细胞的衰老和死亡

4. 胱-天蛋白酶基因超家族（Caspase Gene Superfamily）
端粒，端粒酶与肿瘤
正常情况下人类体细胞端粒酶的检测结果是 阴性的，但在400 个肿瘤样品中，85%以上能检测 到端粒酶的存在。细胞的端粒酶活性因某些原因 被激活，使端粒不断维持在一定的长度，细胞因 此逃过死亡而成为无限增殖的细胞——肿瘤细胞。
从端粒酶出发治疗肿瘤？
1.端粒酶活性与恶性肿瘤的这种密切关系，为肿瘤的诊 断提了有效的标志物。端粒酶是正常细胞转变为肿瘤 细胞的关键性物质，是抗肿瘤治疗的重要靶点，而且 ，正常细胞与肿瘤组织中端粒酶的表达、端粒的长度 和细胞动力学的差异，使得选择端粒酶作为药物靶标 成为相对安全的治疗手段。
多利死因的猜想
1.线粒体DNA突变 自由基 mtDNA
2.端粒
细胞死亡的概念
细胞因受严重损伤而累及胞核时，呈现代 谢停止、结构破坏和功能丧失等不可逆性 变化，此即细胞死亡。 引起细胞死亡的因素：内因、外因 根据细胞死亡模式不同可将细胞死亡分为
坏死（necrosis）
凋亡（apoptosis）
细胞坏死
（5）脂类：不饱和脂肪酸被氧化，引起膜脂之间或 与脂蛋白之间交联，膜的流动性降低。
三、细胞衰老的学说
差错学派（Error theories）和遗传学派 （Genetic /Programmed theories）
前者强调衰老是由于细胞中的各种错误积累引起的， 后者强调衰老是遗传决定的自然演进过程。
细胞衰老和死亡
第八组： 李颖 赵婷 付金键 顾士栋 阎昊 邹君
人最宝贵的东西是生命。生命对于我们只有一次。一个人的 生命应当这样度过：当他回首往事的时候，也不因虚度年华而悔 恨，也不因碌碌无为而羞愧。
人Leabharlann Baidu衰老时，身体各部分功能都发生衰老。
如: 一名男子从 36 岁到 75 岁
味觉丧失
64％
肾小球减少
细胞凋亡的形态学特征
细胞体积缩小、连接消失、与周围的细胞脱 离，染色质聚集、核质边缘化，胞质凝缩、 密度增加，核断裂，胞膜有小泡状形成，胞 膜结构仍然完整，形成凋亡小体，凋亡小体 可迅速被周围专职或非专职吞噬细胞吞噬。
细胞凋亡的生化特征
膜内侧磷脂酰丝氨酸外 翻到膜表面，线粒体膜 电位消失，通透性改变， 释放细胞色素C到胞浆， 核酸内切酶活化，导致 染色质DNA在核小体连 接部位断裂，形成DNA 降解成为约180bp-200bp 整倍数的片段。
差错学派：细胞衰老是各种细胞成分在受到内外环 境的损伤作用后，因缺乏完善的修复，使“差错” 积累，导致细胞衰老。
遗传学派：认为衰老是遗传决定的自然演进过程， 一切细胞均有内在的预定程序决定其寿命，而细胞 寿命又决定种属寿命的差异，外部因素只能使细胞 寿命在限定范围内变动。
自由基学说：
通过氧化损伤不饱和脂肪酸、蛋白质和破坏 DNA，而引发对细胞膜、核膜、蛋白质等的氧化性 损伤，最终导致衰老。
3. Bcl-2基因超家 族（Bcl-2 Gene Superfamily）
Bcl-2基因定位 于人第18号染色体 上，与线虫的Ced-9 基因同源，能编码 26kD的Bcl-2α和 22kD的Bcl-2β两种 蛋白。Bcl-2基因为 凋亡抑制基因，其 表达产物是膜整合 蛋白。

Bcl-2（Bcl-XL）蛋 白具有下列抗凋亡作
9岁的波恩
端粒telomere钟学说：
端粒长度随着分裂次数增加而缩短，当缩短到一 定程度的时候细胞就不复制，细胞进入衰老的过程。
20世纪30年 MeClintoek和 Muller 玉米和果蝇 端粒
20世纪70年代 Olovnikow 细胞分裂程序的中止与端粒复制
2009年 诺贝尔奖 Elizabeth H．Blackburn Carol W．Greider Jack W．Szostak
2.还有一些问题需要解决：
1)端粒酶的激活与肿瘤发生之间是因果关系还是相关 关系尚需进一步研究；
2)端粒酶在正常细胞无活性，但在生殖细胞、造血干 细胞及T、B淋巴细胞中均有酶活性，该方法可能对生 殖、造血及免疫系统有影响；
