1、第十四章 細(xì)胞衰老、死亡與癌變“生、老、病、死”是生命的四重奏。人類自出生總要經(jīng)過(guò)生長(zhǎng)、發(fā)育、成熟、 衰老直至死亡的幾個(gè)階段，這是生命的必然規(guī)律。生命是物質(zhì)的，人體是由細(xì)胞 組織起來(lái)的。組成細(xì)胞的化學(xué)物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)中不斷受到內(nèi)外環(huán)境的影響而發(fā)生損傷， 致使人體內(nèi)某些細(xì)胞不斷地衰老與死亡。細(xì)胞的衰老與死亡是新陳代謝的自然現(xiàn)癌是威脅人類健康的主要疾病之一。癌癥與其它疾病的根本區(qū)別在于，癌是由一個(gè)細(xì)胞的變化引起的，與細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、分化和凋亡有著十分密切的關(guān)系。研究癌變的細(xì)胞生物學(xué)機(jī)理，是御癌、治癌的基礎(chǔ)。1 4.1細(xì)胞衰老(cellular aging， cell senescence)在生物機(jī)體內(nèi)

2、大多數(shù)細(xì)胞都要經(jīng)歷未分化到分化、分化到衰老、衰老至死亡的 歷程。因此，細(xì)胞總體的衰老反應(yīng)了機(jī)體的衰老，而機(jī)體的衰老是以總體細(xì)胞的 衰老為基礎(chǔ)的。14.1. 1衰老的概念 衰老是機(jī)體在退化時(shí)期生理功能下降和紊亂的綜合表現(xiàn)，是不可逆的生命 過(guò)程。人體是由細(xì)胞組織起來(lái)的，組成細(xì)胞的化學(xué)物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)中不斷受到內(nèi)外環(huán)境 的影響而發(fā)生損傷，造成功能退行性下降而老化。細(xì)胞的衰老與死亡是新陳代謝 的自然現(xiàn)象。 細(xì)胞衰老是客觀存在的。同新陳代謝一樣，細(xì)胞衰老是細(xì)胞生命活動(dòng)的客 觀規(guī)律。對(duì)多細(xì)胞生物而言，細(xì)胞的衰老和死亡與機(jī)體的衰老和死亡是兩個(gè)不同 的概念，機(jī)體的衰老并不等于所有細(xì)胞的衰老，但是細(xì)胞的衰老又是同機(jī)體

3、的衰 老緊密相關(guān)的。14.1.2細(xì)胞的壽限細(xì)胞也同生物體一樣，有一定的壽命，體內(nèi)總有細(xì)胞不斷地衰老與死亡，同時(shí) 又有細(xì)胞的增殖與新生進(jìn)行補(bǔ)充。這不僅發(fā)生在胚胎發(fā)育過(guò)程中，在成年體內(nèi)的 各組織器官中也有細(xì)胞的死亡。 Hayflick 界限(H ay flick life s pan)1961年，Leonard Hayflick首次報(bào)道了體外培養(yǎng)的人的成纖維細(xì)胞（humanfi broblasts）具有增殖分裂的極限。他利用來(lái)自胚胎和成體的成纖維細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)：胚胎的成纖維細(xì)胞分裂傳代50次后開(kāi)始衰退和死亡（圖14-1），相反，來(lái)自成年組織的成纖維細(xì)胞只能培養(yǎng)1530代就開(kāi)始死亡。Z5S圖

4、14-1體外培養(yǎng)的年輕和老的人成纖維細(xì)胞的顯微形態(tài)左邊是只分裂了幾代的年輕成纖維細(xì)胞，呈現(xiàn)薄層、細(xì)長(zhǎng)的形態(tài)；右邊是分離 了 50次的老的成纖維細(xì)胞，開(kāi)始衰退，并很快死亡。 Hayfl ick等發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物體細(xì)胞在體外可傳代的次數(shù)，與物種的壽命有關(guān)。，Gal apagos龜?shù)淖罡邏勖?75歲，它 的細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)能分裂100次。鼠的壽命只有幾年，所以從小鼠分離的細(xì)胞在體外分裂的次數(shù)不超過(guò)30次14-2)。雞鼠人龜圖14-2物種的壽命與體外培養(yǎng)時(shí)細(xì)胞傳代次數(shù)的關(guān)系長(zhǎng)壽物種的細(xì)胞體外培養(yǎng)的代數(shù)比短壽物種的細(xì)胞代數(shù)多，表明細(xì)胞的衰老是由生物本身的程序決定的?；疑糠直硎旧锏膲勖?，白色部分部份表示體

5、外培養(yǎng)傳代的次數(shù)。什么是Hayflick界限？有何意義？（什么是Hayflick界限？（答案）答：1 961年，L eonard H ay fl ick首次報(bào)道了體外培養(yǎng)的人的成纖維細(xì)胞（humanfi broblasts）具有增殖分裂的極限。他利用來(lái)自胚胎和成體的成纖維細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)：胚胎的成纖維細(xì)胞分裂傳代50次后開(kāi)始衰退和死亡，相反，來(lái)自成年組織的成纖維細(xì)胞只能培養(yǎng)1530代就開(kāi)始死亡。Hayfl ick等還發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物體細(xì)胞在體外可傳代的次數(shù)，與物種的壽命有關(guān),al apagos龜?shù)淖罡邏勖?75歲，它的細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)能分裂100次。而小鼠的壽命只有幾年，所以從小鼠分離的細(xì)胞

6、在體外分裂的次數(shù)不超過(guò)30次。Hayfl ick的實(shí)驗(yàn)表明，正常人的成纖維細(xì)胞，在體外培養(yǎng)條件下，即使條件適宜，細(xì)胞也不能無(wú)限制地進(jìn)行分裂，即使是機(jī)體中可以終生分裂的細(xì)胞，在體外培養(yǎng)時(shí)也有分裂次數(shù)的極限，即使給予豐富的營(yíng)養(yǎng)、生長(zhǎng)因子和足夠的生長(zhǎng)空間也是如此。而且細(xì)胞的分裂能力與個(gè)體的年齡有關(guān)，例如從40歲個(gè)體獲取的成纖臺(tái)匕維細(xì)胞在培養(yǎng)過(guò)程中只能分裂40次而不是80次，這就是細(xì)胞的衰老，也就是說(shuō)細(xì)胞的衰老控制著細(xì)胞的分裂次數(shù)，進(jìn)而控制著細(xì)胞的數(shù)量。由于上述規(guī)律是臺(tái)匕Hayfl ick研究和發(fā)現(xiàn)的，故稱為Hayfl ick界限。這種在體外培養(yǎng)的細(xì)胞增殖傳代的能力，反映了細(xì)胞在體內(nèi)的衰老狀況。因此許

7、多科學(xué)家認(rèn)為多細(xì)胞個(gè)體的衰老始于細(xì)胞的衰老，對(duì)體外培養(yǎng)細(xì)胞有限壽命的觀察和研究，有助于人們了解機(jī)體衰老過(guò)程的某些規(guī)律。 各類細(xì)胞本身的壽命很不一樣，一般說(shuō)來(lái)，能夠保持持續(xù)分裂能力的細(xì)胞是不容易衰老的。分化程度高又不分裂的細(xì)胞壽命卻是有限的。表14-1列出了成年小鼠各類細(xì)胞的壽命。表1 4-1成年小鼠各類細(xì)胞的壽命接近或等于動(dòng)物自身壽命的細(xì)胞緩慢更新（長(zhǎng)于30天，短于動(dòng)物 的平均壽命）的細(xì)胞快速更新（少于30天）的細(xì)胞神經(jīng)元腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞皮膚表皮細(xì)胞腎上腺髓質(zhì)細(xì)胞腎皮質(zhì)細(xì)胞口腔和胃腸道上皮細(xì)胞胞骨細(xì)胞唾液腺細(xì)胞紅細(xì)胞和白細(xì)胞肌細(xì)胞胰臟腺泡細(xì)胞及胰島細(xì)胞角膜上皮細(xì)胞胃酶原細(xì)胞胃壁細(xì)胞脂肪細(xì)胞肝細(xì)胞

