第13章 程序性细胞死亡与细胞衰老 6-8
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第十三章 程序性细胞死亡与细胞衰老
第十三章 程序性细胞死亡与细胞衰老
第一节
程序性细胞死亡
一、动物细胞的程序性死亡
细胞的死亡有三种不同形式：一种是坏死（性）或意外（性） 死亡（necrosis），它是由某些外界因素比如局部贫血，高 热以及物理、化学损伤和生物侵袭等造成细胞急速死亡，是 一种被动性死亡。 另一种称之为程序性死亡（programmed cell death PCD） 是由基因控制的自杀程序引起的主动性死亡。主要发生在胚 胎发育过程中。 还有一种自噬，是与细胞凋亡不同的另一种程序性细胞死亡。
凋亡的基因转录，使细胞进入凋亡状态。当
P53基因发生缺失或异常时，P53失去对细胞的 监视作用，带着损伤的DNA进入S期，其结果 是细胞因遗传不稳定性而产生突变和染色体畸 变，最后导致细胞癌变。P53基因产物诱导细
胞凋亡，可提供一种防护机制，使DNA损伤的
细胞不能存活，而走向程序性死亡。
（二）细胞坏死：可能是细胞程序性死亡的另一种形式。
6）细胞凋亡的信号传导
NF-kB是细胞核内的基因转录的调控因子 它的靶基因是TRAF，IAPS等，这些基因的表达蛋白
能抑制Caspase8的活性从而抑制细胞Байду номын сангаас亡。
Ras活化NF-Kb，
NF-kB通过调控靶基因表达蛋白，
抑制Caspase8的活性，从而抑制细胞凋亡。
p53是肿瘤抑制基因，可以阻断细胞周期和诱导细胞凋
●衰老(senescing，aging)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。
Hayflick界限
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，这就是 Hayflick界限 ◆癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞，其染色体数
第一节
程序性细胞死亡
一、动物细胞的程序性死亡
细胞的死亡有三种不同形式：一种是坏死（性）或意外（性） 死亡（necrosis），它是由某些外界因素比如局部贫血，高 热以及物理、化学损伤和生物侵袭等造成细胞急速死亡，是 一种被动性死亡。 另一种称之为程序性死亡（programmed cell death PCD） 是由基因控制的自杀程序引起的主动性死亡。主要发生在胚 胎发育过程中。 还有一种自噬，是与细胞凋亡不同的另一种程序性细胞死亡。
凋亡的基因转录，使细胞进入凋亡状态。当
P53基因发生缺失或异常时，P53失去对细胞的 监视作用，带着损伤的DNA进入S期，其结果 是细胞因遗传不稳定性而产生突变和染色体畸 变，最后导致细胞癌变。P53基因产物诱导细
胞凋亡，可提供一种防护机制，使DNA损伤的
细胞不能存活，而走向程序性死亡。
（二）细胞坏死：可能是细胞程序性死亡的另一种形式。
6）细胞凋亡的信号传导
NF-kB是细胞核内的基因转录的调控因子 它的靶基因是TRAF，IAPS等，这些基因的表达蛋白
能抑制Caspase8的活性从而抑制细胞Байду номын сангаас亡。
Ras活化NF-Kb，
NF-kB通过调控靶基因表达蛋白，
抑制Caspase8的活性，从而抑制细胞凋亡。
p53是肿瘤抑制基因，可以阻断细胞周期和诱导细胞凋
●衰老(senescing，aging)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。
Hayflick界限
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，这就是 Hayflick界限 ◆癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞，其染色体数
十三章细胞程序性死亡与细胞衰老
目前发现的调控细胞凋亡的相关基因
1. Caspase家族与凋亡
名称及其别名 caspase-1（ICE） caspase-2（Nedd-2/ICH1） caspase-3（apopain/CPP32/Yama） caspase-4（Tx/ICH2/ICE rel -II） caspase-5（ICE rel-III/TY） caspase-6（Mch2）
2002年诺贝尔生理与医学奖获得者
Sydney Brenner
H. Robert Horvitz
John E. Sulston
