第16章 細胞死亡與細胞衰老

第十六章細胞死亡與細胞衰老第二節(jié)細胞衰老第一節(jié)細胞死亡第一節(jié)細胞死亡一、動物細胞的程序性死亡：凋亡、壞死、自噬（一）、1細胞凋亡概念：是由一系列基因控制并受復雜信號調(diào)節(jié)的細胞自然死亡的現(xiàn)象。

細胞凋亡的特征（p342圖16-1）凋亡的起始：細胞器、染色質(zhì)等開始變化凋亡小體的形成：質(zhì)膜包裹染色質(zhì)和細胞器凋亡小體的消化：被吞噬細胞消化2、細胞凋亡的檢測方法◆形態(tài)學觀測：染色法、透射和掃描電鏡觀察◆DNA電泳：DNA片段就呈現(xiàn)出梯狀條帶◆TUNEL測定法，即DNA斷裂的原位末端標記法◆彗星電泳法（cometassay）◆流式細胞分析根據(jù)凋亡細胞DNA斷裂和丟失，采用碘化丙啶使DNA

產(chǎn)生激發(fā)熒光，用流式細胞儀檢出凋亡的亞二倍體細胞，同時又能觀察細胞的周期狀態(tài)。細胞凋亡的生物化學特征

◆細胞凋亡的主要特征是形成大小為

180～200bp特征性的DNAladders◆凋亡細胞組織轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶tTG（tissue

Transglutaminase）積累并達到較高水平細胞色素c誘導的凋亡細胞DNA電泳圖1．細胞色素c誘導0h2．細胞色素c誘導1h3．細胞色素c誘導2h4．細胞色素c誘導3h5．細胞色素c誘導4h6．陰性對照7．Marker

（自趙允、翟中和）3、細胞凋亡的生理學及醫(yī)學意義（p344-345）細胞凋亡對于多細胞生物個體發(fā)育的正常進行，自穩(wěn)平衡的保持以及抵御外界各種因素的干擾方面都起著非常關(guān)鍵的作用。有利于清除多余無用的細胞，有利于器官的正常發(fā)育。

二、細胞壞死細胞凋亡和壞死的區(qū)別：魚蠑螈龜雞豬牛兔人胎兒的手的發(fā)育胎兒的發(fā)育細胞凋亡不足：腫瘤，自身免疫病等細胞凋亡過度：再生障礙性貧血，神經(jīng)元退行性疾?。ㄅ两鹕C合癥）等不足與過度并存：動脈粥樣硬化等細胞凋亡與人體健康世界帕金森病日(４月１１)世界著名拳王阿里40多歲就患上了帕金森癥，昔日雄風難在；帕金森癥：它的主要癥狀是“手腳不聽話”。病人在寫字、吃飯或做其他事情時，手會抖個不停。病情嚴重的，患者四肢都會出現(xiàn)無法控制的顫抖，說話、吞咽都很困難，完全失去了生活能力。美國前總統(tǒng)里根患上了老年癡呆癥。老年癡呆癥：這種病有些癥狀，如反應遲鈍、動作緩慢，和帕金森癥相似。但是它的最致命之處是病人記憶力喪失，嚴重癡呆，甚至不認識家人，失去方向感，生活完全要靠別人照顧。病因：神經(jīng)細胞凋亡過多。運用神經(jīng)生長因子延緩神經(jīng)細胞的凋亡

3、擇一些有趣的用腦活動，如猜謎、下棋、閱讀，和參加體育運動，都能鍛煉大腦反應敏捷，預防腦功能退化。4、只要保持健康心態(tài)、積極地面對生活，預防老年殺手的金鑰匙就握在人們手里。1、維生素E具有增強記憶、阻止腦細胞被破壞的功能。2、多吃魚對預防老年病有好處。關(guān)愛老人帕金森癥和老年癡呆癥的預防細胞凋亡細胞分裂細胞生長分化細胞衰老過程機制概念生物學意義細胞凋亡與人體健康第二節(jié)細胞的衰老“生、老、病、死”是生命的四重奏。

在有機體里總有細胞在不斷的衰老與死亡,同時又有新增殖的細胞來代替他們.在人肌體里僅紅細胞,每分鐘就要死亡數(shù)百萬至數(shù)千萬之多.肌體表面隨時有無數(shù)細胞死亡與脫落.細胞衰老是細胞生命活動的必然規(guī)律。細胞的衰老：未分化分化衰老死亡衰老是一種正常的生命現(xiàn)象