3)端粒长度的维持可能有其他途径，如果这些途径被 激活，端粒酶抑制疗法将失败．
膜的流动性降低，脆性增加。
衰老细胞的形态变化
（二）生化方面的改变
（1）DNA：复制与转录受到抑制，端粒DNA丢失， 线粒体DNA特异性缺失，DNA氧化、断裂、交联等。
（2）RNA： mRNA和rRNA的含量降低。
（3）蛋白质：含量下降，胞内蛋白发生糖基化、氨 甲酰化、脱氨基等反应。
（4）酶分子：活性中心被氧化，金属离子Ca2+、 Zn2+、Mg2+、Fe2+等丢失，导致酶失活。
二、凋亡诱导因子 1.生理性诱导因子 2.与损伤相关的因子 3.与治疗相关的因子
细胞凋亡的生理学意义
凋亡现象普遍存在于人类及多种动植物中， 是多细胞生物体个体正常发育、维持成体 组织结构不可缺少的部分，贯穿于生物全 部的生命活动中，是保证个体发育成熟所 必需的过程。
例：哺乳动物神经系统的发育过程
在细胞凋亡的过程中往 往还有新的基因的表达 和某些生物大分子的合 成作为调控因子。
细胞凋亡的过程
1.凋亡的起始 细胞膜：表面特化结构（如微绒毛）消失，胞间 接触消失，细胞膜依然完整。 细胞质：线粒体大体完整，核糖体从内质网脱 落, 内质网囊腔膨胀并与质膜融合。 细胞核：染色质固缩，沿核膜分布。
（一） 细胞衰老与机体衰老的关系
细胞衰老与人体衰老既有联系又有区别： 1.区别：细胞衰老与人体衰老是两个不同的概念。
2.联系：机体衰老以细胞总体的衰老为基础，细 胞总体的衰老反应了机体的衰老。
（二）体内各类细胞的寿命不同
1.更新组织细胞 如上皮细胞、血细胞。
2.稳定组织细胞 如肝脏、肾脏细胞和胃壁细胞。
合成端粒DNA，实现了端粒长度的延伸。 肿瘤细胞是具备无限增殖和生长能力的永生细胞， 端粒长度以及端粒酶在其中扮演重要角色。
端粒，端粒酶与细胞衰老
1.端粒长度和细胞衰老 2.端粒酶活性与细胞衰老
沈自尹等通过实验研究发现中药淫羊霍总黄酮具有保 护衰老细胞端粒长度缩短作用。通过中药有效成份调 节端粒长度的缩短而保护衰老细胞是更安全的治疗措 施。
一旦正常的细胞凋亡过程受到破坏，将引 起一系列的疾病，包括癌症、感染性疾病、 自身免疫性疾病等。
细胞凋亡与坏死的主要特征比较
细胞凋亡的相关基因及其蛋白
Ced基因家族（Ced Gene Family） Ced基因家族是线虫的细胞凋亡相关基因，包
括Ced-3、Ced-4、Ced-9等。其中，Ced-3基因编码 产物与人半胱氨酸蛋白酶（如ICE）同源，Ced-4基 因编码产物与人Apaf-1蛋白同源，Ced-9的编码产物 与人的bcl-2有同源性。
用：①能抑制线粒体 PT孔（通透性转变孔） 开放，减少Cyt c和凋 亡诱导因子（AIF）的 释放；②能结合和灭 活Apaf-1，阻断其对 caspase-9活化；③能 特异地结合Cyt c，阻 止其诱导细胞凋亡。
现已发现至少存在29个Bcl-2基因的同源物， 它们在线粒体介导的凋亡途径中起调控作 用。 Bcl-2蛋白家族成员都含有1~4个Bcl-2 同源结构域（BH1~4），并且通常有一个羧 基端跨膜结构域（transmembrane region， TM）。
3.恒久组织细胞 如神经细胞、骨骼细胞和心肌细胞。
4.可耗尽组织细胞 如卵巢实质细胞。
（三）细胞在体外培养条件下的寿命
动物
培养细胞传代 寿命（年）
小鼠（成纤维细胞）
14-28
3.5
鸡（成纤维细胞）
25
30
龟（成纤维细胞） 人（胚胎成纤维细胞） 人（新生儿成纤维细胞） 人（青年成纤维细胞）
90-125 50~60 30~40 20~30
端粒的结构和功能
染色体端粒是位于真核细 胞染色体末端一种特殊结 构，由端粒DNA和端粒蛋白 质组成。端粒DNA是高度保 守的重复核苷酸序列。人 的端粒DNA重复序列是5’TTAGGG-3’。重复长度达 15lkb。不具有编码蛋白质 的功能；端粒DNA的3’末 端较5’末端长12—16bp。
端粒酶的结构和功能
