医学细胞生物学细胞衰老与死亡5.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,“生、老、病、死”是生命的四重奏。人类自出生均要经过,生长,、,发育,、,成熟,、,衰老,直至,死亡,的几个阶段，这是生命的必然规律。,生命是物质的，人体是由细胞组织起来的。组成细胞的化学物质在运动中不断受到内外环境的影响而发生损伤，致使人体内某些细胞不断地衰老与死亡。,细胞的衰老与死亡是新陈代谢的自然现象,1,第一节,细胞的衰老,2,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。人的衰老与细胞的衰老相关联,现代人类面临着3种衰老：,生理性衰老,病理性衰老,心理性衰老,3,个体衰老与细胞衰老的关系,单细胞生物：,多细胞生物,：,细胞衰老=个体衰老,细胞衰老,个体衰老,每时每刻都在更新,6,细胞的寿限,细胞也同生物体一样，有一定的寿命，体内总有细胞不断地衰老与死亡,同时又有细胞的增殖与新生进行补充。这不仅发生在胚胎发育过程中，在成年体内的各组织器官中也有细胞的死亡。,各类细胞本身的寿命很不一样,一般说来,能够保持持续分裂能力的细胞是不容易衰老的,。分化程度高又不分裂的细胞寿命却是有限的。,7,根据细胞寿命情况将细胞分为三类,：,寿命接近于动物的整体寿命,:如神经细胞，脂肪细胞，肌细胞等。,缓慢更新的细胞，其寿命比机体的寿命短,:如肝细胞，胃壁细胞等。,快速更新的细胞,:如皮肤的表皮细胞，红细胞和白细胞等，它们在正常情况下终生保持分裂能力。,8,Hayflick界限,1961,年，,Leonard,Hayflick,首次报道了体外培养的人的成纤维细胞,(human fibroblasts),具有增殖分裂的极限,。,利用来自胚胎和成体的成纤维细胞进行体外培养发现：,胚胎的成纤维细胞分裂传代,50,次后开始衰退和死亡,，相反，,来自成年组织的成纤维细胞只能培养,15,30,代就开始死亡,。,9,Hayflick等发现，动物体细胞在体外可传代的次数，与物种的寿命有关。例如，龟的最高寿命是175岁，它的细胞在体外培养时能分裂100多次。而小鼠的寿命只有几年，所以从小鼠分离的细胞在体外分裂的次数不超过30次。,10,体外培养的年轻人和老年人的成纤维细胞的显微形态,11,细胞衰老的特征,细胞内水分减少,色素生成和色素颗粒沉积,细胞膜的变化：,膜的流动性下降、刚性增强,细胞质的变化：,内质网排列的有序性降低、内质网,数量减少、线粒体数量减少,细胞核的变化：,核膜内折、染色质固缩、核小体,DNA,变短,细胞化学组成的变化：,蛋白质合成能力下降、高尔,基体的分泌与运输功能下降,12,第二节,细胞的死亡,13,一、细胞死亡的方式,细胞坏死,细胞凋亡,细胞程序性死亡,正常的组织中，经常发生“正常”的细胞死亡，它是维持组织机能和形态所必需的。,细胞死亡的方式有三种：,14,早期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀,溶酶体破裂,细胞内容物流出,引起炎症,（一）细胞坏死,(necrosis),细胞坏死(necrosis)：,细胞受到化学因素（如强酸、,强碱、有毒物质）、物理因素（如热、辐,射）和生物因素（如病原体）等环境因素,的伤害，引起细胞死亡的现象,。,15,细胞坏死的形态特征,细胞坏死初期，胞质内线粒体和内质网肿胀、崩,解，结构脂滴游离、空泡化，蛋白质颗粒增多，,核发生固缩或断裂。