细胞生物学细胞衰老与死亡.pptx

2024/8/29 周四第一节第一节 细胞衰老细胞衰老2024/8/29 周四一一、细胞是否衰老、细胞是否衰老n胎儿胎儿/成人成人肺成纤维细胞体外培养肺成纤维细胞体外培养 胎儿的传代胎儿的传代50次，成人的传代次，成人的传代20次。次。n不同物种胚成纤维细胞培养不同物种胚成纤维细胞培养n早衰症成纤维细胞培养早衰症成纤维细胞培养 传代传代2-4次次龟龟鼠鼠平均寿命平均寿命1751753.53.5传代传代90-12590-12514-2814-282024/8/29 周四Werners syndrome 早早 衰衰2024/8/29 周四细胞，至少是体外培养的细胞，不是不死细胞，至少是体外培养的细胞，不是不死的，而是有一定寿命的，细胞增殖能力也的，而是有一定寿命的，细胞增殖能力也是有一定限度的。是有一定限度的。Hayflick界限界限2024/8/29 周四二、细胞衰老的原因二、细胞衰老的原因 环境还是细胞本身？环境还是细胞本身？老年男子细胞年轻女子细胞老年男子细胞老年男子细胞年轻女子细胞年轻女子细胞（单独培养）（单独培养）（单独培养）（单独培养）（混合培养）（混合培养）结果：混合培养中两类细胞的增殖次数与单独培养相同。结果：混合培养中两类细胞的增殖次数与单独培养相同。培养条件完全一致培养条件完全一致结论：细胞衰老的原因在于细胞内部。结论：细胞衰老的原因在于细胞内部。2024/8/29 周四细胞质还是细胞核？二、细胞衰老的原因二、细胞衰老的原因 年轻女性细胞细胞松弛素B 老年男子细胞 细胞核 细胞质 细胞核 细胞质 细胞核 细胞质 细胞质 细胞核分裂能力与年轻细胞相同分裂能力与年轻细胞相同不分裂不分裂 细胞融合是细胞核决定了细胞的衰老，而不是细胞质。是细胞核决定了细胞的衰老，而不是细胞质。2024/8/29 周四三、体内条件下的细胞衰老n体内细胞衰老和死亡是自然现象。体内细胞衰老和死亡是自然现象。n终身保持分裂的细胞，分裂能力随机体年终身保持分裂的细胞，分裂能力随机体年龄的增高而下降。龄的增高而下降。细胞本身的衰老还是体内环境的恶化？细胞本身的衰老还是体内环境的恶化？2024/8/29 周四实验：组织移植实验：组织移植小鼠皮肤小鼠皮肤 F1 F2 结果：皮肤细胞存活结果：皮肤细胞存活7-8年年小鼠寿命：小鼠寿命：3.5年年衰老机体内环境因素影响上皮细胞的增殖和衰老。衰老机体内环境因素影响上皮细胞的增殖和衰老。2024/8/29 周四四、衰老细胞结构的变化四、衰老细胞结构的变化2024/8/29 周四五、细胞衰老的分子机制n复制衰老的机制复制衰老的机制n胁迫诱导的早熟性衰老胁迫诱导的早熟性衰老端粒（端粒（telomere）：）：染色体末端染色体末端,由高度重复的短由高度重复的短序列组成，高度保守。序列组成，高度保守。端粒与衰老理论端粒与衰老理论2024/8/29 周四支持：支持：1998年，年，Wright等人将端等人将端粒酶相关基因引入正常人粒酶相关基因引入正常人体细胞，发现表达端粒酶体细胞，发现表达端粒酶的转染细胞，端粒长度增的转染细胞，端粒长度增加，分裂旺盛。加，分裂旺盛。不支持：不支持：叙利亚仓鼠胚细胞在复叙利亚仓鼠胚细胞在复制分裂各阶段始终表达制分裂各阶段始终表达端粒酶，端粒长度不变，端粒酶，端粒长度不变，但是经过但是经过20-30代分裂后，代分裂后，细胞仍然衰老。细胞仍然衰老。端粒与衰老理论端粒与衰老理论端粒受损后端粒受损后p53p53表达量高，表达量高，p21p21量随之变多，抑量随之变多，抑制制CDK4CDK4、6 6，阻止细胞进入，阻止细胞进入S S期。期。2024/8/29 周四氧化性损伤学说氧化性损伤学说自由基理论自由基理论在生物氧化过程中会产生一些活性氧基团在生物氧化过程中会产生一些活性氧基团或分子，它们可以导致细胞结构和功能的或分子，它们可以导致细胞结构和功能的改变，最终导致细胞衰老，这就是所说的改变，最终导致细胞衰老，这就是所说的自由基理论。自由基理论。