细胞生物学 14.细胞衰老

端粒缩短引发细胞衰老


48
第二 节
一、端粒缩短—复制性衰老
端粒长度与细胞分裂次数
49
第二 节
一、端粒缩短—复制性衰老
端粒酶与端粒长度

பைடு நூலகம்
端粒酶（telomerase): 1985年Blackburn等在四膜虫中首次发现； 1989年Morin等在人HeLa细胞中发现
50
第二 节
一、端粒缩短—复制性衰老

线粒体功能障碍,细胞能量代谢降低

线粒体DNA (mtDNA)突变
食物、环境中的物理、化学因素导致核苷酸烷基化、
DNA链断裂等
mtDNA裸露、氧化应激、缺乏有效的修复酶、进化
速率快等内部因素

呼吸链功能受损，生物供能效率降低
19
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
(二) 细胞器的变化—线粒体：
人类早老症患者，通常只能活 到7岁到20岁.
患病率：1 / 800万新生儿
（Hutchinson- Gilford progeria syndrome，HGPS）郝吉早衰综合症
10
概述
人体的衰老
早老症 (progeria)
11
概述
人体的衰老
Werner氏综合征
一个37岁的成人早衰症患者 引自http://www.nejm.org on
46
第二 节
一、端粒缩短—复制性衰老
端粒缩短： DNA复制中的“末端复制问题”
DNA聚合酶不能从头合成DNA ，须由RNA引物引 导来开始自身的复制过程，引物降解后，新合成的 DNA链的5′端留下一段无法填补的缺口，使染色体 末端的碱基对缓慢地丢失
47
第二 节
一、端粒缩短—复制性衰老
人类正常体细胞端粒较短，随着DNA复制，部 分端粒序列丢失、长度缩短，当缩短到一定长度 时，引发DNA损伤应答反应，激活p53通路，导 致持久的细胞周期停滞，进入衰老过程 复制性细胞衰老
光镜：1-3μm棕黄色颗粒；
荧光镜：自发荧光，淡黄至橙红色
33
第一 节
二、衰老细胞的主要特征
细胞周期停滞
细胞丧失增殖能力，即发生生长停滞
永久性的生长停滞：受到特定的生理信号刺激时也不 能进行细胞增殖 大多数成纤维细胞停滞在G1期
仍然具有代谢活性
34
细胞周期运行的关键调控分子
35
25
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
(三) 细胞骨架体系的改变
微丝体系的结构、成分发生变化，G－
actin含量下降，微丝数量减少
26
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
(四) 细胞核的改变
核体积增大，核膜内折 核纤层Lamin A基因突变—
早老症
27
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
40
第一 节
三、衰老细胞的代谢
衰老相关的分泌表型(SASP)

细胞因子和趋化因子：IL-1/6/8、巨噬细胞炎性蛋白 ( MIP)； 生长因子：肝细胞生长因子 ( HGF)、转化生长因子 ( TGF-β) 和血管内皮生长因子( VEGF) 等； 蛋白酶：基质金属蛋白酶( MMP) 和组织蛋白酶 Cathepein B等； Fas和TNFR1等可溶性或脱落的受体/配体； 一氧化氮等非蛋白类可溶性分子

线粒体数量减少

损伤的线粒体得不到有效清除

新生的线粒体数目降低
20
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
(二) 细胞器的变化—线粒体：

线粒体结构发生改变，嵴排列紊乱 内膜通透性增强
21
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
(二) 细胞器的变化—内质网、高尔基体

结构不规则、肿胀呈现出空泡状 粗面内质网失去核糖核蛋白体颗粒
56
第二 节
二、应激诱导的早熟性衰老
衰老是一种细胞应对细胞内、外环境各种刺激 因素的应答反应。
57
第二 节
(四) 细胞核的改变
异染色质异常凝集，呈点状聚集：称为衰
老相关异染色质聚集(senescenceassociated heterochromatic foci， SAHF)
28
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
(四) 细胞核的改变
富含HP1
(heterochromatin protein 1)、 H3K9Me等蛋白，
52
第二 节
一、端粒缩短—复制性衰老
端粒酶活性与细胞寿命
端粒酶对细胞增殖能力的影响
53
第二 节
一、端粒缩短—复制性衰老
端粒酶活性与细胞寿命