生物體內(nèi)的絕大多數(shù)細胞，都有經(jīng)過未分化、分化、衰老、死亡這幾個階段?，F(xiàn)代人類面臨著三種衰老：生理性衰老，是指隨著年齡增長所出現(xiàn)的生理性退化，這是一切生物的普遍規(guī)律。病理性衰老，即由于內(nèi)在的或外在的原因使人體發(fā)生病理性變化，使衰老現(xiàn)象提前發(fā)生，這種衰老又稱為早衰。心理性衰老，心理活動是生理活動更高級的物質(zhì)運動形式，人類由于各種原因，常常產(chǎn)生“未老先衰”的心理狀態(tài)而影響機體的整體功能。1.細胞不死性學說細胞本身是沒有衰老和死亡的，細胞體內(nèi)的細胞衰老原因不在于細胞本身，而是由于來自多細胞有機體體外和體內(nèi)的影響。細胞不死性學說的依據(jù)原生動物的某些細胞，雞的心臟細胞，Hela細胞。2.Hayflick界限細胞，至少是培養(yǎng)的細胞并不是不死的，而是有一定的壽命的；它們的增殖能力并不是無限的，而是有一定的界限。

Hayflick的一些經(jīng)典實驗從胎兒肺取到的成纖維細胞可在體外培養(yǎng)條件下傳代50次。而從成人肺取到的成纖維細胞只能傳代20次，可見細胞的增殖能力與供體的年齡有關(guān)。圖14-1體外培養(yǎng)的年輕和老的人成纖維細胞的顯微形態(tài)

左邊是只分裂了幾代的年輕成纖維細胞，呈現(xiàn)薄層、細長的形態(tài)；右邊是分離了50次的老的成纖維細胞，開始衰退，并很快死亡。

Hayflick還發(fā)現(xiàn)：

動物體細胞在體外傳代的次數(shù)和物種的壽命有關(guān)，壽命愈長的動物，細胞可傳代的次數(shù)愈多。龜?shù)膲勖鼮?00年，細胞可傳代140代；小鼠的壽命為3年，細胞可以傳代12代；正常人的胚胎成纖維細胞可傳40-60代；成年人的成纖維細胞可傳10-30代；早衰癥是人體衰老中的一種病癥早老癥病人細胞培養(yǎng)只傳代2-4次美國華盛頓州達令頓地區(qū)男孩塞斯·庫克盡管只有12歲，但他的模樣看上去卻像一名頭發(fā)掉光、滿臉皺紋的八十老翁。庫克患有一種罕見的兒童早衰癥，盡管他的心仍是一顆孩子的心，但他的血管卻都已硬化，并飽受關(guān)節(jié)炎的折磨。由于沒有完整發(fā)育，他只有1米高，25磅重。12歲的庫克最大的夢想，就是能活到“青少年時代”。全世界的早衰癥患者目前約有42人，但科學家至今沒找到治愈早衰癥的方法。早衰癥是一種先天疾病?；颊邫C體新陳代謝的速度是常人的八倍，因此他們大多只能活到十幾歲。來自世界各地的早衰癥患者聚集美國費城，舉行了他們一年一度的特殊聚會。早衰癥的患病比例是1000萬分之一，患者全部都是孩子。人體細胞每分裂一次，染色體末梢就會縮短一些。目前醫(yī)學界還沒有找到早衰癥的患病原因。但專家們認為，這種疾病可能是染色體末梢太短引起的。早衰癥病童較常出現(xiàn)的癥狀包括：脫發(fā)、較晚長牙、身材矮小及皮下脂肪減少等，但病童的心智年齡大多與同齡兒童無異。專家指出，病童一般只能活到7~20歲，并大多死于心血管疾病等衰老病。用巴氏體做標記老人和年輕人兩種細胞----分別和混合兩種培養(yǎng)證明細胞內(nèi)部決定衰老

胞質(zhì)體和完整細胞的融合實驗證明是細胞核決定衰老

三、細胞在體內(nèi)條件下的衰老

人體和動物的各種器官和組織都是由細胞組成的，整體水平的老化是機體各部分組織細胞老化的總的反映。一名男子從36歲到75歲味覺喪失64％腎小球減少44％腎小球過濾率減少31％脊神經(jīng)元減少37％神經(jīng)傳導速度減慢10％腦供血量減少20％肺活量減少44％問題是細胞本身的衰老還是體內(nèi)環(huán)境的惡化？人們做了許多實驗1小鼠的表皮移植表皮移植7-8年，說明體內(nèi)環(huán)境因素影響了細胞的壽命2骨髓移植說明骨髓干細胞的衰老至少是緩慢的

四、衰老細胞結(jié)構(gòu)的變化（一）細胞核的變化核膜內(nèi)折：電鏡檢測可見衰老細胞核形狀不規(guī)則、內(nèi)陷和斷裂。在體內(nèi)細胞中也觀察到核膜的不同程度的內(nèi)折，神經(jīng)細胞尤為明顯，這種內(nèi)折隨年齡增長而增加，最后可能導致核膜崩解。染色體固縮化：在衰老細胞中，細胞核固縮，還常常出現(xiàn)核內(nèi)容物，核質(zhì)染色加深，核的細致結(jié)構(gòu)逐漸消失，核仁也發(fā)生明顯的變化。

（二）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化在衰老細胞中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)排列變得無序，膜腔膨脹擴大甚至崩解，膜面上核糖體數(shù)量減少。

