细胞衰老与凋亡

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,第十三章 细胞衰老与凋亡,细胞衰老,(cellular aging或cell senescence),细胞凋亡,(Apoptosis),第一节 细胞衰老(cellular aging或cell senescence),Hayflick界限,(Hayflick Limitation）,细胞在体内条件下的衰老,衰老细胞结构的变化,细胞衰老的分子机理,一、Hayflick界限(Hayflick Limitation）,概念：关于细胞增殖能力和寿命是有限的观点。,细胞，至少是培养的二倍体细胞，不是不死的，而是有一定的,寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限，这就,是,Hayflick界限,癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞，其染色体数目或形态,已经不同于原先的细胞,细胞的增殖能力与供体年龄有关,物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定的关系,二倍体细胞的衰老是由细胞本身决定的,决定细胞衰老的因素在细胞内部，而不是外部的环境,是细胞核而不是细胞质决定了细胞衰老,细胞来源,人胚肺成纤维细胞,中年人成,纤维细胞,老年人成,纤维细胞,可增殖,代数,40-60,20,2-4,不同年龄来源的人成纤维细胞的增,殖,代数,二、细胞在体内条件下的衰老,在机体内，细胞的衰老和死亡是常见的现象，甚至在,个体发育的早期也会发生;,正常情况下终生保持分裂的细胞，其分裂能力是否随,着有机体年龄的增高而下降？它们 会不会衰老？,衰老动物体内，细胞分裂速度显著减慢，其原因主要,是G,1,期明显延长;,衰老个体内的环境因素影响了细胞的增殖和衰老;,骨髓干细胞移植实验说明随着年龄的增加，干细胞,增殖速度也趋缓慢.,三、衰老细胞结构的变化,细胞核的变化,内质网的变化:,衰老,动物内质网成分弥散性地分散于核,周胞质中，粗面内质网的总量似乎是减少了,线粒体的变化:,通常，,细胞中线粒体的数量随龄减少，,而其体积则随龄增大,致密体的生成,膜系统的变化,细胞核的变化,体外培养的二倍体细胞，细胞核,随着细胞分裂次数的增加不断增大,细胞核的核膜内折（invagination）、,染色质固缩化,膜系统的变化,衰老的细胞，其膜流动性降低、韧性减小,衰老细胞间间隙连接,;,细胞,膜内（P面）颗粒的分布也发生变化,四、细胞衰老的分子机理,氧化性损伤学说,：,代谢过程中产生的活性氧基团或分子（ROS-O,2,-,，OH,-,，,H,2,O,2,），引发的氧化性损伤的积累，最终导致衰老。,端粒与衰老,：,发现,端粒长度确实与衰老有着密切的关系，提出细胞衰老的,“有丝分裂钟”学说（Harley,1990）,rDNA,与衰老,:酵母染色体外,rDNA,环（ERC）的积累，导致细胞衰老。,沉默信息调节蛋白复合物（Sir complex）与衰老,：Sir complex 存在于异染色质区，其作用在于阻断所在位点DNA转录。,SGS1,基因和,WRN,基因与衰老：,SGS1,基因和,WRN,基因同源,编码解旋酶;,酵母sgs1突变体寿命明显短于野生型（平均9.5代:24.5代）;,wrn,突变,引发早老症.,发育程序与衰老:,线粒体DNA与衰老:,Sen-DNA(80年代);mtDNA突变积累与细胞衰老有关.,第二节 细胞凋亡(Apoptosis),细胞凋亡的概念及其生物学意义,细胞凋亡的形态学和生物化学特征,细胞凋亡的分子调控机理,一、细胞凋亡的概念及其生物学意义,概念：,细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的,过程，所以也常常被称为细胞编程死亡（programmed cell death,PCD）。凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬。,生物学意义：,细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进行，,自稳平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都起着非,常关键的作用,：,蝌蚪尾的消失,，骨髓和肠的细胞凋亡，,脊椎动物的神经系统的发育,，,发育过程中手和足的成形过程,。,二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征,细胞凋亡与坏死,(necrosis),细胞凋亡的形态学特征,细胞凋亡的生化特征,诱导细胞凋亡的因子,细胞凋亡的检测,细胞凋亡与坏死,(necrosis),二者的主要区别是，细胞凋亡过程中，细胞质膜反折，包裹断裂的染色质片段或细胞器，然后逐渐分离，形成众多的凋亡小体（apoptotic bodies），凋亡小体则为邻近的细胞所吞噬。整个过程中，细胞质膜的整合性保持良好，死亡细胞的内容物不会逸散到胞外环境中去，因而不引发炎症反应。