细胞衰老和凋亡培训专家讲座.pptx

第十章 细胞衰老与凋亡cell senescence and apoptosis细胞衰老和凋亡培训第1页organismproliferationdifferentiationapoptosisSignal transductionchromosome（DNADNA与蛋白质相互作用）与蛋白质相互作用）aging细胞衰老和凋亡培训第2页第一节 细胞衰老 cell senescencen概念：指生物发育成熟后，指生物发育成熟后，正常环境下发生细胞生理功效和增殖能力减弱，以及细胞形态结构发生改变并趋向于死亡现象，又称老化。n后果：机体衰老、老年病细胞衰老和凋亡培训第3页一、一、Hayflick界限界限(Hayflick Limitation）1961年，年，Hayflick利用来自胚胎和成体成纤维细利用来自胚胎和成体成纤维细胞进行体外培养，发觉：胚胎成纤维细胞分裂传胞进行体外培养，发觉：胚胎成纤维细胞分裂传代代50次后开始衰退和死亡，相反，来自成年组织次后开始衰退和死亡，相反，来自成年组织成纤维细胞只能培养成纤维细胞只能培养1530代就开始死亡。代就开始死亡。Hayflick等还发觉，动物体细胞在体外可传代次等还发觉，动物体细胞在体外可传代次数，与物种寿命相关；细胞分裂能力与个体年纪数，与物种寿命相关；细胞分裂能力与个体年纪相关，因为上述规律是相关，因为上述规律是Hayflick研究和发觉，故研究和发觉，故称为称为Hayflick界限。界限。细胞衰老和凋亡培训第4页二倍体细胞凋亡是由细胞本身决定二倍体细胞凋亡是由细胞本身决定 决定细胞凋亡原因在细胞内部，而不是外部决定细胞凋亡原因在细胞内部，而不是外部环境环境 是细胞核而不是细胞质决定了细胞凋亡是细胞核而不是细胞质决定了细胞凋亡细胞衰老和凋亡培训第5页n细胞起源人胚肺成纤人胚肺成纤维细胞维细胞中年人成中年人成纤维细胞纤维细胞老年人成老年人成纤维细胞纤维细胞可增殖可增殖代数代数 40-60 20 2-4不一样年纪起源人成纤维细胞增殖代数细胞衰老和凋亡培训第6页细胞最高分裂次数细胞最高分裂次数龟龟 90125人人 4060 鸡鸡 1535小鼠小鼠 1428细胞衰老和凋亡培训第7页二、细胞衰老特点n（一）体内细胞衰老特点n 1.细胞周期变长，分裂能力降低 原因：G1期时间延长最显著n 2.分裂次数有限细胞衰老和凋亡培训第8页（二）体外培养细胞衰老特点n1.接触抑制n2.传代次数有限，增殖能力有限 1）培养危机期 2）Hayflick界限n3.特例：永生化细胞 无限传代，无接触抑制性 多源于恶性肿瘤细胞细胞衰老和凋亡培训第9页三、细胞衰老机制n（一）基因转录或翻译差错 代谢废物积累 n（二）活性氧基团n（三）染色体端粒缩短n（四）衰老基因与抗衰老基因细胞衰老和凋亡培训第10页成人早衰症 细胞衰老和凋亡培训第11页婴幼儿早衰症 细胞衰老和凋亡培训第12页细胞衰老和凋亡培训第13页三、细胞衰老形态生化改变n（一）形态结构改变n（二）生化改变细胞衰老和凋亡培训第14页（一）形态结构改变n细胞：体积减小，细胞皱缩n细胞膜：流动性降低，细胞连接降低n细胞核：核膜内陷，核内包含物形成 染色质凝集、固缩n细胞质：色素沉积,糖原降低,脂肪积聚,空泡形成 线粒体数目降低、体积增大 内质网数目降低 高尔基体破碎 溶酶体体积增大细胞衰老和凋亡培训第15页（一）（一）细胞衰老细胞衰老形态改变形态改变细胞衰老和凋亡培训第16页（二）生化改变nDNA：复制、转录、修复能力降低，端粒DNA丢失，染色体缺失nmRNA：合成能力降低，与核糖体结合能力降低n蛋白质：合成速度降低，稳定性降低，功效降低n酶：含量降低，活性降低n脂类：脂质过氧化反应，引发膜脂之间或与脂蛋白之间交联，膜流动性降低细胞衰老和凋亡培训第17页四、细胞衰老引发器官老化及老年性疾病n腺体萎缩，激素降低，内分泌功效不足n免疫细胞降低、功效减弱，易患感染性疾病、肿瘤n老年性疾病：高血压、糖尿病、老年性痴呆、帕金森病、骨质疏松、动脉粥样硬化等 社会老龄化，老年病防治工作主要性日益突出细胞衰老和凋亡培训第18页第二节 细胞死亡n细胞死亡（cell death）：细胞衰老结果，是细胞生命现象不可逆停顿及细胞生命结束。n判别细胞存活与死亡：中性红、台盼蓝等活体染色。