8、腎髓質(zhì)細(xì)胞 表14-1根據(jù)細(xì)胞壽命情況將細(xì)胞分為三類：第一類細(xì)胞的壽命接近于動(dòng)物 的整體壽命，如神經(jīng)元，脂肪細(xì)胞，肌細(xì)胞等。第二類是緩慢更新的細(xì)胞，其壽 命比機(jī)體的壽命短，如肝細(xì)胞，胃壁細(xì)胞等。第三類是快速更新的細(xì)胞，如皮膚 的表皮細(xì)胞，紅細(xì)胞和白細(xì)胞等，它們?cè)谡Ｇ闆r下終生保持分裂能力。舉例說(shuō)明三類不同壽命的細(xì)胞各有什么特點(diǎn)？14.1.3細(xì)胞衰老的特征細(xì)胞衰老過(guò)程是細(xì)胞生理與生化反應(yīng)發(fā)生變化的過(guò)程，主要表現(xiàn)是細(xì)胞對(duì)環(huán)境 變化適應(yīng)能力和維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境恒定能力的降低。細(xì)胞生理生化變化必然反映在 細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能上的變化。 細(xì)胞內(nèi)水分減少 細(xì)胞衰老時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的生活物質(zhì)逐漸減少，而原生質(zhì)中出現(xiàn)一些

9、非生命物 質(zhì)。另外，衰老細(xì)胞常發(fā)生水分減少的現(xiàn)象，結(jié)果使細(xì)胞收縮，體積縮小，失去正 常的球形。 細(xì)胞內(nèi)水分減少的原因可能是由于構(gòu)成蛋白質(zhì)親水膠體系統(tǒng)的膠粒受時(shí)間 或其他因素的影響，逐漸失去電荷而相互聚集，膠體失水，膠粒的分散度降低， 不溶性蛋白質(zhì)增多，導(dǎo)致細(xì)胞硬度增加，代謝速度減慢而趨于老化。 色素生成和色素顆粒沉積許多細(xì)胞內(nèi)色素的生成, 隨著衰老而增加。脂 褐素也稱老年色素，首 先在衰老個(gè)體的神經(jīng)元的胞漿中被發(fā)現(xiàn)，它在分裂指數(shù)低或不分裂的細(xì)胞，如肝細(xì)胞、肌細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞中的積聚尤為明顯。 在人和大鼠的腦皮層和海馬中脂褐素的積累是衰老的常見(jiàn)形態(tài)特征之一。 衰老 過(guò)程中細(xì)胞 質(zhì) 膜的 變化細(xì)胞質(zhì)

10、膜的流動(dòng)性降低：隨 年齡的增大，膜 結(jié)構(gòu)中的磷脂含量逐漸下降，使 質(zhì)膜中膽固醇與磷脂的比值升高；但磷脂中不飽和脂肪酸含量及卵磷脂與鞘磷脂的比值卻隨年齡的增高而下降，使得細(xì)胞質(zhì)膜的粘性增加，流動(dòng)性降低。再加上質(zhì)膜發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，使細(xì)胞的興奮性降低，離子轉(zhuǎn)運(yùn)的效率下降以及對(duì)內(nèi)源性和外源性刺激的反應(yīng)性也隨之降低。 衰老 過(guò)程中線粒 體 的變 化有人認(rèn)為線粒 體是細(xì)胞衰老的生物鐘。研究結(jié)果表明, 細(xì)胞中線粒體的數(shù)量隨著年齡的增大而減少，而其體積則隨著年齡的增大而增大。與衰老關(guān)系緊密的是線粒體DNA(mtDNA)突變。不少學(xué)者研究了 mtDNA的變化，發(fā)現(xiàn)體細(xì)胞中 mtDNA 突變隨年齡而增加存在著

11、與衰老直接正相關(guān)性,并證明與衰老相關(guān)的mtDNA突變主要是缺失突變。 細(xì)胞核的變化細(xì)胞核結(jié)構(gòu)在衰老變化中最明顯的是核膜內(nèi)折。在體內(nèi)細(xì) 胞 中也觀察到核膜的不同程度的內(nèi) 折，神經(jīng)細(xì)胞尤其明顯。這 種內(nèi)折隨年齡增長(zhǎng)而增加，最后可能導(dǎo)致核膜崩解。染 色質(zhì)固縮化是衰老細(xì)胞核中另一個(gè)重要變化。除 培養(yǎng)細(xì)胞外，體 內(nèi)細(xì)胞，如老年果蠅 的 細(xì)胞等都可觀察到染色質(zhì)的固縮化 。染 色體端粒的縮短則是衰老細(xì)胞中最為顯著的變化。 細(xì) 胞 骨架 體 系的 變 化細(xì)胞 骨架被認(rèn)為是細(xì)胞代謝功能的調(diào) 節(jié) 者 , 尤 其是微絲系統(tǒng)與細(xì)胞增殖和細(xì)胞分化的調(diào)節(jié)直接 相關(guān)。細(xì) 胞骨架的改變包括微絲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和成分 發(fā)生變化和核骨

12、架的變化。 蛋 白 質(zhì)合 成 的變 化在細(xì)胞衰老過(guò)程中蛋白質(zhì)合成速度降低，原 因是 由于核糖體的效率和準(zhǔn)確性降低及蛋白質(zhì)合成延 伸因子的數(shù)量和活性降低所致。另 外在細(xì)胞衰老過(guò) 程中蛋白質(zhì)合成發(fā)生變化的另一個(gè)特點(diǎn)是一些特 異蛋白的出現(xiàn)或原有蛋白發(fā)生衰老有關(guān)的結(jié)構(gòu)上 的改變。此外，衰老細(xì)胞中膠原酶 蛋白也大量合成。14.1.4 細(xì)胞 衰老 的 理 論 半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家們致力 于分析衰老發(fā) 生的原因及導(dǎo)致衰老變化的機(jī)制，提 出很多種有關(guān) 衰老起因的觀點(diǎn)或?qū)W說(shuō)。如遺傳程序說(shuō)（geneticof early aging(圖 14-3)。of early aging(圖 14-3)。program t

13、heory)、體 纟田胞 突變論(somatic mutation theory)、錯(cuò)誤 成災(zāi)說(shuō)(error catastrophe theory) 、自 由基理論(free radical theory) 、線粒體損傷論 (mitochondrial damage theory) 等，近 幾年，又有衰 老基因(senescence gene) 和 衰老相 關(guān)基因 (senescence-associated gene) 的研究 報(bào)道。 由于衰老是一個(gè)十分復(fù)雜的生命現(xiàn)象，又受 到多種因素包括環(huán)境因素和體內(nèi)因素的影響，任 角度的闡述都難以使衰老機(jī)理得到圓滿解釋，因而 目前仍未形成較為一致的論點(diǎn)。

14、雖然衰老的理論很多，但歸納起來(lái)主要分為類是遺傳程序論，另一類是損傷積累論。 衰老 的遺傳程序論(genetic p rogram theory)衰老的遺傳程序論認(rèn)為衰老是遺傳上的程序化 過(guò)程，衰老是受特定基因控制的。一切生理功能的 啟動(dòng)和關(guān)閉都是按照一定程序進(jìn)行的。這一理論有方面的證據(jù)的支持：Hayflick 的細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)； 發(fā)現(xiàn)人從30歲開(kāi)始，人體各種器官的功能有1% 的減退；衰老基因控制的早老綜合癥(symp toms早老癥兒童與正常兒童的比較-砒込昶罷21程序存在于每種生物體的基因組中，生物體的生圖 14-3左邊是一個(gè)正常健康的9歲兒童，右邊是一個(gè)患早老癥的8歲兒童什么是衰老的遺傳程序

15、論(genetic program theory) ?(什么是 衰老的遺傳程序論 (genetic program theory) ?(答案)答：衰老的遺傳程序論認(rèn)為衰老是遺傳上的程序化過(guò)程，衰老是受特定基因控制的。一切生理功能的啟動(dòng)和關(guān)閉都是按照一定程序進(jìn)行的。有長(zhǎng)、發(fā) 育、老化和死亡都由這一程序控制。這一理論有三方面的證據(jù)支持。首先是Hayflick 的細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)是這一理論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。另外，太平洋沿岸的馬哈魚也是這一理論典型的生物體。這種魚的生物圈在遷徙到產(chǎn)卵地后終止，產(chǎn)卵后幾周就死亡了 ，這 期 間 魚 的 鼻 、口 、背 和 皮 膚 上 出 現(xiàn) 明 顯 的 形 態(tài)改變，這 些變化使組