精原细胞、干细胞和肿瘤细胞中端粒酶活性较高， 正常体细胞中端粒酶的活性很低，呈抑制状态。
54
端粒酶活性与肿瘤细胞的产生
55
第二 节
二、应激诱导的早熟性衰老
Stress-induced premature senescence, SIPS
电离辐射、紫外线、活性氧应激、毒素、营养 失衡、癌基因活化或抑癌基因失活等多种刺激 因素都可以触发细胞衰老，且这类衰老的出现 阶段通常发生在端粒缩短之前，因此将细胞内 、外各种应激因素所触发的衰老称之为应激诱 导的早熟性衰老

高尔基体的加工、分泌及运输等功能衰退
22
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
(二) 细胞器的变化—溶酶体

衰老相关β- 半乳糖苷酶(senescenceassociated β galactosidase, SA-β-gal) 酶活性 提高 由GLB1基因(溶酶体β- 半乳糖苷酶基因) 编码 在衰老细胞中pH6.0表现出活性，加入底物即可 显色 其表达随细胞代龄的增加而增多，是细胞衰老研 究中常用的生物学标记物之一
端粒酶（telomerase):
一种核糖核酸蛋白（ribonucleoprotein，RNP)复 合物,由小分子RNA和蛋白质组成； 特殊的逆转录酶； 以自身RNA为模板合成新的端粒DNA序列。
51
DNA polymerase α
Molecular Biology of the Cell. Fourth Edition. Alberts et al. p264
性的老化
机体的细胞和器官功能出现不可逆转地、全面地、逐 渐地丧失
7
概述
人体的衰老
生理性衰老

组织器官水平的衰老
胶原分子间形成的连接数目伴随增龄而逐渐增多;
纤维结构变硬，逐渐失去弹性及柔软性;
蛋白聚糖总量逐渐减少、糖链所占比重下降、肽链所 占比重相对增加，导致组织的保水能力及弹性减弱；
妨碍细胞与血管间的物质交换，削弱细胞的正常功能;
4
概述
衰老 (senescence)
生物界生命轨迹的多样性
5
概述
人体的衰老
生理性衰老：生物体自成熟期开始，机体的 形态结构与生理功能随增龄而发生不可逆的 退行性变化，表现出具有遗传性、普遍性、 累积性、持续渐进性和危害性的生命过程
6
概述
人体的衰老
生理性衰老

整体水平的衰老 成熟机体的形态和生理功能随着年龄增加而发生进行
cellular senescence）
复制性细胞衰老（replicative

这种因在细胞分裂过程中反复的DNA复制所造 成的端粒缩短而引发的细胞衰老，称作复制性细 胞衰老 一种有效的抑制肿瘤发生的机制 存在种属特异性

45
第二 节
一、端粒缩短—复制性衰老
端粒：
端粒(telomere)
分裂中期的染色体
31
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
(五) 其它变化
脂褐素（lipofuscin）
随年龄增长在各种组织细胞内的含量增加；
主要成分为脂类、蛋白质和抗水解有色物质；
在细胞内堆积引起细胞质结构比例改变； 持续积累影响细胞的代谢
32
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
(五) 其它变化
脂褐素（lipofuscin）
细胞衰老
概述
第一节 细胞衰老的特征
第二节 细胞衰老的诱发因素及其作用机制
第三节 细胞衰老的意义 第四节 抗衰老的研究
2
概述
衰老的概念；
生物界衰老的多样性； 人体的衰老；
细胞衰老
3
概述
衰老 (senescence)
又称老化 (aging): 指在正常状况下生物体 自发育成熟后，随着年龄的增加自身机能减 退，内环境稳定能力与应激能力下降，导致 与年龄相关的死亡率的增加和生殖率的下降
P16
P16对G1/S 期过渡的影响
细胞周期检验点
37
P53使DNA受损细胞发生周期阻滞或凋亡
第一 节
二、衰老细胞的主要特征
细胞周期停滞
细胞丧失增殖能力，即发生生长停滞
永久性的生长停滞：受到特定的生理信号刺激时也不 能进行细胞增殖 大多数成纤维细胞停滞在G1期
仍然具有代谢活性
41
第一 节
衰老细胞的特征
42
第二节 细胞衰老的诱发因素及作用机制
端粒缩短或破坏—复制性衰老 应激诱导的早熟性细胞衰老

