醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)第十二章細(xì)胞的衰老和死亡

醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)第十二章細(xì)胞的衰老和死亡現(xiàn)在是1頁\一共有66頁\編輯于星期二細(xì)胞的基本生命活動之一。大多數(shù)細(xì)胞都要經(jīng)歷增殖、分化、衰老直至死亡的過程。細(xì)胞衰老：細(xì)胞對環(huán)境變化的適應(yīng)能力減弱和維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定能力降低,同時發(fā)生的形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變。

第一節(jié)細(xì)胞的衰老

agingorsenescence現(xiàn)在是2頁\一共有66頁\編輯于星期二一、細(xì)胞的壽命與增殖能力和分化程度密切相關(guān)機體細(xì)胞分4類（細(xì)胞的壽命的角度）（一）恒久組織細(xì)胞

在機體出生后便永久失去了分裂能力,但高度分化的專業(yè)工作細(xì)胞。衰老變化的特點是細(xì)胞的數(shù)量減少和細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。主要包括：心肌、骨骼肌、骨、腎上腺髓質(zhì)、腎髓質(zhì)和神經(jīng)細(xì)胞等?，F(xiàn)在是3頁\一共有66頁\編輯于星期二光鏡照片顯示人類心肌細(xì)胞（左）、骨骼肌細(xì)胞（中）和骨細(xì)胞（右）（fromC.Starr,1998)細(xì)胞壽命較長，可觀察到衰老變化的現(xiàn)象，是研究細(xì)胞衰老的良好對象?，F(xiàn)在是4頁\一共有66頁\編輯于星期二（二）穩(wěn)定組織細(xì)胞在機體出生后便停止分裂、但終生保留分裂能力、具有較高分化程度的專業(yè)工作細(xì)胞。主要包括皮膚結(jié)締組織、呼吸道上皮、腎上腺皮質(zhì)、腎皮質(zhì)、唾腺細(xì)胞、胰腺及胰島、胃壁和肝細(xì)胞。這類細(xì)胞在正常情況下沒有明顯的衰老死亡，但最終也將發(fā)生衰老和死亡?，F(xiàn)在是5頁\一共有66頁\編輯于星期二光鏡照片顯示人類呼吸道上皮（左）和皮下致密結(jié)締組織（右）（fromC.Starr,1998)現(xiàn)在是6頁\一共有66頁\編輯于星期二（三）更新組織細(xì)胞有一定壽命的專業(yè)工作細(xì)胞。主要包括皮膚的表皮、角膜、毛囊、口腔黏膜上皮、胃腸道上皮、精原細(xì)胞和造血細(xì)胞。不同組織的更新速度不同,如小腸絨毛上皮的生命周期為2～5天,表皮細(xì)胞約1～2月。這類細(xì)胞壽命短，因而不發(fā)生衰老變化?，F(xiàn)在是7頁\一共有66頁\編輯于星期二光鏡照片顯示人類皮膚（fromC.Starr,1998)現(xiàn)在是8頁\一共有66頁\編輯于星期二（四）可耗盡組織細(xì)胞是一種專業(yè)工作細(xì)胞,在機體一生的某一階段逐漸減少,但得不到補充,最后消耗殆盡。如卵巢實質(zhì)細(xì)胞現(xiàn)在是9頁\一共有66頁\編輯于星期二（五）體外培養(yǎng)細(xì)胞的壽命1、Hayflik界限體外培養(yǎng)的細(xì)胞也有一定的壽命。1961年，Hayflick和Moorhead實驗，培養(yǎng)的人二倍體細(xì)胞表現(xiàn)出明顯的衰老、退化和死亡的過程。

現(xiàn)在是10頁\一共有66頁\編輯于星期二將細(xì)胞數(shù)以1：2的比率連續(xù)進(jìn)行傳代，則平均只能傳代40-60次，此后細(xì)胞就逐漸解體并死亡。

現(xiàn)在是11頁\一共有66頁\編輯于星期二細(xì)胞，至少是培養(yǎng)的細(xì)胞，不是不死的，而是有一定的壽命；它們的增殖能力不是無限的，而是有一定的界限——“Hayflick界限”?，F(xiàn)在是12頁\一共有66頁\編輯于星期二2、體外培養(yǎng)細(xì)胞的壽命與

供體物種壽命和供體個體年齡的關(guān)系Hayflick比較了多種動物成纖維細(xì)胞在體外培養(yǎng)下的傳代次數(shù)和壽命的關(guān)系發(fā)現(xiàn)：體外培養(yǎng)細(xì)胞的壽命取決于供體物種的壽命供體個體的年齡。現(xiàn)在是13頁\一共有66頁\編輯于星期二生命越長壽，細(xì)胞傳代的次數(shù)越多不同種屬的平均壽命及其成纖維細(xì)胞的分裂代數(shù)種類平均壽命（年）培養(yǎng)細(xì)胞分裂代數(shù)海龜

