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1、(一) 细胞衰老与机体衰老的关系 细胞衰老与人体衰老既有联系又有区别: 1.区别:细胞衰老与人体衰老是两个不同的概念。 2.联系:机体衰老以细胞总体的衰老为基础,细 胞总体的衰老反应了机体的衰老。,(二)体内各类细胞的寿命不同,1.与机体寿命接近的细胞 如神经元、脂肪细胞、骨骼细胞和心肌细胞。 2.缓慢更新的细胞 如肝脏、肾脏细胞和胃壁细胞。 3.快速更新的组织细胞 如上皮细胞、血细胞。,(三)细胞在体外培养条件下的寿命,Hayflick界限:正常细胞增殖能力是有一定界限的,细胞最大的分裂次数即Hayflick界限。,二、细胞衰老的表现,(一)形态学的变化 (1)细胞核的变化 核膜内折、核质固
2、缩。 (2)内质网和线粒体的变化 内质网弥散分布,尼克体含量减少; 线粒体数量减少。 (3)细胞内色素或腊样物质沉积 (4)膜系统的变化 膜的流动性降低,脆性增加,(二)生化方面的改变,(1)DNA:复制与转录受到抑制,端粒DNA丢失,线粒体 DNA特异性缺失,DNA氧化、断裂、交联等。 (2)RNA: mRNA和rRNA的含量降低。 (3)蛋白质:含量下降,胞内蛋白发生糖基化、氨甲酰 化、脱氨基等反应。 (4)酶分子:活性中心被氧化,金属离子Ca2+、Zn2+、 Mg2+、Fe2+等丢失,导致酶失活。 (5)脂类:不饱和脂肪酸被氧化,引起膜脂之间或与脂蛋 白之间交联,膜的流动性降低。,三、细
3、胞衰老的学说,遗传程序论:衰老是遗传因素决定的程序化过程,是受特定基因控制的。,成人早衰症,婴幼儿早衰症,12岁的男孩塞斯库克,9岁的波恩,自由基学说: 通过氧化损伤不饱和脂肪酸、蛋白质和破坏DNA,而引发对细胞膜、核膜、蛋白质等的氧化性损伤,最终导致衰老。 自由基:是一类瞬间形成的含不成对电子的原子或分子基团。 自由基的来源: .体外:空气污染、高温、辐射等 .体内:代谢产生;线粒体呼吸链电子泄漏 产生;过氧化物酶体催化底物羟化产生。,端粒钟学说: 端粒长度随着分裂次数增加而缩短,当缩短到一定程度的时候细胞就不复制,细胞进入衰老的过程。 人类的端粒: TTAGGG/CCCTAA的重复序列,端
4、粒酶的结构,第二节 细胞死亡,细胞死亡的形式有两种: 细胞坏死(necrosis) :是细胞受到物理、化学和生物因素等损伤后而引起细胞被动死亡的现象。亦称病理性死亡。 细胞凋亡(apoptosis) :是由基因控制的细胞有序性的主动死亡现象。又称生理性死亡。,细胞坏死与细胞凋亡,Necrosis vs Apoptosis,第三节 细胞凋亡,apoptosis,凋亡时细胞的形态学改变,细胞变圆 微绒毛消失 胞质浓缩 空泡化,凋亡小体,初期:,核染色质高度浓缩凝集在核周边,边集细胞体积缩小,中期:,胞膜内陷出芽,浓缩核裂解膜自行分割,致死前期可逆期,致死期 不可逆期,后期:,邻近的上皮细胞、M、瘤
5、细胞等吞噬凋亡小体,一、细胞凋亡的特征 (一)形态学特征 1.细胞核的变化 染色质凝集、分块,呈新月状、花瓣状位于核膜下。最后核膜断裂。 2.细胞质的变化 细胞质明显浓缩,线粒体(体积增大、嵴增多,出现空泡)和内质网(腔增殖膨大),细胞骨架变得致密和紊乱。,左图:哺乳类乳腺细胞的凋亡 右图:哺乳类正常的乳腺细胞,在凋亡过程中,由于没有膜的破裂,所以没有内容物的释放,故不会引起周围组织发生炎症。,3.细胞膜的变化 原有的特化结构逐渐消失;细胞膜起泡,但结构完整;外层细胞膜新出现了磷脂酰丝氨酸等生物大分子。 . 产生凋亡小体 凋亡小体(apoptotic body):细胞凋亡时,形成的一些大小不等
6、的、有完整胞膜的、内含胞质、细胞器及染色质片断的球形结构。 凋亡小体的命运:被邻近细胞吞噬消化,(二)细胞凋亡的生物化学特征,1.DNA片段化 凋亡细胞中核酸内切酶活化,特异性地切割核小体,形成180200bp 整数倍的DNA片段。 琼脂糖凝胶电泳显示梯状条带。,200bp,400bp,600bp,800bp,2.产生与细胞凋亡有关的酶,如,Caspase家族等蛋白酶被活化。,3. 细胞质中Ca2+浓度和pH值 细胞内Ca2+库释放,使细胞质内Ca2+浓度增高。 Ca2+作为凋亡信号,诱导细胞凋亡。 pH值先急剧增高(碱性),之后又缓慢降低(酸性)。,细胞凋亡与坏死的区别,坏死 凋亡,1.性质
7、 病理性 生理性或病理性 2.诱导因素 强烈的刺激(极端环境) 较弱刺激(生理/病理因素) 3.生化特点 被动过程,无蛋白合成, 主动过程,有新蛋白合成, 不耗能ATP 耗能量ATP 4.形态变化 细胞结构全面溶解、破坏、 胞膜及细胞器相对完整 细胞肿胀 细胞皱缩,核固缩 5.DNA电泳 随机降解,电泳呈均一 DNA片段化(180-200bp) DNA片状 电泳呈“梯”状条带 6.炎症反应 溶酶体破裂,局部炎症反应 溶酶体相对完整,无炎症反应 7.凋亡小体 无 有 8.基因调控 无 有,秀丽隐杆线虫(C. elegans): 最初有1030个体细胞, 发育过程131细胞凋亡,成 虫只有959个