◆2002年的诺贝尔生理学和医学奖授予了在器官发育和程序性细 胞死亡研究领域中做出奠基性贡献的3位科学家: ●英国的 Sydney Brenner、美国的 H. Robert Horvitz、英国的 John E. Sulston ●他们创造性地用线虫作为实验模型,实现了对器官发育过程中细 胞分裂、分化的原位观察,完成了细胞图谱的绘制, ●在此基础上发现并研究了调控器官发育程序性细胞死亡的关键 基因及其功能并进一步在高等哺乳动物中发现了相关功能基因。
又分为两类：
一类为执行者（effector），如caspase-3、6、7，它们可直接降解胞内
的结构蛋白和功能蛋白，引起凋亡，但不能通过自催化（autocatalytic） 或自剪接的方式激活； 另一类为启动者（initiator），如caspase-8、9，受到信号后，能通过 自剪接而激活，然后引起caspase级联反应，如caspase-8可依次激活 caspas碘
化病啶使DNA产生激发荧光，从而检测凋亡。
细胞凋亡的分子机理
一）、诱导细胞凋亡的因子
◆物理性因子，包括射线（紫外线， 射线等）， 较温和的温度刺激（如热激，冷激）等
程序性细胞死亡和细胞衰老
●Hayflick界线(Hayflick Limitation）
●细胞在体内条件下旳衰老
●衰老细胞构造旳变化
●细胞衰老旳分子机理
一、Hayflick界线(Hayflick Limitation)
●概念：有关细胞增殖能力和寿命是有限旳观点。 细胞，至少是培养旳二倍体细胞，不是不死旳，而是有一定旳
寿命；它们旳增殖能力不是无限旳，而是有一定旳界线，这就 是 Hayflick界线
细胞凋亡旳主要特征是形成大小为 180～200bp特征性旳DNA ladders
细胞凋亡旳检测
◆TUNEL测定法（DNA断裂旳原位末端标识法，末端 脱氧核苷酸酶移换酶介导旳dUTP缺口末端标识测定法） ◆彗星电泳法（comet assay）：将单个细胞悬浮于琼脂 糖凝胶中，经裂解处理后，再在电场中进行短时间旳电 泳，并用荧光染料染色。 ◆流式细胞分析:凋亡细胞DNA发生断裂和丢失，呈亚 二倍体状态。
大分子合成 氧化磷酸化
ATP
细胞存活 DNA修复
细胞自噬 细胞自噬主要发生在个体遭遇营养危机旳时候和胚胎发育期间 单细胞和单细胞生物均可发生自噬 酵母磷脂酰基醇激酶（PI3K）信号途径
细胞外
PI3K
营养物质
凋亡 AKT 代谢底物
自噬 Tor
翻译 ATP
凋亡 自噬
PI3K AKT Tor
ATP
酵母细胞旳自噬信号途径
Caspase家族
Caspase本身以非活化旳Procaspase存在。一般旳蛋白酶活化时， 只是将N端旳肽段切除，而caspase旳活化则需要在两个亚基旳连接 区旳天冬氨酸位点进行切割，成果产生了由两个亚基构成旳异二聚 体而活化。
凋亡过程：激活期和执行期 激活期 (起始Caspase活化) :同性活化,酶元分子汇集成复合物到 达一定浓度时，彼此切割或者构象变化产生有活性旳二聚体形式。 执行期(执行Caspase活化)： 属异性活化，起始Caspase招募执 行Caspase酶原分子后，对其进行切割，产生具有活性旳执行 Caspase切割细胞内主要旳构造和功能蛋白，造成细胞凋亡。
●细胞在体内条件下旳衰老
●衰老细胞构造旳变化
●细胞衰老旳分子机理
一、Hayflick界线(Hayflick Limitation)
●概念：有关细胞增殖能力和寿命是有限旳观点。 细胞，至少是培养旳二倍体细胞，不是不死旳，而是有一定旳
寿命；它们旳增殖能力不是无限旳，而是有一定旳界线，这就 是 Hayflick界线
细胞凋亡旳主要特征是形成大小为 180～200bp特征性旳DNA ladders
细胞凋亡旳检测
◆TUNEL测定法（DNA断裂旳原位末端标识法，末端 脱氧核苷酸酶移换酶介导旳dUTP缺口末端标识测定法） ◆彗星电泳法（comet assay）：将单个细胞悬浮于琼脂 糖凝胶中，经裂解处理后，再在电场中进行短时间旳电 泳，并用荧光染料染色。 ◆流式细胞分析:凋亡细胞DNA发生断裂和丢失，呈亚 二倍体状态。
大分子合成 氧化磷酸化
ATP
细胞存活 DNA修复
细胞自噬 细胞自噬主要发生在个体遭遇营养危机旳时候和胚胎发育期间 单细胞和单细胞生物均可发生自噬 酵母磷脂酰基醇激酶（PI3K）信号途径
细胞外
PI3K
营养物质
凋亡 AKT 代谢底物
自噬 Tor
翻译 ATP
凋亡 自噬
PI3K AKT Tor
ATP
酵母细胞旳自噬信号途径
Caspase家族
