第十一節(jié)細(xì)胞衰老與細(xì)胞死亡

1、細(xì)胞分化細(xì)胞分化基因特異性（差別性）表達(dá)基因特異性（差別性）表達(dá)細(xì)胞衰老與細(xì)胞死亡細(xì)胞衰老與細(xì)胞死亡細(xì)胞生物學(xué)教研室第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老(cellular aging, cell senescence)一名男子從一名男子從 36 歲到歲到 75 歲歲味覺喪失味覺喪失 64腎小球減少腎小球減少 44腎小球過濾率減少腎小球過濾率減少 31脊神經(jīng)元減少脊神經(jīng)元減少 37神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢 10腦供血量減少腦供血量減少 20肺活量減少肺活量減少 44 生物體形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能隨年齡增加而顯現(xiàn)生物體形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能隨年齡增加而顯現(xiàn)出的不可逆的衰退現(xiàn)象，這種衰退增加了有機(jī)體對(duì)出的

2、不可逆的衰退現(xiàn)象，這種衰退增加了有機(jī)體對(duì)疾病和死亡的易感性，這種現(xiàn)象稱為疾病和死亡的易感性，這種現(xiàn)象稱為衰老衰老。 個(gè)體的衰老是細(xì)胞的衰老引起的個(gè)體的衰老是細(xì)胞的衰老引起的。細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老 經(jīng)典實(shí)驗(yàn)經(jīng)典實(shí)驗(yàn) 體外培養(yǎng)成纖維細(xì)胞體外培養(yǎng)成纖維細(xì)胞來自胎兒來自胎兒 可傳代可傳代 50 次次 （與供體年齡有關(guān)）（與供體年齡有關(guān)） 來自成人來自成人 可傳代可傳代 20 次次來自小鼠來自小鼠 可傳代可傳代 1428 次次 （與供體物種（與供體物種來自烏龜來自烏龜 可傳代可傳代 90125 次次 特性有關(guān)）特性有關(guān)） Hayflick界限界限 細(xì)胞、至少是培養(yǎng)的細(xì)胞，有一定壽命的。它細(xì)胞、至少是培養(yǎng)的細(xì)

3、胞，有一定壽命的。它們的增殖能力不是無限的，而是有一定界限的。們的增殖能力不是無限的，而是有一定界限的。物種壽命與培養(yǎng)細(xì)胞壽命之間存在著確定的相互關(guān)系物種壽命與培養(yǎng)細(xì)胞壽命之間存在著確定的相互關(guān)系物種物種 成纖維細(xì)胞傳代數(shù)成纖維細(xì)胞傳代數(shù) 個(gè)體最長(zhǎng)壽命（年）個(gè)體最長(zhǎng)壽命（年） 龜龜 90125 175 水貂水貂 3034 15 雞雞 1535 8小鼠小鼠 1428 3.5人胚胎人胚胎 4060 120出生至出生至15歲歲 2040 15歲以上歲以上 1030 早老病患者早老病患者 210 1020 高等動(dòng)物體內(nèi)存在高等動(dòng)物體內(nèi)存在4種不同類型的細(xì)胞。種不同類型的細(xì)胞。 3、恒久組織細(xì)胞恒久組織

4、細(xì)胞：高度分化的細(xì)胞，這類細(xì)胞的壽命接近于：高度分化的細(xì)胞，這類細(xì)胞的壽命接近于動(dòng)物的整體壽命，如動(dòng)物的整體壽命，如神經(jīng)細(xì)胞和骨骼肌、心肌細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞和骨骼肌、心肌細(xì)胞等。在胚等。在胚胎發(fā)育終了時(shí)，這些細(xì)胞不再增加數(shù)量。它們隨著個(gè)體衰老胎發(fā)育終了時(shí)，這些細(xì)胞不再增加數(shù)量。它們隨著個(gè)體衰老而衰老，或者由于這些細(xì)胞的衰老、死亡引起個(gè)體死亡。但而衰老，或者由于這些細(xì)胞的衰老、死亡引起個(gè)體死亡。但可由干細(xì)胞增殖、分化以補(bǔ)充之?？捎筛杉?xì)胞增殖、分化以補(bǔ)充之。2、穩(wěn)定組織細(xì)胞穩(wěn)定組織細(xì)胞：分化程度較高的細(xì)胞，正常情況下無明：分化程度較高的細(xì)胞，正常情況下無明顯衰老現(xiàn)象，細(xì)胞分裂少見，但受損時(shí)，剩余細(xì)胞可重

5、新顯衰老現(xiàn)象，細(xì)胞分裂少見，但受損時(shí)，剩余細(xì)胞可重新分裂，補(bǔ)充失去的細(xì)胞。如分裂，補(bǔ)充失去的細(xì)胞。如肝、腎細(xì)胞肝、腎細(xì)胞等。等。1、不斷更新組織細(xì)胞不斷更新組織細(xì)胞：是快速更新的細(xì)胞。如：是快速更新的細(xì)胞。如上皮細(xì)胞、血上皮細(xì)胞、血細(xì)胞細(xì)胞。4、可耗盡組織細(xì)胞可耗盡組織細(xì)胞：如人類的：如人類的卵巢實(shí)質(zhì)細(xì)胞卵巢實(shí)質(zhì)細(xì)胞。（一）細(xì)胞核的變化（一）細(xì)胞核的變化在細(xì)胞衰老變化中在細(xì)胞衰老變化中核膜內(nèi)陷核膜內(nèi)陷。神經(jīng)細(xì)胞尤為明顯，這種。神經(jīng)細(xì)胞尤為明顯，這種內(nèi)折隨年齡增長(zhǎng)而增加，最后可能導(dǎo)致核膜崩解。內(nèi)折隨年齡增長(zhǎng)而增加，最后可能導(dǎo)致核膜崩解。染色質(zhì)固縮化染色質(zhì)固縮化是另一個(gè)重要變化。在衰老細(xì)胞中，細(xì)胞

6、是另一個(gè)重要變化。在衰老細(xì)胞中，細(xì)胞核固縮，還常常出現(xiàn)核內(nèi)容物，核質(zhì)染色加深，核的細(xì)核固縮，還常常出現(xiàn)核內(nèi)容物，核質(zhì)染色加深，核的細(xì)致結(jié)構(gòu)逐漸消失，核仁也發(fā)生明顯的變化致結(jié)構(gòu)逐漸消失，核仁也發(fā)生明顯的變化. .（二）細(xì)胞膜的變化（二）細(xì)胞膜的變化 細(xì)胞的間隙連接明顯減少細(xì)胞的間隙連接明顯減少，組成間隙連接的膜內(nèi)顆粒，組成間隙連接的膜內(nèi)顆粒聚集體變小，這種變化使細(xì)胞間代謝協(xié)作減少了。聚集體變小，這種變化使細(xì)胞間代謝協(xié)作減少了。膜脂相發(fā)生改變，膽固醇與磷脂之比增大，膜脂相發(fā)生改變，膽固醇與磷脂之比增大，膜流動(dòng)性下膜流動(dòng)性下降降。細(xì)胞衰老的特征細(xì)胞衰老的特征（三）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化（三）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化 內(nèi)質(zhì)

7、網(wǎng)排列變得內(nèi)質(zhì)網(wǎng)排列變得無序無序，膜腔膨脹擴(kuò)大甚至，膜腔膨脹擴(kuò)大甚至崩解崩解，膜面，膜面上上核糖體數(shù)量減少核糖體數(shù)量減少。（四）線粒體的變化（四）線粒體的變化 細(xì)胞中線粒體的數(shù)量細(xì)胞中線粒體的數(shù)量隨著年齡的增大而減少隨著年齡的增大而減少，而其，而其體積體積則增大則增大。同時(shí)，線粒體的結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，。同時(shí)，線粒體的結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，腫脹空泡化腫脹空泡化，內(nèi)，內(nèi)部嵴大大減少。部嵴大大減少。線粒體崩解線粒體崩解是細(xì)胞衰老變化的重要標(biāo)志。是細(xì)胞衰老變化的重要標(biāo)志。 因?yàn)榫€粒體的呼吸鏈?zhǔn)菗p傷性自由基的發(fā)源地。線粒體因?yàn)榫€粒體的呼吸鏈?zhǔn)菗p傷性自由基的發(fā)源地。線粒體DNA成為自由基的主要攻擊目標(biāo)。成為自由基

8、的主要攻擊目標(biāo)。（五）致密體的生成（五）致密體的生成 溶酶體溶酶體消化功能減退，消化功能減退，脂褐質(zhì)脂褐質(zhì)增加；增加；老年斑老年斑（六）（六） 細(xì)胞骨架的改變細(xì)胞骨架的改變 微絲數(shù)量減少，結(jié)構(gòu)和成分發(fā)生改變，核骨架改變微絲數(shù)量減少，結(jié)構(gòu)和成分發(fā)生改變，核骨架改變（七）細(xì)胞內(nèi)生化改變（七）細(xì)胞內(nèi)生化改變 蛋白質(zhì)合成速率降低，蛋白質(zhì)合成速率降低，細(xì)胞內(nèi)酶含量和活性降低細(xì)胞內(nèi)酶含量和活性降低。（八）細(xì)胞外基質(zhì)改變（八）細(xì)胞外基質(zhì)改變 細(xì)胞外基質(zhì)細(xì)胞外基質(zhì)大分子交連增加大分子交連增加。（九）細(xì)胞內(nèi)水分減少，體積減?。ň牛┘?xì)胞內(nèi)水分減少，體積減小細(xì)胞衰老的分子機(jī)制細(xì)胞衰老的分子機(jī)制差錯(cuò)學(xué)派：差錯(cuò)學(xué)派：強(qiáng)

9、調(diào)衰老是由于細(xì)胞中的各種強(qiáng)調(diào)衰老是由于細(xì)胞中的各種錯(cuò)誤積累錯(cuò)誤積累引起的。引起的。 代謝廢物積累學(xué)說、自由基學(xué)說、線粒體代謝廢物積累學(xué)說、自由基學(xué)說、線粒體DNA突變學(xué)說突變學(xué)說遺傳學(xué)派遺傳學(xué)派：強(qiáng)調(diào)衰老是強(qiáng)調(diào)衰老是遺傳決定的自然演進(jìn)遺傳決定的自然演進(jìn)過程。過程。（一）衰老的遺傳學(xué)說（一）衰老的遺傳學(xué)說 生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、衰老和死亡都是由基因生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、衰老和死亡都是由基因程序控制的，衰老實(shí)際上是某些基因依次開啟和程序控制的，衰老實(shí)際上是某些基因依次開啟和關(guān)閉的結(jié)果。關(guān)閉的結(jié)果。 細(xì)胞核基因組內(nèi)存在遺傳細(xì)胞核基因組內(nèi)存在遺傳“生物鐘生物鐘”。1衰老基因衰老基因 細(xì)胞中可能存在細(xì)胞中可能存

10、在衰老基因衰老基因，衰老基因的，衰老基因的表達(dá)產(chǎn)物，是一種可表達(dá)產(chǎn)物，是一種可抑制抑制DNA和蛋白正和蛋白正常合成、促進(jìn)衰老的抑制素常合成、促進(jìn)衰老的抑制素。成人早衰癥和嬰幼兒早衰癥成人早衰癥和嬰幼兒早衰癥Werner綜合征綜合征(WS)又稱又稱成人型早老癥成人型早老癥，患者平均壽命，患者平均壽命為為46歲歲,是一種罕見的常染色體隱性遺傳病，主要特征是一種罕見的常染色體隱性遺傳病，主要特征是衰老加速。主要臨床表現(xiàn)是過早出現(xiàn)的衰老征象是衰老加速。主要臨床表現(xiàn)是過早出現(xiàn)的衰老征象本病是染色體本病是染色體8pll一一12的的WRN(也稱也稱Rec03)基因突變所基因突變所致。該基因編碼致。該基因編碼