中性红：活细胞被染色，死细胞不被染色 台盼蓝：死细胞被染色，活细胞不被染色细胞衰老和凋亡培训第19页一、细胞凋亡概念及其生物学意义一、细胞凋亡概念及其生物学意义n概念：细胞凋亡是一个主动由基因决定概念：细胞凋亡是一个主动由基因决定自动结束生命过程，所以也经常被称为自动结束生命过程，所以也经常被称为细胞编程死亡（细胞编程死亡（programmed cell death,PCD）。凋亡细胞将被吞噬细胞）。凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬。吞噬。细胞衰老和凋亡培训第20页蝌蚪尾退化蝌蚪尾退化 细胞衰老和凋亡培训第21页脊椎动物神经系统发育脊椎动物神经系统发育 细胞衰老和凋亡培训第22页小鼠趾间经特异性染色所观察到凋亡形态小鼠趾间经特异性染色所观察到凋亡形态A:细胞衰老和凋亡培训第23页细胞凋亡生物学意义：细胞凋亡生物学意义：n细胞凋亡对于多细胞生物细胞凋亡对于多细胞生物个体发育个体发育过程过程及及成体成体组织正常进行，自稳平衡保持以组织正常进行，自稳平衡保持以及抵抗外界各种原因干扰方面都起着非及抵抗外界各种原因干扰方面都起着非常关键作用。比如：蝌蚪尾消失，骨髓常关键作用。比如：蝌蚪尾消失，骨髓和肠细胞凋亡，脊椎动物神经系统发育，和肠细胞凋亡，脊椎动物神经系统发育，发育过程中手和足成形过程。发育过程中手和足成形过程。细胞衰老和凋亡培训第24页二、细胞凋亡形态学和生化特征二、细胞凋亡形态学和生化特征nQ：细胞凋亡会有哪些改变/特征？（一）形态学改变 （二）生化改变细胞衰老和凋亡培训第25页n被动死亡-细胞坏死（cell necrosis）细胞受到环境原因影响，造成细胞死亡病理过程。n主动死亡-程序性细胞死亡(PCD)，细胞凋亡(apoptosis)为维持机体内环境稳定，细胞发生主动、有基因控制自我消亡过程。需要消耗能量细胞衰老和凋亡培训第26页细胞衰老和凋亡培训第27页细胞衰老和凋亡培训第28页图A：细胞坏死；图B,C：细胞凋亡细胞衰老和凋亡培训第29页（一）形态学改变（一）形态学改变细胞衰老和凋亡培训第30页（一）形态学改变n1.细胞：细胞皱缩n2.细胞膜：完整，微绒毛降低，细胞连接降低n3.细胞核：染色质凝集，裂解n4.细胞质：胞质浓缩，细胞器改变 n5.凋亡小体(apoptotic bodies)：凋亡细胞表面形成一些突起，由完整细胞膜包裹，内含细胞器、染色质片段结构。凋亡主要形态结构之一细胞衰老和凋亡培训第31页凋亡、坏死比较凋亡、坏死比较细胞凋亡细胞凋亡细胞坏死细胞坏死能量能量ATPATP不依赖不依赖ATPATP细胞形态细胞形态皱缩皱缩肿胀肿胀细胞膜细胞膜完整完整破裂破裂细胞器细胞器形态完整形态完整肿胀破裂肿胀破裂细胞核细胞核染色质凝集断裂染色质凝集断裂固缩，核膜破裂固缩，核膜破裂凋亡小体凋亡小体有有无无DNADNA规律断裂，梯状条带规律断裂，梯状条带随机降解随机降解分子机制分子机制n多基因参加，有序调控无基因调控无基因调控蛋白质合成蛋白质合成有有无无代谢反应代谢反应n蛋白酶逐次参加无秩序反应无秩序反应周围组织炎性反应周围组织炎性反应无无有有n对机体影响生长发育代谢需要生长发育代谢需要有损伤破坏作用有损伤破坏作用细胞衰老和凋亡培训第32页(二二)细细胞胞凋凋亡亡生生化化特特征征细胞色素细胞色素c诱导凋亡诱导凋亡 细胞细胞DNA电泳图电泳图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 细胞衰老和凋亡培训第33页 *细胞衰老和凋亡培训第34页（二）生化改变n1.DNA片段化形成梯状条带 核酸内切酶特异性切断核小体连接区DNA链n2.RNA和蛋白质合成增加，消耗ATP 多基因调整、蛋白质表示n3.钙离子浓度升高n4.各种蛋白酶参加n5.线粒体改变 *细胞衰老和凋亡培训第35页(三)诱导、抑制细胞凋亡原因n诱导凋亡原因：n物理因子：射线（紫外线、射线等射线等），较温和温度刺激（如热激、冷激）n化学及生物因子：DNA和蛋白质合成抑制剂、肿瘤坏死因子TNF、活性氧基团和分子、细胞生长因子、激素 细胞衰老和凋亡培训第36页细胞衰老和凋亡培训第37页左，正常胸腺细胞；右，凋亡胸腺细胞 细胞衰老和凋亡培训第38页A.Normal cell B.Apoptosis C.Apoptotic bodies细胞衰老和凋亡培训第39页三、细胞凋亡分子机制细胞凋亡相关基因n（一）ced 家族n（二）切冬酶基因家族n（三）bcl-2基因家族n（四）IAP(细胞凋亡抑制蛋白)家族-抑制凋亡n（五）蛋白激酶C家族n（六）原癌基因：ras，c-myc 等n（七）抑癌基因-多促进凋亡n（八）fas，fasL-触发细胞凋亡 *细胞衰老和凋亡培训第40页三、细胞凋亡分子机制n线虫凋亡研究发觉线虫凋亡研究发觉ced3、ced4基因促进细胞基因促进细胞凋亡，凋亡，ced9基因阻止基因阻止ced3、ced4激活，抑制激活，抑制细胞凋亡。