16、織廣泛退化。第 二，發(fā) 現(xiàn)人 從 30 歲 開(kāi) 始 ， 人 體 各 種 器 官 的 功 能 有 1% 的 減 退 ， 這包括肺 功 能、心 臟功能、肌 功能和聽(tīng)力等。第 是早老綜合癥( symptoms of early aging )也 提供了些少數(shù)基因影響和控制整個(gè)衰老過(guò)程的證據(jù)。另外，端 ?？s短論和線粒體損傷論都支持衰老的 基因程序論。也有很多例子不符合甚至反對(duì)遺傳程序論，最 突 出的例子是飲食對(duì)蜜蜂壽限的影響，蜂 王可活 6 年 之長(zhǎng)，而工蜂只能活36個(gè)月。它們壽命的不同不是由于昆蟲遺傳基因不同，它 們的基因組是相同的。壽命不同僅僅是因?yàn)樵谟紫x期是否喂食蜂王漿，蜂王漿可使蜜蜂的 壽限提

17、高大約 20 倍。衰老的損傷積累論衰老的損傷積累理論認(rèn)為，由于修復(fù)和維持總是少 于無(wú)限存活的需求而出現(xiàn)的損傷積累。損傷的積累可 以通過(guò)細(xì)胞成分的磨損和撕裂的方式或合成錯(cuò)誤的方 式 出 現(xiàn) 。 這 些 錯(cuò) 誤 包 括 DNA 復(fù) 制 錯(cuò) 誤 、 蛋 白 質(zhì) 合 成錯(cuò)誤。最有代表性的理論是錯(cuò)誤成災(zāi)理論。它是指細(xì)胞大分子合成錯(cuò)誤成災(zāi)。意思說(shuō)，細(xì)胞里的核酸和蛋白質(zhì)在生物合成中如果由于某些原因發(fā)生差錯(cuò)，當(dāng)變質(zhì)的非功能蛋白達(dá)到一定水平時(shí)，出現(xiàn)完全喪失功能的“錯(cuò)誤災(zāi)難”。 細(xì)胞衰老的端粒假說(shuō)（mitochondrial telomeretheory)Harley于1990年提出細(xì)胞衰老端粒假說(shuō)。人類染色體末

18、端普遍存在端粒結(jié)構(gòu)，但各類細(xì)胞端粒長(zhǎng)度各有差異，一般體細(xì)胞的端粒比生殖細(xì)胞短。人類染色體端粒是由2501500個(gè)進(jìn)化上高度保守的TTAGGG 重復(fù)順序組成，是由端粒酶催化合成的。Harley等發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)成纖維細(xì)胞端粒每年約縮短1418bp，而外周血淋巴細(xì)胞則每年縮短33bp。正常人二倍體成纖維細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)隨代數(shù)的增加，細(xì)胞中的端粒以一定速率縮短，DNA每復(fù)制一次，端粒就縮短一段。人體血細(xì)胞與皮膚細(xì)胞端粒長(zhǎng)度也隨增齡而相應(yīng)縮短。因此，端粒記錄著細(xì)胞的年齡并預(yù)示它死亡的時(shí)限。何謂衰老的端粒假說(shuō)？依據(jù)是什么?（何謂衰老的端粒假說(shuō)(telomere theory) ?(答案)線粒體中DNA 損傷

19、甚 為 多 見(jiàn) 。此外，老年糖尿病亦答 : Harley 于 1990 年 提 出 細(xì) 胞 衰 老 端 粒 假 說(shuō) 。他 認(rèn)為由于端粒酶的存在，生殖細(xì)胞的端粒相當(dāng)穩(wěn)定，不 會(huì)衰老。高度分化的體細(xì)胞由于端粒酶活性處于抑制 狀 態(tài) ， 細(xì) 胞 分 裂 時(shí) DNA 不 完 全 復(fù) 制 而 引 起 端 粒 DNA的少量丟失，不能靠端粒酶補(bǔ)償，所以隨著細(xì)胞分裂 次數(shù)的增加，端粒不斷縮短。由于端粒的縮短，靠近染色體兩端的基因就有可能隨端粒的縮短而缺失，引發(fā)染色體畸變，使突變發(fā)生。當(dāng)端?？s短到一定程度（臨界 長(zhǎng)度）時(shí)引發(fā)了 Hayflick極限，細(xì)胞不再分裂。少數(shù)細(xì)胞由于端粒酶被激活，端粒獲得修復(fù)，從而越過(guò)

20、臨危點(diǎn)成為永生化細(xì)胞。 細(xì)胞衰老的線粒體損傷論（mitochondrialdamage theory)Cortopassi 和 Amteim 用 聚 合 酶 鏈 式 反 應(yīng) (PCR) 法 檢 查發(fā)現(xiàn)，成人心臟、肌肉和腦的線粒體有 DNA 片段 低水平的丟失，胎腦和胎心則無(wú)此現(xiàn)象。目前，美、 加、日等國(guó)多個(gè)實(shí)驗(yàn)室相繼報(bào)道，衰老期間人體線粒 體 DNA 出 現(xiàn) 異 常 ，而 且 阿 爾 采 默 （Alzheimer） 病 腦 組 織與 線 粒 體 DNA 的 損 傷 有 關(guān) 等 。研究發(fā)現(xiàn)老齡人各種 mtDNA缺失突變存在 突變“熱和 3端 斷裂 位 點(diǎn) 的 側(cè)點(diǎn) ”即 缺 失 突 變 的 缺

21、失 片 段 5翼具有413bp同向重復(fù)序列，如5kb常見(jiàn)缺失的側(cè)翼為13 pb的5ACCTCCCTCACCA重復(fù)順序。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)線粒體DNA有隨年齡增加，其丟失 頻率升高 現(xiàn)象。走一個(gè)電子,它們 就是 未成對(duì)電 子 。自 由基理論(free radical theory) 自 由 基及其性質(zhì) ：自 由 基是指那些在原子核 外層軌道上具有不成對(duì)電子的分子或原子基團(tuán)。 所謂未成對(duì)電子,就是指那些在原子或分子軌道中未與其它電子 配對(duì)而獨(dú)占一個(gè)軌道的電子。 如 AB 兩個(gè)原子各提供一個(gè)電子通過(guò)共價(jià)鍵形成一個(gè)分子A : B,這兩個(gè)電子是配對(duì)的。如果在化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生了均裂，A和B各帶和-B就稱為自由基

22、。在正常條件下， 自由基是在機(jī)體代謝過(guò)程中產(chǎn)生的。 此外， 空氣污染， 輻射，某些化學(xué)物質(zhì)等都可影響自由基的產(chǎn)生。 具有自由基的是一類高度活化的分子。當(dāng)這種分子與其他物質(zhì)反應(yīng)時(shí)，力圖得到電子，而對(duì)細(xì)胞及組織產(chǎn)生十分有害的 自 由 基對(duì)生物大分子的 損傷：自由 基由于活性強(qiáng)，容易與細(xì)胞內(nèi)的生物大分子發(fā)生反應(yīng)。 過(guò)多的自由基會(huì)對(duì)許多細(xì)胞組分造成損傷。 它們能使質(zhì)膜中的不 飽和脂肪酸氧化，從而使膜內(nèi)酶活性破壞、膜蛋白變性、膜脆性增加、膜結(jié)構(gòu)發(fā) 生改變，因而膜的運(yùn)輸功能紊亂以至喪失；它們還能將蛋白質(zhì)中的巰基氧化而造 成蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)、變性，使酶失活；另外它們還能使DN A鏈斷裂、交聯(lián)、堿基羥基化、 堿