11、DNA解旋酶和外切核酸酶，突變導(dǎo)致解旋酶和外切核酸酶，突變導(dǎo)致該酶活性喪失，端粒丟失加快。該酶活性喪失，端粒丟失加快。嬰幼兒早衰癥不足嬰幼兒早衰癥不足8 8歲就表現(xiàn)出早衰癥狀歲就表現(xiàn)出早衰癥狀2. 抗衰老相關(guān)基因抗衰老相關(guān)基因 細(xì)胞中存在細(xì)胞中存在抗衰老相關(guān)基因抗衰老相關(guān)基因，抗衰老相，抗衰老相關(guān)基因的表達(dá)產(chǎn)物，增強(qiáng)機(jī)體代謝能力關(guān)基因的表達(dá)產(chǎn)物，增強(qiáng)機(jī)體代謝能力及應(yīng)急能力。及應(yīng)急能力。3. 染色體端粒和衰老染色體端粒和衰老端粒隨著細(xì)胞分裂的不斷進(jìn)行而逐漸變短。當(dāng)端粒縮短到一個(gè)端粒隨著細(xì)胞分裂的不斷進(jìn)行而逐漸變短。當(dāng)端?？s短到一個(gè)臨界長(zhǎng)度時(shí)，啟動(dòng)停止細(xì)胞分裂的信號(hào)，細(xì)胞退出細(xì)胞周期，臨界長(zhǎng)度時(shí)，

12、啟動(dòng)停止細(xì)胞分裂的信號(hào)，細(xì)胞退出細(xì)胞周期，此時(shí)細(xì)胞不再分裂并出現(xiàn)老化，細(xì)胞開始死亡，此稱為第一死此時(shí)細(xì)胞不再分裂并出現(xiàn)老化，細(xì)胞開始死亡，此稱為第一死亡期亡期(M1)或危險(xiǎn)期。因而人們把或危險(xiǎn)期。因而人們把端粒的長(zhǎng)度作為細(xì)胞的有絲端粒的長(zhǎng)度作為細(xì)胞的有絲分裂鐘分裂鐘來對(duì)待。來對(duì)待。端粒酶是一種反轉(zhuǎn)錄酶，由端粒酶是一種反轉(zhuǎn)錄酶，由RNA和蛋白質(zhì)組成和蛋白質(zhì)組成將人的端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶亞基（將人的端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶亞基（hTRT）基因引入正常的人視網(wǎng)基因引入正常的人視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞，其端粒長(zhǎng)度明顯增加，分裂旺盛，作為細(xì)胞膜色素上皮細(xì)胞，其端粒長(zhǎng)度明顯增加，分裂旺盛，作為細(xì)胞衰老指標(biāo)的衰老指標(biāo)的半乳糖苷酶

13、活性則明顯降低。同時(shí)，表達(dá)端粒半乳糖苷酶活性則明顯降低。同時(shí)，表達(dá)端粒酶的細(xì)胞壽命比正常細(xì)胞至少長(zhǎng)酶的細(xì)胞壽命比正常細(xì)胞至少長(zhǎng)20代，且其核型正常。代，且其核型正常。F4 端粒復(fù)制端粒復(fù)制.TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG.AACCCCAACCCC AACCCCAAC5335dGTP.TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTT.AACCCCAACCCC AACCCCAAC5335dGTP.TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG.AACCCCAACCCC AACCCCAAC53353RNA templateTelomerase（二）錯(cuò)誤累計(jì)（二）錯(cuò)誤累計(jì)自由基

14、學(xué)說自由基學(xué)說衰老起因于代謝過程中不斷產(chǎn)生的自由基衰老起因于代謝過程中不斷產(chǎn)生的自由基自由基自由基瞬時(shí)形成的含不配對(duì)電子、原子團(tuán)，瞬時(shí)形成的含不配對(duì)電子、原子團(tuán)，特殊狀態(tài)的分子和離子。超氧陰離子自由基，過特殊狀態(tài)的分子和離子。超氧陰離子自由基，過氧化氫氧化氫損壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，增加損壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，增加DNA突變，造成功能蛋白突變，造成功能蛋白質(zhì)合成誤差；促進(jìn)核酸和蛋白質(zhì)的分子內(nèi)和分子質(zhì)合成誤差；促進(jìn)核酸和蛋白質(zhì)的分子內(nèi)和分子間逐步發(fā)生化學(xué)交聯(lián)，使細(xì)胞不能發(fā)揮正常的功間逐步發(fā)生化學(xué)交聯(lián)，使細(xì)胞不能發(fā)揮正常的功能，最終死亡；維持體內(nèi)適當(dāng)水平的自由基清除能，最終死亡；維持體內(nèi)適當(dāng)水平的自由基清除劑可以延

15、長(zhǎng)壽命，延緩衰老。劑可以延長(zhǎng)壽命，延緩衰老。H2O H OH帶有不成對(duì)電子的基團(tuán)稱為自由基自由基的反應(yīng)活潑性特別強(qiáng)1.細(xì)胞自由基細(xì)胞自由基自由基在細(xì)胞內(nèi)的產(chǎn)生是有多種原因的，如生物自由基在細(xì)胞內(nèi)的產(chǎn)生是有多種原因的，如生物氧化、輻射、受污染物的侵害以及細(xì)胞內(nèi)的酶促氧化、輻射、受污染物的侵害以及細(xì)胞內(nèi)的酶促反應(yīng)等過程中都會(huì)釋放自由基。反應(yīng)等過程中都會(huì)釋放自由基。自由基一旦生成，它們就能不斷擴(kuò)增，發(fā)生級(jí)聯(lián)自由基一旦生成，它們就能不斷擴(kuò)增，發(fā)生級(jí)聯(lián)反應(yīng)。反應(yīng)。 對(duì)磷脂的氧化和對(duì)對(duì)磷脂的氧化和對(duì)DNA造成損傷可能是主要的。造成損傷可能是主要的。細(xì)胞內(nèi)存在清除自由基的防御系統(tǒng)，包括酶系細(xì)胞內(nèi)存在清除自由

