2024/1/201第十三章程序性細胞死亡

與細胞衰老●程序性細胞死亡（programmmedcelldeath,PCD）●細胞衰老（cellageing或cellsenescence）2023最新整理收集do

something2024/1/202程序性細胞死亡動物細胞程序性死亡細胞凋亡（apoptosis）細胞壞死（necrosis）細胞自噬（autophagy）植物細胞與酵母細胞的程序性死亡植物細胞的程序性死亡：木質(zhì)部管狀細胞的成熟過程，植物細胞在受到真菌或細菌感染后會發(fā)生主動快速死亡。死亡細胞的殘余被細胞壁固定在原位，被液泡中水解酶消化。酵母細胞的程序性死亡：與動物程序性死亡類似。2024/1/203細胞凋亡(Apoptosis)●細胞凋亡的概念和特征●細胞凋亡的生理意義：對于動物個體的正常發(fā)育，自穩(wěn)態(tài)的維持，免疫耐受的形成，腫瘤監(jiān)控等多種生理及病理過程具有重要意義。蝌蚪尾的消失，發(fā)育過程中手和足的成形過程；脊椎動物的神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育；凋亡不足導(dǎo)致腫瘤在內(nèi)的多種疾病，調(diào)亡過度導(dǎo)致機體免疫功能的喪失?！窦毎蛲龅臋z測方法●細胞凋亡的分子機制2024/1/204細胞凋亡的概念和特征●細胞凋亡生物學(xué)意義：強調(diào)這種細胞的死亡方式是自然的生理學(xué)過程，是受基因調(diào)控的主動的生理性細胞自殺行為?！駝游锛毎蛲龅倪^程，在形態(tài)學(xué)上分為三個階段：◆凋亡的起始：細胞表面的特化結(jié)構(gòu)如微絨毛消失，細胞間接觸的消失，但細胞膜依然完整；線粒體大體完整，但核糖體逐漸從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上脫離，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊腔膨脹，并逐漸與質(zhì)膜融合；染色質(zhì)固縮，形成新月形帽狀結(jié)構(gòu)等形態(tài)，沿著核膜分布；◆凋亡小體的形成：核染色質(zhì)斷裂為大小不等的片段，與某些細胞器如線粒體一起聚集，為反折的細胞質(zhì)膜所包圍。細胞表面產(chǎn)生了許多泡狀或芽狀突起，逐漸形成單個的凋亡小體；◆凋亡小體逐漸為鄰近的細胞或體內(nèi)的吞噬細胞所吞噬，凋亡細胞的殘余物質(zhì)被消化后重新利用。2024/1/205細胞凋亡的檢測方法◆形態(tài)學(xué)觀測：染色法（臺盼藍）、透射和掃描電鏡觀察。◆DNA電泳：DNA片段就呈現(xiàn)出梯狀條帶?！鬞UNEL測定法，即DNA斷裂的原位末端標記法?！翦缧请娪痉ǎ╟ometassay）：將細胞裂解處理，電泳并用熒光染料染色，凋亡細胞DNA降解片斷在電場中泳動速度快，使細胞核呈彗星式圖案。◆流式細胞分析：凋亡細胞DNA斷裂和丟失，呈亞二倍體狀態(tài)，用碘化丙腚染色使DNA產(chǎn)生激發(fā)熒光。

2024/1/206細胞凋亡的分子機制●誘導(dǎo)細胞凋亡的因子●Caspase家族與凋亡

◆Caspase

◆Caspase依賴性的細胞凋亡▲死亡受體起始的外源途徑

▲線粒體起始的內(nèi)源途徑◆Caspase非依賴性的細胞凋亡◆生死抉擇：細胞凋亡的調(diào)控2024/1/207誘導(dǎo)細胞凋亡的因子◆物理性因子，包括射線（紫外線，

射線等），較溫和的溫度刺激（如熱激，冷激）等?！艋瘜W(xué)及生物因子：包括活性氧基團和分子，鈣離子載體，維生素K3，視黃酸，細胞毒素，DNA和蛋白質(zhì)合成的抑制劑，正常生理因子（激素，細胞生長因子等）失調(diào)以及腫瘤壞死因子

（TNF

）處理等。2024/1/208Caspase◆Caspase：是一組存在于細胞質(zhì)中具有類似結(jié)構(gòu)的蛋白酶，活性位點均包含半胱氨酸殘基，裂解靶蛋白位點是天冬氨酸殘基后的肽鍵，因此稱為天冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白水解酶（Cysteineasparticacicspecificprotease），即Caspase。負責(zé)選擇性切割蛋白質(zhì)，使靶蛋白活化或失活。◆線蟲(C.elegans)凋亡研究發(fā)現(xiàn)ced3，ced4基因促進細胞凋亡，ced9基因阻止ced3/ced4的激活，抑制細胞凋亡。Ced3哺乳類同源物是白介素-1β轉(zhuǎn)換酶（Interleukin-1β

convertingenzyme，ICE），被命名Caspase-1：◆哺乳動物細胞Caspase家族成員有15種?！艏毎蛲龅姆譃榧せ钇诤蛨?zhí)行期兩個階段。2024/1/209細胞凋亡分為兩個階段激活期：前期細胞應(yīng)答死亡信號，起始Caspase活化。凋亡信號刺激→酶原分子在特異性的Asp位點被切割→形成兩個大小亞基的異二聚體→具有活性的Caspase；執(zhí)行期：后期執(zhí)行Caspase活化，執(zhí)行細胞死亡程序。起始Caspase招募執(zhí)行Caspase酶原分子后→進行切割→產(chǎn)生具有活性的執(zhí)行Caspase→切割細胞內(nèi)重要的結(jié)構(gòu)和功能蛋白→細胞凋亡。已知執(zhí)行Caspase底物約280種。起始Caspase和執(zhí)行Caspase組成細胞內(nèi)凋亡信號的聯(lián)級分子網(wǎng)絡(luò)，凋亡程序一旦啟動，網(wǎng)絡(luò)頂端起始Caspase首先活化，切割下游Caspase酶原，使得凋亡信號在短時間內(nèi)迅速放大并傳遞到整個細胞，產(chǎn)生凋亡效應(yīng)。2024/1/2010死亡受體起始的外源途徑▲凋亡信號通路：死亡配體主要是腫瘤壞死因子（TNF)家族成員，死亡配體的生物學(xué)功能是通過與細胞表面的受體結(jié)合來實現(xiàn)的，TNF-R1和Fas是死亡受體家族的代表成員，它們的胞質(zhì)部分均含有死亡結(jié)構(gòu)域（DD），負責(zé)招募凋亡信號通路中的信號分子?！e例：配體與Fas結(jié)合→Fas聚合→Fas通過胞質(zhì)區(qū)的死亡結(jié)構(gòu)域招募接頭蛋白FADD和Caspases-8酶原→形成死亡誘導(dǎo)復(fù)合物DISC→Caspases-8酶原在復(fù)合物中通過自身切割被激活→切割執(zhí)行者Caspases-3酶原→產(chǎn)生有活性的Caspases-3→導(dǎo)致細胞凋亡?；罨腃aspases-8酶還通過切割Bcl-2家族成員的Bid將凋亡信號傳遞到線粒體，引發(fā)內(nèi)源途徑，信號進一步放大。2024/1/2011線粒體起始的內(nèi)源途徑◆細胞受到內(nèi)部或外部的凋亡信號刺激時，線粒體外膜的通透性會發(fā)生改變，向細胞質(zhì)基質(zhì)中釋放出凋亡相關(guān)因子，引發(fā)細胞凋亡。哺乳動物細胞接受凋亡信號刺激，CytC從線粒體釋放到細胞質(zhì)中，與另一個凋亡因子Apaf-1結(jié)合，誘導(dǎo)細胞凋亡發(fā)生?！艟€粒體外膜通透性改變主要受到Bcl-2蛋白家族的調(diào)控，是Ced-9在哺乳類中的同源物，含有一個或多個BH結(jié)構(gòu)域，定位在線粒體外膜上，或接受信號后轉(zhuǎn)移到線粒體外膜上?！艏毎邮艿蛲鲂盘柡蟠俚蛲鲆蜃覤ax和Bak發(fā)生寡聚化，從胞質(zhì)中轉(zhuǎn)移到線粒體外膜上，與膜上陰離子通道蛋白作用，使通道開放，線粒體內(nèi)凋亡因子（CytC）釋放到細胞質(zhì)基質(zhì)中，引發(fā)細胞凋亡?！鬊cl-2、線粒體與細胞凋亡2024/1/2012Caspase非依賴性的細胞凋亡◆凋亡誘導(dǎo)因子（AIF）：是能夠誘導(dǎo)Caspase非依賴性細胞凋亡的因子，位于線粒體外膜，凋亡過程中，AIF從線粒體轉(zhuǎn)移到細胞基質(zhì)內(nèi)，進而進入細胞核，引起核內(nèi)DNA凝集并斷裂成50kp大小的片段?！粝拗菩詢?nèi)切酶G（EndoG）：屬于Mg2+依賴性的核酸酶家族，定位于線粒體，主要功能負責(zé)線粒體DNA的修復(fù)和復(fù)制。受到凋亡信號的刺激后，EndoG從線粒體釋放出來進入細胞核，對DNA進行切割。在Caspase未被激活的情況下，產(chǎn)生典型的以核小體為單位的DNA片段。2024/1/2013生死抉擇：細胞凋亡的調(diào)控Caspase抑制因子：直接與Caspase活性分子結(jié)合，阻抑其對底物的切割作用，包括c-IAP家族7個成員，c-FLIP，BAR和ARC；所有IAP家族成員都具有70個氨基酸殘基組成的BIR結(jié)構(gòu)域，對抑制凋亡是必需的。IAP家族成員的抗凋亡作用也能被特異的抑制因子解除，當(dāng)?shù)蛲龀绦騿雍螅袃煞N蛋白Smac/DIABLO和Omi/HtrA2與CytC一起從線粒體中釋放，兩種蛋白含有IAP結(jié)合基序，與IAP結(jié)合并釋放出被IAP封閉的Caspase。內(nèi)源性Caspase抑制因子2024/1/2014名稱抑制底物NAIP(BIRC1)Caspase-3,-7c-IAP1

(BIRC2)Caspase-3,-7c-IAP2(BIRC3)Caspase-3,-7XIAP(BIRC4)Caspase-3,-7,-9Survivin(BIRC5)Caspase-3,-7Livin(BIRC7)Caspase-3,-7,-9ILP-2(BIRC8)Caspase-9c-FLIP(I-FLICE)Caspase-8,-10ARCCaspase-2,-8BARCaspase-82024/1/2015細胞壞死（necrosis）◆細胞壞死是細胞區(qū)別于細胞凋亡的另一種典型的細胞死亡方式，當(dāng)細胞受到意外損傷或嚴重的病理性刺激的情況下細胞發(fā)生壞死；細胞內(nèi)ATP下降到無法維持細胞存活的水平，壞死細胞的細胞質(zhì)出現(xiàn)空泡，細胞質(zhì)膜破損，細胞內(nèi)含物釋放到胞外，引起炎癥。細胞壞死過程染色體不發(fā)生凝集，不產(chǎn)生有規(guī)律的200bp的DNA片段。

◆細胞壞死可能是細胞“程序性死亡”的另一種形式，推測的原因是DNA損傷的積累導(dǎo)致DNA修復(fù)蛋白：多聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶{PARP}被活化，使得細胞核內(nèi)NAP+大量減少，導(dǎo)致糖酵解被抑制，ATP水平下降。2024/1/2016細胞自噬（autophagy）◆正常的動物細胞為了維持細胞內(nèi)環(huán)境的動態(tài)平衡，需要不斷地降解功能失常的或不需要的細胞結(jié)構(gòu)，如各種蛋白質(zhì)、細胞器以及各種細胞組分：