23、基切除等，從而對(duì) DNA 造成損傷。 有人認(rèn)為在衰老的原因中，99是 由 自 由 基造成 的 。自由基如何對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生傷害？（自由基如何對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生傷害？（答案）答：細(xì)胞內(nèi)自由基的濃度過(guò)高時(shí)，常與生物大分子發(fā)生反應(yīng)，破壞了生物大分子的結(jié)構(gòu)，從而傷害了細(xì)胞，這些反應(yīng)包括：（1 ）自由基與核酸分子中的堿基發(fā)生加成反應(yīng)，0H 等加到堿基（胸腺嘧啶C6或C5,腺嘌吟C8）的雙鏈上，破壞堿基可產(chǎn)生基因突變。（2 ）自由基可加成到膜脂及其他脂類不飽和脂肪酸的雙鏈中，引起脂質(zhì)過(guò)氧化，并可產(chǎn)生新的自由基。如脂質(zhì)過(guò)氧化可使線粒體損傷，導(dǎo)致能量代謝障礙；微粒體損傷，使多聚核糖體解聚，抑制蛋白質(zhì)合成；溶酶體損傷可使溶酶

24、體膜通透性改變，使機(jī)體受到更大損傷。（3 ）自由基常攻擊肽鏈上的脯氨酸殘基，引入羰基而生成a -吡咯烷酮，經(jīng)水解與其相鄰氨基酸斷開(kāi)，造成蛋白質(zhì)斷裂。此外自由基還引起蛋白質(zhì)父聯(lián)、蛋白質(zhì)殘基側(cè)鏈基發(fā)生改變、破壞蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)等。（4）自由基的氧化損傷涉及到細(xì)胞骨架蛋白。如肌動(dòng)蛋白是構(gòu)成微絲的主要蛋白質(zhì)。用肌動(dòng)蛋白做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它的4個(gè)一 SH為氧化過(guò)程的靶子，肌動(dòng)蛋白與氧化型谷胱甘肽（GS SG）之間形成二硫鍵可導(dǎo)致分子表面電荷的改變；在老化的紅細(xì)胞中也可檢測(cè)出類似的修飾物，用醌處理的細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)不同肌動(dòng)蛋白分子或肌動(dòng)蛋白與其他蛋白質(zhì)之間形成二硫鍵（圖14Q-1），這種氧化性蛋白質(zhì)交聯(lián)引起大分子的聚

25、結(jié)。SKSgifSH暮就甘熬紅訪s甞二硫|舟r州二SMSSSHSH HYPERLINK l bookmark122 o Current Document IIHS-AfCSHEISHSH風(fēng)渤白二曲子二圖14Q-1細(xì)胞骨架肌動(dòng)蛋白中巰基氧化的機(jī)理 衰老的自由基學(xué)說(shuō)衰老的自由基學(xué)說(shuō)是美國(guó)科學(xué)家Harman 1 955年在美國(guó)的原子能委員會(huì)提出的，題目是“衰老:根據(jù)自由基和放射化學(xué)提出的理論”。老年斑（age spots 產(chǎn)生的原因是什么？（老年斑（age spots）產(chǎn)生的原因是什么？（答案）老年斑（age spots 產(chǎn)生的原因是什么？（老年斑（age spots）產(chǎn)生的原因是什么？（答案）這一

26、學(xué)說(shuō)是建立在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上的，核心內(nèi)容有三條：（1）衰老是由自基對(duì)細(xì)胞成分的有害進(jìn)攻造成的。（2）這里所說(shuō)的自由基，主要就是氧自由基，此衰老的自由基理論，其實(shí)質(zhì)就是衰老的氧自由基理論。（3）維持體內(nèi)適當(dāng)水的抗氧化劑和自由基清除劑水平可以延長(zhǎng)壽命和推遲衰老。（什么是衰老的自由基學(xué)說(shuō)？機(jī)體如何防止自由什么是衰老的自由基學(xué)說(shuō)？機(jī)體如何防止自由基的傷害? 基的傷害？（答案）答：衰老的自由基學(xué)說(shuō)是美國(guó)科學(xué)家Harman 1 955年提出的，核心內(nèi)容有三條：（1）衰老是由自由基對(duì)細(xì)胞成分的有害進(jìn)攻造成的。（2）這里所說(shuō)的自由基，主要就是氧自由基，因此衰老的自由基理論，其實(shí)質(zhì)就是衰老的氧自由基理論。（3）

27、維持體內(nèi)適當(dāng)水平的抗氧化劑和自由基清除劑水平可以延長(zhǎng)壽命和推遲衰老。機(jī)體內(nèi)存在著自由基清除系統(tǒng)，其可以最大限度地防御自由基的損傷。自由基清除系統(tǒng)包括酶促反應(yīng)和非酶促反應(yīng)兩部分。酶促反應(yīng)所需酶有谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-P X）、超氧化物歧化酶（SU peroxide dismutase,SOD）、過(guò)氧化物酶（POP）及過(guò)氧化氫酶（catalase,CAT）。非酶促反應(yīng)的作用物質(zhì)主要為一些低分子的化合物，是一些抗氧化作用的物質(zhì)，統(tǒng)稱抗氧化劑（antioxidant），主要有谷胱甘肽（GSH）、維生素C、3 -胡蘿卜素、維生素E、半胱氨酸、硒化物、巰基乙醇等。此外，細(xì)胞內(nèi)部形成的自然隔離，也能使

28、自由基局限在特定部位，如氧化反應(yīng)產(chǎn)生的自由基主要在線粒體內(nèi)，線粒體作為獨(dú)立的細(xì)胞器可很大限度地阻止自由基的擴(kuò)散。老年人皮膚上的老年斑（age sp ots）就是自由基對(duì)細(xì)胞破壞的見(jiàn)證（圖14-4 ）。3圖 14-4老人斑：自由基攻擊細(xì)胞的見(jiàn)證答：隨著增齡，細(xì)胞合成蛋白質(zhì)的能力下降，也包括超氧化歧化酶和過(guò)氧化氫酶合成數(shù)量的減少或合成了沒(méi)有功能的超氧化歧化酶和過(guò)氧化氫酶，這樣，自由基和過(guò)氧化氫就會(huì)積累，并且對(duì)細(xì)胞的蛋白質(zhì)、DNA、細(xì)胞膜等進(jìn)行攻擊破壞，細(xì)胞在自由基的攻擊下會(huì)導(dǎo)致死亡，就會(huì)在老人的皮膚上見(jiàn)到老年斑，它是自由基對(duì)細(xì)胞破壞的見(jiàn)證。14.2細(xì)胞死 亡(cell death) 細(xì)胞死亡的一般

29、定義是細(xì)胞生命現(xiàn)象不可逆的停止。細(xì)胞死亡有兩種形式：一種為壞死性死亡，是由外部的化學(xué)、物理或生物因素的侵襲而造成的細(xì)胞崩潰裂解；另一種為程序性死亡，是細(xì)胞在一定的生理或病理?xiàng)l件下按照自身的程序結(jié)束其生存。多細(xì)胞生物隨時(shí)都在進(jìn)行著有規(guī)律的程序化細(xì)胞死亡，如人類的淋巴細(xì)胞系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等。如何判斷細(xì)胞的死亡？（如何判斷細(xì)胞的死亡?（答案）答：可通過(guò)活體染色來(lái)判斷細(xì)胞是否死亡，常用的方法是以中性紅或臺(tái)酚藍(lán)染色。中性紅染色時(shí)活細(xì)胞染成紅色，死細(xì)胞不著色；臺(tái)酚藍(lán)則相反，染成藍(lán)色的是死細(xì)胞，不著色而透明的是活細(xì)胞。除了形態(tài)學(xué)特征外，更重要的是根據(jù)細(xì)胞是否具有生活力，主要是細(xì)胞的繁殖能力來(lái)判斷。單細(xì)胞生物的