16、基的防御系統(tǒng)，包括酶系統(tǒng) 和 非 酶 系 統(tǒng) 。 前 者 如統(tǒng) 和 非 酶 系 統(tǒng) 。 前 者 如 超 氧 化 物 歧 化 酶超 氧 化 物 歧 化 酶（SOD），），過氧化氫酶（過氧化氫酶（CAT）以及谷胱甘肽以及谷胱甘肽過氧化物酶（過氧化物酶（GHSPX）。）。后者如后者如Ve和和VC。超表達(dá)超表達(dá)Cu/Zn SOD和過氧化氫酶的轉(zhuǎn)基因果蠅和過氧化氫酶的轉(zhuǎn)基因果蠅壽命比野生型長(zhǎng)壽命比野生型長(zhǎng)34%；而將人；而將人SODI的基因轉(zhuǎn)入的基因轉(zhuǎn)入成年果蠅的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中，能使果蠅壽命延長(zhǎng)成年果蠅的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中，能使果蠅壽命延長(zhǎng)40%。2.線粒體自由基假說線粒體自由基假說 細(xì)胞中許多自由基是由線粒體

17、制造出來的細(xì)胞中許多自由基是由線粒體制造出來的, 當(dāng)當(dāng)自由基一旦形成，線粒體中合成自由基一旦形成，線粒體中合成ATP的組分和線的組分和線粒體粒體DNA(比核比核DNA更易受氧化損傷更易受氧化損傷)首當(dāng)其沖。首當(dāng)其沖。自由基引起的線粒體損傷最終干擾了自由基引起的線粒體損傷最終干擾了ATP產(chǎn)生的產(chǎn)生的效率并增加了自由基的輸出效率并增加了自由基的輸出。細(xì)胞衰老與死亡細(xì)胞衰老與死亡細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老細(xì)胞死亡細(xì)胞死亡？第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)胞死亡細(xì)胞死亡一、細(xì)胞壞死一、細(xì)胞壞死(necrosis)極端的物理、化學(xué)或其他嚴(yán)重的病理性因素誘發(fā)極端的物理、化學(xué)或其他嚴(yán)重的病理性因素誘發(fā)的細(xì)胞死亡，的細(xì)胞死亡，“病理性

18、細(xì)胞死亡病理性細(xì)胞死亡”細(xì)胞壞死時(shí)，細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞壞死時(shí)，細(xì)胞質(zhì)膜發(fā)生滲漏膜發(fā)生滲漏，細(xì)胞內(nèi)容物，細(xì)胞內(nèi)容物，包括膨大和破碎的細(xì)胞器以及染色質(zhì)片段，釋放包括膨大和破碎的細(xì)胞器以及染色質(zhì)片段，釋放到胞外，導(dǎo)致到胞外，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)炎癥反應(yīng)曾經(jīng)：曾經(jīng)：被動(dòng)的、非自主過程（被動(dòng)的、非自主過程（necrosis=make die) 目前：目前： 程序性的，雙刃劍程序性的，雙刃劍二、細(xì)胞凋亡（二、細(xì)胞凋亡（apoptosis） 1965年澳大利亞科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，結(jié)扎鼠門靜脈后，年澳大利亞科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，結(jié)扎鼠門靜脈后，肝實(shí)質(zhì)組織中有一些散在的肝實(shí)質(zhì)組織中有一些散在的死亡細(xì)胞死亡細(xì)胞體積收縮、體積收縮、染色質(zhì)凝集、從其

19、周圍的組織中脫落并被吞噬、染色質(zhì)凝集、從其周圍的組織中脫落并被吞噬、機(jī)體機(jī)體無炎癥反應(yīng)無炎癥反應(yīng),顯然不同于細(xì)胞壞死。在胚胎發(fā)顯然不同于細(xì)胞壞死。在胚胎發(fā)育生物學(xué)、免疫系統(tǒng)的研究，肝細(xì)胞死亡研究基育生物學(xué)、免疫系統(tǒng)的研究，肝細(xì)胞死亡研究基礎(chǔ)上礎(chǔ)上,1972年年Kerr等三位科學(xué)家首次提出了等三位科學(xué)家首次提出了細(xì)胞凋細(xì)胞凋亡亡的概念。的概念。 細(xì)胞凋亡是細(xì)胞凋亡是一個(gè)主動(dòng)的由基因決定的自動(dòng)結(jié)束生一個(gè)主動(dòng)的由基因決定的自動(dòng)結(jié)束生命命的過程，所以也常常被稱為細(xì)胞編程死亡的過程，所以也常常被稱為細(xì)胞編程死亡（programmed cell death, PCD）。）。它是一個(gè)主動(dòng)的、高度有序的、基因

20、控制的、一它是一個(gè)主動(dòng)的、高度有序的、基因控制的、一系列酶參與的過程。系列酶參與的過程。 選用古希臘名詞選用古希臘名詞apoptosis（=dropping off）命名，）命名，強(qiáng)調(diào)這是一強(qiáng)調(diào)這是一自然的生理過程自然的生理過程。細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡 （apoptosis）細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義細(xì)胞凋亡是機(jī)體細(xì)胞凋亡是機(jī)體生存和發(fā)育的基礎(chǔ)生存和發(fā)育的基礎(chǔ)，它涉及生，它涉及生命活動(dòng)中的許多領(lǐng)域。命活動(dòng)中的許多領(lǐng)域。細(xì)胞凋亡對(duì)于多細(xì)胞生物個(gè)體發(fā)育的正常進(jìn)行，細(xì)胞凋亡對(duì)于多細(xì)胞生物個(gè)體發(fā)育的正常進(jìn)行，自身平衡的保持以及抵御外界各種因素的干擾自身平衡的保持以及抵御外界各種因素的干擾方面都