,随着胞质内蛋白变性、凝固或碎裂，以及嗜碱性,核蛋白的降解，细胞质呈现强嗜酸性，故坏死组,织或细胞在苏木精,/,伊红染色切片中，胞质呈均,一的深伊红色，原有的微细结构消失。,在含水量高的细胞，可因胞质内水泡不断增大，,并发生溶解，导致细胞结构完全消失，最后细胞,膜和细胞器破裂，,DNA,降解，细胞内容物流出,引,起周围组织炎症反应。,16,引起坏死细胞形态改变的因素：,酶性消化,蛋白变性,若酶来源于死亡细胞本身的溶酶体，则称为,细胞自溶（autolysis,）,若酶来源于浸润坏死组织内白细胞溶酶体，则为,细胞异溶（heterolysis,）,17,细胞凋亡的概念：,由,体内外因素,触发细胞内预存的死亡程序而导致,的细胞死亡过程,细胞凋亡的特点,：,细胞通过出芽的方式形成许多,凋亡小体,；,凋亡小体内有结构完整的细胞器；,溶酶体活性不增加,内切酶活化，,DNA,片断化,，凝胶电泳图谱呈梯,状,（二）细胞凋亡(apoptosis),18,凋亡的起始，,微绒毛的消失,，细胞间接触的消失，与周围的细胞脱离，细胞质中，线粒体大体完整，染色质固缩。,细胞质密度增加，,线粒体膜电位消失,，通透性改变，,释放细胞色素,C,到胞浆，膜内侧磷脂酰丝氨酸外翻到,膜表面。,凋亡小体的形成,。核膜核仁破碎，核染色质断裂为,大小不等的片段，与某些细胞器如线粒体一起聚,集，为反折的细胞膜所包围。,凋亡小体逐渐被周围专职或非专职吞噬细胞吞噬,。,凋亡细胞形态特征,19,20,正常胸腺细胞,凋亡胸腺细胞,21,扫描电子显微镜,下的凋亡小体,22,23,细胞程序性死亡,（,programmed cell death,，,PCD,）,是一种基因指导的细胞自我消亡方式。,PCD,和,细胞凋亡,的区别在以下方面,：,PCD,是功能性概念，凋亡是形态学概念。,PCD,的最终结果是细胞凋亡，但细胞凋亡并非都是程序化的。,PCD,存在于胚胎发育过程中,。,（三）细胞程序性死亡,24,细胞凋亡与细胞坏死的区别,特征 细胞凋亡 细胞坏死,诱导因素,生理及弱刺激 强烈刺激,受累范围,单个细胞丢失 成群细胞死亡,膜完整性,保持到晚期 早期即丧失,细胞体积,减少、固缩 增大肿胀,染色质,凝聚成半月形 稀疏成网状,细胞器,无明显变化 肿张破坏,溶酶体,保持完整 破坏外溢,细胞形状,形成凋亡小体 破裂成碎片,基因组DNA,有控降解 随机降解,大分子合成,一般需要 不需要,基因调控,有 无,后果,不引起炎症反应 引起炎症反应,意义,生理死亡方式 病理死亡方式,25,细胞坏死与凋亡的形态区别,26,细胞坏死 细胞凋亡,27,细胞凋亡的生化改变,DNA,片断化,caspase,激活,灭活凋亡抑制物,水解活性蛋白,水解结构蛋白,Ca,2+,/Mg,2+,Zn,2+,核酸内切酶激活,28,细胞凋亡中的DNA的片段化,29,DNA断裂与“梯状条带”(1),30,DNA断裂与“梯状条带”(2),31,典型凋亡细胞DNA琼脂糖凝胶电泳（呈现梯状条带）,32,二、细胞凋亡的生物学意义,1.细胞凋亡与个体发育,在个体发育过程中的细胞凋亡是保证个体正常发育所必需的。,2.细胞凋亡与免疫,形成自身抗原耐受、防止过高的免疫应答、激活淋巴细胞对靶细胞的凋亡,。,33,手指的形成过程,蝌蚪尾巴的退化过程,34,3.细胞凋亡与衰老,通过凋亡可及时清除衰老细胞，降低机体癌变的危险。,4.细胞凋亡与损伤修复,当DNA损伤不可逆转时，可通过细胞凋亡清除损伤细胞。,5.细胞凋亡与肿瘤,细胞增殖与凋亡的速度平衡失调可造成肿瘤的发生。