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1、第一节、程序性细胞死亡 第二节、细胞衰老,第一节 程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD),细胞凋亡的概念细胞凋亡的形态学和生物化学特征细胞凋亡的分子调控机理,一、细胞凋亡的概念及其生物学意义,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，所以也称细胞编程死亡（programmed cell death,PCD）。生物学意义：细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进行，自稳平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都起着非常关键的作用。例如：蝌蚪尾的消失，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。,二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征,细胞凋亡与坏
2、死(necrosis)细胞凋亡的形态学特征细胞凋亡的生化特征诱导细胞凋亡的因子细胞凋亡的检测,凋亡是主动的由基因决定的细胞自我破坏的过程。坏死是极端刺激引起的细胞损伤和死亡,细胞凋亡过程中，细胞质膜反折，包裹断裂的染色质片段或细胞器，然后逐渐分离，形成众多的凋亡小体（apoptotic bodies），凋亡小体则为邻近的细胞所吞噬。整个过程中，细胞质膜保持良好的整合性，死亡细胞的内容物不会逸散到胞外环境中去，因而不引发炎症反应。在细胞坏死时，细胞质膜发生渗漏，细胞内容物，包括膨大和破碎的细胞器以及染色质片段，释放到胞外，导致炎症反应。,坏死细胞,凋亡细胞,正常细胞细胞核完整；凋亡细胞染色质凝集
3、，细胞核分解。,细胞凋亡的生化特征,细胞凋亡的主要特征是形成大小为180200bp特征性的DNA ladders,细胞色素c诱导的凋亡细胞DNA电泳图1细胞色素c诱导0 h2细胞色素c诱导1 h3细胞色素c诱导2 h4细胞色素c诱导3 h5细胞色素c诱导4 h6阴性对照7Marker（自赵允、翟中和）,诱导细胞凋亡的因子,物理性因子，包括射线（紫外线，射线等），温度刺激（如热激，冷激）等化学及生物因子：包括活性氧基团和分子，DNA 和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿 瘤坏死因子（TNF）等。,细胞凋亡的检测,形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察DNA电泳：DNA片段就呈现出梯状条带
4、TUNEL测定法，即DNA断裂的原位末端标记法彗星电泳法（comet assay）流式细胞分析,三、细胞凋亡的分子调控机理,线虫是研究个体发育和细胞程序性死亡的理想材料（生命周期短，细胞数量少）。线虫神经系统由302个细胞组成。这些细胞来自于407个前体细胞。控制线虫细胞凋亡的基因主要有3个,Ced-3、Ced-4和Ced-9Ced-3和 Ced-4的作用是诱发凋亡；Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用。,与细胞增殖有关的原癌基因和抑癌基因都参于对细胞凋亡的凋控。其中研究较多的有Caspase、bcl-2、c-myc、p53、Fas/APO-1等,（一）细胞凋亡相关基因,Caspase家
5、族与凋亡,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，因此称为天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解酶。Caspase蛋白酶参与Fas诱导的细胞凋亡，与线虫细胞凋亡基因ced-3同源。,Caspase活化,Caspase两类，起始者和执行者，自身以非活化的Procaspase存在 起始者：自体活化，可以自剪切而激活。当天冬氨酸后的肽键被切断后，变成大小两个亚基，从而具有活性。包括：caspase2,8,9,10，11 执行者：异体活化，其激活依赖于起始者Caspase，负责切割细胞核与细胞质中的结构蛋白和调节蛋白，包括caspase3,6,7,Fas诱