21、起著非常關(guān)鍵的作用。方面都起著非常關(guān)鍵的作用。1. 確保正常生長(zhǎng)發(fā)育確保正常生長(zhǎng)發(fā)育在胚胎發(fā)育過程中，特定區(qū)域的細(xì)胞群會(huì)發(fā)生自在胚胎發(fā)育過程中，特定區(qū)域的細(xì)胞群會(huì)發(fā)生自然凋亡，然凋亡，清除這些細(xì)胞有利于器官的形態(tài)發(fā)生清除這些細(xì)胞有利于器官的形態(tài)發(fā)生。如果沒有程序性死亡，機(jī)體的胚胎發(fā)育則不能正如果沒有程序性死亡，機(jī)體的胚胎發(fā)育則不能正常進(jìn)行。常進(jìn)行。細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義脊椎動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)在發(fā)育過程中通過脊椎動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)在發(fā)育過程中通過細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡來來調(diào)調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的數(shù)量節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的數(shù)量，使之與需要支配的靶細(xì)胞數(shù)量相，使之與需要支配的靶細(xì)胞數(shù)量相適應(yīng)。適應(yīng)。凋亡在凋亡在正

22、常的細(xì)胞生存與死正常的細(xì)胞生存與死亡亡的平衡中起調(diào)節(jié)作用，如的平衡中起調(diào)節(jié)作用，如果該平衡出現(xiàn)問題則導(dǎo)致腫果該平衡出現(xiàn)問題則導(dǎo)致腫瘤、阿爾茲海默病和類風(fēng)濕瘤、阿爾茲海默病和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等疾病的發(fā)生。關(guān)節(jié)炎等疾病的發(fā)生。2、維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義細(xì)胞可通過凋亡的形式細(xì)胞可通過凋亡的形式清除清除些病毒感染的細(xì)些病毒感染的細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、衰老的胞、腫瘤細(xì)胞、衰老的細(xì)胞以及受損傷的細(xì)胞。細(xì)胞以及受損傷的細(xì)胞。3、發(fā)揮積極的防御功能、發(fā)揮積極的防御功能 細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義細(xì)胞凋亡的生物學(xué)意義細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)如微絨毛消失，細(xì)胞間細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)

23、如微絨毛消失，細(xì)胞間接觸的消失，但細(xì)胞膜依然完整；接觸的消失，但細(xì)胞膜依然完整；細(xì)胞內(nèi)脫水，細(xì)胞體積縮小，線粒體大體完細(xì)胞內(nèi)脫水，細(xì)胞體積縮小，線粒體大體完整，但核糖體逐漸從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上脫離，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)整，但核糖體逐漸從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上脫離，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊腔膨脹，并逐漸與質(zhì)膜融合；囊腔膨脹，并逐漸與質(zhì)膜融合；染色質(zhì)固縮，形成新月形帽狀結(jié)構(gòu)等形態(tài)，染色質(zhì)固縮，形成新月形帽狀結(jié)構(gòu)等形態(tài)，沿著核膜分布沿著核膜分布。 凋亡的起始：凋亡的起始：細(xì)胞凋亡的主要變化細(xì)胞凋亡的主要變化1. 形態(tài)變化形態(tài)變化核染色質(zhì)斷裂為大小不等的片段，與某些細(xì)核染色質(zhì)斷裂為大小不等的片段，與某些細(xì)胞器如線粒體一起聚集，為反折的細(xì)胞質(zhì)膜胞器如線粒體

24、一起聚集，為反折的細(xì)胞質(zhì)膜所包圍。細(xì)胞表面產(chǎn)生了許多泡狀或芽狀突所包圍。細(xì)胞表面產(chǎn)生了許多泡狀或芽狀突起，逐漸形成單個(gè)的起，逐漸形成單個(gè)的凋亡小體凋亡小體。 凋亡小體的形成凋亡小體的形成凋亡執(zhí)行期凋亡執(zhí)行期 凋亡小體逐漸為鄰近的細(xì)胞吞噬并消化凋亡小體逐漸為鄰近的細(xì)胞吞噬并消化凋亡消亡期凋亡消亡期 a 正常正常T細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞細(xì)胞雜交瘤細(xì)胞 b 凋亡細(xì)胞凋亡細(xì)胞(掃描電鏡掃描電鏡) c 凋亡細(xì)胞凋亡細(xì)胞(透射電鏡透射電鏡)內(nèi)源性內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶活化核酸內(nèi)切酶活化，染色質(zhì)染色質(zhì)DNA在核小體連在核小體連接部斷裂接部斷裂。被降解為（。被降解為（180-200bp）整數(shù)倍片段，整數(shù)倍片段，凝膠電泳呈梯

25、狀凝膠電泳呈梯狀-DNA Ladder 。2. 生化變化生化變化鑒定細(xì)胞凋亡的方法鑒定細(xì)胞凋亡的方法1 1、正常細(xì)胞；、正常細(xì)胞；2 2、細(xì)胞凋、細(xì)胞凋亡的起始，染色質(zhì)固縮、亡的起始，染色質(zhì)固縮、分離并沿核膜分布，細(xì)胞分離并沿核膜分布，細(xì)胞質(zhì)亦發(fā)生固縮；質(zhì)亦發(fā)生固縮；3 3、凋亡、凋亡中的細(xì)胞，細(xì)胞質(zhì)膜反折，中的細(xì)胞，細(xì)胞質(zhì)膜反折，包圍細(xì)胞碎片，如染色質(zhì)包圍細(xì)胞碎片，如染色質(zhì)片斷和細(xì)胞器，形成芽狀片斷和細(xì)胞器，形成芽狀突起，以后逐漸分隔，形突起，以后逐漸分隔，形成凋亡小體；成凋亡小體；4 4、凋亡小、凋亡小體被鄰近細(xì)胞吞噬；體被鄰近細(xì)胞吞噬；5 5、壞死的早期階段，染色體壞死的早期階段，染色體

