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1、第十三章第十三章 细胞凋亡与衰老细胞凋亡与衰老细胞凋亡细胞凋亡(Apoptosis)细胞衰老细胞衰老(cellular aging或或cell senescence)机体结构机体结构细胞增殖细胞增殖细胞分化细胞分化细胞凋亡细胞凋亡细胞信号转导细胞信号转导染色体染色体（DNADNA与蛋白质的相互作用）与蛋白质的相互作用）衰老衰老PRIZED Horvitz,and Sulston share Physiology or Medicine Nobel（2002）“for their discoveries concerning genetic regulation for their discov
2、eries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death”of organ development and programmed cell death”1090 131=959(cells)概念：概念：细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程，也常常被称为细胞程序死亡（programmed cell death，PCD）。凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬。蝌蚪尾的消失蝌蚪尾的消失 脊椎动物的神经系统的发育脊椎动物的神经系统的发育 发育过程中手和足的成形过程发育过程中手和足的成形过程 生
3、物发育过程中及成体组织中正常的生物发育过程中及成体组织中正常的细胞凋亡有助于保证细胞只在需要它细胞凋亡有助于保证细胞只在需要它们的时候和需要它们活的地方存活。们的时候和需要它们活的地方存活。这对于多细胞生物个体发育的正常进这对于多细胞生物个体发育的正常进行，自稳平衡的保持行，自稳平衡的保持()以及抵御以及抵御 外界各种因素外界各种因素 的干扰方面都起着非常的干扰方面都起着非常关键的作用：关键的作用：细胞调亡细胞调亡的生物学意义生物学意义：二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征坏死细胞凋亡细胞物理性因子，包括射线（紫外线，物理性因子，包括射线（紫外线，射线射线等），
4、较温和的温度刺激（如热激，冷激）等），较温和的温度刺激（如热激，冷激）等等化学及生物因子：包括活性氧基团和分子，化学及生物因子：包括活性氧基团和分子，DNA 和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿瘤坏死因子长因子，肿瘤坏死因子（TNF），抗），抗Fas/Apo-1/CD95抗体等抗体等形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察DNA电泳：电泳：DNA片段就呈现出梯状条带片段就呈现出梯状条带TUNEL测定法，即测定法，即DNA断裂的原位末端标记法断裂的原位末端标记法彗星电泳法（彗星电泳法（comet assay）流式细胞分
5、析流式细胞分析IBRVSBV三、细胞凋亡的分子调控机理细胞凋亡的分子调控机理线虫(C.elegans)凋亡研究发现ced3,ced4基因促进细胞凋亡，ced9基因阻止ced3/ced4的激活，抑 制 细 胞 凋 亡。C e d 3 哺 乳 类 同 源 物 是ICE(Interleukin-1-converting enzyme)，即Caspase1Caspase家族与凋亡Caspase家族 Caspase活性位点是半胱氨酸(Cysteine)，裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，因此称为Cysteine aspartic acic specific protease，即Caspase名称及其
6、别名 底物 caspase-1（ICE）Pro-IL；pro-caspase 3，7 caspase-2（Nedd-2/ICH1）caspase-3（apopain/CPP32/Yama）PARP；SREBP；DFF；DNA-PK caspase-4（Tx/ICH2/ICE rel-II）caspase-5（ICE rel-III/TY）caspase-6（Mch2）Lamin A；keratin 18 caspase-7（ICE-LAP3/Mch3/CMH-1）PARP；pro-caspase 6；DFF caspase-8（FLICE/MACH/Mch5）caspase-9（ICE-LAP
7、6/Mch6）caspase-10（Mch4/FLICE2）PARP caspase-11（ICH3）caspase 超家族成员及其相应底物超家族成员及其相应底物Caspase家族与凋亡 Caspase自身以非活化的Procaspase存在，其激活依赖于其他的Caspase在它的天冬氨酸位点裂解活化或自身活化Caspase活化活化胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径 当细胞接受凋亡信号分子当细胞接受凋亡信号分子(Fas,TNF(Fas,TNF等等)后，凋亡细胞表面信后，凋亡细胞表面信号分子受体相互聚集并与细胞内的衔接蛋白号分子受体相互聚集并与细胞内的衔接蛋白(Adapt