30、細(xì)胞死亡，即是個(gè)體的死亡，而多細(xì)胞生物個(gè)體死亡時(shí)，并非機(jī)體的所有細(xì)胞都立即停止生命活動(dòng)。所以對(duì)多細(xì)胞個(gè)體死亡的判斷，不能簡(jiǎn)單的以心臟停止跳動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)，而是以腦神經(jīng)是否死亡來(lái)判斷。1 4. 2. 1多細(xì)胞有機(jī)體中細(xì)胞數(shù)量和質(zhì)量的控制在多細(xì)胞生物體中，細(xì)胞分化發(fā)育到一定的階段，細(xì)胞的數(shù)量要控制在一定的水平，不能讓其無(wú)限的分裂和增殖。不同的生物控制的細(xì)胞數(shù)量水平是不同的，如一個(gè)受精的老鼠的卵細(xì)胞和一個(gè)受精的人的卵細(xì)胞在體積上大小相似，但是成年的老鼠比成年的人要小得多，這主要是細(xì)胞數(shù)量的差異。那么是什么原因控制著這種數(shù)量的差異？這主要是細(xì)胞的增殖、細(xì)胞的存活壽命和細(xì)胞的死亡這三者間有著嚴(yán)格的調(diào)控機(jī)制。必

31、須靠指令行由指令決定細(xì)控就是信號(hào)控制細(xì)胞增殖的典型例子。 信號(hào)控制細(xì)胞的增殖單細(xì)胞的生物如細(xì)菌和酵母都是盡可能快地生長(zhǎng)和分裂，它們的增殖速率依周圍環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)而定。而多細(xì)胞的生物體中的細(xì)胞是高度組織化的，細(xì)胞的增殖事，需要補(bǔ)充細(xì)胞數(shù)量時(shí)，由特定的組織發(fā)出指令。因此，對(duì)于動(dòng) 僅有營(yíng)養(yǎng)是不夠的，還必須有指令，這種指令通常來(lái)自鄰近細(xì)胞。胞是進(jìn)行增殖還是停止進(jìn)入細(xì)胞周期。Rb蛋白參與的細(xì)胞周期的調(diào)Rb蛋白如何依賴信號(hào)控制細(xì)胞的增殖？(Rb蛋白如何依賴信號(hào)控制細(xì)胞的增殖？(答案)答：Rb蛋白是成視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤蛋白(RetinobI astoma protein, Rb蛋白)。在脊椎動(dòng)物的細(xì)胞核中Rb蛋白很

32、豐富，它通過(guò)與特定的基因調(diào)節(jié)蛋白相結(jié)合，以阻止與增殖有關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。一些細(xì)胞外的刺激細(xì)胞增殖的信號(hào)如生長(zhǎng)因子能夠?qū)е翯1周期蛋白- Cdk復(fù)合物的激活。Rb蛋白的磷酸化改變Rb蛋白的構(gòu)型從而釋放它所結(jié)合的與細(xì)胞增殖有關(guān)的調(diào)節(jié)蛋白E2F)，啟動(dòng)相應(yīng)基因的表達(dá)，從而使細(xì)胞進(jìn)入S期(圖14Q-2)。fitiRbWA* Ml施中的堀凰圖 14Q-2 Rb蛋白對(duì)細(xì)胞增殖的控制(a) 在沒(méi)有生長(zhǎng)因子時(shí)，脫磷酸的Rb蛋白以活性狀態(tài)與一個(gè)特異的基因調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合在一起，這些基因調(diào)節(jié)蛋白是促進(jìn)細(xì)胞增殖所需基因轉(zhuǎn)錄所必需的。(b )生長(zhǎng)因子與細(xì)胞表面受體結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)途徑，導(dǎo)致S周期蛋白-Cdk復(fù)合物的形成

33、和激活，復(fù)合物使Rb磷酸化并使之失活，釋放的基因調(diào)節(jié)蛋白激活靶基因的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致細(xì)胞增殖。該途徑中,第一個(gè)被鑒定的信號(hào)分子是血小板衍生生長(zhǎng)因子(P latel et-d eriv ed growt h factor,PDGE ),它通過(guò)與細(xì)胞質(zhì)膜中的受體結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑。該信號(hào)途徑引起的細(xì)胞增殖主要是通過(guò)細(xì)胞分裂進(jìn)行傷口的愈合，用新生成 的細(xì)胞取代壞死的細(xì)胞。其機(jī)理是：當(dāng)形成血塊時(shí)，血塊中血小板被觸發(fā)釋放PD GE ,釋放出的P DGE與傷口處的活細(xì)胞質(zhì)膜中酪氨酸蛋白激酶受體結(jié)合，引起細(xì)胞的增殖分裂，對(duì)傷口進(jìn)行愈合體外培養(yǎng)的大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞都需要一些特別的生長(zhǎng)因子促使細(xì)胞的分裂和增

34、殖。這些生長(zhǎng)因子主要是選擇性的調(diào)控某些與分裂增殖有關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)行細(xì) 胞分裂的控制。表14-2列出一些常見(jiàn)的生長(zhǎng)因子以及它們的作用。表14.2某些生長(zhǎng)因子和它們的作用生長(zhǎng)因子功能血小板生長(zhǎng)因子(PDGF)11激活結(jié)締組織細(xì)胞增殖表皮生長(zhǎng)因子(EGF)1激活皮膚組織細(xì)胞增殖成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)激活成纖維細(xì)胞增殖肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)激活肝細(xì)胞增殖紅細(xì)胞生成素(EPO)激活紅細(xì)胞的增殖、分化和發(fā)育： 表中除紅細(xì)胞生成素外，其它生長(zhǎng)因子都能激活多種類型細(xì)胞的增殖。 Cdk抑制蛋白控制細(xì)胞增殖的質(zhì)量細(xì)胞有嚴(yán)格的自我調(diào)節(jié)機(jī)制，控制著細(xì)胞增殖的質(zhì)量。如DNA因某種原因造臺(tái)匕成損傷后，細(xì)胞被阻止

35、在S期，G2期就不能進(jìn)行。在這一調(diào)控過(guò)程中，Cdk抑制 蛋白(Cdk inhibitor proteins)起重要作用，這些抑制蛋白可以阻止Cdk的裝配或抑制Cdk的活性。例如當(dāng)DN A在S期受到損傷時(shí)可使抑癌基因P53的產(chǎn)物P53蛋白濃度升高，P53蛋白進(jìn)一步激活編碼Cdk抑制蛋白P21基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，合成的P21蛋白抑制S-期周期蛋白-Cdk復(fù)合物的活性，一直等待受損傷的DN A修復(fù)和正確復(fù)制之后才進(jìn)入G2期(圖14-5)。DNA當(dāng)DNA受抑制蛋白P21失活，因此，報(bào)p2】割J無(wú)祗ift 的P2i-5(離活的S朝財(cái)痢蠱0-CdkMfrft期 H-CdkKH*l圖1 4-5 P53將細(xì)胞阻

36、止在G1期的機(jī)理到損傷時(shí)，P53蛋白合成增加，并被激活；激活的P53促進(jìn)編碼Cdk的基因轉(zhuǎn)錄。P21蛋白與S期周期蛋白-Cdk復(fù)合物結(jié)合，并使它們細(xì)胞被阻止在Gi期。14.2.2 程序性細(xì) 胞死亡(p rogrammed cel I death,PC D)的基本特性又稱為細(xì)胞凋亡(apop tosi s)。程序性細(xì)胞死亡是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細(xì)胞自主的有序性的死亡，它涉及一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等的作用，因而是具有生理性和選擇性Ap optosi s的概念來(lái)自于希臘語(yǔ)，原意是指樹葉或花的自然凋落，而細(xì)胞發(fā)生程序性死亡時(shí)，就像樹葉或花的自然凋落一樣，凋亡的細(xì)胞散在于正常組織細(xì)胞

37、中，無(wú)炎癥反應(yīng)，不遺留瘢痕。死亡的細(xì)胞碎片很快被巨噬細(xì)胞或鄰近細(xì)胞清除， 不影響其他細(xì)胞的正常功能。 細(xì)胞壞死與編程細(xì)胞死亡細(xì)胞壞死(necrosis)與細(xì)胞程序死亡是兩種完全不同的過(guò)程和生物學(xué)現(xiàn)象，在 形態(tài)學(xué)、生化代謝改變、分子機(jī)制、細(xì)胞的結(jié)局和意義等方面都有本質(zhì)的區(qū)別(圖14-6)。銅側(cè)壞死細(xì)胞器損旳細(xì)側(cè)裂胖 細(xì)胞器損壞 卿色歳毀壞編程死亡（觸發(fā)的細(xì)胞?It件）形成編稈死亡小悴轡 釧胞器滋持完益?zhèn)热旧|(zhì)片段化 不釋啟內(nèi)舎物I 祓呑織 （不發(fā)刪圖14-6細(xì)胞的兩種死亡方式及其比較什么是程序性細(xì)胞死亡？與細(xì)胞壞死有什么不同?與細(xì)胞壞死有什么不同？（答案）（什么是程序性細(xì)胞死亡 （Program