Caspase本身以非活化旳Procaspase存在。一般旳蛋白酶活化时， 只是将N端旳肽段切除，而caspase旳活化则需要在两个亚基旳连接 区旳天冬氨酸位点进行切割，成果产生了由两个亚基构成旳异二聚 体而活化。
凋亡过程：激活期和执行期 激活期 (起始Caspase活化) :同性活化,酶元分子汇集成复合物到 达一定浓度时，彼此切割或者构象变化产生有活性旳二聚体形式。 执行期(执行Caspase活化)： 属异性活化，起始Caspase招募执 行Caspase酶原分子后，对其进行切割，产生具有活性旳执行 Caspase切割细胞内主要旳构造和功能蛋白，造成细胞凋亡。
13程序性细胞死亡与细胞衰老
二、细胞衰老的分子机理
（一）差错学派
代谢废物积累：如：脂褐质 自由基攻击：导致DNA、蛋白质变异，正常 细胞内存在清除自由基的防御系统：
酶系统：超氧化物歧化酶(SOD)，过氧化氢酶 (CAT)，谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)； 非酶系统：维生素E，醌类等电子受体。
（二）遗传论学派
又称老化，指细胞随着年龄的增加，机能和 结构发生退行性变化，趋向死亡的不可逆的 现象。 衰老和死亡是生命的基本现象，衰老过程发 生在生物界的整体水平、种群水平、个体水 平、细胞水平以及分子水平等不同的层次。
Hayflick界限(Hayflick Limitation）
概念：关于细胞增殖能力和寿命是有限的观点
小结
凋亡 胞体 胞膜 形 胞核 态 胞质 上 结果
坏死与凋亡的区别
坏死 变大 肿胀 溶解, 染色质裂解 为颗粒状, 散在分布 肿胀 细胞崩解 引起炎症反应 涉及周边大量细胞 组织结构被破坏
变小 皱缩 浓缩, 染色质固缩形成 块状小体, 位于膜下 浓缩 形成凋亡小体 无炎症反应 只影响散在单个细胞 组织结构不被破坏
胱冬肽酶在细胞凋亡中的作用：
•灭活细胞凋亡发生的抑制剂
•直接破坏裂解细胞结构 •裂解某些功能性的酶蛋白
（2）.细胞凋亡的两种基本途径
死亡信号途径 线粒体途径
2．Apaf-1
凋亡酶激活因子-1（apoptotic protease activating
factor-1），线虫的同源物为ced-4。
/
正常
胸腺细胞
凋亡
正常
胸腺细胞 凋亡
程序性细胞死亡
程序性细胞死亡（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：
第十三章 程序性细胞死亡与细胞衰老
第十三章程序性细胞死亡和细胞衰老名词解释1、白介素-1β转换酶interleukin-1β converting enzyme，ICECaspase-1,Caspase家族成员之一，线虫Ced3在哺乳动物细胞中的同源蛋白，催化白介素-1β前体的剪切成熟过程。
2、程序性细胞死亡programmed cell death，PCD是受到严格的基因调控、程序性的细胞死亡形式。
对生物体的正常发育、自稳态平衡及多种病理过程具有重要的意义3、凋亡复合体apoptosome凋亡分子Apaf-1与细胞色素c形成的复合体，相对分子量为（700-1400）x103，细胞质中Caspase-9的前体被招募到复合体上并发生自身切割活化，引起细胞凋亡。
4、凋亡小体apoptotic body细胞凋亡过程中断裂的DNA或染色质与细胞其他内容物一起被反折的细胞质膜包裹，形成的圆形小体。
凋亡小体被邻近细胞识别并吞噬。
5、端粒telomere位于染色体末端的重复序列，对染色体结构稳定、末端复制等由重要作用。
端粒常在每条染色体末端形成一顶帽子结构。
6、端粒酶telomerase含有RNA的反转录酶，能以自身RNA为模板，对DNA端粒序列进行延长而解决线性染色体末端复制问题。
7、衰老相关的β-半乳糖苷酶senescence associated β-galactosidase，SA β-gal衰老细胞中存在的pH6.0条件下即表现活性的β-半乳糖苷酶。
8、细胞凋亡apoptosis一种有序的或程序性的细胞死亡方式，是细胞接受某些特定信号刺激后进行的正常生理应答反应。
该过程具有典型的形态学和生化特征，凋亡细胞最后以凋亡小体被吞噬消化。
9、细胞凋亡抑制因子inhibitor of apoptosis细胞中天然存在的Caspase抑制因子家族。
所有成员都具有由70个氨基酸组成的BIR结构域，这一区域对抑制凋亡的作用是必须的。
10、细胞坏死necrosis细胞受到意外损伤，如极端的物理、化学因素或严重的病理性刺激而发生的细胞被动死亡形式。
细胞生物学第十三章程序性细胞死亡与细胞衰老