▲壽命短的蛋白質(zhì)通過泛素-蛋白酶體系降解；

▲壽命較長的細胞結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)通過細胞自噬途徑?！艏毎允蓞⑴c了細胞死亡的過程，是與細胞凋亡不同的另一種程序性死亡方式。線蟲幼蟲在營養(yǎng)不良時會通過細胞自噬降解自身的部分細胞維持個體存活。細胞自噬不需要吞噬細胞就能自我銷毀，可能是細胞凋亡的補充途徑。2024/1/2017細胞衰老

(cellularaging或cellsenescence)●細胞衰老的概念及特征●細胞衰老的分子機制●細胞衰老與個體衰老和癌癥的關(guān)系2024/1/2018細胞衰老的概念及特征●概念：關(guān)于細胞增殖能力和壽命是有限的觀點。細胞，至少是培養(yǎng)的二倍體細胞，不是不死的，而是有一定的壽命；它們的增殖能力不是無限的，而是有一定的界限，這就是Hayflick界限●細胞衰老過程形態(tài)結(jié)構(gòu)方面的變化◆細胞核的變化：體外培養(yǎng)的二倍體細胞，細胞核隨著細胞分裂次數(shù)的增加不斷增大，細胞核的核膜內(nèi)折（invagination）、染色質(zhì)固縮化?！魞?nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化：衰老動物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)成分彌散性地分散于核周胞質(zhì)中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的總量減少了?！艟€粒體的變化：細胞中線粒體的數(shù)量隨齡減少，而其體積則隨齡增大。◆致密體的生成：衰老的動物細胞致密體積累，由溶酶體或線粒體轉(zhuǎn)化而來?！裟は到y(tǒng)的變化：衰老的細胞，其膜的流動性降低、韌性減小，衰老細胞間隙連接減少。

皮肌炎是一種引起皮膚、肌肉、心、肺、腎等多臟器嚴重損害的，全身性疾病，而且不少患者同時伴有惡性腫瘤。它的1癥狀表現(xiàn)如下：1、早期皮肌炎患者，還往往伴有全身不適癥狀，如-全身肌肉酸痛，軟弱無力，上樓梯時感覺兩腿費力；舉手梳理頭發(fā)時，舉高手臂很吃力；抬頭轉(zhuǎn)頭緩慢而費力。皮肌炎圖片——皮肌炎的癥狀表現(xiàn)2024/1/2020細胞來源人胚肺成纖維細胞中年人成纖維細胞老年人成纖維細胞可增殖代數(shù)40-60202-4不同年齡來源的人成纖維細胞的增殖代數(shù)2024/1/2021細胞衰老的分子機制●復(fù)制衰老的機制：端粒酶的發(fā)現(xiàn)證實端粒長度與衰老有著密切的關(guān)系，端粒被認為是細胞的“分子時鐘”。pRb蛋白與轉(zhuǎn)錄因子E2F家族結(jié)合阻抑其活性，E2F負責(zé)轉(zhuǎn)錄G1/S期轉(zhuǎn)換以及DNA復(fù)制過程中的基因，E2F被pRb封閉；CDK磷酸化pRb細胞可進入S期；如果CDK活化被抑制，細胞停留在G1期，阻斷細胞周期正常運行，引發(fā)復(fù)制型細胞衰老。CDK抑制因子（p16和p21）引起衰老。

●脅迫誘導(dǎo)的早熟性衰老：代謝過程中產(chǎn)生的活性氧基團或分子（ROS---O2-，OH-，H2O2），引發(fā)的氧化性損傷的積累，最終導(dǎo)致衰老。●單細胞與衰老:酵母染色體外環(huán)型rDNA（ERC）的積累，ERC集中在母細胞，不進入子細胞，導(dǎo)致母細胞ERC積累而衰老。2024/1/20222024/1/20232024/1/20242024/1/2025細胞色素c誘導(dǎo)的凋亡細胞