38、med cell death,PCD） ?答：程序性細(xì)胞死亡又稱為細(xì)胞凋亡（apop tosis）,是指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細(xì)胞自主的有序性的死亡，它涉及一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等的作用，因而是具有生理性和選擇性的。Ap optosis的概念來(lái)自于希臘語(yǔ)，原意是指樹葉或花的自然凋落，而細(xì)胞發(fā)生程序性死亡時(shí)，就像樹葉或花的自然凋落一樣，凋亡的細(xì)胞散在于正常組織細(xì)胞中，無(wú)炎癥反應(yīng)，不遺留 瘢痕。死亡的細(xì)胞碎片很快被巨噬細(xì)胞或鄰近細(xì)胞清除，不影響其他細(xì)胞的正常功能細(xì)胞程序死亡與細(xì)胞壞死是兩種完全不同的過(guò)程和生物學(xué)現(xiàn)象，在形態(tài)學(xué)、生化代謝改變、分子機(jī)制、細(xì)胞的結(jié)局和意義等方面都有本質(zhì)的

39、區(qū)別。編程死亡與細(xì)胞壞死有三個(gè)根本的區(qū)別，首先是引起死亡的原因不同：如物理性或化學(xué)性的損害因子及缺氧與營(yíng)養(yǎng)不良等均導(dǎo)致細(xì)胞壞死，而編程性細(xì)胞死亡則是由基因控制的；第二是死亡的過(guò)程不同，壞死細(xì)胞的胞膜通透性增高，致使細(xì)胞腫脹，細(xì)胞器變形或腫大，早期核無(wú)明顯形態(tài)學(xué)變化，最后細(xì)胞溶解破裂，細(xì)胞破裂；而編程死亡的細(xì)胞不會(huì)膨脹、破裂，而是收縮并被割裂成膜性小泡后被吞噬；第三是壞死的細(xì)胞裂解要釋放出內(nèi)含物，并常引起炎癥反應(yīng)；在愈全過(guò)程中常伴隨組織器官的纖維化，形成瘢痕。而編程死亡的細(xì)胞沒(méi)有被完全裂解， 所以不會(huì)引起炎癥。 編程性細(xì)胞死亡的特征 程序化細(xì)胞死亡具有明顯的形態(tài)學(xué)特征，包括細(xì)胞變圓，染色質(zhì)聚集、

40、分塊， 胞質(zhì)皺縮(圖14-7)。圖14-7正常的細(xì)胞與編程性死亡細(xì)胞形態(tài)比較a.掃描電鏡觀察的正常T-細(xì)胞；b.掃描電鏡觀察的編程死亡的T-細(xì)胞的形態(tài)，表面可見(jiàn)許多芽；C.用抑制劑處理的正處于膜起泡階段(memb rane bl eb b in g st age)的編程死亡細(xì)胞的透射電鏡照片。 編程性死亡細(xì)胞的核DN A在核小體連接處斷裂成核小體片段，并向核膜下或中央異染色質(zhì)區(qū)聚集形成濃縮的染色質(zhì)塊，隨著染色質(zhì)不斷聚集，核纖層斷裂消失，核膜在核孔處斷裂，形成核碎片。然后整個(gè)細(xì)胞通過(guò)發(fā)芽(bybu dd ing)、起泡(byz el osl s)等方式形成凋亡小體(apoptot ic body

41、)，或通過(guò)分隔機(jī)制：在凋亡細(xì)胞內(nèi)由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分隔成大小不等的分隔區(qū)，靠近細(xì)胞膜端的分隔膜與細(xì)胞核融合并脫落形成凋亡小體。最后，凋亡小體被周圍細(xì)胞或單核細(xì)胞吞噬(圖14-8)。倚）代曙1細(xì)胞緩慢收編凸i核匸7務(wù)核片段化0吞噬1 *緞;V- 吞瞰細(xì)胞禺亡小體圖14-8程序性死亡細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化 程序化細(xì)胞死亡最突出的生化特征是染色質(zhì) DNA的有控裂解，并且是由于內(nèi)源性內(nèi)切核酸酶基因的活化和表達(dá)而造成的結(jié)果。這種由內(nèi)源性內(nèi)切核酸酶切割的染色質(zhì)DNA斷片大小是有規(guī)律的，即都為200bp的倍數(shù)。因此，抽提其中的 DN A，進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳時(shí)，或進(jìn)行氯化銫溴化乙錠超速離心時(shí)，呈現(xiàn)出梯狀（ladder）譜型

42、（圖4-9），可作為鑒別是否發(fā)生程序化細(xì)胞死亡的一個(gè)重要的生化標(biāo)志。圖 14-9 由上述可見(jiàn)，程序性細(xì)編程死亡細(xì)胞的DN A梯狀譜型胞死亡與細(xì)胞壞死在形態(tài)學(xué)、生化反應(yīng)的改變、分子機(jī)制、細(xì)胞結(jié)局等方面都有本質(zhì)的區(qū)別（表14-3）表14-3程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞壞死的比較比較內(nèi)容程序性細(xì)胞死亡細(xì)胞壞死質(zhì)膜不破裂發(fā)生破裂細(xì)胞核固縮，DNA片段化彌漫性降解細(xì)胞質(zhì)由質(zhì)膜包圍形成凋亡小體溢出，細(xì)胞破裂成碎片細(xì)胞質(zhì)生化改變?nèi)苊阁w的酶增多溶酶體解體蛋白質(zhì)合成有無(wú)基因活動(dòng)由基因調(diào)控?zé)o基因調(diào)控自吞噬常見(jiàn)缺少線粒體自身吞噬腫脹誘發(fā)因素生理性信號(hào)強(qiáng)烈刺激信號(hào)對(duì)個(gè)體影響生長(zhǎng)、發(fā)育、生存所必需引起炎癥1 4. 2. 3程序

43、性細(xì)胞死亡的機(jī)理程序性細(xì)胞死亡是基因調(diào)控作用的結(jié)果。有很多基因參與調(diào)控程序化細(xì)胞死亡過(guò)程，調(diào)控環(huán)節(jié)包括信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因表達(dá)、蛋白質(zhì)生物合成和代謝過(guò)程等。這些基因也叫程序化細(xì)胞死亡相關(guān)基因。 程序性細(xì)胞死亡的過(guò)程 程序性細(xì)胞死亡分為兩個(gè)階段：一是死亡激活期(activatio np hase),此階段主要是接受來(lái)自內(nèi)部或外部的死亡信號(hào)(deat h si gn als)并做出反應(yīng)，即接受指令并決定死亡。第二階段是死亡執(zhí)行期(executio np hase),即執(zhí)行一套死亡程序，包括發(fā)生染色質(zhì)凝縮，并逐步分布在核膜周圍；接著發(fā)生細(xì)胞質(zhì)濃縮，此時(shí)橋粒和中間纖維的連接被破壞，膜泡形成凋亡小體，最后被吞

44、噬細(xì)胞吞噬和降解等。 程序性死亡的細(xì)胞之所以能夠被吞噬細(xì)胞識(shí)別和吞噬，是因?yàn)檫@些細(xì)胞的表面具有“將我吃掉”的信號(hào)，這種信號(hào)在正常細(xì)胞的表面是不存在的。研究得最清楚的被吞噬信號(hào)是存在于程序化死亡細(xì)胞質(zhì)膜脂雙層外葉的磷脂酰絲氨酸(phosphati dyl seri n e)分子，它一般存在于正常細(xì)胞質(zhì)膜脂雙層的內(nèi)葉。 秀麗隱桿線蟲中參與程序性細(xì)胞死亡控制的基因 關(guān)于程序性細(xì)胞死亡的分子基礎(chǔ)研究最初是在秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans，CE)中獲得突破。在胚胎發(fā)育期間，秀麗隱桿線蟲有1090個(gè)體細(xì)胞，但在發(fā)育過(guò)程中有131個(gè)細(xì)胞死亡。因此，一個(gè)成熟的秀麗隱桿線蟲有959個(gè)

