细胞生物学细胞衰老与死亡

2020/5/5第一节细胞衰老2020/5/5一、细胞是否衰老胎儿/成人肺成纤维细胞体外培养胎儿的传代50次，成人的传代20次。不同物种胚成纤维细胞培养早衰症成纤维细胞培养传代2-4次龟鼠平均寿命1753.5传代90-12514-282020/5/5Werner‘ssyndrome早衰2020/5/5细胞，至少是体外培养的细胞，不是不死的，而是有一定寿命的，细胞增殖能力也是有一定限度的。Hayflick界限2020/5/5二、细胞衰老的原因环境还是细胞本身？老年男子细胞年轻女子细胞老年男子细胞老年男子细胞年轻女子细胞年轻女子细胞（单独培养）（单独培养）（混合培养）结果：混合培养中两类细胞的增殖次数与单独培养相同。培养条件完全一致结论：细胞衰老的原因在于细胞内部。2020/5/5细胞质还是细胞核？二、细胞衰老的原因年轻女性细胞细胞松弛素B老年男子细胞细胞核细胞质细胞核细胞质细胞核细胞质细胞质细胞核分裂能力与年轻细胞相同不分裂细胞融合是细胞核决定了细胞的衰老，而不是细胞质。2020/5/5三、体内条件下的细胞衰老体内细胞衰老和死亡是自然现象。终身保持分裂的细胞，分裂能力随机体年龄的增高而下降。细胞本身的衰老还是体内环境的恶化？2020/5/5实验：组织移植小鼠皮肤F1F2…结果：皮肤细胞存活7-8年小鼠寿命：3.5年衰老机体内环境因素影响上皮细胞的增殖和衰老。2020/5/5核增大、染色深、核内有包含物染色质凝聚、固缩、碎裂、溶解核膜内陷细胞质色素积聚、空泡形成质膜粘度增加、流动性降低内质网碎裂线粒体数目减少、体积增大致密斑积累四、衰老细胞结构的变化2020/5/5五、细胞衰老的分子机制复制衰老的机制胁迫诱导的早熟性衰老端粒（telomere）：染色体末端,由高度重复的短序列组成，高度保守。端粒与衰老理论2020/5/5支持：1998年，Wright等人将端粒酶相关基因引入正常人体细胞，发现表达端粒酶的转染细胞，端粒长度增加，分裂旺盛。不支持：叙利亚仓鼠胚细胞在复制分裂各阶段始终表达端粒酶，端粒长度不变，但是经过20-30代分裂后，细胞仍然衰老。端粒与衰老理论端粒受损后p53表达量高，p21量随之变多，抑制CDK4、6，阻止细胞进入S期。2020/5/5氧化性损伤学说——自由基理论在生物氧化过程中会产生一些活性氧基团或分子，它们可以导致细胞结构和功能的改变，最终导致细胞衰老，这就是所说的自由基理论。2020/5/5自由基对细胞的损伤性作用氧化质膜的不饱和脂肪酸，从而导致膜结构破坏，膜的运输功能紊以致丧失。氧化蛋白质中的巯基而造成蛋白质的铰链、变性使酶失活。2020/5/5细胞内清除自由基的机制1、保护性的酶;如超氧化物岐化酶(SOD)2、抗氧化分子如维生素E、维生素C2020/5/5第二节程序性细胞死亡（programmedcelldeath,PCD)凋亡坏死自噬2020/5/5一、细胞凋亡概念：受基因调控的主动的生理性细胞自杀的行为。生物学意义：1、保证多细胞生物的个体发育正常进行。2、保持机体的自稳平衡。3、抵御外界因素的干扰。2020/5/52020/5/5凋亡的形态学特征1、凋亡启始细胞表面特化结构消失，细胞间接触消失，核糖体从内质网脱落，内质网囊腔膨胀，逐渐与质膜融合，染色质固缩2、凋亡小体形成染色质断裂，细胞膜反折。3、凋亡小体的吞噬消化2020/5/5胸腺细胞正常凋亡2020/5/5凋亡2020/5/5细胞凋亡的检测方法◆形态学观测：染色法、透射和扫描电镜观察◆DNA电泳：DNA片段就呈现出梯状条带◆TUNEL测定法，即DNA断裂的原位末端标记法◆彗星电泳法（cometassay）◆流式细胞分析2020/5/5凋亡的分子基础分子基础Caspase天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白水解酶。分子机制激活期，caspase激活成为二聚体，同型活化。执行期，caspase把底物水解，异型活化。2020/5/5caspase激活模型2020/5/5外源性死亡通路死亡受体:●CD95(或者Fas),●TNFR1(TNFreceptor-1)●DR4和DR5.2020/5/5凋亡配体受体，如与TNF同源的膜受体，可识别和结合凋亡配体编辑蛋白，致瘤因子受体(TNFR)1相关的死亡结构域(TRADD)对募集信号分子结合到膜上的TNFRI受体复合物上起重要作用。编辑蛋白结合在受体的胞质面，募集信号分子外源性凋亡信号转导通路的主要组分2020/5/5执行caspases完成细胞凋亡过程。这些受体的胞内结构域有一段80个氨基酸的伸展肽链，我们称之为死亡结构域。在死亡结构域形成一个接头蛋白Fas相关蛋白与之结合(FADD)的死亡诱导信号复合体(DISC)，且前体caspase8变成有活性的caspase8。有活性的caspase8激活执行caspases的下游分子。2020/5/5受体配体CD95(Fas)CD95L(FasL)TRAIL-R1-4TRAIL[APO-2L]TNFR1(CD120a)TNFα，TNFβ(LTα)OPGTRANCE[RANKLOPGL]LTb-RLymphotoxinb[LTb]CD40CD40L[TRAP/gp39]CD30CD30LCD27CD27L[CD70]4-IBB4-IBBLOX-40OX-40L[gp34]NGF-R1NGFDeathreceptor3(DR3)TWEAK(Apo3L)Deathreceptor4(DR4)TRAIL(Apo2L)Deathreceptor5(DR5)TRAIL(Apo2L)Deathreceptor6(DR6)TNFa,Lymphotoxina[LTa]Decoyreceptor1(DcR1)TRAIL(Apo2L)Decoyreceptor2(DcR2)TRAIL(Apo2L)2020/5/5内源性死亡通路2020/5/5●胞内和/或胞外促凋亡信号●细胞色素c从线粒体释放，进入胞浆●细胞色素c与凋亡蛋白酶激活因子-1(Apaf-1)蛋白结合,●前体caspase9激活，三磷酸腺苷/脱氧三磷酸腺苷(ATP/dATP)水解，细胞色素c与Apaf-1结合使寡聚化，凋亡小体形成。●执行caspases(caspases3,6,7)完成细胞凋亡进程。内源性凋亡信号转导通路的主要组分2020/5/52020/5/5DNA损伤启动凋亡信号通路(箭头代表激活，‘T’代表抑制)2020/5/5线粒体在不依赖caspase的细胞程序性死亡和细胞坏死的内源性凋亡通路中的作用2020/5/5凋亡通路中的蛋白2020/5/5凋亡蛋白—p532020/5/5Bid凋亡蛋白—Bcl-2家族Bid凋亡蛋白—Caspase家族CCaspase已知功能已知底物Caspase-1inflammationpre-Interleukin-1,Interleukin-18,LaminsCaspase-2initiator/effecterofapoptosisGolgin-160,Lamins(?)Caspase-3effecterofapoptosisPARP,SREBs,Gelsolin,Caspase-6,Caspase-7,MDM2Caspase-9,DNA-PK,Gas2Fodrin–Catenin,LaminsNuMA,HnRNPproteins,TopoisomeraseI,FAKCalpastatin,p21Waf1,Presenelin2,ICADCaspase-4Inflammation/ApoptosisCaspase-1Caspase-5Inflammation/Apoptosis?Caspase-6effecterofapoptosisPARP,Lamins,NuMA,FAK,Caspase-3,Keratin-18Caspase-7effecterofapoptosisPARP,Gas2,SREB1,EMAPII,FAK,Calpastatin,p21Waf1Caspase-8initiatorofapoptosisCaspase-3,Caspase-4,Caspase-6,Caspase-7,Caspase-9Caspase-10,Caspase-13,PARP,BidCaspase-9initiatorofapoptosisCaspase-3,pro-Caspase-9,Caspase-7,PARPCaspase-10initiatorofapoptosisCaspase-3,Caspase-4,Caspase-6,Caspase-7,Caspase-8Caspase-9Caspase-11Inflammation/Apoptosis?Caspase-12Apoptosis?minvolvedinERstressinducedapoptosisCaspase-13Inflammation/Apoptosis?2020/5/5凋亡蛋白—IAP家族livin2020/5/5凋亡诱导因子AIF是一种蛋白酶，位于线粒体膜间间隙。在很多凋亡模型中，AIF转运到细胞核中，诱导染色质凝聚和DNA降解。AIF对细胞死亡的作用取决于细胞类型和凋亡insult，且仅在caspases被抑制或没有被激活时出现。凋亡蛋白—AIF(凋亡诱导因子)2020/5/5凋亡小体2020/5/5衰老和凋亡①凋亡调控失调引起的衰老②源于拮抗性多态的衰老和凋亡③衰老和凋亡都与线粒体有关④氧化应激既可导致衰老，又可引起凋亡⑤衰老还是凋亡?2020/5/5牛肺动脉上皮细胞。左边为早期衰老细胞，右边为凋亡细胞。2020/5/5凋亡和衰老都是细胞的错误消除机制细胞应对潜在的致癌性刺激时启动衰老和凋亡机制，这意味着这两种错误消除机制保护细胞不会转化为肿瘤细胞。潜在的致癌性刺激正常衰老正常凋亡正常癌变2020/5/52020/5/5癌细胞逃脱衰老和凋亡的命运2020/5/5拮抗性多效理论指出自然选择倾向于保留那些对早期繁殖有利，却对生命晚期有恶劣影响的基因。细胞对环境影响反应的结果，有些分子发生了与凋亡或者衰老有关的改变。这两种细胞的命运，即凋亡或细胞衰老，是细胞拮抗性多效选择的最好例子。这两个过程对年轻的生物的生存和适应都是必须的，但都可能导致出现衰老表型，包括一些伴随衰老出现的相关表型。源于拮抗性多态的衰老和凋亡2020/5/5衰老和凋亡都与线粒体有关凋亡和衰老都与线粒体和氧化应激有关线粒体是很多重要生化反应发生的位点，且与衰老进程相关:▬能量转换(ATP)▬活性氧基团产生(ROS)▬细胞死亡启动当细胞损伤足够严重时，线粒体可能启动细胞程序性死亡(凋亡或坏死)2020/5/5氧化应激引起衰老和凋亡氧化应激是细胞内源性和外源性损伤的一个主要原因。它在细胞衰老和细胞死亡（凋亡）中的作用仍在研究之中。有趣的是，一些基因(例如p53和Rb)为细胞衰老和细胞死亡信号通路所共有。要想更深一步地了解通过不同的信号通路导致细胞衰老和细胞死亡的信号转导的分子机制，必须弄清细胞应对环境应激的过程，特别是氧化损伤。2020/5/5凋亡和衰老共有的p53-信号通路2020/5/5衰老:是肿瘤监控的代价吗?Nature415,26-27(2002)