Caspase的种类：现已确定15种Caspase。 ①Caspase-1和-11主要负责白介素前体的 活化，不直接参与凋亡信号的传递。②凋 亡起始者，Caspase-2，-8，-9，-10，负 责切割执行者的前体，活化执行者。③凋 亡执行者，Caspase-3，-6，-7，活化后负 责切割细胞结构蛋白和调节蛋白。
体外培养细胞衰老的两个生物学特征：
①生长的不可逆性停滞，细胞停止分裂，
加用生长因子无效 ②衰老相关的β-半乳糖苷酶的活化
三、细胞衰老的分子机制
1、复制衰老的机制
真核细胞染色体末端端粒随细胞的分裂而 缩短。提出细胞衰老的 “有丝分裂钟”学 说（Harley,1990） 端粒酶通过逆转录维持端粒的长短。 p53蛋白在复制衰老中的作用。
2 有利于清除无用细胞 形态发生时，一 些遗迹随发育而凋亡。如尾芽和鳃的定期 消亡、蝌蚪退尾、人体性别的分化。
3 有利于清除发育不正常的细胞、有害细 胞。 作为自身的一种保护机制。
4 有利于清除完成正常使命的衰老细胞 如人红细胞、动物表皮细胞、胃肠道细胞 5 维持器官、组织细胞数目相对平衡 细 胞凋亡和细胞增殖是一个相反的过程，细 胞增殖低下和/或凋亡过盛，引起器官萎 缩，肿瘤发生既与细胞增殖过度有关，又 与细胞凋亡不足有关。
不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数 细胞来 源 可增殖 代数 人胚肺成 中年人成 老年人成 纤维细胞 纤维细胞 纤维细胞
40-60
20
2-4
Hutchinson-Gilford syndrome
二、衰老细胞结构的变化
1、细胞核的变化：核增大、核膜内折、染色质
固缩 2、内质网的变化:排列无序、趋于解体、总量减 少 3、线粒体的变化:数量减少、体积增大、多囊体 出现 4、致密体的生成:由溶酶体线粒体转化而来、衰 老细胞常见 5、细胞膜的变化:呈凝胶相或固相
第十三章 程序性细胞死亡与细胞衰老——翟中和细胞生物学
酵母细胞的程序性死亡
1.
酵母程序性死亡形态学特征及机制与动物细胞 凋亡类似。 还未发现类似动物细胞Caspase的关键执行因 子：
对拟南芥和酵母全基因组进行检索，未发现动物细胞 Caspase的同源分子——执行及调节因子与动物细胞发 生了结构上的区别。 动物细胞BcL-2家族成员在植物细胞中表达后，对植 物细胞的程序性死亡产生效应——存在结构不同而功 能类似的调节因子。
死亡细胞出的残余物被细胞壁固定在原位、不 是被周围细胞吞噬，而是被自身液泡中的水解酶 消化。
形态方面：
1、过敏反应 2、管状细胞分化程序性死亡
1、过敏反应(A)：染色质凝聚，DNA降解为50kb片段，细胞 质膜及液泡膜皱缩破裂，质壁分离，末期细胞内含物泄漏到 质体外。 2、管状细胞分化程序性死亡(B) ：细胞壁增厚，随着液泡膜的 破裂，核DNA被迅速降解，细胞内含物被水解消化，最后 仅剩下细胞壁。
3 细胞凋亡的形态学特征
◆凋亡的起始：细胞表面的特化结构如微绒毛消失， 细胞间接触的消失，但细胞膜依然完整；线粒体大体 完整，但核糖体逐渐从内质网上脱离，内质网囊腔膨 胀，并逐渐与质膜融合；染色质固缩，形成新月形帽
状结构等形态，沿着核膜分布。
◆凋亡小体的形成：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，为反折的细胞质膜 所包围。细胞表面产生了许多泡状或芽状突起，逐渐 形成单个的凋亡小体 ◆凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬并消化
二、植物细胞与酵母细胞 的程序性死亡
●植物细胞的程序性死亡 ●酵母细胞的程序性死亡
植物细胞的程序性死亡
植物细胞程序性死亡概述
植物细胞与动物细胞程序性死亡的差异
诱导植物细胞程序性死亡的因素
最新细胞生物学第13章细胞程序性死亡及细胞衰老-药学医学精品资料
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、动物细胞的程序性死亡 （一）动物细胞死亡的方式（Ways of Cell Death） 细胞死亡一般定义是：细胞生命现象不可逆的停 止。细胞死亡三种形式： （1）细胞凋亡（Apoptosis），又称细胞程序性死亡 （programmed cell death，PCD）：细胞在一定的生 理或病理条件下，主动的由基因决定的（按自身的 程序）自动结束生命活动的过程。 （2）细胞坏死（Necrosis）：由外部的化学、物理 或生物性因素的侵害而造成的细胞损伤和死亡。 （3）细胞自噬（autophagy）：细胞通过自噬小体 降解衰老的细胞结构和蛋白质等。