45、體細(xì)胞和約1 0002000個(gè)性細(xì)胞。線蟲的成蟲分雌雄同體和雄性兩種性別，雌雄同體相當(dāng)于雌性(圖14-1 0)。蟲體透明，有6對(duì)染色體，約3000個(gè)基腸 開(kāi)輸刪M測(cè)子M明門IU1圖14-10雌雄同體的秀麗隱桿線蟲 秀麗隱桿線蟲的細(xì)胞死亡是一種典型的程序性細(xì)胞死亡。15個(gè)基因（大致可分為4組）分別在不同程度上與CE的PCD有關(guān)（圖14-11）。正在被吞瞰（被通3a死亡旣亡細(xì)胞） 的健恥細(xì)胞J（簡(jiǎn)述參與秀麗隱桿線蟲的細(xì)胞程序性死圖14-1 1秀麗隱桿線蟲程序性細(xì)胞死亡途徑及相關(guān)基因簡(jiǎn)述參與秀麗隱桿線蟲的細(xì)胞程序性死亡基因的分組及相關(guān)作用 亡基因的分組及相關(guān)作用（答案）答：參與秀麗隱桿線蟲的細(xì)胞程序

46、性死亡的15個(gè)基因，根據(jù)其作用不同大致可分為4組。第1組含同PCD有關(guān)的決定死亡的兩個(gè)基因，即ces-1（ces表示CE細(xì)胞存活的調(diào)控基因）和ces-2基因，即該組基因在線蟲CE的PCD調(diào)控具有重要意義：第 2組含有執(zhí)行死亡的四個(gè)基因：ced-3（cell death abnormal）、ced-4、ced-9和egl- 1基因。第3組含有7個(gè)與死亡細(xì)胞被吞噬細(xì)胞所吞噬的基因，即ced-1、ced -2、ced-5、ced-6、ced - 7、ced-10和 ced-1 1。 第四組是死亡細(xì)胞在吞噬體中被降解的基因，如核酸酶基因1，即nu c-1基因，如果nuc-1發(fā)生突變，_則D N A裂解

47、受阻，但不能抑制細(xì)胞死亡，表明此核酸酶并非PCD所必需。由這四組基因共同作用導(dǎo)致線蟲細(xì)胞的程序化死亡 ced-3(cel l death abnormal)、ced-4、ced-9 和 egl-1四個(gè)基因構(gòu)成了線蟲執(zhí)行死亡的“死亡機(jī)器”（death machinery）。遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)ced-3和ced-4是細(xì)胞殺手，在ced-3或ced-4突變體中，雌雄同體發(fā)育中應(yīng)該死去的131個(gè)細(xì)胞都活下來(lái)了 ；ced-9可抵消ced-3和ced-4的作用，防止細(xì)胞被殺死，因此是存活因子，在 ced-3 和 ced-4 的 殺 死細(xì) 胞 作 用 中 起 負(fù) 調(diào) 控 。 進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)真正的細(xì)胞殺手是ce

48、d-3而不是ced-4。ced-3編碼的蛋白與哺乳動(dòng)物中的白細(xì)胞介素轉(zhuǎn)換酶(i nterl eu ki n-1 3( I L -1 3 ) -cov erti ng enzyme,ICE)號(hào)碼相類似。ICE屬于日益擴(kuò)大的半胱氨酸蛋白酶家族，該家族至少有 30 個(gè) 成員， 統(tǒng) 稱為天冬 氨酸特異 性半胱氨 酸 蛋白 酶 (caspase)。 Ced-4 的 作用 是轉(zhuǎn)換器(ada pt er),對(duì)ced-3引起的程序性細(xì)胞死亡起促進(jìn)作用。 動(dòng)物細(xì)胞中蛋白酶解級(jí)聯(lián)系統(tǒng)對(duì) 程序性細(xì)胞死亡的介導(dǎo)所有的動(dòng)物細(xì) 胞都有一種相類似的控制程序性細(xì)胞死亡的機(jī)制，即通過(guò)一個(gè)自 殺性蛋白酶家族的介導(dǎo)， 這種蛋白酶在

49、誘導(dǎo)程序化死亡信號(hào)的作用下通過(guò)自我切割而激活。 激活的自殺性蛋白酶又可激活家族中的其他成員， 引起蛋白質(zhì)酶解的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。 在該反應(yīng)系統(tǒng)中， 上一級(jí)的信號(hào)激活下一級(jí)的一個(gè)關(guān)鍵蛋白， 并快速將其水解， 從而使信號(hào)得 以放大(圖1 4- 1 2 ) 。 最 后 ， 被 激 活 的 蛋 白 酶 切 割 了 細(xì) 胞與程序性細(xì)胞死亡相關(guān)的關(guān)鍵蛋白，如核纖層蛋白， 從而快速引起有控制的細(xì)胞死亡。（a）每一中的另一個(gè)成蛋白酶分子，無(wú)幫性tj 話性盜白酶 酶廉）y無(wú)炳性Sf白片段彙_分子涮t慣白SttA /i謬牛打洶性的赍白4 八八更多wstt的雖自薛C八4 八八* W療翳W W W 9進(jìn)一步激潔史多的蚩白D*

50、 / U /i4/44U按白就水解圖14-1 2蛋白酶解級(jí)聯(lián)反應(yīng)介導(dǎo)的程序性細(xì)胞死亡個(gè)自殺性的蛋白酶以非活性的形式存在，它可以被同一蛋白酶家族員裂解切割而自我激活。（b）每一被激活的蛋白酶分子能夠切割許多并將它們激活。以這種方式，開(kāi)始激活的少量蛋白酶通過(guò)激活的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，激活大量的蛋白酶。某些被激活的蛋白酶能夠切割細(xì)胞內(nèi)一些關(guān)鍵的蛋白，如核纖層蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞的有控制的死亡。 天冬氨酸特異性半 胱氨酸蛋白酶（cas pase，cy stein e-conta i ni ngaspartate-specific proteases)級(jí)聯(lián)反應(yīng)中的自殺性蛋白水解酶就是cas pase。由于cas pas

51、e家族的成員較多，它們作用時(shí)分成一些亞組被激活，每一組caspase對(duì)應(yīng)不同的激活信號(hào)。如cas pase-3、- 6、-7和-8在FAS /T N F介導(dǎo)的程序性細(xì)胞死亡途徑中起作用；而caspase-9和-3 一起參與線粒體中Ap af-1、細(xì)胞色素c介導(dǎo)的程序性細(xì)胞死亡。有兩類 cas pase， 類是 起始者(initiators),另一類 是執(zhí)行 者(execution er s)。起始caspase在外來(lái)蛋白信號(hào)的作用下被切割激活，激活的起始caspase對(duì)執(zhí)行者casp ase進(jìn)行切割并使之激活，被激活執(zhí)行者cas pase通過(guò)對(duì)cas pase靶蛋白的水解，導(dǎo)致程序性細(xì)胞死亡(

52、圖11-13)。COOHtlHuDMA片et住圖14-13執(zhí)行IIBfU&a白切割僵臼撤潔II砒U& HYPERLINK l bookmark64 o Current Document IIIhIIhIIIInIIIIIIHIIIIIIffl胞s解懐 擱腮製威小片者caspase在程序性細(xì)胞死亡中的作用一種cas pase激活的級(jí)聯(lián)反應(yīng)導(dǎo)致執(zhí)行者cas pase的激活。非活性的執(zhí)行者 cas pase(酶原)被激活的cas pase切割，形成幾種蛋白片段。其中兩個(gè)大片段作為執(zhí)行者caspase的兩個(gè)亞基相互結(jié)合形成有活性的執(zhí)行者caspase，然后通過(guò)對(duì)一系 列靶蛋白的切割(均在天冬氨酸殘基c