,35,第三节 细胞凋亡的过程与调控,36,一、细胞凋亡的过程,cAMP,Ca,2+,神经酰胺,凋,亡,诱,因,凋,亡,信,号,转,导,凋,亡,基,因,激,活,细,胞,凋,亡,凋,亡,细,胞,清,除,受体,死,亡,信,号,DNase活化 Caspases活化,DNA片断 ,凋亡小体形成,巨噬细胞,吞噬、分解,37,二、细胞凋亡的调控,（一）细胞凋亡相关因素,诱导性因素,激素和生长,因子失衡,理化因素,免疫性因素,微生物学因素,大量糖皮质激素,淋巴细胞凋亡,射线/高温/强酸/强碱,/乙醇/抗癌药物,CTL分泌粒酶,HIVCD,4,+,细胞凋亡,38,抑制性因素,细胞因子,(IL-2/NGF),激素,(ACTH/睾丸酮/雌激素),金属阳离子,(Zn,2+,),药物,(苯巴比妥/,半胱氨酸酶抑制剂),病毒,EB病毒/牛痘病毒,（一）细胞凋亡相关因素,39,信号转导,凋亡诱导因素,受体,cAMP,Ca,2+,神经酰胺,（第二信使）,胞内信号转导途径,激活凋亡程序,死亡信号,启动预定程序,凋亡相关基因激活,酶合成,核酸内切酶激活,Caspases激活,DNA切割,细胞解体,凋亡,基因激活,执行凋亡,清除,40,细胞凋亡发生的时间过程,41,多途性,：同一凋亡诱导因素可通过多条信号转导,途径触发凋亡,多样性,：不同种类的细胞有不同的信号转导系统,偶联性,：死亡信号的转导系统与细胞增殖、分化过,程中的信号转导系统在某些环节上有交叉、,偶联,同一性,：不同的凋亡诱导因素可通过同一信号转,导途径触发凋亡,凋亡诱,导因素,凋亡信,号转导,死亡程,序激活,apoptosis,凋亡信号转导的特点,：,凋亡的信号转导,42,1.胞内Ca,2+,信号系统,2.cAMP/PKA信号系统,3.Fas蛋白/Fas配体信号系统,4.神经酰胺信号系统,5.二酰甘油/PKC信号系统,6.酪氨酸蛋白激酶(PTK)信号系统,凋亡的信号转导系统,43,1.胞内Ca,2+,信号系统,激活钙依赖的谷氨酰胺转移酶活化核转录因子，触发凋亡,2.cAMP/PKA信号系统,cAMP依赖的PKA激活，靶蛋白残基磷酸化，蛋白功能改变,3.Fas/FasL信号系统,Fas是跨膜蛋白，与T细胞上的FasL结合，启动凋亡,凋亡的信号转导系统,44,Fas,诱发凋亡的方式,Fas配体 Fas蛋白,+,神经鞘磷脂酶,(SMase),神经鞘磷脂(SM),神经酰胺,(CER),蛋白激酶,DNA断裂细胞凋亡,抗Fas抗体或TNF与Fas蛋白结合,ICE样的Caspase,组蛋白降解 染色体松弛DNA链舒展,酶切位点暴露,Fas蛋白激活,Ca,2+,信号系统 传递死亡信息,45,4.神经酰胺（CER）信号系统,神经鞘磷脂（SM,）,神经酰胺（第二信使）,电离辐射,TNF-,Fas抗原,GC,apoptosis,PLA2,SMase,丝苏氨酸激酶 (EGFR),丝苏氨酸磷酸酶(CAPP),PKC,底物,抑制增生,各种细胞反应,诱导NFkB,下调c-myc,表达环氧酶,46,5.二酰甘油PKC信号系统,磷脂酰肌醇,磷脂酰胆碱,PLC,二酰甘油（第二信使）,PKC,1,生长因子受体,PTK,Gs,Gi,TCR,PLC,PIP2,IP3,Ca2+,DG,PKC,核内拓扑异构酶磷酸化,DNA损伤,凋亡,离子通道,G蛋白磷酸化,cAMP增加,凋亡,凋亡,47,6.,酪氨酸蛋白激酶,(PTK),信号系统,生长因子,（EGF）,细胞因子,（IL-3）,PTK,靶蛋白上的 酪氨酸磷酸化,ras,raf-1,MAPKK,MAPK,靶蛋白磷酸化,细胞分化,生长因子或 细胞因子撤除,apoptosis,48,APOPTOSIS,腺苷酸环化酶钙调素 