②凋亡小体（apoptotic bodies）的形成 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 细胞质膜所包围。细胞表面产生了许多泡状 或芽状突起，逐渐形成单个的凋亡小体。 ③凋亡小体逐渐为邻近的细胞所吞噬并消化 整个过程细胞质膜保持完整，细胞内容 物不会渗漏到细胞外环境，因而不会引起炎 症反应。
培养的年轻的和衰老的上皮样细胞形态
衰老（Aging /Senescence）和死亡(Death)是 生命的基本现象，衰老过程发生在生物界的 整体水平、种群水平、个体水平、细胞水平 以及分子水平等不同的层次。 至少从细胞水平来看，细胞衰老(Cellular aging)和细胞凋亡（Apoptosis）是新陈代谢 所必需的自然现象。 对细胞衰老和凋亡的探索有助于我们对于发 育过程的了解、疾病的防治（尤其是早衰症、 老年衰退性疾病、肿瘤、AIDS、AD型痴 呆）、细胞工程技术的改进。
细胞的两种死亡方式及比较
（二）细胞凋亡 1、细胞凋亡的概念和特征 A、细胞凋亡的概念 细胞凋亡（Apoptosis），又称细胞程序性死亡 （programmed cell death，PCD）：细胞在一 定的生理或病理条件下，主动的由基因决定 的（按自身的程序）自动结束生命活动的过 程。
第十三章程序性细胞死亡与细胞衰老.-长沙医学院
教学手段（请打√选择）：
板书√实物□标本□挂图□模型□投影√幻灯□录像□ CAI（计算机辅助教学）√
教学过程设计和教学内容：
本节课主要内容：程序性细胞死亡与细胞衰老
复习导入
上节课我们学习了细胞的增殖，特别是动物细胞的增殖方式，主要是有丝分裂，那么细胞能否无限的增殖呢？
第十三章程序性细胞死亡与细胞衰老
（二）细胞生理变化
1.胞内水分减少，细胞萎缩，体积变小，与正常细胞相比衰老细胞含水量明显下降细胞皱缩。
2.代谢速度减慢，生活力降低，检测发现有些酶的活性下降。
3.呼吸速率减慢，衰老细胞的呼吸强度下降。
三、衰老机制
细胞衰老学说（争议很多，没有确切的答案，现在普遍接受的是自由基学说和端粒学说。）
（一）氧化性损伤学说——衰老自由基理论
教学目的要求：
通过本章学习掌握细胞衰老、细胞凋亡的概念及基本特征；了解细胞衰老的分子机制；了解细胞凋亡的分子机制。
重点与难点：
重点：细胞衰老、细胞凋亡的概念及基本特征。
难点：细胞衰老和细胞凋亡的分子机制
教学方法（请打√选择）：
讲授法√讨论法□启发式√自学辅导法□练习法(习题或操作)读书指导法√ＰＢＬ（以问题为中心的教学法）□其他□
凋亡小体消失
凋亡小体被邻近的细胞或巨噬细胞识别吞食及消化。该过程一般较快，从凋亡开始到凋亡小体形成不过几分钟的时间，整个凋亡过程大约持续几个小时。
2、凋亡的生理意义及举例
（1）清除衰老、磨损、畸变、过剩等细胞，避免产生负担或是害处；
（2）调节生物体正常发育
（3）调节生命活动的一种不可缺少的机制，该调节一旦失败，可能导致机体疾病、畸形甚至死亡。
5.膜粘度增加，流动性降低
衰老细胞膜选择通透性改变，物质进出膜的速度下降，因为衰老或有缺陷的膜常处于凝胶相或固相，产生刚性体脂肪酸尾巴不能运动，膜流动性差；年轻健全的细胞膜具典型的液晶相，比较柔韧使脂肪酸尾巴可以自由运动。
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教学过程设计和教学内容：
本节课主要内容：程序性细胞死亡与细胞衰老
复习导入
上节课我们学习了细胞的增殖，特别是动物细胞的增殖方式，主要是有丝分裂，那么细胞能否无限的增殖呢？
第十三章程序性细胞死亡与细胞衰老
（二）细胞生理变化
1.胞内水分减少，细胞萎缩，体积变小，与正常细胞相比衰老细胞含水量明显下降细胞皱缩。
2.代谢速度减慢，生活力降低，检测发现有些酶的活性下降。
3.呼吸速率减慢，衰老细胞的呼吸强度下降。
三、衰老机制
细胞衰老学说（争议很多，没有确切的答案，现在普遍接受的是自由基学说和端粒学说。）
（一）氧化性损伤学说——衰老自由基理论
教学目的要求：
通过本章学习掌握细胞衰老、细胞凋亡的概念及基本特征；了解细胞衰老的分子机制；了解细胞凋亡的分子机制。
重点与难点：
重点：细胞衰老、细胞凋亡的概念及基本特征。
难点：细胞衰老和细胞凋亡的分子机制
教学方法（请打√选择）：
讲授法√讨论法□启发式√自学辅导法□练习法(习题或操作)读书指导法√ＰＢＬ（以问题为中心的教学法）□其他□
凋亡小体消失
凋亡小体被邻近的细胞或巨噬细胞识别吞食及消化。该过程一般较快，从凋亡开始到凋亡小体形成不过几分钟的时间，整个凋亡过程大约持续几个小时。
2、凋亡的生理意义及举例