2024/8/29 周四自由基对细胞的损伤性作用自由基对细胞的损伤性作用氧化质膜的不饱和脂肪酸，从而导致膜结构破氧化质膜的不饱和脂肪酸，从而导致膜结构破 坏，膜的运输功能紊以致丧失。坏，膜的运输功能紊以致丧失。氧化蛋白质中的巯基而造成蛋白质的铰链、变氧化蛋白质中的巯基而造成蛋白质的铰链、变 性使酶失活性使酶失活。2024/8/29 周四细胞内清除自由基的机制细胞内清除自由基的机制1、保护性的酶;如超氧化物岐化酶(SOD)2、抗氧化分子 如维生素E、维生素C2024/8/29 周四第二节第二节 程序性细胞死亡程序性细胞死亡（programmed cell death,PCD)凋亡凋亡坏死坏死自噬自噬2024/8/29 周四一、细胞凋亡概念：概念：受基因调控的主动的生理性细胞自杀的行为。受基因调控的主动的生理性细胞自杀的行为。生物学意义：生物学意义：1 1、保证多细胞生物的个体发育正常进行。、保证多细胞生物的个体发育正常进行。2 2、保持机体的自稳平衡。、保持机体的自稳平衡。3 3、抵御外界因素的干扰。、抵御外界因素的干扰。2024/8/29 周四2024/8/29 周四凋亡的形态学特征凋亡的形态学特征1、凋亡启始细胞表面特化结构消失，细胞间接触消失，核糖体从内质网脱落，内质网囊腔膨胀，逐渐与质膜融合，染色质固缩2、凋亡小体形成染色质断裂，细胞膜反折。3、凋亡小体的吞噬消化2024/8/29 周四胸腺细胞胸腺细胞正常正常凋亡2024/8/29 周四凋亡凋亡2024/8/29 周四细胞凋亡的检测方法细胞凋亡的检测方法形态学观测：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DNADNA电泳：电泳：DNADNA片段就呈现出梯状条带片段就呈现出梯状条带TUNELTUNEL测定法，即测定法，即DNADNA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 assaycomet assay）流式细胞分析流式细胞分析 2024/8/29 周四凋亡的分子基础凋亡的分子基础n分子基础分子基础Caspase天冬氨酸天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白水解酶。特异性半胱氨酸蛋白水解酶。n分子机制分子机制激活期，激活期，caspase激活成为二聚体，同型活化。激活成为二聚体，同型活化。执行期，执行期，caspase把底物水解，异型活化。把底物水解，异型活化。2024/8/29 周四caspase 激活模型激活模型2024/8/29 周四外源性死亡通路外源性死亡通路死亡受体死亡受体:CD95(或者Fas),TNFR1(TNFreceptor-1)DR4和DR5.2024/8/29 周四p 凋亡配体凋亡配体p 受体，如与受体，如与TNFTNF同源的膜受体，可识别和结同源的膜受体，可识别和结 合凋亡配体合凋亡配体p 编辑蛋白，致瘤因子受体编辑蛋白，致瘤因子受体 (TNFR)1(TNFR)1相关的死相关的死 亡结构域亡结构域(TRADD)(TRADD)对募集信号分子结合到膜对募集信号分子结合到膜 上的上的TNFRITNFRI受体复合物上起重要作用。受体复合物上起重要作用。p 编辑蛋白结合在受体的胞质面，募集信号分子编辑蛋白结合在受体的胞质面，募集信号分子外源性凋亡信号转导通路的主要组分外源性凋亡信号转导通路的主要组分2024/8/29 周四p 执行执行caspasescaspases完成细胞凋亡过程。这些受体的胞完成细胞凋亡过程。这些受体的胞内结构域有一段内结构域有一段8080个氨基酸的伸展肽链，我们称之个氨基酸的伸展肽链，我们称之为死亡结构域。在死亡结构域形成一个接头蛋白为死亡结构域。在死亡结构域形成一个接头蛋白FasFas相关蛋白与之结合相关蛋白与之结合(FADD)(FADD)的死亡诱导信号复合体的死亡诱导信号复合体 (DISC)(DISC)，且前体，且前体caspase 8 caspase 8 变成有活性的变成有活性的caspase caspase 8 8。