26、形成串狀片段，細(xì)胞器膨形成串狀片段，細(xì)胞器膨脹，線粒體基質(zhì)呈絮狀；脹，線粒體基質(zhì)呈絮狀；6 6、壞死的最后階段，細(xì)、壞死的最后階段，細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞解體內(nèi)容胞膜破裂，細(xì)胞解體內(nèi)容物散逸。物散逸。細(xì)胞壞死與凋亡的比較細(xì)胞壞死與凋亡的比較凋亡與壞死的區(qū)別凋亡與壞死的區(qū)別染色質(zhì)呈絮狀染色質(zhì)呈絮狀不規(guī)則移位不規(guī)則移位 細(xì)胞器腫脹細(xì)胞器腫脹染色質(zhì)凝聚在核膜染色質(zhì)凝聚在核膜下呈半月狀下呈半月狀細(xì)胞器無明顯變化細(xì)胞器無明顯變化細(xì)胞腫脹細(xì)胞腫脹自溶自溶內(nèi)容物釋放內(nèi)容物釋放引起炎癥反應(yīng)引起炎癥反應(yīng)細(xì)胞體積固縮變小細(xì)胞體積固縮變小細(xì)胞膜完整細(xì)胞膜完整凋亡小體形成凋亡小體形成凋亡小體被鄰凋亡小體被鄰近細(xì)胞或巨噬近細(xì)

27、胞或巨噬細(xì)胞吞噬細(xì)胞吞噬 無炎癥反應(yīng)無炎癥反應(yīng)細(xì)胞凋亡細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死細(xì)胞壞死概概 念念基因控制的自主過程，表現(xiàn)為細(xì)胞縮基因控制的自主過程，表現(xiàn)為細(xì)胞縮小，核內(nèi)染色質(zhì)濃縮，核質(zhì)邊緣化，小，核內(nèi)染色質(zhì)濃縮，核質(zhì)邊緣化，膜發(fā)泡，凋亡小體形成。膜發(fā)泡，凋亡小體形成。非自主過程，質(zhì)膜喪失完整性非自主過程，質(zhì)膜喪失完整性和化學(xué)梯度，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)容物外和化學(xué)梯度，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)容物外泄引起細(xì)胞溶解死亡。泄引起細(xì)胞溶解死亡。刺刺 激激生理或病理情況。生理或病理情況。病理情況例如毒素、嚴(yán)重缺氧、病理情況例如毒素、嚴(yán)重缺氧、缺血和缺乏缺血和缺乏ATPATP。形態(tài)學(xué)形態(tài)學(xué)細(xì)胞皺縮，與鄰近細(xì)胞連接喪失。細(xì)胞皺縮，與鄰近細(xì)胞連

28、接喪失。腫脹，形態(tài)不規(guī)則。腫脹，形態(tài)不規(guī)則。細(xì)胞膜細(xì)胞膜完整，鼓泡，形成凋亡小體。完整，鼓泡，形成凋亡小體。溶解或通透性增加。溶解或通透性增加。細(xì)胞器細(xì)胞器完整完整受損受損細(xì)胞核細(xì)胞核固縮，染色質(zhì)邊緣化固縮，染色質(zhì)邊緣化染色質(zhì)不規(guī)則轉(zhuǎn)移染色質(zhì)不規(guī)則轉(zhuǎn)移線粒體線粒體腫脹，通透性增加，細(xì)胞色素腫脹，通透性增加，細(xì)胞色素c c釋放釋放腫脹，破裂，腫脹，破裂，ATPATP耗竭耗竭生化特征生化特征核小體核小體DNADNA斷裂成斷裂成185185bp x nbp x n片段片段隨機(jī)斷裂成大小不等片段隨機(jī)斷裂成大小不等片段能量要求能量要求依賴依賴ATPATP不依賴不依賴ATPATP組織分布組織分布單個(gè)或成群

29、細(xì)胞單個(gè)或成群細(xì)胞成片細(xì)胞成片細(xì)胞組織反應(yīng)組織反應(yīng)非炎癥非炎癥炎癥炎癥結(jié)結(jié) 局局吞噬細(xì)胞吞噬部分膜性結(jié)構(gòu)吞噬細(xì)胞吞噬部分膜性結(jié)構(gòu)細(xì)胞內(nèi)容物溶解釋放細(xì)胞內(nèi)容物溶解釋放細(xì)胞凋亡與壞死的主要特征比較細(xì)胞凋亡與壞死的主要特征比較影響細(xì)胞凋亡的因素影響細(xì)胞凋亡的因素（一）誘導(dǎo)因素（一）誘導(dǎo)因素物理性因子：包括射線（紫外線，物理性因子：包括射線（紫外線， 射線等）射線等）化學(xué)因子：包括活性氧基團(tuán)和分子化學(xué)因子：包括活性氧基團(tuán)和分子生物因子：生物因子：DNA和蛋白質(zhì)合成的抑制劑，激素，和蛋白質(zhì)合成的抑制劑，激素，細(xì)胞生長(zhǎng)因子，腫瘤壞死因子細(xì)胞生長(zhǎng)因子，腫瘤壞死因子 （TNF ）等等（二）抑制因素（二）抑制因