6、导的细胞凋亡途径,凋亡信号通路 配体（如肿瘤坏死因子）与Fas结合，使得Fas三聚化-与接头蛋白（FADD）结合（接头蛋白具有与caspase8,10结合的能力）-caspase8,10能够自剪切而激活-启动caspase级联反应，使得caspase3,7激活-降解胞内的功能蛋白和结构蛋白，使细胞凋亡。下游Caspases活化后，作用底物：裂解核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体；裂解DNase结合蛋白，使DNase释放，降解DNA形成DNA Ladder;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。,Fas参与的细胞凋亡途径,Bcl-2家族、线粒体与细胞凋亡,B
7、cl-2是ced-9在哺乳类中的同源物，能延长细胞生存，抑制细胞凋亡；Bcl-2蛋白的羧基末端有一穿膜的结构域，与线粒体及内质网膜相结合。,BCL-2家族成员,Bcl-2家族根据结构特点可以分为三个亚家族：Bcl-2亚家族，抑制细胞凋亡的作用，含有所有的BH结构域；Bax亚家族，包括Bax、Bak，一般只含BH1、BH2、BH3三种结构域；BH3亚家族，包括Bad、Bik、Bid，一般只含BH3结构域。后两种具有促进细胞凋亡的作用。,Bcl-2、线粒体与细胞凋亡,当Caspase8活化后，它一方面作用于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
8、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Apaf-1(凋亡酶活化因子)结合并活化Apaf-1，活化的Apaf-1再活化Procaspase9，最后引起细胞凋亡。,细胞凋亡的途径总结,植物的细胞凋亡,与动物细胞凋亡不同的是，植物细胞凋亡后细胞内含物被细胞壁固定在原处，然后被液泡中的水解酶水解。,第二节 细胞衰老(cellular aging或cell senescence),人的寿命衰老的涵义Hayflick界限(Hayflick Limitation）细胞在体内条件下的衰老细胞衰老的分子机理,人的寿命应该有多长？,哺乳类动物的寿命应该是其生长
9、期的5-7倍。人的生长期是最后一颗牙齿长出来的时间(20-25岁)。因此人的寿命应该为100-175岁，正常应该是120岁。,遗传、性别、工作环境、营养等,“衰”与“老”,“衰”是指功能或体力的减退。“老”是指年龄超过某一界限。衰老是机体在退化时期生理功能下降和紊乱的综合表现，是不可逆的生命过程。衰老是客观存在的，是细胞生命活动的客观规律。机体的衰老与细胞的衰老是相关联的。,复制衰老,一、Hayflick界限(Hayflick Limitation）,概念：关于细胞增殖能力和寿命是有限的观点。细胞，至少是培养的二倍体细胞，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，而是有一定的界限
10、，这就是 Hayflick界限。不同的细胞，其增殖能力和寿命不同。,细胞增殖能力相关因素,物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定的关系细胞的增殖能力与供体年龄有关,不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数,二倍体细胞的衰老是由细胞本身决定的,决定细胞衰老的因素在细胞内部，而不是外部的环境 是细胞核而不是细胞质决定了细胞衰老。最近有科学家提出衰老基因的存在。,二、细胞衰老的特征,1 细胞核的变化：核膜内折，染色质固缩，核仁不规则。2 内质网的变化：年老动物：RER弥散、总量减少。3 线粒体的变化：数量随龄减少，体积随龄增大。由于线粒体是细胞呼吸和氧化的中心，有人称它是决定细胞衰老的生物钟。4 膜系统的
11、变化：目前资料表明，膜的改变确实与衰老有密切关系，年轻的功能健全的细胞膜是典型的液晶相。,1.生长停止，细胞分裂停止，且停滞是不可逆的。2.衰老相关的-半乳糖苷酶活化。,目前常用的衰老生物学特征,（一）差错学派差错学派认为细胞衰老是各种细胞成分在受到内外环境的损伤作用后，因缺乏完善的修复，使“差错”积累，导致细胞衰老。,三、细胞衰老的分子机理,（二）遗传论学派遗传决定学说 认为衰老是遗传上的程序化过程，其推动力和决定因素是基因组。控制生长发育和衰老的基因都在特定时期有序地开启或关闭。长寿者、早老症患者往往具有明显的家族性，后者已被证实是染色体隐性遗传病。因此衰老在一定程度上是由遗传决定的。端粒钟学说 认为端粒随着细胞的分裂不断缩短，当端粒长度缩短到一定阈值时，细胞就进入衰老过程。,Werners syndrome,Hutchinson-Gilford syndrome,本章内容到此结束，谢谢大家！,1、什么是 Hayflick界限？2、细胞凋亡的概念，形态特征及其与坏死的区别是什么？3、凋亡在有机体生长发育过程中有何重要意义？,