53、aspase位點(diǎn))，導(dǎo)致細(xì)胞的程序性死亡。 研究表明，能夠被caspase切割的靶蛋白包括以下幾類：(1)蛋白激酶：caspase能夠切割十多種蛋白激酶，如粘著斑激酶(fo cal adhesion kinase,FAK); PK B , P KC,以及Rafi。如果粘著斑激酶被破壞了，即破壞了細(xì)胞的粘著，使得細(xì)胞與相鄰細(xì)胞失去粘著而導(dǎo)致程序性死亡。(2)核纖層蛋白：是位于細(xì)胞核內(nèi)膜下的一層纖維結(jié)構(gòu)，對(duì)內(nèi)膜具有支撐作用。核纖層蛋白被切割，導(dǎo)致核纖層解體、核被膜濃縮。(3)細(xì)胞結(jié)構(gòu)蛋白：一些維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)必需的蛋白質(zhì)，如中間纖維、肌動(dòng)蛋白和凝溶解膠蛋白(gelsol in)等被caspase切割后

54、導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)的改變。(4)與DNA修復(fù)相關(guān)的酶類遭cas pase切割后失活。由于DN A的修復(fù)是維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的主要因素，這一因素遭到破壞，合成的DNA難以保證正確， 因而導(dǎo)致程序性細(xì)胞死亡。(5) caspase激活的D Nase(C AD )抑制 蛋白：caspase 能夠 將caspase激活的DNase(CAD )抑制蛋白水解，導(dǎo)致這種酶被激活。該酶是一種內(nèi)切核酸酶，被激活后從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，與核DNA結(jié)合并將DNA切割成片段。 細(xì)胞外信號(hào)對(duì)程序性細(xì)胞死亡的激發(fā)如果細(xì)胞外的信號(hào)促進(jìn)程序性細(xì)胞死亡，則屬于死亡的正控制。若細(xì)胞外信號(hào) 抑制細(xì)胞的程序性死亡，則是死亡的負(fù)控制，將這種

55、信號(hào)稱為存活因子(survivalfa ctors)。目前對(duì)存活因子是如何作用的，基本不了解。促進(jìn)程序性細(xì)胞死亡的例子很多，也研究得較為清楚。圖14-14顯示了細(xì)胞外信號(hào)腫瘤壞死因子(tumo r necrosi s fa ctor,TN F)激發(fā)細(xì)胞的程序性死亡的過(guò)執(zhí)行的怵caspa眈”3性死亡圖14-14受體介導(dǎo)的程序性細(xì)胞死亡途徑說(shuō)明腫瘤壞死因子在細(xì)胞程序性死亡中的正控作用。(說(shuō)明腫瘤壞死因子在細(xì)胞程序性死亡中的正控作用(答案)答：腫瘤壞死因子(tu mo r n ecr osi s fa ctor ,T N F )激發(fā)細(xì)胞的程序性死亡的過(guò)程就是細(xì)胞外信號(hào)對(duì)程序性死亡的正控作用。TNF是

56、一種能夠殺死腫瘤的因子，它是由免疫系統(tǒng)的細(xì)胞合成的TNF的受體TNFR1是介導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡的死亡受體(deat h rece ptor)家族的成員，是由三個(gè)亞基裝配而成的膜蛋白。受體的每一個(gè)亞基都含有一段由7080個(gè)氨基酸殘基組成的跨膜死亡結(jié)構(gòu)域(death domain)。TNF與受體結(jié)合，引起受體死亡結(jié)構(gòu)域構(gòu)型的改變，招募了許多細(xì)胞質(zhì)蛋白與之結(jié)合，女n FAD D( Fas-associ at ed d eath d o mai n )、TRAD D( TNF r ecepto r- asso ci atedd eath d oma i n )和前體cas pase- 8,這些蛋白都具有

57、死亡結(jié)構(gòu)域。在前體cas pase-8相互結(jié)合前，它們的酶活性很低，但當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)前體caspase相互結(jié)合在一起時(shí)就進(jìn)行相互切割并被激活。最后激活的起始cas pase-8含有四條多肽鏈，是由兩個(gè)前體切割后裝配而成的。激活的起始caspase-8作用于執(zhí)行前體caspase，并將之激活，引起細(xì)胞的程序性死亡。 細(xì)胞內(nèi)信號(hào)對(duì)程序性細(xì)胞死亡的激發(fā)除了外部信號(hào)激發(fā)程序性細(xì)胞死亡外，細(xì)胞內(nèi)源 信號(hào)也會(huì)激發(fā)細(xì)胞的程序性死亡，包括：DN A損傷、細(xì)胞質(zhì)中Ca2+濃度過(guò)高、極度氧脅迫（產(chǎn)生大量的自由基）等。在內(nèi)源信號(hào)中有些是促進(jìn)細(xì)胞死亡的正控制信號(hào)，如細(xì)胞色素C,凋亡蛋白酶激活因子（apop totic

58、protease-activating factor， Ap af）。內(nèi)源信號(hào)中也有抑制細(xì)蛋白。胞死亡的負(fù)控制信號(hào)，如哺乳動(dòng)物中的Bcl-2蛋白（Bcl-2 Protein）和Bcl -x圖14-15是細(xì)胞內(nèi)源信號(hào)激發(fā)細(xì)胞程序性死亡的過(guò)程。激活Bel”玄獄鍍成丘如 Bgd 眩 Bax）Bad徽簾的jtaSfic呂矗杵捋1執(zhí)彳 rcaspasfl1糧9苑亡圖14-15線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑舉例說(shuō)明內(nèi)源信號(hào)如何激發(fā)細(xì)胞的程序性死亡。（舉例說(shuō)明內(nèi)源信號(hào)如何激發(fā)細(xì)胞的程序性死亡。（答案）如Bda答：由于細(xì)胞內(nèi)的損傷等信號(hào)激活了 Bcl-2家族中的促凋亡前體蛋白，或Bax,使它們從胞質(zhì)溶膠轉(zhuǎn)移到線粒體

59、外膜（插入到外膜中），使線粒體外膜的通透性發(fā)生改變，使原本松散結(jié)合于線粒體內(nèi)膜外表面的細(xì)胞色素c從線粒體膜間隙進(jìn)入胞質(zhì)溶膠。在不到5分鐘的時(shí)間內(nèi)，細(xì)胞色素c全部從凋亡的線粒體釋放到胞質(zhì)溶膠，因此推測(cè)細(xì)胞色素C （以及隨細(xì)胞色素c 一起釋放到胞質(zhì)溶膠的某些線粒體膜間隙的基礎(chǔ)蛋白）是傳遞細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵信號(hào)。細(xì)胞色素c進(jìn)入胞質(zhì)溶膠之后，與Ap f-1因子、前體cas pase-9等裝配成多蛋白的復(fù)合物，將前體cas pase-9激活（與cas pase-8不同的是，復(fù)合物中的前體cas pase-9無(wú)須經(jīng)過(guò)切割即可激活）。6161激活 的前體caspase-9作 為起始caspase，激 活下游 的

60、執(zhí)行caspase,再 由執(zhí)行caspase 作用于靶蛋白引起細(xì)胞的程序性死亡。致于細(xì)胞色素c如何傳遞細(xì)胞凋亡信號(hào)的 機(jī)理，目前尚不清楚。1 4. 2. 4程序性細(xì)胞死亡的生物學(xué)意義在健康的成年人體的骨髓和腸組織中每小時(shí)大約有十億個(gè)細(xì)胞死亡。動(dòng)物機(jī)體 靠對(duì)細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期的正負(fù)控制以及對(duì)編程性細(xì)胞死亡的正負(fù)控制來(lái)維持細(xì) 胞總數(shù)的平衡和機(jī)體的生命活力（圖14-16）。DNA樹期就白激釋外fip抑制信號(hào)細(xì)胞分継銅堡（TGF 陽(yáng)口 2如胞播忱細(xì)腔隹索亡據(jù)/出釵執(zhí) j&.Bcl-2MiS 生1 ffwir liX-員揑劉 （iE控啊14-16動(dòng)物機(jī)體的細(xì)胞數(shù)量控制的途徑 在形態(tài)建成中編程死亡起重要作