細(xì)胞死亡與衰老

第十三章程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞衰老本文檔共68頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分第一節(jié)程序性細(xì)胞死亡本文檔共68頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分一、動物細(xì)胞的程序性死亡概念：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，受到嚴(yán)格的由遺傳機(jī)制決定的程序性控制，所以也常常被稱為細(xì)胞編程死亡（programmedcelldeath,PCD）細(xì)胞凋亡是形態(tài)學(xué)的概念，程序性細(xì)胞死亡是功能上的概念。細(xì)胞死亡有三種形式：凋亡、壞死和自噬本文檔共68頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分細(xì)胞凋亡（apoptosis):

apoptosis為希臘語，原指秋天時樹葉自然凋零。由體內(nèi)外因素觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)預(yù)存的死亡程序而導(dǎo)致的細(xì)胞死亡過程稱為細(xì)胞凋亡（又稱為程序性細(xì)胞死亡）。

（一）

細(xì)胞凋亡本文檔共68頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分1）.形態(tài)學(xué)特征

1.細(xì)胞凋亡的特征凋亡的起始：凋亡小體的形成：凋亡小體逐漸為鄰近的細(xì)胞吞噬并消化本文檔共68頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分

凋亡的形態(tài)學(xué)變化本文檔共68頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分

凋亡生化特征變化

:藥物誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡Lane1．0h2．1h3．2h4．3h5．4h6．Control7．Marker

2.0kbp1.00.50.2本文檔共68頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分2、細(xì)胞凋亡的意義1）生理意義①確保正常發(fā)育、生長：清除多余的、失去功能價值的細(xì)胞（指趾間組織細(xì)胞；動物變態(tài)；神經(jīng)元細(xì)胞；皮膚角質(zhì)形成）②維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定：清除受損突變細(xì)胞，DNA損傷的細(xì)胞，衰老細(xì)胞③發(fā)揮積極的防御功能：感染病毒細(xì)胞凋亡，阻止病毒復(fù)制本文檔共68頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分

凋亡的生物學(xué)意義：1、有利于清除多余細(xì)胞

本文檔共68頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分

凋亡的生物學(xué)意義2、有利于清除無用細(xì)胞本文檔共68頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分本文檔共68頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分2）病理學(xué)意義病原體侵染誘導(dǎo)凋亡——HIV抑制凋亡——Poxvirus①細(xì)胞凋亡不足腫瘤，自身免疫疾病；②細(xì)胞凋亡過度神經(jīng)退行性疾?。ˋD，帕金森癥）、心肌梗塞、再生障礙性貧血、骨組織壞死。本文檔共68頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分3、細(xì)胞凋亡的檢測方法◆形態(tài)學(xué)觀測：染色法、透射和掃描電鏡觀察◆DNA電泳：DNA片段呈現(xiàn)出梯狀條帶◆DNA斷裂的原位末端標(biāo)記法（TUNEL測定法）：◆彗星電泳法（cometassay）◆流式細(xì)胞分析本文檔共68頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分Humanembryoatday4morulacontaining23nucleilabelledwithDAPI(blue),includingsevenTUNEL-labelledcondensednuclei(pink,arrow)thatwereexcludedfromdevelopment(KateHardy1999).本文檔共68頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分1:形態(tài)學(xué)觀察本文檔共68頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分2:DNA電泳本文檔共68頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分2.DNA電泳本文檔共68頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分本文檔共68頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分本文檔共68頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分7.流式細(xì)胞儀分析本文檔共68頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分4.細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的因子：物理性因子，包括射線（紫外線，射線等），較溫和的溫度刺激（如熱激，冷激）等?；瘜W(xué)及生物因子：包括活性氧基團(tuán)和分子，DNA和蛋白質(zhì)合成的抑制劑，激素，細(xì)胞生長因子，腫瘤壞死因子（TNF），抗Fas/Apo-1/CD95抗體等。本文檔共68頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分早期研究(MIT:RobertHorrid,1986)線蟲:1090cells,CED3突變所有的細(xì)胞均不凋亡.CED3在凋亡過程中起到非常關(guān)鍵的作用.線蟲:發(fā)育周期短，全身透明，是研究凋亡的模式生物.131細(xì)胞死亡.本文檔共68頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分凋亡相關(guān)因子—

caspase

(1)為什么叫做caspase?活性位點(diǎn):Cysteine作用位點(diǎn):Asparaticacid

CysteineAsparaticacidspecificproteaseAps-Xxx天冬氨酸特異性的半光氨酸蛋白水解酶本文檔共68頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分凋亡的兩個階段：活化階段：發(fā)出死亡信號。執(zhí)行階段：