DNA损伤信号诱导的衰老 活性氧或氧化应激诱导的衰老

癌基因诱导的衰老
p53通路 p16-pRb通路 GATA—NF-κB 通路
43
细胞衰老的分子机制



第二 节
39
第一 节
三、衰老细胞的代谢
secretory phenotype (SASP)
衰老相关的分泌表型 senescence-associated

细胞衰老是细胞应对各种刺激因素产生的一
种应答机制，持久应激的衰老细胞可分泌多
种因子影响其周围的细胞及微环境，在肿瘤 发生、机体老化和组织修复等方面发挥作用
导致高血压、关节硬化、皮肤皱纹等.
8
概述
人体的衰老
病理性衰老：由于疾病或异常因素所导致衰 老的加速，也称异常衰老。
早老症
(progeria)
Werner氏综合征
9
概述
人体的衰老
早老症 (progeria)
常见症状及体征：皮肤菲薄、荨 表静脉显露、眉毛睫毛缺乏、鸟 喙样鼻、扇风耳、唇薄 常有高血脂症、动脉硬化症， 进而引起心、肾、脑病变.
一、端粒缩短—复制性衰老
cellular senescence）
复制性细胞衰老（replicative

人类正常体细胞端粒较短，随着DNA复制，部 分端粒序列丢失、长度缩短，当缩短到一定长度 时，引发DNA损伤应答反应，激活p53通路，导 致持久的细胞周期停滞，进入衰老过程。
44
第二 节
一、端粒缩短—复制性衰老
12
概述
人体的衰老
发生在几乎所有类型的细胞，包括生殖细胞 系和干细胞 不同类型的细胞衰老的特点和结果不同

不再进行分裂增殖的终末分化细胞: 表现为丧失 细胞完全分化所获得的特定功能；

具有分裂增殖能力的细胞: 表现为停止细胞分裂
13
第一节 细胞衰老的特征
细胞衰老的概念 Hayflick界限 衰老细胞的形态、结构的变化
正常的人体细胞在体外培养时，不能无限增 殖，其分裂次数存在一个极限值，此值称为 “Hayflick极限”（Hayflick limit），亦称 为最大分裂次数。 1961年L. Hayflick 体外培养人成纤维细胞 (fibroblasts)时发现此现象
16
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
衰老细胞的特征—细胞周期停滞
衰老细胞的代谢
14
第一 节
细胞衰老 (cellular senescence)
是指原来具有分裂能力的细胞逐渐失去分 裂增殖能力，进入持续的、不可逆转的分 裂停滞状态，但仍保持代谢活性的过程。
15
第一 节
Hayflick极限 (Hayflick Limit)
29
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
(五) 其它变化
蛋白质内稳态丧失
分子伴侣表达失衡，蛋白质折叠和稳定性下降
泛素蛋白酶体系统和自噬-溶酶体系统功能下降，
蛋白降解系统失常，未折叠、错误折叠蛋白大量
聚集
30
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
(五) 其它变化
蛋白质内稳态丧失
分子伴侣表达失衡，蛋白质折叠和稳定性下 降； 泛素蛋白酶体系统和自噬-溶酶体系统功能 下降，蛋白降解系统失常，未折叠、错误折 叠蛋白大量聚集；
A
A 年轻细胞
B
体外培养的人成纤维细胞 B 衰老细胞
17
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
(一) 细胞膜系统的改变
衰老细胞膜流动性降低
磷脂含量降低，胆固醇与磷脂的比值上升
卵磷脂和鞘磷脂比例降低
膜蛋白的运动、功能受到限制
18
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
(二) 细胞器的变化—线粒体：
23

第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
(二) 细胞器的变化—溶酶体

衰老相关β- 半乳糖苷酶(senescenceassociated β galactosidase, SA-β-gal) 酶活性 提高
24
第一 节
一、衰老细胞形态、结构的变化
(二) 细胞器的变化—溶酶体

溶酶体内其他蛋白水解酶活性下降 被降解物质沉积在细胞内形成脂褐素