衰老和死亡分析

3.细胞衰老的端粒假说
• 人类染色体端粒是由250～1500个进化上高度保守 的 TTAGGG 重复顺序组成，是由端粒酶催化合成的。 • Harley 等发现人体内成纤维细胞端粒每年约缩短 14～18bp，而外周血淋巴细胞则每年缩短33bp。 • 正常人二倍体成纤维细胞在体外培养时随代数的 增加，细胞中的端粒以一定速率缩短，DNA每复制 一次，端粒就缩短一段。 • 人体血细胞与皮肤细胞端粒长度也随增龄而相应 缩短。因此，端粒记录着细胞的年龄并预示它死 亡的时限。
凋亡 生 化 带 上 由内切酶切为 180bp或其倍数的片段 电泳结果 “梯状”条带 酶 大分子 合成 核酸内切酶等的激活 RNA和 蛋白质的合成 DNA
坏死 不规则断裂 片段大小不一 “弥散”条 无酶的激活 无
三、细胞凋亡的基因调控
• 生存基因 促进细胞增殖的基因(c-myc、c-abl、ras ) 促进细胞存活的基因(bcl-2、EIB、c-kit ) • 死亡基因 细胞增殖的抑制基因(p53、RB、WT-1) 促进细胞死亡的基因(Bax、ICE、TRPM/SGP-2)
体外培养细胞的传代数与来源物种的 寿命呈正比关系
如：体外培养不同物种的胚胎成纤维细胞：
• 小鼠细胞可传12代，而其个体寿命约3年；
• 小鸡细胞可传25代，其个体寿命近30年；
• 龟细胞可传140代，其个体寿命约200年。
体外培养细胞的传代数 与其来源个体的年龄成反比关系
• 如：体外培养人胚胎的成纤维细胞可传40-60代； • 出生至15岁以下的成纤维细胞可传20-40代；
7．Marker
◆细胞凋亡的主要特征是形成大小为 180～200bp特征性的DNA ladders
凋亡的过程：
Ａ、细胞首先变圆，与邻近细胞脱离。 Ｂ、染色质固缩，常聚集于核膜呈境界分明颗粒， 块状、或新月形小体，胞浆浓缩。 Ｃ、 ＤＮＡ 在核小体连接区被激活的核酸内切酶降 解为180--200bp或其倍数的片段。 Ｄ、细胞膜突出形成质膜小泡（即细胞“出泡”现 象）脱落后形成凋亡小体或细胞固缩形成凋亡小体， 其内可保留完整的细胞器和致密的染色质。 Ｅ、凋亡小体被周围细胞吞噬，无细胞内容物外泄， 故无炎症反应。
• 15岁以上者的成纤维细胞可传10-30代。
衰老细胞与“青年期”细胞的比较
生长旺盛细胞富 有微绒毛
衰老细胞缺乏微绒 毛，体积缩小，呈 园球形。
（一）细胞衰老的概念
细胞衰老： 指细胞维持其内环境恒 定的能力及对内外环境变化 适应能力降低的总现象。
即，细胞的结构老化，功能衰退。
（二）细胞衰老的特征
形态特征 1、细胞内原生质水分减少 2、老年色素等“垃圾”的积累 3、细胞核固缩 4、细胞尼氏小体含量下降 生化反应改变 1.氨基酸、蛋白质合成速率下降 2.不溶性蛋白质增多 3.衰老细胞内酶的活性下降。 4..细胞增殖周期延长
二、细胞衰老的机理
与细胞衰老有关的因素多而且复杂，关于细胞衰 老的学说也很多，现已提出300多个，它们之间有 的部分相互补充，有的部分相互重叠。大致可归 纳为以下２个方面： （1）衰老因子的积累引起细胞衰老 （2）细胞遗传程序的表达引起衰老
第十一章
细胞的衰老与死亡
第一节 细胞的衰老
机体衰老
机体的衰老表现为有一定的寿命。 因为 “生-老-死”是生命活动的必然规律。
机体衰老≠细胞衰老
细胞衰老是机体衰老的基础； 机体衰老是细胞衰老的结果。
细胞衰老也表现为有一定的寿命
机体内总有细胞在不断地衰老与死亡，同时又有细 胞增殖产生新生细胞进行补偿，不同类型细胞寿 命不同，如： • 神经元、胃酶原细胞、脂肪细胞、骨细胞等为缓 慢更新细胞（与机体几乎等寿）。 • 肝细胞等寿命长于３０天，为短于机体寿命的细 胞。 • 皮肤表皮细胞、角膜上皮细胞、血细胞等为快速 更新的细胞，寿命短于３０天。
Ⅱ、细胞衰老钟(cellular aging clock)学说：
增殖基因
衰老相关基因
抑制衰老基因
(促进细胞分裂)
抑制DNA复制的蛋白质
抑制蛋白
增殖基因
衰老相关基因
抑制衰老基因
分裂终止
细胞衰老
抑制DNA复制的蛋白质
抑制蛋白
支持的根据：
衰老细胞中DNA含量减少，可能是由于阻碣基因 丢失。 体外培养细胞都有一定的寿命（无论如何优化条 件）。 年青细胞与年老细胞融合，前者DNA合成受抑制， 说明老年细胞中产生有DNA合成的抑制剂。 青春期总是在一定年龄到来，这时有一些基因表 达，形成第二性征，好象基因程序运行到这时才 表达。
胸腺细胞
正常 凋亡
胸腺细胞