175

90～125人110

40～60雞3015～35小鼠3.514～28現(xiàn)在是14頁\一共有66頁\編輯于星期二體外培養(yǎng)細(xì)胞的增殖傳代的能力也可反映出該種屬細(xì)胞在體內(nèi)的衰老狀況。

供者年齡群體分裂代數(shù)人胚胎40～60出生后至15歲20～40

15歲以上10～30

早老癥患者2～10不同年齡人成纖維細(xì)胞分裂代數(shù)的比較現(xiàn)在是15頁\一共有66頁\編輯于星期二4、決定細(xì)胞衰老的因素Hayflik將取自老年男性細(xì)胞和年輕女性個體細(xì)胞(間期可見巴氏小體)進(jìn)行單獨或混合培養(yǎng)，結(jié)果混合培養(yǎng)中的兩類細(xì)胞的倍增次數(shù)與各自單獨培養(yǎng)時相同。結(jié)果說明:巴氏小體的污染并沒有影響細(xì)胞的衰老，決定細(xì)胞衰老的因素在細(xì)胞內(nèi)部，而不是外部的環(huán)境?，F(xiàn)在是16頁\一共有66頁\編輯于星期二Wright和Hayflik實驗

年輕的細(xì)胞質(zhì)體與年老的完整細(xì)胞融合時，得到的雜種細(xì)胞不能分裂；而年老的細(xì)胞質(zhì)體與年輕的完整細(xì)胞融合時，雜種細(xì)胞的分裂能力與年輕細(xì)胞幾乎相同。結(jié)果說明:是細(xì)胞核而不是細(xì)胞質(zhì)決定了細(xì)胞衰老的表現(xiàn)?，F(xiàn)在是17頁\一共有66頁\編輯于星期二

二、細(xì)胞衰老的特征

1．細(xì)胞內(nèi)水分減少，致使細(xì)胞脫水收縮，體積變小。2．細(xì)胞色素顆粒沉積增多，如脂褐素也稱老年色素，在光鏡下呈黃褐色的圓形或橢圓形顆粒。脂褐素在胞漿中沉積隨老年化過程而增加，如肝細(xì)胞、肌細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞中的積聚更為明顯。

現(xiàn)在是18頁\一共有66頁\編輯于星期二細(xì)胞衰老的特征3．細(xì)胞器的衰老變化：（1）細(xì)胞膜的流動性降低：衰老的細(xì)胞膜發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，流動性明顯減弱，因而細(xì)胞的興奮性降低。（2）線粒體的數(shù)量隨著年齡的增大而減少，而其體積則隨著年齡的增大而增大。（3）高爾基復(fù)合體的分泌功能與囊泡運輸功能下降；溶酶體酶活性降低；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)數(shù)量減少。（4）細(xì)胞核的變化：染色質(zhì)固化，核膜內(nèi)折。

現(xiàn)在是19頁\一共有66頁\編輯于星期二細(xì)胞衰老的特征4．化學(xué)組成與生化反應(yīng)的改變(1)蛋白質(zhì)合成的速度下降；(2)細(xì)胞內(nèi)酶的活性與含量改變：老年神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)單氨氧化酶升高、SOD下降，硫胺素焦磷酸酶的活性減弱。

現(xiàn)在是20頁\一共有66頁\編輯于星期二三、細(xì)胞衰老的機制

關(guān)于細(xì)胞衰老的機制，曾先后提出過多種學(xué)說，但至今尚無統(tǒng)一的認(rèn)識。人們已經(jīng)認(rèn)識到，細(xì)胞衰老是由體內(nèi)多種因素引起的，人類的衰老還受到社會和環(huán)境等因素的影響,使得衰老機制更加復(fù)雜?，F(xiàn)在是21頁\一共有66頁\編輯于星期二

細(xì)胞衰老的機制

1．自由基理論

自由基是在外層軌道上具有不成對電子的分子或原子基團(tuán)，與其他物質(zhì)反應(yīng)奪取電子，引起一些極重要的生物分子失活，導(dǎo)致對細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生有害的生物學(xué)效應(yīng)。機體清除自由基的能力隨齡的增加而下降，導(dǎo)致衰老。

現(xiàn)在是22頁\一共有66頁\編輯于星期二2、遺傳程序論細(xì)胞的衰老是按照各自特定的程序和時間進(jìn)行的；認(rèn)為細(xì)胞的退化和衰老是由基因控制的，如退化基因(deg)和機械傳感基因(mec)是控制神經(jīng)細(xì)胞衰老的遺傳因子。衰老是遺傳上的程序化過程，受特定基因控制?，F(xiàn)在是23頁\一共有66頁\編輯于星期二遺傳基因的變異對衰老的發(fā)生影響極大，例如人類常染色體隱性遺傳病早老癥

