衰老分两大类：,与端粒、端粒酶直接相关的复制性衰老；,氧化应激诱导的非端粒依赖性衰老,早熟性衰老,4.细胞代谢废物累积可引起细胞衰老,代谢废物累积学说,waste product accumulation：由于细胞功能下降，细胞一方面不能将代谢废物及时排出胞外，另一方面又不能将其,细胞衰老,成人干细胞中 端粒长度 随年龄增长而下降，干细胞体外培养 也,降解与消化，最终代谢废物越积越多，在细胞中占据空间越来越大，影响细胞代谢废物的运输，阻碍了细胞正常生理功能，引起细胞衰老,脂褐质：长寿命的蛋白质和DNA、脂类 共价缩合形成的 巨交联物，次级溶酶体是形成脂褐质的场所,脂褐质 结构致密，不能被彻底水解，不能排出胞外，在胞质中沉积，阻碍细胞内物质交流和信号传递，导致细胞衰老,脑组织中-淀粉样蛋白 沉积，是老年痴呆的鉴定指标,5.基因转录或翻译差错导致细胞衰老,细胞衰老的基因转录或翻译差错学说,：随年龄增长，细胞内DNA复制效率下降，核酸、蛋白质、酶等大分子合成差错增多，积累的差错引起细胞功能降低，导致细胞衰老、死亡,6.其他学说,神经免疫网络论、钙调蛋白学说、微量元素学说 等,细胞衰老,降解与消化，最终代谢废物越积越多，在细胞中占据空间越来越大，,复制性细胞衰老和氧化应激诱导的非端粒依赖性细胞衰老的调控,细胞衰老过程中 细胞增殖停滞在 G,1,期和S期的衔接期；未能通过G,1,/S检查点的细胞将退出细胞周期，走向衰老,两条调控细胞衰老的途径：,复制性衰老的调控：依赖于,p53,p21、pRbE2F 信号通路的调控；,氧化应激诱导的非端粒依赖性细胞衰老，受,ERK,p38MAPKp16pRb 信号通路的调控,细胞衰老的原因和机制都是非常复杂的，现在是研究热点,细胞衰老,复制性细胞衰老和氧化应激诱导的非端粒依赖性细胞衰老的调控细胞,细胞死亡 有两种形式：细胞坏死、细胞凋亡,细胞坏死 necrosis,：在外来致病因子作用下，细胞生命活动被强行终止所致的,病理性,、被动性的死亡过程,细胞凋亡 apoptosis,：在特定信号诱导下，细胞内的死亡级联反应被触发所致的,生理,或病理性、主动性的死亡过程,细胞自噬 也算一种细胞死亡方式,细胞死亡的原因、特征与形式,细胞,非正常死亡,=细胞坏死：指超过 细胞可以承受的 强度或阈值的,环境因子,引起的死亡，以及由于机体病理状态 导致的细胞死亡,环境因子：高温与超低温、高渗与低渗、射线、化学毒物、病原体的感染,在非剧烈因素作用下，细胞死亡有一定的自然过程，常伴有特征性的形态改变，如 核膜断裂、核仁消失、线粒体肿胀并嵴消失等,细胞死亡,细胞死亡 有两种形式：细胞坏死、细胞凋亡细胞死亡,细胞坏死时，细胞膜和细胞器膜破裂，胞质外溢，细胞解体并引起周围组织炎症反应,细胞凋亡时，细胞膜始终完整，胞膜内陷将细胞内容物包被成一些囊状小体，即,凋亡小体,apoptotic body，后被巨噬细胞吞噬，不引起炎症反应,判断细胞是否死亡 可用上述形态学改变作指标，还要依据细胞是否还具有生理功能和增殖能力,细胞凋亡的概念与特征,细胞凋亡,apoptosis：细胞在一定的 生理或病理条件下，遵循自身的程序，自己结束其生命的过程,凋亡 是自然的生理学过程，亦称,程序 性细胞死亡,programmed cell death,PCD,细胞死亡,细胞坏死时，细胞膜和细胞器膜破裂，胞质外溢，细胞解体并引起周,细胞凋亡现象 普遍存在于多细胞高等生物，是其正常个体发育、维持成体组织结构 不可缺少的部分，贯穿于生物全部生命活动中,如 人体每天5,10,11,个血细胞通过 细胞凋亡被清除,细胞凋亡过程被破坏，将引起一系列疾病：癌症、感染性疾病、自身免疫性疾病等,细胞死亡,细胞凋亡现象 普遍存在于多细胞高等生物，是其正常个体发育、维,细胞凋亡是主动的，由基因决定的细胞自杀，与坏死是不同细胞学现象；细胞坏死 是细胞受到激烈的物理、化学、病理刺激，引起的细胞损伤和死亡,细胞坏死时，细胞膜渗漏、内容物外流，,导致炎症反应,；细胞凋亡时，细胞膜反折包裹断裂的染色质片段或细胞器等，形成众多凋亡小体，最终被巨噬细胞吞噬消化，,不引起炎症反应,细胞凋亡呈现出特征性形态学变化,1.细胞核的变化,DNA断裂成 核小体片段，并向 异染色质区 聚集，浓缩成 染色 质块，细胞核呈 新月形、花瓣状等 形态，核膜断裂,细胞死亡,细胞凋亡是主动的，由基因决定的细胞自杀，与坏死是不同细胞学现,2.细胞质的变化,胞质发生明显浓缩，线粒体膨大、出现空泡，内质网膨大、包裹细胞内容物，细胞骨架变得致密紊乱,3.细胞膜的变化,微绒毛、细胞突起及细胞连接等逐渐消失，细胞膜起泡 但依旧完整，细胞膜内侧的 磷脂酰丝氨酸 从膜内侧翻转到膜外表面（可能与凋亡细胞的清除过程有关）,4.凋亡小体的形成,凋亡小体的三种形成方式：,发芽脱落机制。胞膜 包裹 胞质、细胞器、核碎片，通过发芽或起泡，形成凋亡小体；分隔机制。胞内 内质网 分隔胞质区，与胞膜一起包裹胞内物，形成凋亡小体；自噬体形成机制。胞内线粒体等细胞器及其它胞质成分一同被 内质网 包裹成自噬体，与胞膜融合 排出胞外,凋亡小体,也有细胞凋亡时，仅仅 核固缩、胞质浓缩 形成 致密结构凋亡小体,细胞死亡,2.细胞质的变化 胞质发生明显浓缩，线粒体膨大、出现空,细胞凋亡时细胞生化改变的复杂性和多样性,1.DNA片段化,细胞凋亡时，胞内 内源性核酸内切酶 活化，将核小体在 连接区 切断，形成180200bp片段，电泳时可见 DNA梯状条带 D
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