正常Biblioteka Baidu凋亡
二、坏死与凋亡的区别
凋亡 胞体 胞膜 形 胞核 态 胞质 上 结果 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 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
细胞凋亡的意义：
Ａ、细胞调亡是维持个体正常生理过程所必需的。 如在生理条件下，许多退化过程都与之相关，象 断奶后乳房恢复静息状态，许多昆虫 ，两栖类 动物发育过程中的变态现象等。 Ｂ、已衰老或病变的细胞发生凋亡而被清除，这 对于维持体内细胞的新陈代谢有重要意义。
本章小结
• • • • 1.凋亡的概念 2.细胞衰老的形态学与生化改变 3.坏死与凋亡的区别 4.根据细胞寿命情况将细胞分为三类，举例 说明
2、衰老基因学说
• 子女的寿命与双亲的寿命有关； • 各种动物都有相当恒定的平均寿命和最高寿命；
– 成人早衰症：平均39岁时出现衰老，47岁生命结束； – 婴幼儿早衰症： 1 岁时出现明显的衰老， 12~18 岁生命 结束， – 早衰症患者体内解旋酶发生突变 。
左-健康9岁儿童，右-患早老症8岁儿童
代谢废物的影响：
脂褐质、老年色素、类蜡体、残余体等的积累占 据细胞内有限的空间，阻碍细胞生命活动的进行， 使细胞工作效率下降，引起衰老。
代谢差错的影响：
在环境因素的作用下，DNA突变是经常发生的， 一般情况下可被修复，但修复系统也可能受致修 复功能下降，导致功能蛋白不能合成或合成废品 蛋白，使细胞功能受阻而走向衰老。
自由基的影响
Ⅰ、自由基及其产生 自由基是细胞进行生物氧化过程中或受电离辐 射时产生的一些高反应活性的化合物，它们是外层 轨道上具有不成对电子的分子或原子基团的总称。 如 .O2-、.H、.OH、L.、LOO.,它们的化学性质活 跃，在细胞中经常产生，广泛存在。
Ⅱ、自由基的危害
自由基 生物膜中的不饱和脂肪酸 过氧化脂质 (膜通透性、流动性） 过氧化脂质+蛋白质 自由基 蛋白质 蛋白质交联、变性 即巯基（－ＳＨ＋－ＳＨ） 二硫键（－Ｓ－Ｓ－） 自由基 ＤＮＡ 断裂、交联、碱基羟基化，碱基 切除等，使ＤＮＡ损伤。 脂褐素
（二）细胞遗传程序学说
1、细胞内衰老钟的程序表达
Ⅰ、内容:生物体内有衰老相关基因，这些基因将在 细胞生活到一定程度时开启并表达，而导致衰老 即衰老本身是一个遗传过程，在正常情况下控制 生长发育的基因在各个发育时期有序地开启和关闭， 如同计算机的程序。 有些在生命后期才开启的基因控制着机体的衰老 过程，称为“衰老相关基因”
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第二节
一、细胞死亡的类型
细胞的死亡
坏死性死亡(necrosis) ：由于某些外界因素（如 局部缺血、高热及物理化学损伤和微生物的侵袭 等造成细胞急速死亡 自 然 凋 亡 (apoptosis ） ： 又 称 程 序 化 细 胞 死 亡 （programmed cell death，ＰＣＤ），指活组织 中，单个细胞由于外来因素促使内在编程基因表 达，通过主动的生理生化过程，而自杀死亡的现 象
（一）衰老因子积累说
衰老因子：细胞代谢过程中积累的一些代谢废物 （如脂褐质、残余体）、代谢差错（如 DNA 突变、 蛋白质交联）产生的有害的中间代谢产物（自由基） 等。 这些衰老因子少的时候可以修复，当衰老因子积累 过多或修复系统出现差错不能有效修复的时候，就 会造成细胞内的代谢障碍，引起细胞衰老
1、坏死的特征：
Ａ、细胞膜通透性增加， 细胞外形变得不规则。 Ｂ、细胞核及线粒体肿 胀，内质网扩张，溶 酶体破裂，最终细胞 膜破坏，胞浆外溢， 细胞解体，引起炎症 反应。 坏死是病理性死亡。
2.凋亡细胞的形 态变化
细胞凋亡的生化特征
细胞色素c诱导的凋亡细胞DNA电泳图
1．细胞色素c诱导0 h 2．细胞色素c诱导1 h 3．细胞色素c诱导2 h 4．细胞色素c诱导3 h 5．细胞色素c诱导4 h 6．阴性对照
Ш、自由基的清除
机体对细胞中产生的自由基有一定的清除机制： 保护性的酶：主要有超氧化物歧化酶（SOD）和过 氧化氢酶(CAT)等。 抗氧化物分子,如维生素Ｅ和维生素Ｃ，都是终止 自由基反应的有效物质。 细胞内部自身隔离化，如许多氧化物的代谢主要 在线粒体内进行。 随着细胞生命活动时间的延长，自由基过量产生 以及清除能力的下降，导致自由基破坏细胞中多 种物质，引起衰老