機(jī)體衰老 機(jī)體的衰老表現(xiàn)為有一定的壽命。 因?yàn)?生-老-死

1、機(jī)體衰老 機(jī)體的衰老表現(xiàn)為有一定的壽命。 因?yàn)?“生-老-死”是生命活動(dòng)的必然規(guī)律。,第十五章 細(xì)胞的衰老與死亡第一節(jié) 細(xì)胞的衰老,機(jī)體衰老≠細(xì)胞衰老 細(xì)胞衰老是機(jī)體衰老的基礎(chǔ)； 機(jī)體衰老是細(xì)胞衰老的結(jié)果。,一、細(xì)胞衰老的概念和特征,細(xì)胞衰老也表現(xiàn)為有一定的壽命,機(jī)體內(nèi)總有細(xì)胞在不斷地衰老與死亡，同時(shí)又有細(xì)胞增殖產(chǎn)生新生細(xì)胞進(jìn)行補(bǔ)償，不同類型細(xì)胞壽命不同，如：神經(jīng)元、胃酶原細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、骨細(xì)胞等為緩

2、慢更新細(xì)胞（與機(jī)體幾乎等壽）。肝細(xì)胞等壽命長(zhǎng)于３０天，為短于機(jī)體壽命的細(xì)胞。皮膚表皮細(xì)胞、角膜上皮細(xì)胞、血細(xì)胞等為快速更新的細(xì)胞，壽命短于３０天。,體外培養(yǎng)細(xì)胞的傳代數(shù)與來(lái)源物種的壽命呈正比關(guān)系,如：體外培養(yǎng)不同物種的胚胎成纖維細(xì)胞：小鼠細(xì)胞可傳12代，而其個(gè)體壽命約3年；小雞細(xì)胞可傳25代，其個(gè)體壽命近30年；龜細(xì)胞可傳140代，其個(gè)體壽命約200年。,體外培養(yǎng)細(xì)胞的傳代數(shù)與其來(lái)源個(gè)體的年齡成反比關(guān)系,如：體外培養(yǎng)人胚胎的

3、成纖維細(xì)胞可傳40-60代；出生至15歲以下的成纖維細(xì)胞可傳20-40代；15歲以上者的成纖維細(xì)胞可傳10-30代。,衰老細(xì)胞與“青年期”細(xì)胞的比較,生長(zhǎng)旺盛細(xì)胞富有微絨毛,衰老細(xì)胞缺乏微絨毛，體積縮小，呈園球形。,（一）細(xì)胞衰老的概念,細(xì)胞衰老： 指細(xì)胞維持其內(nèi)環(huán)境恒定的能力及對(duì)內(nèi)外環(huán)境變化適應(yīng)能力降低的總現(xiàn)象。,即，細(xì)胞的結(jié)構(gòu)老化，功能衰退。,（二）細(xì)胞衰老的特征,形態(tài)特征1、細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)水分減少2、老年色素等“垃圾”

4、的積累3、細(xì)胞核固縮4、細(xì)胞尼氏小體含量下降,生化反應(yīng)改變1.氨基酸、蛋白質(zhì)合成速率下降2.不溶性蛋白質(zhì)增多3.衰老細(xì)胞內(nèi)酶的活性下降。4..細(xì)胞增殖周期延長(zhǎng),二、細(xì)胞衰老的機(jī)理,與細(xì)胞衰老有關(guān)的因素多而且復(fù)雜，關(guān)于細(xì)胞衰老的學(xué)說(shuō)也很多，現(xiàn)已提出300多個(gè)，它們之間有的部分相互補(bǔ)充，有的部分相互重疊。大致可歸納為以下２個(gè)方面：,（1）衰老因子的積累引起細(xì)胞衰老（2）細(xì)胞遺傳程序的表達(dá)引起衰老,（一）衰老因子積累說(shuō),衰老因子

5、：細(xì)胞代謝過(guò)程中積累的一些 代謝廢物（如脂褐質(zhì)、殘余體） 代謝差錯(cuò)（如DNA突變、蛋白質(zhì)交聯(lián)） 有害的中間代謝產(chǎn)物（自由基）等。,,隨著細(xì)胞年齡的增長(zhǎng)，在細(xì)胞內(nèi)常發(fā)生核酸、蛋白質(zhì)、酶等大分子合成差錯(cuò)、有害中間產(chǎn)物及代謝廢物等衰老因子的不斷積累，當(dāng)這些衰老因子少的時(shí)候可以修復(fù)，當(dāng)衰老因子積累過(guò)多或修復(fù)系統(tǒng)出現(xiàn)差錯(cuò)不能有效修復(fù)的時(shí)候，就會(huì)造成細(xì)胞內(nèi)的代謝障礙，引起細(xì)胞衰老。,“衰老