Ca,2+,cAMP,谷氨酰胺转移酶,PKA,转录因子,Fas,Fas L,神经酰胺,SPP,AP-1,S期(抗凋),caspase,H,1,组蛋白,CK,CK-R,MAPK,MAPKK,Raf-1,Ras,PTK,分化,PKC,二酰甘油,Tc-R,糖皮质激素,49,（三）凋亡相关基因,Bcl-2,家族,Bc1-2,是一种原癌基因,主要分布于线粒体内膜、细胞膜内表面、核膜及部分内质网,广泛存在于造血细胞、上皮细胞、淋巴细胞、神经细胞及多种肿瘤细胞,与一般的癌基因有所不同，,BCL-2,延长细胞的生存，能抑制细胞凋亡,而不是促进细胞的增殖,目前已经发现,BCL-2,家族的,15,个成员，所有,Bcl-2,家族成员均含有,1,个或多个,BH,结构域。,50,BCL-2家族包括三个亚家族,51,Bcl-2亚家族,：,Bcl-2亚家族成员对细胞凋亡,起,抑制作用,。,成员：Bcl-2、Bcl-xl、Bcl-w、Mcl-1、A1,能阻抑多种凋亡诱导因素引发的细胞凋亡,机制,：,直接抗氧化,抑制线粒体释放促凋亡蛋白质,抑制促凋亡性调节蛋白Bax,Bak的细胞毒作用,抑制caspases的激活,维持细胞钙稳态,抗凋亡：,52,Bax,亚家族,：,它们的作用与,Bcl-2,亚家族的作用相,反，可,促进细胞凋亡,成员,：,Bax、Bak、Bok,BH,3,亚家族,：,仅有,BH3,结构域，它们的作用也与,Bcl-2,亚家族的作用相反，可,促进细,胞凋亡,成员,：,Bik、Blk、Hrk、BNIP3、Biml、Bad、,Bid,53,2.P53,P53,是肿瘤抑制基因，其产物主要存在于细胞核内。,P53,基因是人类肿瘤有关基因中突变频率最高的基因。,野生型,P53(wtP53),诱导凋亡，突变后抑制凋亡,wtP53,在,G1,期发挥检验点功能,有缺陷,DNACIP,表达,启动修复,失败,启动凋亡,CIP-(,c,yclin,dependent kinase,i,nteracting,p,rotein-1),P53,蛋白能特异地抑制,Bc1-2,的表达，相反对,Bax,的表达则有明显的促进作用（,P53,蛋白是,Bax,基因的直接的转录活化因子）,使细胞发生凋亡,54,c-myc,促进增殖,c-myc,(,转录调节因子,),诱导凋亡,GF,55,第四节 细胞凋亡的发生机制,56,一、氧化损伤（自由基的作用）,1.引起DNA损伤，可激活P53基因;,2.引起DNA损伤可活化多聚ADP核糖合成酶，引起NAD,快速耗竭，ATP大量消耗，引发细胞凋亡;,3.引发脂质过氧化反应，直接造成细胞膜损伤可诱导细胞,凋亡，不饱和脂肪酸的过氧化产物促凋亡;,4.激活核酸内切酶;,5.引起细胞膜通透性增高（Ca,2+,内流增加）和线粒体膜,损伤;,6.活化核转录因子，可加速凋亡相关基因的表达。,57,二、钙稳态失衡,1.激活钙镁依赖性核酸内切酶，降解DNA链,2.,激活谷氨酰胺转移酶，催化细胞内肽链间的酰基转,移，使骨架蛋白交联形成，有利于凋亡小体形成。,3.,激活核转录因子，加速细胞凋亡相关基因的转录。,4.,Ca,2+,在ATP的配合下使DNA舒展，暴露出核小体之,间的连接区内的酶切位点。,58,三、线粒体损伤,凋亡诱导因素,线粒体跨膜电位下降,线粒体膜通透性增加,细胞凋亡的启动因子释放,CytC,Apaf,AIF等释放,增强caspase3的水解活性,活化DNase,激活Caspases,细胞凋亡,通透性转换孔（PTP）开放,核基因编码的膜间蛋白,快速,59,60,