8歲的早老癥患者現(xiàn)在是24頁\一共有66頁\編輯于星期二端粒與衰老近年來，提出端粒DNA序列的縮短可能是細(xì)胞衰老的重要原因，人體細(xì)胞端粒長度隨年齡增加而縮短。發(fā)現(xiàn)端粒長度、端粒酶活性與衰老有著密切的關(guān)系，提出細(xì)胞衰老的“端粒鐘”或“有絲分裂鐘”學(xué)說現(xiàn)在是25頁\一共有66頁\編輯于星期二細(xì)胞衰老還有其它學(xué)說：如神經(jīng)免疫網(wǎng)絡(luò)說、錯誤成災(zāi)說、鈣調(diào)蛋白學(xué)說等?，F(xiàn)在是26頁\一共有66頁\編輯于星期二

第二節(jié)細(xì)胞凋亡

死亡是生命的普遍現(xiàn)象，但細(xì)胞死亡并非與機體死亡同步。正常的組織中，經(jīng)常發(fā)生“正?！钡募?xì)胞死亡，它是維持組織機能和形態(tài)所必需的?，F(xiàn)在是27頁\一共有66頁\編輯于星期二

細(xì)胞死亡的標(biāo)志

判斷細(xì)胞是否死亡，常用細(xì)胞活體染色方法進(jìn)行鑒別，由于細(xì)胞死亡時，細(xì)胞膜通透性發(fā)生改變，喪失原有功能及增殖能力，可被臺盼藍(lán)染成藍(lán)色。

現(xiàn)在是28頁\一共有66頁\編輯于星期二

一、細(xì)胞死亡的方式

①細(xì)胞壞死necrosis②細(xì)胞凋亡cellapoptosis也稱細(xì)胞程序性死亡（programmedcelldeath）現(xiàn)在是29頁\一共有66頁\編輯于星期二（一）細(xì)胞壞死（necrosis）：——是由于某些外界因素，如局部缺血、物理、化學(xué)和生物因子的作用而產(chǎn)生的急性損傷所致，故稱為病理性死亡。

被動現(xiàn)在是30頁\一共有66頁\編輯于星期二

（一）細(xì)胞壞死

necrosis

特征細(xì)胞壞死誘導(dǎo)因素強烈刺激受累范圍成群細(xì)胞死亡膜完整性早期即喪失細(xì)胞體積增大腫脹染色質(zhì)稀疏成網(wǎng)狀細(xì)胞器腫張破壞溶酶體破壞外溢細(xì)胞形狀破裂成碎片基因組DNA隨機降解大分子合成不需要基因調(diào)控?zé)o后果引起炎癥反應(yīng)意義病理死亡方式現(xiàn)在是31頁\一共有66頁\編輯于星期二細(xì)胞壞死

necrosis現(xiàn)在是32頁\一共有66頁\編輯于星期二細(xì)胞凋亡是一個主動的由基因決定的自動結(jié)束生命的過程。

主動程序性細(xì)胞死亡（programmedcelldeath，PCD）

是多細(xì)胞生物為調(diào)控機體發(fā)育、維護(hù)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細(xì)胞主動死亡過程

（二）細(xì)胞凋亡（cellapoptosis）現(xiàn)在是33頁\一共有66頁\編輯于星期二

1、研究歷史

1.凋亡概念的形成和形態(tài)學(xué)的研究(1972）1972年Kerr等在英國癌癥雜志發(fā)表論文，首次提出細(xì)胞凋亡(apotosis)的概念。宣告了對細(xì)胞凋亡的真正探索的開始。2．DNA的降解和內(nèi)源性核酸內(nèi)切酶的參與。(1987）3.蛋白質(zhì)水解酶活化的研究(1995)現(xiàn)在是34頁\一共有66頁\編輯于星期二4.細(xì)胞膜的變化(1997)5.線粒體的變化和分子生物學(xué)的研究(1998-)1)相關(guān)基因及調(diào)控2）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)3）各種分子及其相互作用及相互關(guān)系4）疾病機制的闡明，以及新療法的探索及問世?，F(xiàn)在是35頁\一共有66頁\編輯于星期二2002年10月7日英國人悉尼·布雷諾爾、美國人羅伯特·霍維茨和英國人約翰·蘇爾斯頓，因在器官發(fā)育的遺傳調(diào)控和細(xì)胞程序性死亡方面的研究獲諾貝爾諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎。

2002年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎獲得者（圖片來自）現(xiàn)在是36頁\一共有66頁\編輯于星期二