相反，在细胞坏死时，细胞质膜发生渗漏，细胞内容物，包括膨大和破碎的细胞器以及染色质片段，释放到胞外，导致炎症反应,细胞凋亡的,形态学特征,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，但细胞膜依然完整；线粒体大体完整，但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，形成新月形帽状结构等形态，沿着核膜分布,凋亡小体的形成：核染色质断裂为大小不等的片段，与某 些细胞器如线粒体一起聚集，为反折的细胞质膜所包围。细胞表面产生了许多,泡状或芽状突起,，逐渐形成单个的凋亡小体,凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬并消化,细胞凋亡的生化特征,细胞凋亡的主要特征是形成大小为,180,200bp特征性的,DNA ladders,凋亡细胞组织转谷氨酰胺酶tTG,（tissue Transglutaminase）积累并达,到较高水平,诱导细胞凋亡的因子,物理性因子，包括射线（紫外线，,射线等），,较温和的温度刺激（如热激，冷激）等,化学及生物因子：包括活性氧基团和分子，DNA,和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿,瘤坏死因子,（TNF,），抗Fas/Apo-1/CD95抗体等,细胞凋亡的检测,形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察,DNA电泳：DNA片段就呈现出梯状条带,TUNEL测定法，即DNA断裂的原位末端标记法,彗星电泳法（comet assay）,流式细胞分析,根据凋亡细胞DNA断裂和丢失，采用碘化丙啶使DNA,产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细,胞，同时又能观察细胞的周期状态。,三、,细胞凋亡的分子调控机理,线虫(C.elegans)凋亡研究发现ced3,ced4基因促进,细胞凋亡，ced9基因阻止ced3/ced4的激活，抑制,细胞凋亡。Ced3哺乳类同源物是ICE(Interleukin-,1-converting enzyme)，即Caspase1,Caspase家族与凋亡,Bcl-2家族、,线粒体与细胞凋亡,细胞凋亡的分子机理,Caspase家族与凋亡,Caspase家族,Caspase活性位点是半胱氨酸(Cysteine)，,裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽,键，因此称为Cysteine aspartic acic specific,protease，即Caspase,Caspase活化,胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径,Caspase活化,Caspase自身以非活化的Procaspase存在，其激活依赖于其他的Caspase在它的天冬氨酸位点裂解活化或自身活化,胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径,凋亡信号通路,当细胞接受凋亡信号分子(Fas,TNF等)后，凋亡细胞表面信号分子受体,相互聚集并与细胞内的衔接蛋白(Adaptor protein)结合，这些衔接蛋白又,募集,Procaspases聚集在受体部位，Procaspase相互活化并产生级联反应，使,细胞凋亡,下游,Caspases活化后，作用底物：,裂解核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体；,裂解DNase结合蛋白，使DNase释放，降解DNA形成DNA Ladder;,裂解参与细胞连接或附着的骨架和其他蛋白，使凋亡细胞皱缩、,脱落，便于细胞吞噬；,导致膜脂PS重排，便于吞噬细胞识别并吞噬。,Bcl-2家族、,线粒体与细胞凋亡,Bcl-2,是一种原癌基因，是ced-9在哺乳类中的同源物，能抑制细胞凋亡；与线粒体及内质网膜相结合；Bcl-2蛋白的羧基末端有一穿膜的结构域；Bcl-2家族成员的基因中，常常含有三个保守的Bcl-2同源区，即BH1，BH2和BH3,Bcl-2、,线粒体与,细胞凋亡,哺乳动物细胞中发现的,Apaf2即是CytC,Bcl-2、,线粒体与,细胞凋亡,当Caspase8活化后，它一方面作用于Procaspase3，另,一方面使Bid裂解成2个片段，其中含BH3结构域的C-端,片段被运送到线粒体，与Bcl-2/Bax的BH3结构域形成,复合物，导致细胞色素C释放。CytC与胞质中Ced4同源,物,Apaf-1(,凋亡蛋白酶活化因子,apoptosis protease,activating factor,)结合并活化,Apaf-1，活化的Apaf-1再活,化Procaspase9，最后引起细胞凋亡,a 正常T细胞杂交瘤细胞 b 凋亡细胞(扫描电镜)c 凋亡细胞(透射电镜),caspase 超家族成员及其相应底物,BCL-2家族成员,坏死细胞,凋亡细胞,细胞色素c诱导的凋亡细胞DNA电泳图,1细胞色素c诱导0 h,2细胞色素c诱导1 h,3细胞色素c诱导2 h,4细胞色素c诱导3 h,5细胞色素c诱导4 h,6阴性对照,7Marker,（自赵允、翟中和）,