p 有活性的有活性的 caspase 8caspase 8激活执行激活执行caspasescaspases 的下游分子。的下游分子。2024/8/29 周四受体受体 配体配体CD95(Fas)CD95L(FasL)TRAIL-R1-4TRAILAPO-2LTNFR1(CD120a)TNF，TNF(LT)OPGTRANCERANKLOPGLLTb-RLymphotoxinbLTbCD40CD40LTRAP/gp39CD30CD30LCD27CD27LCD704-IBB4-IBBLOX-40OX-40Lgp34NGF-R1NGFDeathreceptor3(DR3)TWEAK(Apo3L)Deathreceptor4(DR4)TRAIL(Apo2L)Deathreceptor5(DR5)TRAIL(Apo2L)Deathreceptor6(DR6)TNFa,LymphotoxinaLTaDecoyreceptor1(DcR1)TRAIL(Apo2L)Decoyreceptor2(DcR2)TRAIL(Apo2L)2024/8/29 周四内源性死亡通路内源性死亡通路 2024/8/29 周四 胞内和胞内和/或胞外促凋亡信号或胞外促凋亡信号 细胞色素细胞色素 c c 从线粒体释放，进入胞浆从线粒体释放，进入胞浆 细胞色素细胞色素 c c 与凋亡蛋白酶激活因子与凋亡蛋白酶激活因子 -1(Apaf-1)-1(Apaf-1)蛋白结合蛋白结合,前体前体caspase 9 caspase 9 激活，三磷酸腺苷激活，三磷酸腺苷/脱氧三磷酸腺脱氧三磷酸腺苷苷 (ATP/dATP)(ATP/dATP)水解，细胞色素水解，细胞色素c c与与 Apaf-1 Apaf-1 结合结合使寡聚化，凋亡小体形成。使寡聚化，凋亡小体形成。执行执行caspases(caspases3,6,7)caspases(caspases3,6,7)完成细胞凋亡进完成细胞凋亡进程。程。内源性凋亡信号转导通路的主要组分内源性凋亡信号转导通路的主要组分2024/8/29 周四2024/8/29 周四DNA 损伤启动凋亡信号损伤启动凋亡信号通路通路(箭头代表激活，T代表抑制)2024/8/29 周四线粒体在不依赖caspase的细胞程序性死亡和细胞坏死的内源性凋亡通路中的作用2024/8/29 周四凋亡通路中的蛋白凋亡通路中的蛋白2024/8/29 周四凋亡蛋白凋亡蛋白 p532024/8/29 周四Bid凋亡蛋白凋亡蛋白 Bcl-2 家族家族Bid凋亡蛋白Caspase家族C Caspase已知功能已知底物Caspase-1inflammationpre-Interleukin-1,Interleukin-18,Lamins Caspase-2initiator/effecter of apoptosis Golgin-160,Lamins(?)Caspase-3effecter of apoptosisPARP,SREBs,Gelsolin,Caspase-6,Caspase-7,MDM2Caspase-9,DNA-PK,Gas2 Fodrin Catenin,Lamins NuMA,HnRNP proteins,Topoisomerase I,FAK Calpastatin,p21Waf1,Presenelin2,ICADCaspase-4Inflammation/ApoptosisCaspase-1Caspase-5Inflammation/Apoptosis?Caspase-6effecter of apoptosisPARP,Lamins,NuMA,FAK,Caspase-3,Keratin-18Caspase-7effecter of apoptosisPARP,Gas2,SREB1,EMAP II,FAK,Calpastatin,p21Waf1Caspase-8initiator of apoptosisCaspase-3,Caspase-4,Caspase-6,Caspase-7,Caspase-9 Caspase-10,Caspase-13,PARP,BidCaspase-9initiator of apoptosisCaspase-3,pro-Caspase-9,Caspase-7,PARPCaspase-10initiator of apoptosisCaspase-3,Caspase-4,Caspase-6,Caspase-7,Caspase-8 Caspase-9Caspase-11Inflammation/Apoptosis?Caspase-12Apoptosis?m involved in ER stress induced apoptosisCaspase-13Inflammation/Apoptosis?2024/8/29 周四凋亡蛋白凋亡蛋白 IAP 家族家族livin2024/8/29 周四凋亡诱导因子凋亡诱导因子AIF 是一种蛋白酶，位于线粒体膜间间是一种蛋白酶，位于线粒体膜间间隙。隙。在很多凋亡模型中，在很多凋亡模型中，AIF 转运到细胞核中，诱导染转运到细胞核中，诱导染色质凝聚和色质凝聚和DNA降解。降解。AIF对细胞死亡的作用取决于细胞类型和凋亡对细胞死亡的作用取决于细胞类型和凋亡insult，且仅在，且仅在caspases 被抑制或没有被激活时出现。被抑制或没有被激活时出现。凋亡蛋白凋亡蛋白 AIF (凋亡诱导因子凋亡诱导因子)2024/8/29 周四凋亡小体2024/8/29 周四衰老和凋亡衰老和凋亡 凋亡调控失调引起的衰老凋亡调控失调引起的衰老 源于拮抗性多态的衰老和凋亡源于拮抗性多态的衰老和凋亡 衰老和凋亡都与线粒体有关衰老和凋亡都与线粒体有关 氧化应激既可导致衰老，又可引起凋亡氧化应激既可导致衰老，又可引起凋亡 衰老还是凋亡衰老还是凋亡?2024/8/29 周四牛肺动脉上皮细胞。左边为早期衰老细胞，右边为凋亡细胞。2024/8/29 周四凋亡和衰老都是细胞的错误消除机制细胞应对潜在的致癌性刺激时启动衰老和凋亡机制，细胞应对潜在的致癌性刺激时启动衰老和凋亡机制，这意味着这两种错误消除机制保护细胞不会转化为肿这意味着这两种错误消除机制保护细胞不会转化为肿瘤细胞。瘤细胞。潜在的致癌性刺激潜在的致癌性刺激正常正常 衰老衰老正常正常 凋亡凋亡正常正常 癌变癌变2024/8/29 周四2024/8/29 周四癌细胞逃脱衰老和凋亡的命运癌细胞逃脱衰老和凋亡的命运2024/8/29 周四拮抗性多效理论拮抗性多效理论指出自然选择倾向于保留那些对早期繁殖有利，却对生命晚期有恶劣影响的基因。细胞对环境影响反应的结果，有些分子发生了与凋亡或者衰老有关的改变。这两种细胞的命运，即凋亡或细胞衰老，是细胞拮抗性多效选择的最好例子。这两个过程对年轻的生物的生存和适应都是必须的，但都可能导致出现衰老表型，包括一些伴随衰老出现的相关表型。源于拮抗性多态的衰老和凋亡源于拮抗性多态的衰老和凋亡2024/8/29 周四衰老和凋亡都与线粒体有关凋亡和衰老都与线粒体和氧化应激有关线粒体是很多重要生化反应发生的位点，且与衰老进程相关:能量转换(ATP)活性氧基团产生(ROS)细胞死亡启动当细胞损伤足够严重时，线粒体可能启动细胞程序性死亡(凋亡或坏死)2024/8/29 周四氧化应激引起衰老和凋亡氧化应激引起衰老和凋亡氧化应激是细胞内源性和外源性损伤的一个主要原因。它在细胞衰老和细胞死亡（凋亡）中的作用仍在研究之中。有趣的是，一些基因(例如p53和Rb)为细胞衰老和细胞死亡信号通路所共有。要想更深一步地了解通过不同的信号通路导致细胞衰老和细胞死亡的信号转导的分子机制，必须弄清细胞应对环境应激的过程，特别是氧化损伤。2024/8/29 周四凋亡和衰老共有的p53-信号通路2024/8/29 周四衰老:是肿瘤监控的代价吗?Nature415,26-27(2002)