（1）清除衰老、磨损、畸变、过剩等细胞，避免产生负担或是害处；
（2）调节生物体正常发育
（3）调节生命活动的一种不可缺少的机制，该调节一旦失败，可能导致机体疾病、畸形甚至死亡。
5.膜粘度增加，流动性降低
衰老细胞膜选择通透性改变，物质进出膜的速度下降，因为衰老或有缺陷的膜常处于凝胶相或固相，产生刚性体脂肪酸尾巴不能运动，膜流动性差；年轻健全的细胞膜具典型的液晶相，比较柔韧使脂肪酸尾巴可以自由运动。
13章 程序性细胞死亡和细胞衰老
调节因子（或者 抗凋亡蛋白）： 线虫：Ced-9 哺乳动物：Bcl-2 效应物为半胱氨酸蛋白酶，称为 caspases 1, 或 者 ICE (Ced-3) （线虫中） Apaf1(凋亡蛋白酶活化因子) or Ced-4, 促进 caspases 或者 Ced-3 活性
2、Bcl2 家族、线粒体与细胞凋亡
凋亡促进剂，亦可作抑制剂，可与 BCL-2，BCL-X 和 E1B19K 结合
凋亡抑制剂 凋亡促进剂，与 BCL-2 和 BCL-XL 结合 线虫中的凋亡抑制剂，BCL-2 同源物 腺病毒凋亡抑制剂，与 Bax 和 Bak 结合
2、细胞凋亡特征
（1）、形态学特征 ◆凋亡小体的形成： ◆凋亡的起始：细胞表面的特化
结构如微绒毛消失，细胞间接触的消 核染色质断裂为大小不等的片段，与某 失，但细胞膜依然完整；线粒体大体 ◆凋亡小体为邻近细胞吞噬并消化 些细胞器如线粒体一起聚集，为反折的 完整，但核糖体逐渐从内质网上脱 细胞质膜所包围。细胞表面产生了许多 离，内质网囊腔膨胀，并逐渐与质膜 泡状或芽状突起，逐渐形成单个的凋亡 融合；染色质固缩，形成新月形帽状 小体 结构等形态，沿着核膜分布 ◆凋亡细胞组织转谷氨酰胺酶tTG （tissue Transglutaminase）积累并达到较高水平 ◆凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬并消化
括发生染色质凝缩并逐步分布在核膜周围；细胞质浓缩, 膜泡形成 凋亡小体，最后被吞噬细胞吞噬和降解等)
● 执行死亡的4个基因： ced-3、ced-4、ced-9和egl-1
基因。
ced-4是细胞杀手, ced3,ced4基因促进细胞凋亡;ced-9是 存活因子,抑制细胞凋亡
程序性死亡的细胞之所以能够被吞噬细胞 识别和吞噬，是因为这些细胞的表面具有“将我 吃掉”的信号，这种信号在正常细胞的表面是不 存在的。研究得最清楚的被吞噬信号是存在于 程序化死亡细胞质膜脂双层外叶的磷脂酰丝氨 酸(phosphatidylserine)分子。
细胞生物学[第十三章程序性细胞死亡与细胞衰老]课程预习
![细胞生物学[第十三章程序性细胞死亡与细胞衰老]课程预习](https://img.taocdn.com/s3/m/8604ee2e58fb770bf78a5551.png)
第十三章程序性细胞死亡与细胞衰老衰老(aging，senescence，senility)又称老化，通常指生物发育成熟后，在正常情况下随着年龄的增加，机能减退，内环境稳定性下降，结构中心组分退行性变化，趋向死亡的不可逆的现象。
一、程序性细胞死亡(一)动物细胞的程序性死亡动物细胞的死亡方式主要包括三种：凋亡、坏死和自噬。
1．细胞凋亡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。
由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，所以也常常被称为细胞编程性死亡(programmed cell death，PCD)。
PCD最初是发育生物学中提出的概念，其含义是发育过程中(例如幼虫发育为成虫)发生的某类细胞(例如肌肉细胞)的大量死亡，而这种细胞死亡要求一定的基因表达。
(1)形态学特征。
1)凋亡起始。
该时期特征主要为：①骨架杂乱，细胞间接触消失，细胞间粘附力下降；②细胞质和核浓缩，显微镜下观察可发现细胞膜发泡，染色质凝集，一沿着核膜形成新月形帽状结构；③内质网腔膨胀，核糖体从内质网上脱落，伴随着这些变化凋亡小体逐渐形成。
2)凋亡小体形成。
随着细胞膜内折，染色质断裂成片断，染色质片断及线粒体等细胞器反折的细胞膜包围并逐渐分开，形成单个的凋亡小体。
3)凋亡小体消失。
凋亡小体被邻近的细胞或巨噬细胞识别吞食及消化。
该过程一般较快，从凋亡开始到凋亡小体形成不过几分钟的时间，整个凋亡过程大约持续几个小时。
(2)生化特征。
1)染色质DNA的降解：由于内源性核酸内切酶基因的活化和表达，激活核酸内切酶，使染色质DNA降解成片段大小有规律的(200bp的倍数)的寡核苷酸小体，在进行琼脂糖凝胶电泳时，可见特征性的梯状DNA条带(ladder)。