8、or protein)(Adaptor protein)结合，这些衔接蛋白又募集结合，这些衔接蛋白又募集Procaspases聚集在受体部聚集在受体部Procaspase相互活化并产生级联反应，使细胞凋亡相互活化并产生级联反应，使细胞凋亡.下游下游Caspases活化后，作用于底物，裂解核纤层蛋白，导致活化后，作用于底物，裂解核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体；裂解细胞核形成凋亡小体；裂解DNase结合蛋白，使结合蛋白，使DNase释放，降释放，降解解DNA形成形成DNA Ladder;裂解参与细胞连接或附着的骨架和其他裂解参与细胞连接或附着的骨架和其他蛋白，使凋亡细胞皱缩、脱落，便于细胞吞噬
9、；导致膜脂蛋白，使凋亡细胞皱缩、脱落，便于细胞吞噬；导致膜脂PS重重排，便于吞噬细胞识别并吞噬。排，便于吞噬细胞识别并吞噬。Bcl-2家族、线粒体与细胞凋亡Bcl-2是一种原癌基因，是ced-9在哺乳类中的同源物，能抑制细胞凋亡；与线粒体及内质网膜相结合；Bcl-2蛋白的羧基末端有一穿膜的结构域；Bcl-2家族成员的基因中，常常含有三个保守的Bcl-2同源区，即BH1，BH2和BH3BCL-2家族成员基因产物 功 能 BCL-2 凋亡抑制剂，可和Bax及Bak结合 BCL-x 其L型抑制凋亡，S型促进凋亡，与Bax及Bak结合 BCL-w 凋亡抑制剂 Bax 凋亡促进剂，可与BCL-2，BCL
10、-XL，EIB19K结合 Bak 凋亡促进剂，亦可作抑制剂，可与BCL-2，BCL-X和E1B19K结合 MCL-1 凋亡抑制剂 Bad 凋亡促进剂，与BCL-2和BCL-XL结合 Ced-9 线虫中的凋亡抑制剂，BCL-2同源物 E1B19K 腺病毒凋亡抑制剂，与Bax和Bak结合 当Caspase8活化后，它一方面作用Procaspase3，另一方面使Bid裂解成2个片段，其中含BH3结构域的C-端片段被运送到线粒体，与Bcl-2/Bax的BH3结构域形成复合物，导致细胞色素C释放。CytC与胞质中Ced4同源物Apaf-1(凋亡蛋白酶活化因子apoptosis protease acti
11、vating factor)结合并活Apaf-1，活化的Apaf-1再活化Procaspase9，最后引起细胞凋亡.细胞凋亡的分子机理第二节第二节 细胞衰老细胞衰老(cellular aging或或cell senescence)Hayflick界限界限(Hayflick Limitation）细胞在体内条件下的衰老细胞在体内条件下的衰老衰老细胞结构的变化衰老细胞结构的变化细胞衰老的分子机理细胞衰老的分子机理概念：概念：细胞，至少是培养的细胞，不是不死的，而是有细胞，至少是培养的细胞，不是不死的，而是有一定的寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有一定一定的寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有
12、一定的界限，这就是的界限，这就是Hayflick界限界限.癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞，其染色体数目癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞，其染色体数目或形态已经不同于原先的细胞或形态已经不同于原先的细胞.细胞的增殖能力与供体年龄有关细胞的增殖能力与供体年龄有关.物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定的关系物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定的关系.细胞来源人胚肺成纤维细胞中年人成纤维细胞老年人成纤维细胞可增殖代数 40-60 20 2-4不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数在机体内，细胞的衰老和死亡是常见的现象，甚至在个体发在机体内，细胞的衰老和死亡是常见的现
13、象，甚至在个体发育的早期也会发生育的早期也会发生正常情况下终生保持分裂的细胞，其分裂能力是否随着有机正常情况下终生保持分裂的细胞，其分裂能力是否随着有机体年龄的增高而下降？它们体年龄的增高而下降？它们 会不会衰老？会不会衰老？衰老动物体内，细胞分裂速度显著减慢，其原因主要是衰老动物体内，细胞分裂速度显著减慢，其原因主要是G1期明显延长期明显延长 衰老个体内的环境因素影响了细胞的增殖和衰老衰老个体内的环境因素影响了细胞的增殖和衰老 骨髓干细胞移植实验说明随着年龄的增加，干细胞增殖速骨髓干细胞移植实验说明随着年龄的增加，干细胞增殖速度也趋缓慢度也趋缓慢细胞核的变化细胞核的变化内质网的变化内质网的变
14、化:衰老衰老动物内质网成分弥散性地分散动物内质网成分弥散性地分散于核周胞质中，粗面内质网的总量似乎是减少了于核周胞质中，粗面内质网的总量似乎是减少了线粒体的变化线粒体的变化通常，通常，细胞中线粒体的数量随龄减少，而其体积细胞中线粒体的数量随龄减少，而其体积则随龄增大则随龄增大 致密体的生成致密体的生成膜系统的变化膜系统的变化 衰老的细胞，其膜流动性降低、韧性减小衰老的细胞，其膜流动性降低、韧性减小衰老细胞间间隙连接及膜内颗粒的分布也发衰老细胞间间隙连接及膜内颗粒的分布也发生变化生变化氧化性损伤学说氧化性损伤学说:该理论认为，代谢过程中产生的活性氧基团或分子（该理论认为，代谢过程中产生的活性氧基团或分子（reactive oxygen species，ROS）引发的氧化性损伤的积累，最终导致衰）引发的氧化性损伤的积累，最终导致衰老。老。ROS主要有三种类型：主要有三种类型：O2-，即超氧自由基；，即超氧自由基；OH-，即羟自由基；，即羟自由基；H2O2。它们的高度活性引发脂类、蛋白质和核酸分子的氧。它们的高度活性引发脂类、蛋白质和核酸分子的氧化性损伤，从而导致细胞结构的损伤乃至破坏。清除化性损伤，从而导致细胞结构的损伤乃至破坏。清除ROS，就，就可以延长寿命。可以延长寿命。端粒与衰老端粒与衰老:
