細胞程序性死亡與衰老一、人體細胞得動態(tài)分類更新組織:如上皮細胞、血細胞。構(gòu)成更新組織得細胞可分為３類:①干細胞、②過渡細胞、③成熟細胞。穩(wěn)定組織:可補償性增生,如:肝、腎細胞。恒久組織:細胞不再分裂,如神經(jīng)細胞?？珊谋M組織:如人類得卵巢實質(zhì)細胞。二、細胞衰老得特征

(一)形態(tài)變化(二)分子水平得變化1、

DNA:復制與轉(zhuǎn)錄受阻,端粒DNA、mtDNA缺失。DNA氧化、斷裂、缺失和交聯(lián),甲基化程度降低。2、

RNA:含量減少。3、

蛋白質(zhì):含成下降,發(fā)生修飾、交聯(lián)。4、

酶分子:物理與化學特征改變,酶失活。5、

脂類:不飽和脂肪酸被氧化。三、細胞衰老得分子機理1、代謝廢物積累:如:脂褐質(zhì),老年性癡呆(AD)腦細胞內(nèi)得β-淀粉樣蛋白。2、線粒體DNA突變:線粒體自由基濃度高,mtDNA就是裸露分子,容易發(fā)生突變。腦、心、骨骼肌得氧負荷最大,組織最易衰老。caloricrestriction能延長大鼠壽命50%-70%。ThinratburyfatratTheratsareboth1000daysold,veryoldforrats、Theoneontherightwascalorierestricted、Theoneontheleftisneardeathandshowstypicalsignsofoldagesimilartowhathappensinhumans、ImagecitedfromCliveMcCay1939、3、自由基學說(freeradicaltheories)自由基就是含不成對電子得原子或基團,具有高度反應活性。包括:氧自由基(如·OH)、氫自由基(·H)、碳自由基、脂自由基等。自由基來源:外源性(如輻射)、內(nèi)源性。內(nèi)源性自由基產(chǎn)生于①由線粒體呼吸鏈電子泄漏產(chǎn)生;②由氧化酶(如MFO)催化底物羥化產(chǎn)生。自由基可引起DNA、蛋白質(zhì)、脂類氧化、變性和交聯(lián),實驗表明DNA中OH8dG隨著年齡而增加。正常細胞內(nèi)存在清除自由基得防御系統(tǒng)。酶系統(tǒng):SOD、CAT、GSH-PX。非酶系統(tǒng):維生素E、醌類電子受體Orr和Sohal(1994),將SOD基因?qū)牍?其壽命比野生型延長1/3。4、程序性衰老(programmedsenescence)生物得生長、發(fā)育、衰老和死亡都由基因程序控制得,衰老就是某些基因依次開啟或關閉得結(jié)果。例1、在小鼠肝中,胚胎早期表達得胞質(zhì)丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(cAAT)為A型,隨后停止表達,衰老時則表達B型cAAT例2、肝臟中得衰老標志蛋白2在老年期表達。10大家應該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流5、復制性衰老(replicativesenescence)細胞得增殖次數(shù)就是有限得,稱“Hayflick”極限。如人胚成纖維細胞可培養(yǎng)60-70代。DNA每復制一次端粒就縮短一段,到一定程度時,則激活DNA損傷檢驗,細胞凋亡。人得成纖維細胞端粒每年縮短14-18bp。端粒酶可修復端粒,此酶僅在干細胞中表達。6、衰老基因?qū)W說子女得壽命與雙親得壽命有關;動物都有相當恒定得平均和最高壽命;成人早衰癥:約39歲衰老,47歲生命結(jié)束;嬰幼兒早衰癥:1歲衰老,12~18歲生命結(jié)束;早衰癥患者體內(nèi)解旋酶發(fā)生突變。衰老時,衰老相關基因(SAG)活躍表達,如senescentcellderivedinhibitionofDNAsynthesis。Werner'ssyndromeA37yearsoldpatient,AdoueDFP1997Hutchinson-Gilfordsyndrome第二節(jié)細胞壞死與凋亡細胞死亡并非與機體死亡同步。正常得組織中也發(fā)生細胞死亡,她就是維持組織機能和形態(tài)所必需得。一、細胞死亡得方式(一)細胞壞死細胞受到環(huán)境因素傷害,引起細胞死亡得現(xiàn)象。形態(tài)變化得原因:酶性消化、蛋白變性。如消化酶來源于死亡細胞本身得溶酶體,則稱為自溶(autolysis);若來源于浸潤壞死組織內(nèi)白細胞溶酶體,則為異溶(heterolysis)。細胞壞死初期,胞質(zhì)內(nèi)線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腫脹、崩解,結(jié)構(gòu)脂滴游離、空泡化,蛋白質(zhì)顆粒增多,核發(fā)生固縮或斷裂。隨壞死進程,細胞質(zhì)呈強嗜酸性,蘇木精/伊紅染色呈均一紅色。細胞膜不完整,臺盼藍染色陽性(活細胞不著色)。DNA隨機降解,細胞內(nèi)容物流出,引起炎癥。(二)細胞凋亡①細胞通過出芽得方式形成許多凋亡小體;②凋亡小體內(nèi)有結(jié)構(gòu)完整得細胞器;③不引起炎癥;④線粒體無明顯形態(tài)變化,溶酶體活性不增加;⑤內(nèi)切酶活化,DNA有控降解,凝膠電泳圖呈梯狀;⑥凋亡通常就是生理性變化,壞死就是病理性變化。胸腺細胞正常凋亡胸腺細胞正常凋亡(三)細胞程序性死亡細胞程序性死亡(PCD)就是一種基因指導得細胞自我消亡方式。PCD和細胞凋亡得區(qū)別在以下方面:PCD就是功能性概念,凋亡就是形態(tài)學概念。PCD存在于胚胎發(fā)育過程中。C、elegans就是研究PCD得理想材料(生命周期短,細胞數(shù)量少)。C、elegans雄蟲有1031個體細胞、約1000個生殖細胞。神經(jīng)系統(tǒng)由302個細胞組成,來自于407個前體細胞,105個細胞發(fā)生了PCD。控制線蟲PCD得基因有:Ced-3、Ced-4和Ced-9。Ced-3和Ced-4誘發(fā)凋亡;Ced-9抑制Ced-3、Ced-4得作用。2002年10月7日英國人Sydney、美國人Horvitz和英國人Sulston,因在PCD方面得研究獲諾貝爾諾貝爾生理與醫(yī)學獎。H、RobertHorvitzJohnE、SulstonSydneyBrenner二、細胞凋亡得生理和病理學意義(一)生理學意義1、生長發(fā)育:組織與器官得塑造(趾得分化);動物變態(tài);皮膚角質(zhì)形成;2、免疫細胞分化:克隆選擇;3、防御:清除衰老細胞、DNA損傷得細胞、和被病原體感染得細胞。Sculptingthedigitsinthedevelopingmousepawbyapoptosis(Wood2000)(二)病理學意義1、病原體侵染;誘導凋亡——HIV抑制凋亡——Poxvirus2、細胞凋亡不足腫瘤,自身免疫疾病;3、細胞凋亡過度神經(jīng)退行性疾病(AD,帕金森癥)、心肌梗塞、再生障礙性貧血、骨組織壞死。三、細胞凋亡得檢測方法1、形態(tài)學,電鏡,光鏡;2、DNA凝膠電泳——ladder;3、流式細胞計;4、核酸內(nèi)切酶活力檢測;5、免疫學方法;6、AnnexinV檢測細胞膜外表面PS;7、TUNEL技術。8、常用檢測細胞凋亡得染料:二乙酸熒光素(FDA),綠色熒光,活細胞染色。Hoechst33342或33258,DAPI,吖啶橙(AO),半通透,凋亡和固定后得細胞熒光較強。溴化乙啶(EB)、碘化丙啶(PI)、放線菌素D(7-AAD),不通透,正常和凋亡細胞拒染?？捎貌煌再|(zhì)得染料對凋亡細胞進行雙染色。Humanembryoatday4morulacontaining23nucleilabelledwithDAPI(blue),includingsevenTUNEL-labelledcondensednuclei(pink,arrow)thatwereexcludedfromdevelopment(KateHardy1999)、第三節(jié)細胞凋亡得分子機理一、凋亡相關得基因和蛋白與細胞增殖有關得原癌基因和抑癌基都參于對細胞凋亡得凋控。研究較多得有ICE、Apaf-1、Bcl-2、Fas/APO-1、c-myc、p53、ATM等。1、Caspase家族相當于線蟲得ced-3,就是引起凋亡得關鍵酶。特點:①酶活性依賴于cys殘基得親核性;②總就是在asp之后切斷底物,故名caspase(cysteineaspartate-specificprotease)。③亞基由同一基因編碼,前體被切割后產(chǎn)生兩個活性亞基,組成得異四聚體。Caspaseclassification(Zimmermann2001)ExecutioneroreffectorAutocatalyticinitiator2、Apaf-1凋亡酶激活因子-1(apoptoticproteaseactivatingfactor-1),線蟲得同源物為ced-4。作用:參與線粒體凋亡途徑,該基因敲除后,小鼠神經(jīng)細胞過多,腦畸形發(fā)育。Apaf-1與cytc、ATP/dATP結(jié)合后,召集caspase-9,形成凋亡體(apoptosome),激活caspase-3,啟動ca