2)细胞内钙离子浓度的快速、持续的升高。
(3)细胞凋亡的生理意义。
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。
通过细胞凋亡，有机体得以清除不再需要的细胞，而不引起炎症反应。
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~95%
细胞凋亡的检测方法
（1）形态学观察 （2）DNA电泳 DNA （3）TUNEL测定法（DNA断裂的原位末端标记） 变化 （4）彗星电泳法（comet assay） （5）流式细胞分析
细胞色素C诱导细胞凋亡
Lane 1．0 h 2．1 h 3．2 h 4．3 h 5．4 h 6．Control
第十三章 程序性细胞死亡与细胞衰老
第一节 程序性细胞死亡 第二节 细胞衰老
6-8-2009
衰老
机体结构
细胞增殖
细胞分化
细胞凋亡
细胞信号转导
染色体
（DNA与蛋白质的相互作用）
第一节 程序性细胞死亡
细胞死亡往往受到细胞内某种由遗传机制决定的“死亡程序” 控制，所以也被称为程序性细胞死亡（programmed cell death, PCD）。
PRIZED Horvitz, and Sulston share Physiology or Medicine Nobel （2002） “for their discoveries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death”
（4）生死抉择：细胞凋亡的调控
1.
2.
1.
（4）生死抉择：细胞凋亡的调控
NF-κB, IAP, Bcl-2,
P53
（二）细胞坏死
细胞凋亡和细胞坏死的区别 a. 形态变化
b. 生理后果
（二）细胞坏死
（三）细胞自噬
自噬过程的信号调控途径
（一）植物细胞的程序性死亡
植物细胞PCD的分子机制还不甚清楚，与动物细胞相比，植物 死亡细胞的残余物被细胞壁固定在原位，不是被周围细胞吞噬，而 是被自身液泡中的水解酶消化。
细胞色素C的释放与Bcl-2蛋白家族（Ced9同源物）调控有关
Bcl-2蛋白家族
（3）Caspase非依赖性的细胞凋亡
AIF：凋亡诱导因子（apoptosis inducing factor）
（3）Caspase非依赖性的细胞凋亡
AIF：凋亡诱导因子（apoptosis inducing factor） Endo G: 限制性内切核酸酶G（endonuclease G）
使酵母细胞衰老。
细胞生物学课程安排
6月8日：细胞程序化死亡与细胞衰老 6月11日：细胞分化与基因表达调控（一） 6月15日：细胞分化与基因表达调控（二） 6月18日：细胞社会的联系 6月22日：复习
7．Marker
细胞凋亡的分子机制
物理性因子
生物因子
生物因子
化学性因子
Caspase 天冬氨酸特异性的半光氨酸蛋白水解酶
(1)存在于细胞质中具有类似结构的一类蛋白酶
Active site: Cysteine Cleavage site: Asparatic acid Cysteine Asparatic acid specific protease Aps-Xxx
（二）胁迫诱导的早熟性衰老
氧化性损伤理论: 该理论认为，代谢过程中产生的活性氧基团或分子（reactive oxygen species，ROS）引发的氧化性损伤的积累，最终导致衰老。 ROS主要有三种类型： ◆ O2-，即超氧自由基； ◆ OH-，即羟自由基； ◆ H2O2。 它们的高度活性引发脂类、蛋白质和核酸分子的氧化性损伤， 从而导致细胞结构的损伤乃至破坏。清除ROS，就可以延长寿命。
Hayflick界限： Hayflick的工作表明，细胞，至少是培养的细 胞，不是不死的，而是有一定寿命的；他们的增殖能力不是无限的， 而是有一定的界限，这就是著名的Hayflick界限。
细胞衰老过程形态结构方面的变化
主要表现在细胞皱缩，膜通透性、脆性增加，核膜内折， 细胞器数量特别是线粒体数量减少，胞内出现脂褐素等异常物 质沉积，最终出现细胞凋亡或坏死。
Apoptosis
Necrosis
细胞凋亡的生理意义
细胞凋亡对个体的正常发育，自稳态的维持，免疫耐受的形成，肿瘤监控等多种生 理及病理过程具有重要意义。 In development, homeostasis, tumor surveillance, and the function of the immune system.