30、素1、細(xì)胞因子、細(xì)胞因子2、某些激素、某些激素3、其他：、其他：Zn2+、藥物、藥物、EB病毒病毒細(xì)胞凋亡的分子機(jī)理細(xì)胞凋亡的分子機(jī)理（一）線蟲細(xì)胞凋亡相關(guān)的基因和蛋白質(zhì)（一）線蟲細(xì)胞凋亡相關(guān)的基因和蛋白質(zhì)秀麗隱桿線蟲秀麗隱桿線蟲1090個(gè)細(xì)胞個(gè)細(xì)胞 ，131個(gè)細(xì)胞凋亡。個(gè)細(xì)胞凋亡。 找到一系列與細(xì)胞凋亡有關(guān)的基因找到一系列與細(xì)胞凋亡有關(guān)的基因秀麗隱桿線蟲秀麗隱桿線蟲秀麗隱桿線蟲秀麗隱桿線蟲 C. elegans，透明，長(zhǎng)僅，透明，長(zhǎng)僅1mm，體細(xì)胞，體細(xì)胞959個(gè)個(gè)1090 cells - 131 cells death = 959 cells ced-3、ced-4基因突變或缺失，使凋亡受

31、阻，有多余細(xì)基因突變或缺失，使凋亡受阻，有多余細(xì)胞存在胞存在誘發(fā)、啟動(dòng)凋亡誘發(fā)、啟動(dòng)凋亡； 移入移入 ced-9，使凋亡受阻；失去，使凋亡受阻；失去 ced-9，使細(xì)胞凋亡，使細(xì)胞凋亡抑制凋亡抑制凋亡。 Sydney Brenner Robert Horvitz John Sulston 2002年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)（二）哺乳細(xì)胞凋亡相關(guān)基因（二）哺乳細(xì)胞凋亡相關(guān)基因 1. caspase家族家族 也稱也稱ICE/ced家族家族。哺乳動(dòng)物中的與線蟲。哺乳動(dòng)物中的與線蟲ced-3同源同源的的基基因。編碼的是一組與細(xì)胞因子成熟和細(xì)胞凋亡有關(guān)的因。編碼的是一組與細(xì)胞因子成熟和

32、細(xì)胞凋亡有關(guān)的蛋白酶。定位于人類染色體蛋白酶。定位于人類染色體11q23，編碼由編碼由404個(gè)氨基個(gè)氨基酸殘基組成的酸殘基組成的45kd蛋白。迄今已發(fā)現(xiàn)了蛋白。迄今已發(fā)現(xiàn)了11個(gè)同源基因，個(gè)同源基因，1996年后這些家族成員統(tǒng)稱為年后這些家族成員統(tǒng)稱為Caspase。 ced-3= Caspase1Caspase活性位點(diǎn)是半胱氨酸活性位點(diǎn)是半胱氨酸，裂解靶蛋白位裂解靶蛋白位點(diǎn)是天冬氨酸殘基后的肽鍵，因此稱為點(diǎn)是天冬氨酸殘基后的肽鍵，因此稱為天冬氨天冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白水解酶酸特異性的半胱氨酸蛋白水解酶 （Cysteine aspartic acic specific protease），

33、即），即Caspase；caspases 負(fù)責(zé)選擇性地切割某些蛋白質(zhì)，切割負(fù)責(zé)選擇性地切割某些蛋白質(zhì)，切割的結(jié)果是使靶蛋白活化或失活，而非完全降解的結(jié)果是使靶蛋白活化或失活，而非完全降解caspases通常以無活性酶原形式存在于細(xì)胞質(zhì)通常以無活性酶原形式存在于細(xì)胞質(zhì)中中 Caspase3 Caspase6 參與細(xì)胞凋亡的執(zhí)行參與細(xì)胞凋亡的執(zhí)行 Caspase7lCaspase1lCaspase11 負(fù)責(zé)白細(xì)胞介素前體的活化，不直負(fù)責(zé)白細(xì)胞介素前體的活化，不直 接參與細(xì)胞凋亡信號(hào)的傳導(dǎo)接參與細(xì)胞凋亡信號(hào)的傳導(dǎo)lCaspase2lCaspase8 參與細(xì)胞凋亡的起始參與細(xì)胞凋亡的起始lCaspas

34、e9lCaspase10lCaspase11切割執(zhí)行者前體，活化切割執(zhí)行者前體，活化2、bcl-2 膜的整合蛋白膜的整合蛋白，主要存在于線粒體外膜、核膜及部，主要存在于線粒體外膜、核膜及部分內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。分內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。bcl-2蛋白在正常組織自身穩(wěn)定方面起蛋白在正常組織自身穩(wěn)定方面起重要作用，重要作用， bc1-2的功能相當(dāng)于線蟲中的的功能相當(dāng)于線蟲中的ced9。Bcl-2家族分為兩類家族分為兩類。一類是一類是抗凋亡抗凋亡的主要有的主要有Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1。一類是一類是促進(jìn)凋亡促進(jìn)凋亡的主要包括的主要包括Bax、Bak、Bad。細(xì)胞中細(xì)胞中Bax和和Bcl-2的比例決定

35、了細(xì)胞是否死亡的命運(yùn)。的比例決定了細(xì)胞是否死亡的命運(yùn)。 3、Fas/APO-1 跨膜蛋白，跨膜蛋白，F(xiàn)as蛋白與蛋白與Fas配體結(jié)合后，引起配體結(jié)合后，引起Caspase-8、Caspase-10自身被激活，啟動(dòng)自身被激活，啟動(dòng)Caspase的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡 4、p53 是一種是一種抑癌基因抑癌基因，其生物學(xué)功能是在，其生物學(xué)功能是在G1期監(jiān)視期監(jiān)視DNA的的完整性完整性。如有損傷，。如有損傷，P53蛋白表達(dá)、聚集并進(jìn)一步上調(diào)蛋白表達(dá)、聚集并進(jìn)一步上調(diào)一系列基因一系列基因(p21便是其中之一便是其中之一)表達(dá)。導(dǎo)致表達(dá)。導(dǎo)致G1期阻滯，期阻滯，使細(xì)胞贏得