细胞凋亡。Ced3哺乳类同源物是哺乳类同源物是ICE，即，即 Caspase 1。细胞衰老和凋亡培训第41页Caspase家族与凋亡家族与凋亡nCaspase属于半胱氨酸蛋白酶，相当于线虫中属于半胱氨酸蛋白酶，相当于线虫中ced-3。n特点：特点：nCaspase蛋白酶活性位点是半胱氨酸；蛋白酶活性位点是半胱氨酸；n裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后肽键；裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后肽键；所以称为所以称为cysteine aspartate-specific protease，即，即caspase。细胞衰老和凋亡培训第42页ICE家族组员（切冬酶基因家族）*细胞衰老和凋亡培训第43页Caspase家族与凋亡家族与凋亡nCaspase活化活化nCaspase本身一非活化本身一非活化Procaspase存在，存在，其激活依赖于其它其激活依赖于其它Caspase在他天冬氨在他天冬氨酸位点裂解活化或本身活化。酸位点裂解活化或本身活化。细胞衰老和凋亡培训第44页胞外信号分子诱导细胞凋亡路径胞外信号分子诱导细胞凋亡路径n当细胞接收凋亡信号分子（当细胞接收凋亡信号分子（TNF）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衔接蛋白结合。这些衔号分子受体相互聚集并与细胞内衔接蛋白结合。这些衔接蛋白又募集接蛋白又募集procaspase 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。n下游下游caspase活化后，作用于底物，裂解核纤层蛋白，活化后，作用于底物，裂解核纤层蛋白，造成细胞核形成凋亡小体；裂解造成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，降解释放，降解DNA形成形成DNA ladder；裂解参加细；裂解参加细胞连接或附着骨架和其它蛋白，使凋亡细胞皱缩、脱落，胞连接或附着骨架和其它蛋白，使凋亡细胞皱缩、脱落，便于吞噬细胞识别并吞噬。便于吞噬细胞识别并吞噬。细胞衰老和凋亡培训第45页Bcl-2家族、线粒体与细胞凋亡Bcl-2是一个原癌基因，是ced-9在哺乳类中同源物，能抑制细胞凋亡；与线粒体及内质网膜相结合；Bcl-2蛋白羧基末端有一穿膜结构域；Bcl-2家族组员基因中，经常含有三个保守Bcl-2同源区，即BH1，BH2和BH3，这三个区域是调整凋亡所必需结构。Bcl-2、线粒体与细胞凋亡细胞衰老和凋亡培训第46页Bcl-2、线粒体与细胞凋亡当Caspase8活化后，它首先作用于Procaspase3，另 首先使bcl-2裂解成2个片段，其中含BH3结构域C-端片段被运输到线粒体，与Bcl-2/BaxBH3结构域形成 复合物，造成细胞色素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 activating factor)结合并活化Apaf-1，活化Apaf-1再活 化Procaspase9，最终引发细胞凋亡细胞衰老和凋亡培训第47页bcl-2基因家族nbcl-2基因（长寿基因）：抑制凋亡nbax，bad，bak：促进凋亡细胞衰老和凋亡培训第48页bcl-2基因家族 *细胞衰老和凋亡培训第49页细胞色素释放引发凋亡细胞色素释放引发凋亡 细胞衰老和凋亡培训第50页四、凋亡生理意义与疾病n（一）凋亡生理意义：去除无用结构，维持机体稳态 控制细胞数目 去除有害细胞 细胞自我保护细胞衰老和凋亡培训第51页（二）细胞凋亡与疾病n器官早衰n器官功效降低、不全n免疫系统疾病n肝病：酒精性肝病，病毒性肝炎等n肿瘤细胞衰老和凋亡培训第52页（三）细胞凋亡与疾病治疗n诱导凋亡肿瘤n抑制凋亡器官早衰细胞衰老和凋亡培训第53页掌 握n细胞衰老、细胞凋亡概念n凋亡形态及生化特征n细胞凋亡与坏死比较细胞衰老和凋亡培训第54页