發(fā)出“eatme”信號。本文檔共68頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分怎樣活化caspases?所有的caspases以前體的形式存在—ProcaspasesProcaspaseN末端結(jié)構(gòu)域:高度可變大亞基(20kD)小亞基(10kD)procaspases活化起始caspase級聯(lián)反應(yīng)?3類caspase:1、凋亡起始因子:caspase-2,caspase-8,caspase-9andcaspase-102、凋亡執(zhí)行因子:caspase-3,caspase-6，caspase-7and14(morphologychange)3、調(diào)節(jié)因子:caspase-1,andcaspase-11本文檔共68頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分Procaspases通過與調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合而被活化caspase在凋亡中的級聯(lián)反應(yīng)Procaspaseactivationbyproteolyticcleavage.Caspasecascade本文檔共68頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分Caspase依賴性的細(xì)胞凋亡

外源途徑、內(nèi)源途徑

（線粒體）DISC動畫本文檔共68頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分凋亡路徑兩條主要路徑外部路徑內(nèi)部路徑本文檔共68頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分1.Cell1994(GoldsteinJLandBrownMS)

2.Cell1996(cytochromec)3.Science19974.Cell19975.Cell1997Apaf-16.Cell1997Apaf-1/caspase-9complex7.Cell19988.NatureCellBiol19999.Cell200010.NatureCellBiol200011.Nature200112.Science200313.Cell200414.Cell2005王曉東WangXD本文檔共68頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分(1)Cell1993(HRobertHorvitz)(2)Cell1993(3)Science1994(4)Cell1994(5)Nature1997(6)Cell1998(7)Cell1998(8)Cell1999(9)Nature2000(10)NatureCellBiol

2001(11)Nature2003(12)Cell2003(13)Cell2004(14)NatChemBiol2005(15)Cell2005(16)Science2005(17)NatCellBiol2007袁鈞英YuanJ.

本文檔共68頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分(1)

外部路徑:Fas信號路徑Fas

(也叫做Apo-1或CD95)是腫瘤壞死因子受體超家族的一個成員。凋亡受體調(diào)節(jié)的路徑Bcl-2家族：Bad,Bid,和bax:促進(jìn)細(xì)胞凋亡;Bcl-X,Bcl-w,和Bcl-2:抑制細(xì)胞凋亡.本文檔共68頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分本文檔共68頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分(2)內(nèi)部路徑:線粒體路徑線粒體調(diào)節(jié)的凋亡路徑不同類型的細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)可以引發(fā)該路徑Bcl-2家族:釋放cytochromec.形成多亞基復(fù)合物;CaspaseCascade,…本文檔共68頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分Caspase非依賴性的細(xì)胞凋亡凋亡誘導(dǎo)因子（AIF)限制性內(nèi)切酶G(EndoG)本文檔共68頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分

激活凋亡正調(diào)節(jié)因子轉(zhuǎn)錄因子p53抑制抗凋亡因子存活信號:

起始基因轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄因子NF-κB激活轉(zhuǎn)錄凋亡抑制基因

凋亡信號：本文檔共68頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分（二）細(xì)胞壞死壞死凋亡本文檔共68頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分

細(xì)胞壞死細(xì)胞凋亡本文檔共68頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分本文檔共68頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分（三）細(xì)胞自噬壽命較短的蛋白質(zhì)－泛素降解壽命較長的蛋白質(zhì)－自噬

自噬小體本文檔共68頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分二、植物細(xì)胞的程序性死亡

死亡細(xì)胞的殘余物被細(xì)胞壁固定在原位，被自身液泡中的水解酶消化。本文檔共68頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分細(xì)胞凋亡與疾病

通過程序性死亡，多細(xì)胞有機(jī)體可抑制細(xì)胞的過量增殖，清除衰老和畸形細(xì)胞以維持健康細(xì)胞的正常數(shù)量。細(xì)胞凋亡對組織和器官發(fā)育、免疫耐受性以及神經(jīng)細(xì)胞的生長與發(fā)育等起著決定性的作用。本文檔共68頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分細(xì)胞凋亡與人類疾病本文檔共68頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分第二節(jié)細(xì)胞衰老本文檔共68頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分人的壽命應(yīng)該有多長？哺乳類動物的壽命應(yīng)該是其生長期的7倍。人的生長期是最后一顆牙齒長出來的時間(20-25歲)。因此人的壽命應(yīng)該為100-175歲，正常應(yīng)該是120歲。本文檔共68頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分細(xì)胞衰老細(xì)胞衰老又稱為老化，通常指生物發(fā)育成熟后，在正常情況下隨著年齡的增加，機(jī)能和結(jié)構(gòu)發(fā)生退行性變化，從而趨向死亡的不可逆現(xiàn)象。

