細(xì)胞衰老和凋亡

1、Chap.7 細(xì)胞衰老與凋亡,Cell aging & apoptosis,一、細(xì)胞的衰老或老化（cell aging/senescence）,細(xì)胞衰老是細(xì)胞生命活動(dòng)的客觀規(guī)律 。Hayflick界限：細(xì)胞的增殖能力不是無(wú)限的，而是有一定的界限，在經(jīng)歷了活躍增殖后，表現(xiàn)出有絲分裂能力的逐漸喪失，最終停止分裂而死亡。一旦突破hayflick界限，成為“永生”細(xì)胞，如腫瘤細(xì)胞、干細(xì)胞和培養(yǎng)的細(xì)胞系。,體外培養(yǎng)細(xì)胞的復(fù)制衰老細(xì)

2、胞分裂次數(shù)的限制決定于細(xì)胞自身，而不是培養(yǎng)條件。體外培養(yǎng)的細(xì)胞壽命長(zhǎng)短不是取決于培養(yǎng)天數(shù)，而是培養(yǎng)代數(shù)即群體倍增次數(shù)。不同動(dòng)物細(xì)胞的體外培養(yǎng)代數(shù)與動(dòng)物壽命基本一致，如人的比小鼠的傳代次數(shù)多。同種動(dòng)物細(xì)胞的體外可傳代次數(shù)與供體年齡呈負(fù)相關(guān)，如胎兒來(lái)源的大于成年來(lái)源的。,衰老細(xì)胞的主要特征細(xì)胞內(nèi)水分減少溶酶體數(shù)量和體積增加，色素沉積質(zhì)膜粘性增加，流動(dòng)性下降核膜內(nèi)褶，染色質(zhì)固縮，端粒縮短線粒體數(shù)量減少、體積增大、mtDNA突

3、變?cè)黾觾?nèi)質(zhì)網(wǎng)數(shù)量減少，呈彌散分布蛋白合成速率下降,細(xì)胞衰老的機(jī)制,線粒體損傷理論（mitochondrial damage theory ）mtDNA隨年齡增加逐漸發(fā)生缺失突變端粒假說(shuō)（telomere theory ）DNA每復(fù)制一次，染色體末端的端粒就縮短一段自由基理論（free radical theory ）細(xì)胞代謝過(guò)程中產(chǎn)生的自由基損傷生物大分子,線粒體損傷理論（mitochondrial damage theo

4、ry ）,mtDNA隨年齡增加逐漸發(fā)生缺失突變,端粒假說(shuō)（telomere theory ）,DNA每復(fù)制一次，染色體末端的端粒就縮短一段生殖細(xì)胞或癌細(xì)胞中高活性的端粒酶可反轉(zhuǎn)錄合成端粒DNA，避免端粒序列的縮短正常細(xì)胞端粒的縮短誘導(dǎo)p53表達(dá)增加，作為衰老啟動(dòng)因子,自由基理論（free radical theory ）,細(xì)胞代謝過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧基團(tuán)或分子（ROS）引起的損傷積累導(dǎo)致細(xì)胞衰老。自由基（ O2- 、 OH- 、 H2

5、O2 ）攻擊各類(lèi)生物大分子，并造成mtDNA突變。,二、細(xì)胞凋亡（apoptosis）,細(xì)胞死亡是細(xì)胞生命現(xiàn)象不可逆的停止。但細(xì)胞死亡并非與機(jī)體死亡同步。正常的組織中也發(fā)生細(xì)胞死亡，它是維持組織機(jī)能和形態(tài)所必需的。細(xì)胞死亡的兩種方式：細(xì)胞壞死（necrosis）細(xì)胞凋亡（apoptosis）,細(xì)胞死亡的方式,細(xì)胞壞死（necrosis）細(xì)胞凋亡（apoptosis）,,壞死是病理性變化，早期表現(xiàn)細(xì)胞膜破壞，線粒體腫脹，接著溶酶體

6、破裂，細(xì)胞內(nèi)容物流出，引起炎癥。,細(xì)胞凋亡是指受外來(lái)因素誘發(fā)的由細(xì)胞基因決定的，遵循自身程序主動(dòng)結(jié)束生命的過(guò)程，通常也稱(chēng)為細(xì)胞程序性死亡（programmed cell death, PCD）。PCD或細(xì)胞凋亡的意義：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。,發(fā)育過(guò)程中存在著普遍的PCD,①細(xì)胞通過(guò)出芽的方式形成許多凋亡小體；②凋亡小體（apoptotic body

7、）內(nèi)有結(jié)構(gòu)完整的細(xì)胞器；③不引起炎癥；④線粒體無(wú)變化，溶酶體活性不增加；⑤內(nèi)切酶活化，DNA有控降解，凝膠電泳圖譜呈梯狀；⑥凋亡通常是生理性變化，而細(xì)胞壞死是病理性變化。,細(xì)胞凋亡的特征：,細(xì)胞凋亡過(guò)程中，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)膜所包圍。以出芽方式形成眾多的凋亡小體（apoptotic bodies），被鄰近的細(xì)胞所吞噬。由于細(xì)胞質(zhì)膜保持完整，死亡細(xì)胞的內(nèi)容物不會(huì)逸散到胞外環(huán)

8、境中，因而不引發(fā)炎癥反應(yīng)。,細(xì)胞凋亡的形態(tài)特征——凋亡小體的形成,細(xì)胞凋亡的生化特征:由于核酸內(nèi)切酶活化，染色質(zhì)DNA在核小體間被特異性切割，被降解呈180-200bp 或其整數(shù)倍片斷，因此DNA電泳時(shí)呈現(xiàn)梯狀條帶（DNA ladders）。,細(xì)胞壞死（necrosis）,細(xì)胞凋亡（apoptosis）,細(xì)胞凋亡的檢測(cè),形態(tài)學(xué)檢測(cè)：染色法、透射和掃描電鏡觀察DNA電泳：DNA ladders是目前最常用可靠方法TUNEL測(cè)定法，

9、即DNA斷裂的原位末端標(biāo)記法彗星電泳法（comet assay）流式細(xì)胞分析,正常細(xì)胞與凋亡細(xì)胞的掃描電鏡和透射電鏡比較,TUNEL assay,comet assay,英國(guó)人悉尼·布雷諾爾、美國(guó)人羅伯特·霍維茨和英國(guó)人約翰·蘇爾斯頓，因在細(xì)胞程序性死亡機(jī)制方面的研究獲2002年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。,細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制,控制線蟲(chóng)細(xì)胞凋亡的基因主要有3個(gè)：Ced-3、Ced-4和Ced-9Ced-3和

10、Ced-4的作用是誘發(fā)凋亡；Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用。,線蟲(chóng)體細(xì)胞數(shù)：1090-131=959,激活期（activation phase）：細(xì)胞應(yīng)答死亡信號(hào)，包括來(lái)自細(xì)胞外的（謀殺murder）和細(xì)胞內(nèi)的（自殺suicide），允許細(xì)胞自我毀滅執(zhí)行期（execution phase）：無(wú)論謀殺或自殺，凋亡都有相似的機(jī)制介導(dǎo)，caspase家族起重要作用,細(xì)胞凋亡的2個(gè)階段,形態(tài)學(xué)上凋亡分3個(gè)過(guò)程：凋亡的起始

11、；凋亡小體的形成；凋亡小體的吞噬,細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制,Caspase 依賴(lài)的細(xì)胞凋亡 死亡受體介導(dǎo)的外源途徑 線粒體介導(dǎo)的內(nèi)源途徑非Caspase 依賴(lài)的細(xì)胞凋亡 線粒體釋放的凋亡誘導(dǎo)因子（AIF） 和限制性?xún)?nèi)切核酸酶G介導(dǎo),Caspase家族與凋亡,Caspases (Cysteine Asparatic acid specific p

12、rotease)天冬氨酸特異的半胱氨酸蛋白酶活性位點(diǎn)是半胱氨酸殘基，切割靶蛋白位點(diǎn)是天冬氨酸殘基后的肽鍵，導(dǎo)致靶蛋白激活或失活在細(xì)胞質(zhì)中均以酶原procaspase形式存在，天冬氨酸殘基位點(diǎn)被切割后形成的異二聚體為活性caspase,apoptotic initiators: caspase-2/8/9/10 apoptotic executioners: caspase-3/6/7/14,死亡受體介導(dǎo)的外源途徑,,線粒體介導(dǎo)的

13、內(nèi)源途徑,,外源途徑和內(nèi)源途徑通過(guò)caspase級(jí)聯(lián)都激活了執(zhí)行caspase，裂解細(xì)胞內(nèi)多種靶蛋白，導(dǎo)致凋亡的執(zhí)行,核酸內(nèi)切酶（如CAD）被caspase激活，導(dǎo)致DNA降解形成DNA ladders,線蟲(chóng)和脊椎動(dòng)物凋亡控制的保守性,與細(xì)胞凋亡相關(guān)的疾病,細(xì)胞凋亡抑制1 惡性腫瘤 濾泡性淋巴瘤 p53突變的各種腫瘤 激素依賴(lài)性腫瘤 乳腺癌 前列腺癌 卵巢癌 白血病2 自身免疫

14、性疾病 系統(tǒng)性紅斑狼瘡 免疫介導(dǎo)性腎小球炎癥3 病毒感染性疾病 皰疹病毒病 痘病毒病 腺病毒病,細(xì)胞凋亡活躍1 艾滋病2 神經(jīng)變性性疾病 老年性癡呆 帕金森病 肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥 色素性視網(wǎng)膜炎 小腦退化癥3 骨髓發(fā)育不全綜合癥 再生障礙性貧血4 缺血性損傷 動(dòng)脈粥樣硬化 心肌梗死 腦卒中 缺血后再灌注性