8、细胞组成。,在细胞凋亡的实施阶段起作用的基因主要有3个: Ced-3、Ced-4和Ced-9,其中Ced-3和 Ced-4的作用是诱发凋亡, Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用,使凋亡不能发生。,凋亡信号转导,凋亡基因激活,凋亡的执行,凋亡细胞的清除,凋亡过程可大致分成4个阶段,二、诱导细胞凋亡的因素,1.物理因素:如射线、高温; 2.化学性因素:如强酸、强碱;细胞因子(肿瘤坏死因子)、激素(糖皮质激素),抗癌药物等; .病毒(如HIV、EB病毒);细菌;毒素;DNA损伤,细胞质中钙离子浓度过高; 4.细胞缺血、缺氧等。,1. Caspase家族蛋白 是引起细胞凋亡的关键酶,即凋亡酶
9、。 按功能可分为两类: 执行凋亡酶:caspase-3、6、7,只能执行凋亡, 不能自身激活。 启动凋亡酶:caspase-2、8、9、10,启动凋亡,同 时即可自我激活也可激活执行凋亡酶。 caspase的抑制因子:IAPs,三、细胞凋亡的分子机制 (一)细胞凋亡的相关基因和蛋白,Caspase家族蛋白的特点:,酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲核性 ; 总是在天冬氨酸之后切断底物; 都是由两大、两小亚基组成的异四聚体。大、小亚基由同一基因编码,由蛋白质前体被切割后产生。 作用:可降解胞内结构蛋白和功能蛋白,最终导致细胞凋亡 。,Caspase对底物的切割效应,1.水解核酸酶抑制物 释放CAD 2
10、.切割核纤层蛋白、核孔蛋白 3.破坏细胞骨架 4.阻断DNA复制和修复,Bcl-2家族包括两类蛋白质: 抗凋亡蛋白:如Bcl-2, Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1 促凋亡蛋白:如,Bax、Bak、Bad、Bid、Bim 通过调节线粒体中的凋亡因子的释放,调节细胞凋亡。,2. Bcl-2基因家族,3. Apaf-1蛋白(凋亡激活因子-1) Apaf-1含有3个不同的结构域: (1)能召集caspase-9; (2)ced-4 同源结构域,能结合ATP/dATP; (3)C端结构域,与细胞色素C结合。 通过形成凋亡体, 凋亡体可以激活caspase-3。,4. Fas Fas又称作APO-1
11、/CD95,为跨膜蛋白,分布于胸腺细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞、NK细胞、内皮细胞、上皮细胞等。 与fas配体结合后可以激活caspase8,导致靶细胞走向凋亡。,5. p53,p53基因是一种抑癌基因; 生物学功能是在G1期监视DNA的完整性;如有损伤,则抑制细胞增殖。直到DNA修复完成; 当DNA损伤不能修复时, p53蛋白持续增高,易位到线粒体,引起线粒体膜的破裂,释放细胞色素C; 细胞凋亡除上所述,还有myc、 ATM 等凋亡相关蛋白。,6. myc 在许多人类恶性肿瘤细胞中都发现有c-myc的过度表达,它能促进细胞增殖、抑制分化。c-myc还参于细胞调亡的控制。在凋亡细胞中c-myc
12、也是高表达。 c-myc对增殖和凋亡的调节是一样的。作为转录凋控因子,一方面激活那些控制细胞增殖的基因,另一方面也激活促进细胞凋亡的基因,给细胞两种选择:增殖或凋亡。当生长因子存在,bcl-2基因表达时,促进细胞增殖,反之细胞凋亡。,(二) 细胞凋亡的信号转导通路,1.膜表面死亡受体通路(细胞外信号),死亡受体通路(Extrinsic or cytoplasmic pathway) 死亡受体 TNFR、FasR、DR3、DR4、DR5等 是一类通过与相应配体结合,传递细胞凋亡信号的跨胞膜蛋白。 通路(pathway),杀伤性T淋巴细胞诱导病原体感染的靶细胞凋亡,NADH-CoQ氧化还原酶 复合
13、物,CoQH2-细胞 色素C还原酶 复合物,cytQ,细胞色素C氧化酶 复合物,线粒体呼吸链的结构,线粒体PT孔,2.细胞凋亡的线粒体通路,线粒体通路,应激反应凋亡信号(如,ROS),线粒体PT孔开启,细胞色素C(凋亡激活因子),Apaf-1,Caspase-9,释放,凋亡体,激活Caspase-3,ATP/dATP,caspase 活化的其他途径,除线粒体外,Caspase的级联激活化和能起始于:,内质网 细胞核 高尔基体 溶酶体,凋亡起始分子机制不清,四、细胞凋亡的生物学意义,1.清除发育过程中多余的细胞 2.清除病理活动过程中潜在的危险细胞,3. 清除已经完成功能的细胞 4. 清除发育不正常的细胞 如,在神经系统发育过程中的 神经元。 5.清除正常生理活动过程中无用的细胞 如免疫系统的T、B淋巴细胞在分化过程中,95%的前T、B淋巴细胞的清除。,五、细胞凋亡与人类疾病,六、细胞凋亡的检测方法,(一)形态学检测 用HE染色、吉姆萨染色等在光镜下观察,或荧光染色在荧光显微镜下观察。,(二)生化特征检测 电泳呈梯状条带改变。,(三)磷脂酰丝氨酸外翻分析法,
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