（三）線粒體的變化線粒體的數(shù)量隨著年齡的增大而減少，體積則隨著年齡的增長而增大。衰老的神經(jīng)元、肝臟細胞和肌細胞的線粒體數(shù)目減少，但體積增大。同時，線粒體的結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，腫脹空泡化，內(nèi)部嵴大大減少。線粒體崩解是細胞衰老變化的重要標志。

線粒體變化主要是自由基損傷的結(jié)果，因為線粒體的呼吸鏈是損傷性自由基的發(fā)源地。線粒體DNA成為自由基的主要攻擊目標，使線粒體DNA呈逐漸減少或使線粒體DNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物逐漸減少，直接影響與線粒體呼吸和能量轉(zhuǎn)換過程有關(guān)的蛋白質(zhì)的合成，造成ATP合成和細胞能量供應不足，引起細胞功能紊亂，直到細胞死亡。（四）

致密體的生成（五）膜體系的變化1細胞的間隙連接明顯減少，組成間隙連接的膜內(nèi)顆粒聚集體變小，這種變化使細胞間代謝協(xié)作減少了。2細胞膜上的微絨毛數(shù)目增加，補償了衰老時細胞間聯(lián)系的衰退，以利于保持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。

3.膜脂相發(fā)生改變，不飽和脂肪酸含量增加，膜流動性下降。年輕的功能健全的細胞膜是典型的液晶相衰老的或有缺陷的膜通常處于凝膠相或固相從而干擾了膜蛋白的正常結(jié)構(gòu)與功能。膜的微粘度增加，從而影響膜表面受體的移動特異性生物化學信號的傳導。五、細胞衰老的分子機制最為關(guān)注的有染色體端粒復制和自由基的假說。（一）自由基學說

自由基理論最初是由Harman于1956年提出來的，所謂自由基指那些帶有奇數(shù)電子數(shù)的化學物質(zhì)，即它們都帶有未配對的自由電子.自由基理論(freeradicaltheory)如AB兩個原子各提供一個電子通過共價鍵形成一個分子A∶B,這兩個電子是配對的。如果在化學反應中發(fā)生了均裂,A和B各帶走一個電子,它們就是未成對電子。A∶B→A·+·B在正常條件下，自由基是在機體代謝過程中產(chǎn)生的。此外，空氣污染，輻射，某些化學物質(zhì)等都可影響自由基的產(chǎn)生。具有自由基的是一類高度活化的分子。當這種分子與其他物質(zhì)反應時，力圖得到電子，而對細胞及組織產(chǎn)生十分有害的生物效應。自由基對生物大分子的損傷：自由基由于活性強，容易與細胞內(nèi)的生物大分子發(fā)生反應。過多的自由基會對許多細胞組分造成損傷。能將不飽和脂肪酸氧化，使膜內(nèi)酶活性破壞、膜蛋白變性、膜脆性增加、膜結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，因而膜的運輸功能紊亂以至喪失；能將蛋白質(zhì)中的巰基氧化，造成蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)、變性，使酶失活；能使DNA鏈斷裂、交聯(lián)、堿基羥基化、堿基切除等，從而對DNA造成損傷。有人認為在衰老的原因中，99％是由自由基造成的。衰老的自由基學說衰老的自由基學說是美國科學家Harman1955年在美國的原子能委員會提出的,題目是“衰老:根據(jù)自由基和放射化學提出的理論”。核心內(nèi)容：(1)衰老是由自由基對細胞成分的有害進攻造成的。(2)這里所說的自由基，主要就是氧自由基，因此衰老的自由基理論，其實質(zhì)就是衰老的氧自由基理論。（3）維持體內(nèi)適當水平的抗氧化劑和自由基清除劑水平可以延長壽命和推遲衰老。圖14-4老人斑：自由基攻擊細胞的見證老年斑（agespots）產(chǎn)生的原因是什么？隨著增齡，細胞合成蛋白質(zhì)的能力下降，也包括超氧化歧化酶和過氧化氫酶合成數(shù)量的減少或合成了沒有功能的超氧化歧化酶和過氧化氫酶自由基和過氧化氫積累，對細胞的蛋白質(zhì)、DNA、細胞膜等進行攻擊破壞，細胞在自由基的攻擊下會導致死亡，就會在老人的皮膚上見到老年斑。細胞內(nèi)清除自由基的機制1細胞內(nèi)部自身隔離;

如線粒體2保護性的酶;

如超氧化物岐化酶(SOD)3

抗氧化分子如維生素E、維生素C（三）染色體端粒和衰老端粒是由簡單的富含T和G的DNA片段的重復序列組成。人類端粒結(jié)構(gòu)為染色體末端重復上千次的TTAGGG序列所組成。DNA聚合酶不能完成線性染色體末端DNA的復制，由于RNA引物的原因，DNA聚合酶一定會留下染色體末端的一段DNA（一段端粒）使其不被復