2、細(xì)胞凋亡過程現(xiàn)在是37頁\一共有66頁\編輯于星期二2、細(xì)胞凋亡的過程細(xì)胞連接消失，微絨毛消失；細(xì)胞質(zhì)密度增加，核質(zhì)濃縮成一個或幾個大的團(tuán)塊，細(xì)胞核進(jìn)而裂解為碎塊，形成凋亡小體，凋亡小體很快被單核巨噬細(xì)胞吞噬?，F(xiàn)在是38頁\一共有66頁\編輯于星期二凋亡的起始細(xì)胞質(zhì)密度增加凋亡小體的形成凋亡小體逐漸被吞噬細(xì)胞吞噬現(xiàn)在是39頁\一共有66頁\編輯于星期二現(xiàn)在是40頁\一共有66頁\編輯于星期二現(xiàn)在是41頁\一共有66頁\編輯于星期二現(xiàn)在是42頁\一共有66頁\編輯于星期二3、凋亡的特征特征細(xì)胞凋亡

誘導(dǎo)因素生理及弱刺激受累范圍單個細(xì)胞丟失膜完整性保持到晚期細(xì)胞體積減少、固縮染色質(zhì)凝聚成半月形細(xì)胞器無明顯變化溶酶體保持完整細(xì)胞形狀形成凋亡小體基因組DNA有控降解大分子合成一般需要基因調(diào)控有后果不引起炎癥反應(yīng)意義生理死亡方式現(xiàn)在是43頁\一共有66頁\編輯于星期二apoptosis現(xiàn)在是44頁\一共有66頁\編輯于星期二壞死細(xì)胞凋亡細(xì)胞4、細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的區(qū)別現(xiàn)在是45頁\一共有66頁\編輯于星期二特征細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死誘導(dǎo)因素生理及弱刺激強烈刺激細(xì)胞數(shù)量單個細(xì)胞丟失成群細(xì)胞死亡膜完整性保持到晚期早期即喪失染色質(zhì)凝聚呈半月狀稀疏呈網(wǎng)狀細(xì)胞核早期固縮斷裂晚期破裂細(xì)胞器無明顯變化腫脹、破裂細(xì)胞內(nèi)容物無釋放釋放細(xì)胞形狀形成凋亡小體破裂成碎片基因組DNA有控降解隨機降解大分子合成一般需要不需要基因調(diào)控有無后果不引起炎癥反應(yīng)引起炎癥反應(yīng)意義生理死亡方式病理死亡方式現(xiàn)在是46頁\一共有66頁\編輯于星期二

細(xì)胞壞死與凋亡的形態(tài)區(qū)別現(xiàn)在是47頁\一共有66頁\編輯于星期二二、細(xì)胞凋亡形態(tài)學(xué)改變及生化特征細(xì)胞調(diào)亡有許多特定的形態(tài)學(xué)和生化特征主要：（1）調(diào)亡小體（apoptoticbody）（2）DNA片段化（fragmentation）

現(xiàn)在是48頁\一共有66頁\編輯于星期二現(xiàn)在是49頁\一共有66頁\編輯于星期二（1）凋亡小體電鏡觀察凋亡細(xì)胞體積變小，細(xì)胞質(zhì)濃縮。凋亡Ⅰ期的細(xì)胞核內(nèi)染色質(zhì)高度盤繞，出現(xiàn)許多稱為氣穴現(xiàn)象的空泡結(jié)構(gòu)。細(xì)胞凋亡的晚期，細(xì)胞核裂解為碎塊，產(chǎn)生凋亡小體。

現(xiàn)在是50頁\一共有66頁\編輯于星期二NuclearmorphologicalchangesofHeLacellsinapoptosisprocess（488nm400）現(xiàn)在是51頁\一共有66頁\編輯于星期二現(xiàn)在是52頁\一共有66頁\編輯于星期二圖15-8左，正常胸腺細(xì)胞；右，凋亡胸腺細(xì)胞（注意凋亡小體）

現(xiàn)在是53頁\一共有66頁\編輯于星期二現(xiàn)在是54頁\一共有66頁\編輯于星期二（2）DNA片段化（fragmentation）由核酸內(nèi)切酶將核小體間的連接DNA降解形成長度為180～200bp整倍數(shù)的寡聚核苷酸片段在瓊脂糖凝膠電泳中呈特征性的“梯狀”條帶（ladder）現(xiàn)在是55頁\一共有66頁\編輯于星期二現(xiàn)在是56頁\一共有66頁\編輯于星期二1．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)0h2．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)1h3．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)2h4．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)3h5．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)4h6．陰性對照7．Marker細(xì)胞色素c誘導(dǎo)的凋亡細(xì)胞DNA電泳圖現(xiàn)在是57頁\一共有66頁