36、時(shí)間，直到使細(xì)胞贏得時(shí)間，直到DNA修復(fù)完成。修復(fù)完成。損傷不能修復(fù)，損傷不能修復(fù)，P53就激活那些誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的基就激活那些誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的基因轉(zhuǎn)錄，使細(xì)胞進(jìn)入凋亡狀態(tài)。因轉(zhuǎn)錄，使細(xì)胞進(jìn)入凋亡狀態(tài)。當(dāng)當(dāng)p53基因發(fā)生缺失或異常時(shí)，基因發(fā)生缺失或異常時(shí)，p53失去對(duì)細(xì)胞的失去對(duì)細(xì)胞的監(jiān)視作用，帶著損傷的監(jiān)視作用，帶著損傷的DNA進(jìn)入進(jìn)入S期，其結(jié)果是細(xì)期，其結(jié)果是細(xì)胞因遺傳不穩(wěn)定性而產(chǎn)生突變和染色體畸變，最后胞因遺傳不穩(wěn)定性而產(chǎn)生突變和染色體畸變，最后導(dǎo)致細(xì)胞癌變。導(dǎo)致細(xì)胞癌變。細(xì)胞凋亡的信號(hào)通路細(xì)胞凋亡的信號(hào)通路1. Caspase依賴性細(xì)胞凋亡途徑依賴性細(xì)胞凋亡途徑死亡受體起始的外源途徑死亡

37、受體起始的外源途徑起始于死亡配體與受體的結(jié)合起始于死亡配體與受體的結(jié)合死亡配體主要是腫瘤壞死因子（死亡配體主要是腫瘤壞死因子（TNF）家族成員；胞質(zhì)部）家族成員；胞質(zhì)部分均含有死亡結(jié)構(gòu)域，負(fù)責(zé)招募凋亡信號(hào)通路中的信號(hào)分分均含有死亡結(jié)構(gòu)域，負(fù)責(zé)招募凋亡信號(hào)通路中的信號(hào)分子子線粒體起始的內(nèi)源途徑線粒體起始的內(nèi)源途徑內(nèi)源途徑中，線粒體處于中心地位內(nèi)源途徑中，線粒體處于中心地位當(dāng)細(xì)胞受內(nèi)外部凋亡信號(hào)刺激時(shí)，胞內(nèi)線粒體的外膜通透當(dāng)細(xì)胞受內(nèi)外部凋亡信號(hào)刺激時(shí)，胞內(nèi)線粒體的外膜通透性會(huì)發(fā)生改變，向細(xì)胞質(zhì)中釋放凋亡相關(guān)因子，引發(fā)細(xì)胞性會(huì)發(fā)生改變，向細(xì)胞質(zhì)中釋放凋亡相關(guān)因子，引發(fā)細(xì)胞凋亡凋亡2.Caspase非

38、依賴性的細(xì)胞凋亡非依賴性的細(xì)胞凋亡下游下游Caspases活化后，作用的底物有：活化后，作用的底物有： 裂解核纖層蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞核形成凋亡小體。裂解核纖層蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞核形成凋亡小體。 裂解裂解DNase結(jié)合蛋白，使結(jié)合蛋白，使DNase釋放，進(jìn)而降釋放，進(jìn)而降解解DNA形成形成DNA Ladder。 裂解參與細(xì)胞連接或附著的骨架和其他蛋白，裂解參與細(xì)胞連接或附著的骨架和其他蛋白，使凋亡細(xì)胞皺縮、脫落，便于細(xì)胞吞噬。使凋亡細(xì)胞皺縮、脫落，便于細(xì)胞吞噬。 導(dǎo)致膜脂導(dǎo)致膜脂PS（卵磷脂）重排，便于吞噬細(xì)胞（卵磷脂）重排，便于吞噬細(xì)胞識(shí)別并吞噬。識(shí)別并吞噬。細(xì)胞凋亡與醫(yī)學(xué)細(xì)胞凋亡與醫(yī)學(xué)(一一)與發(fā)育

39、的關(guān)系與發(fā)育的關(guān)系 胚胎發(fā)育過程中只有識(shí)別遷移到位的細(xì)胞才能生胚胎發(fā)育過程中只有識(shí)別遷移到位的細(xì)胞才能生存，而一些存，而一些迷途錯(cuò)位的細(xì)胞則自然凋亡迷途錯(cuò)位的細(xì)胞則自然凋亡，這是一，這是一種簡(jiǎn)便的清除機(jī)制。種簡(jiǎn)便的清除機(jī)制。免疫系統(tǒng)的發(fā)育是細(xì)胞自然凋亡最具代表性的例免疫系統(tǒng)的發(fā)育是細(xì)胞自然凋亡最具代表性的例子。子。95%的前的前T和前和前B細(xì)胞均要凋亡，如果細(xì)胞不細(xì)胞均要凋亡，如果細(xì)胞不能發(fā)生凋亡，則白細(xì)胞數(shù)量增加，將會(huì)發(fā)生能發(fā)生凋亡，則白細(xì)胞數(shù)量增加，將會(huì)發(fā)生白血白血病病。(二二)與疾病的關(guān)系與疾病的關(guān)系1細(xì)胞凋亡過度，導(dǎo)致心血管疾病細(xì)胞凋亡過度，導(dǎo)致心血管疾病導(dǎo)致心律失常的右心室發(fā)育不良性心肌病與心導(dǎo)致心律失常的右心室發(fā)育不良性心肌病與心肌細(xì)胞過度凋亡有關(guān)；肌細(xì)胞過度凋亡有關(guān)；急性心梗的早期和再灌注期，發(fā)現(xiàn)有大量的凋急性心梗的早期和再灌注期，