（一）细胞核的变化：核增大，核膜内折，染色质凝聚、固缩、碎 裂、溶解
（二）内质网的变化：rER总量减少 （三）线粒体的变化：数量减少，体积增大 （四）致密体的生成：由溶酶体或线粒体转化来 （五）膜系统的变化：粘度增加，流动性降低 此外，细胞间的间隙连接减少，连接的膜内颗粒聚集体变 小。
（一）复制衰老的机制
① 由死亡受体起始的外源途径
DD: 死亡结构域（death domain） DED：死亡效应结构域（death effector domain）
DISC：死亡诱导信号复合物 （death inducing signaling complex）
（2）Caspase依赖性的细胞凋亡
② 由线粒体起始的内源途径
（一）细胞凋亡
1. 细胞凋亡的概念和特性
2. 细胞凋亡的生理意义
3. 细胞凋亡的检测方法 4. 细胞凋亡的分子机制
诱导凋亡的因子 （1）Caspase （2）Caspase依赖性的细胞凋亡
（3）Caspase非依赖性的细胞凋亡
（4）生死抉择：细胞凋亡的调控
细胞凋亡的形态学特征
凋亡的起始
细胞表面：特化结构消失，细胞间 接触消失； 细胞膜：完整，保持选择通透性； 细胞质：线粒体大致完整，核糖体脱 离内质网，内质网膨胀与质膜融合； 细胞核：染色质固缩，沿核膜分布。
一、动物细胞的死亡
（一）细胞凋亡(apoptosis) （二）细胞坏死(necrosis) （三）细胞自噬(autophagy)
二、植物细胞与酵母细胞的程序性死亡(自学)
（一）植物细胞的程序性死亡 （二）酵母细胞的程序性死亡
1090 –131= 959(cells)
1. 细胞凋亡的概念和特性
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，也常 常被称为细胞程序死亡（programmed cell death， PCD）。凋亡细 胞将被吞噬细胞吞噬，不引起炎症反应。
在过敏反应中：可观察到染色质凝聚，DNA 降解为50Kb片段， 细胞质膜及液泡膜皱缩破裂，质壁分离，末期细胞内含物泄露到质 外体中。 在管状细胞分化的PCD过程中，细胞壁增厚，随着液泡膜的破 裂，核DNA被迅速降解，细胞内含物被水解消化，最后仅剩细胞壁。
能诱导植物细胞发生PCD的因素有多种，主要包括活性氧和植 物激素等。
细胞凋亡的生理意义
细胞凋亡对个体的正常发育，自稳态的维持，免疫耐受的形成，肿瘤监控等多种生 理及病理过程具有重要意义。 In development, homeostasis, tumor surveillance, and the function of the immune system.
凋亡小体（apoptotic bodies）的形成
细胞表面：发泡，泡状或芽状突起逐 渐分离形成单个的凋亡小体 核染色质断裂成片段，与细胞器一起 被细胞质膜包被。
凋亡小体被邻近吞噬细胞吞噬
特点：细胞质膜保持完整。内含物不 外泄，也不引发肌体的免疫反应。
细胞凋亡的形态学特征
正常细胞
凋亡过程、凋亡小体
细胞凋亡与细胞坏死的形态学对比
（三）单细胞生物的衰老
芽殖 酵母细胞核糖体rRNA基因，通过同源重组，一个环形拷
贝的rDNA从染色体上分离出来形成ERC（染色体外的环形DNA — —extra chromosomer DNA cycle），ERC在其后的细胞周期中不
断复制。在酵母细胞有丝分裂后期，ERC几乎不进入子细胞，而在
母细胞中逐代积累，可达到约1000个拷贝。推测ERC的积累掠夺了 DNA正常复制和转录所需的重要物质，从而抑制了细胞的生长，
(2) 哺乳动物细胞Caspase家族成员
白介素前提活化：-1， -4 凋亡起始者：-2，-8，-9，-10，-11
凋亡执行者：-3，-6，-7
应答死亡信号， 起始Caspase 活化
执行细胞死亡程序
执行Caspase的底物 核酸内切酶，细胞支架蛋白，核酸内切 酶，参与DNA修复的酶（PARP）
（2）Caspase依赖性的细胞凋亡
第二节 细胞衰老
一、细胞衰老的概念及特征 二、细胞衰老的分子机制
（一）复制衰老的机制 （二）胁迫诱导的早熟性衰老 （三）单细胞生系（自学）
一、细胞衰老的概念及特征
细胞衰老（cell ageing, cellsenescence）一般含义是复制衰老 （replicative senescence, RS），指体外培养的正常细胞经过有限次 数的分裂后，停止分裂，细胞形态和生理活动发生显著改变的现象。
（二）酵母细胞的程序性死亡
酵母细胞PCD的形态学特征与动物细胞凋亡类似：DNA 发生凝 聚、边缘化和断裂，细胞色素c从线粒体释放等。 研究表明酵母细胞PCD机制与动物细胞的凋亡机制有类似之处。 但还未发现类似动物细胞Caspase的关键执行因子。 酵母PCD的生理意义，有研究者认为单细胞生物“主动自杀” 能够清除适应不良的个体以及控制群体的数量，特别是在应急状态 下能够将有限的营养供给具有最佳适应性的个体。