一般说来，BH4是抗凋亡蛋白所特有的结 构域，BH3则是与促进凋亡有关的结构域。 因此，根据结构不同，Bcl-2家族成员中， 有些具有抗凋亡活性，有些则具有促凋亡 活性。
根据功能和结构可将Bcl-2家族分为两大类：①抗 凋亡的（anti-apoptotic）：如Bcl-2、Bcl-xL、Bclw、Mcl-1等。②促凋亡的（pro-apoptotic）：包括 多结构域的（如Bax、Bak、Bok）和只有BH3结 构域的（如Bad、Bid、Bim、Bik等）两个亚类 （图6~7）。

Ced基因家族的表达产物中，Ced-3和Ced-4能 促进细胞凋亡；而Ced-9能与Ced-3和Ced-4形成 复合物并抑制其活性，从而抑制细胞凋亡
2. rpr基因（rpr Gene）
rpr基因是果蝇的凋亡相关基因，该基 因编码一种与Fas的DD结构域同源的小分子 多肽，以Fas介导凋亡类似的方式激活 ICE/Ced-3样蛋白酶，促进细胞凋亡。
端粒酶是一种核糖核蛋白，具有逆转录活性，不需DNA聚合 酶就可以与自身携带的RNA模板合成端粒序列，其活性可以 通过调控端粒酶的成分或蛋白质成分来实现。端粒酶在多 个物种中均存在，是目前发现的参与端粒长度保持最重要 的酶，主要由一段RNA(端粒RNA)和端粒酶催化亚基(TERT) 组成。
端粒酶：集天使与魔鬼于一身
44％
肾小球过滤率减少 31％
脊神经元减少
37％
神经传导速度减慢 10％
脑供血量减少
20％
肺活量减少
44％
第一节 细胞衰老
一、 细胞衰老的概念
衰老，是时间依赖性的缓慢进程，主要是机体 内部结构的衰变，是以细胞的生理功能衰退或丧失 而实现的。
细胞衰老：是指正常细胞的形态结构、化学成 分和生理功能和增殖能力逐渐减弱衰退的现象。
细胞坏死的形态学改变由酶性消化和蛋 白质变性引起
参与细胞坏死的酶如果来源于细胞本身 的溶酶体则称为细胞自溶（autolysis）
若来源于浸润坏死组织内白细胞的溶酶 体则称为异溶（heterolysis）
细胞凋亡
是指为维持内环
境稳定，由基因控 制的细胞自主的有 序的死亡。由于细 胞凋亡受到严格的 由遗传机制决定的 程序化控制，所以 也被称为程序性细 胞死 亡programmed cell death,PCD 。
自由基：是一类瞬间形成的含不成对电子的原 子或分子基团。
自由基的来源：
１.体外：空气污染、高温、辐射等
２.体内：代谢产生；线粒体呼吸链电子泄漏产 生；过氧化物酶体催化底物羟化产生。
遗传程序论：衰老是遗传因素决定的程序化过
程，是受特定基因控制的。
成 人 早 衰 症
婴 幼 儿 早 衰 症
12岁的男孩塞斯·库克
175 100~
人（成年成纤维细胞）
10~30
Hayflick界限：正常细胞增殖能力是有一定界限 的，细胞最大的分裂次数即Hayflick界限。
二、细胞衰老的表现
（一）形态学的变化
（1）细胞核的变化 核膜内折、核质固缩。
（2）内质网和线粒体的变化 内质网弥散分布，尼氏体含量减
少；线粒体数量减少。 （3）细胞内色素或腊样物质沉积 （4）膜系统的变化
Bcl-2蛋白主要定位于线粒体外膜，可与促凋亡 蛋白形成复合体，抑制其作用，因而具有拮抗促 凋亡蛋白的功能。而大多数Bcl-2家族的促凋亡蛋 白则主要定位于细胞浆，一旦细胞受到凋亡因子 的诱导，即可向线粒体膜转位。

这些促凋亡蛋白通过 寡聚化，在线粒体外 膜形成跨膜通道 ；
或者开启线粒体的通 透性转变孔 （permeability transition pore，PT）， 促使线粒体内的凋亡 因子（cyt c）释放， 激活蛋白水解酶 caspase，引发细胞凋 亡。
2.凋亡小体的形成 细胞内部: 染色质断裂，与线粒体等细胞器聚 集，为反折的细胞膜所包围。 细胞外观: 出芽形成凋亡小体。
3.凋亡小体被吞噬消化 形成的凋亡小体最终通过特异识别，被邻近的细胞 如巨噬细胞或上皮细胞所吞噬。
细胞凋亡的影响因素
一、凋亡抑制因子 1.生理性抑制因子 2.病毒基因 3.其他