細(xì)胞衰老的特征細(xì)胞衰老的分子機(jī)理本文檔共68頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分什么是細(xì)胞衰老?本文檔共68頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分1.Hayflick界限概念：關(guān)于細(xì)胞增殖能力和壽命是有限的觀點(diǎn)。細(xì)胞，至少是培養(yǎng)的二倍體細(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，這就是Hayflick界限二倍體細(xì)胞的衰老是由細(xì)胞本身決定的決定細(xì)胞衰老的因素在細(xì)胞內(nèi)部，而不是外部的環(huán)境是細(xì)胞核而不是細(xì)胞質(zhì)決定了細(xì)胞衰老本文檔共68頁；當(dāng)前第47頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分細(xì)胞來源人胚肺成纖維細(xì)胞中年人成纖維細(xì)胞老年人成纖維細(xì)胞可增殖代數(shù)40-60202-4不同年齡來源的人成纖維細(xì)胞的增殖代數(shù)本文檔共68頁；當(dāng)前第48頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分細(xì)胞最高分裂次數(shù)龜90—125人40—60雞15—35小鼠14—28本文檔共68頁；當(dāng)前第49頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分體外培養(yǎng)的人成纖維細(xì)胞YONGOLD本文檔共68頁；當(dāng)前第50頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分細(xì)胞在體內(nèi)條件下的衰老在機(jī)體內(nèi)，細(xì)胞的衰老和死亡是常見的現(xiàn)象，甚至在個體發(fā)育的早期也會發(fā)生;正常情況下終生保持分裂的細(xì)胞，其分裂能力是否隨著有機(jī)體年齡的增高而下降？它們會不會衰老？衰老動物體內(nèi)，細(xì)胞分裂速度顯著減慢，其原因主要是G1期明顯延長;衰老個體內(nèi)的環(huán)境因素影響了細(xì)胞的增殖和衰老;骨髓干細(xì)胞移植實驗說明隨著年齡的增加，干細(xì)胞增殖速度也趨緩慢.本文檔共68頁；當(dāng)前第51頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分體外培養(yǎng)細(xì)胞的衰老特點(diǎn)接觸抑制傳代次數(shù)有限，增殖能力有限1）培養(yǎng)危機(jī)期2）Hayflick界限特例：永生化細(xì)胞無限傳代，無接觸抑制性多源于惡性腫瘤細(xì)胞本文檔共68頁；當(dāng)前第52頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分衰老細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化細(xì)胞核的變化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化線粒體的變化致密體的生成膜系統(tǒng)的變化

本文檔共68頁；當(dāng)前第53頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分體外培養(yǎng)的二倍體細(xì)胞，細(xì)胞核隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加不斷增大細(xì)胞核的核膜內(nèi)折（invagination）、染色質(zhì)固縮化

細(xì)胞核的變化本文檔共68頁；當(dāng)前第54頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分衰老動物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)成分彌散性地分散于核周胞質(zhì)中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的總量似乎是減少了通常，細(xì)胞中線粒體的數(shù)量隨齡減少，而其體積則隨齡增大內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體的變化本文檔共68頁；當(dāng)前第55頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分膜系統(tǒng)的變化衰老的細(xì)胞，其膜流動性降低、韌性減小衰老細(xì)胞間間隙連接;細(xì)胞膜內(nèi)（P面）顆粒的分布也發(fā)生變化本文檔共68頁；當(dāng)前第56頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分細(xì)胞衰老的形態(tài)變化本文檔共68頁；當(dāng)前第57頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分生化改變DNA：復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)能力降低，端粒DNA丟失，染色體缺失mRNA：合成能力降低，與核糖體結(jié)合能力降低蛋白質(zhì)：合成速度降低，穩(wěn)定性降低，功能降低酶：含量降低，活性降低脂類：脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，引起膜脂之間或與脂蛋白之間交聯(lián)，膜的流動性降低本文檔共68頁；當(dāng)前第58頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分（一）差錯學(xué)派差錯學(xué)派認(rèn)為細(xì)胞衰老是各種細(xì)胞成分在受到內(nèi)外環(huán)境的損傷作用后，因缺乏完善的修復(fù)，使“差錯”積累，導(dǎo)致細(xì)胞衰老。細(xì)胞衰老理論

本文檔共68頁；當(dāng)前第59頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分

代謝廢物積累學(xué)說：脂褐質(zhì)的積累

大分子交聯(lián)學(xué)說：DNA交聯(lián)和膠原交聯(lián)

自由基學(xué)說：氧化損傷學(xué)說

體細(xì)胞突變學(xué)說：突變積累和功能基因的喪失

DNA損傷修復(fù)學(xué)說本文檔共68頁；當(dāng)前第60頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分自由基攻擊細(xì)胞的證據(jù)本文檔共68頁；當(dāng)前第61頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分（二）遺傳學(xué)派遺傳學(xué)派認(rèn)為衰老是遺傳決定的自然演進(jìn)過程，一切細(xì)胞均有內(nèi)在的預(yù)定程序決定其壽命。細(xì)胞有限分裂學(xué)說：Hayflick界限重復(fù)基因失活學(xué)說：延遲衰老衰老基因?qū)W說：衰老基因本文檔共68頁；當(dāng)前第62頁；編輯于星期一\18點(diǎn)45分細(xì)胞衰老理論

氧化性損傷學(xué)說