6、因子積累說(shuō)”內(nèi)容：,脂褐質(zhì)、老年色素、類蠟體、殘余體等的積累占據(jù)細(xì)胞內(nèi)有限的空間，阻礙細(xì)胞生命活動(dòng)的進(jìn)行，使細(xì)胞工作效率下降，引起衰老。,代謝廢物的影響：,在環(huán)境因素的作用下，DNA突變是經(jīng)常發(fā)生的，一般情況下可被修復(fù)，但修復(fù)系統(tǒng)也可能受致修復(fù)功能下降，導(dǎo)致功能蛋白不能合成或合成廢品蛋白，使細(xì)胞功能受阻而走向衰老。,代謝差錯(cuò)的影響：,Ⅰ、自由基及其產(chǎn)生 自由基是細(xì)胞進(jìn)行生物氧化過(guò)程中或受電離輻射時(shí)產(chǎn)生的一些高反應(yīng)活性的化合物，它

7、們是外層軌道上具有不成對(duì)電子的分子或原子基團(tuán)的總稱。如 .O2-、.H、.OH、L.、LOO.,它們的化學(xué)性質(zhì)活躍，在細(xì)胞中經(jīng)常產(chǎn)生，廣泛存在。,自由基的影響,Ⅱ、自由基的危害,機(jī)體對(duì)細(xì)胞中產(chǎn)生的自由基有一定的清除機(jī)制：?保護(hù)性的酶：主要有超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化氫酶(CAT)等。 2H++O2-.+ O2-. O2+H2O2(ＳＯＤ催化) H2O2 + H2O2 2H2O+ O2 (過(guò)氧

8、化氫酶催化)?抗氧化物分子,如維生素Ｅ和維生素Ｃ，都是終止自由基反應(yīng)的有效物質(zhì)。?細(xì)胞內(nèi)部自身隔離化，如許多氧化物的代謝主要在線粒體內(nèi)進(jìn)行。,Ш、自由基的清除,,,隨著細(xì)胞生命活動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)，自由基過(guò)量產(chǎn)生以及清除能力的下降，導(dǎo)致自由基破壞細(xì)胞中多種物質(zhì)，引起衰老。,（二）細(xì)胞遺傳程序?qū)W說(shuō),1.細(xì)胞內(nèi)衰老鐘的程序表達(dá)Ⅰ、內(nèi)容:生物體內(nèi)有衰老相關(guān)基因，這些基因?qū)⒃诩?xì)胞生活到一定程度時(shí)開(kāi)啟并表達(dá)，而導(dǎo)致衰老。 即衰老本身是一個(gè)遺

9、傳過(guò)程，在正常情況下控制生長(zhǎng)發(fā)育的基因在各個(gè)發(fā)育時(shí)期有序地開(kāi)啟和關(guān)閉，如同計(jì)算機(jī)的程序，故名。 有些在生命后期才開(kāi)啟的基因控制著機(jī)體的衰老過(guò)程，稱為“衰老相關(guān)基因”。Ⅱ、細(xì)胞衰老鐘(cellular aging clock)學(xué)說(shuō)：如圖示：,,,,,,,,,,,,(促進(jìn)細(xì)胞分裂),,,,,,,,,,抑制蛋白,抑制DNA復(fù)制的蛋白質(zhì),,,,,,,,,,,,,,,圖1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,分裂終止

10、,,抑制,細(xì)胞衰老,,增殖基因,衰老相關(guān)基因,抑制衰老基因,,,,抑制DNA復(fù)制的蛋白質(zhì),抑制蛋白,圖2,支持的根據(jù)：,?衰老細(xì)胞中DNA含量減少，可能是由于阻碣基因丟失。?體外培養(yǎng)細(xì)胞都有一定的壽命（無(wú)論如何優(yōu)化條件）。?年青細(xì)胞與年老細(xì)胞融合，前者DNA合成受抑制，說(shuō)明老年細(xì)胞中產(chǎn)生有DNA合成的抑制劑。?青春期總是在一定年齡到來(lái)，這時(shí)有一些基因表達(dá)，形成第二性征，好象基因程序運(yùn)行到這時(shí)才表達(dá)。,2、衰老基因?qū)W說(shuō),子女的壽命與

11、雙親的壽命有關(guān)；各種動(dòng)物都有相當(dāng)恒定的平均壽命和最高壽命；成人早衰癥：平均39歲時(shí)出現(xiàn)衰老，47歲生命結(jié)束；嬰幼兒早衰癥：1歲時(shí)出現(xiàn)明顯的衰老，12~18歲生命結(jié)束，早衰癥患者體內(nèi)解旋酶發(fā)生突變 。,左-健康9歲兒童，右-患早老癥8歲兒童,3.細(xì)胞衰老的端粒假說(shuō),人類染色體端粒是由250～1500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14～18bp，而

12、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。,不符合甚至反對(duì)遺傳程序論的例子,蜂王可活6年之長(zhǎng)，而工蜂只能活3～6個(gè)月。它們的基因組是相同的。壽命不同是因?yàn)樵谟紫x(chóng)期是否喂食蜂王漿，蜂王漿可使蜜蜂的壽限提高大約20倍。,第二節(jié) 細(xì)胞的死亡

13、,1、壞死性死亡(necrosis) ：由于某些外界因素（如局部缺血、高熱及物理化學(xué)損傷和微生物的侵襲等造成細(xì)胞急速死亡。 2、自然凋亡(apoptosis）：又稱程序化細(xì)胞死亡（programmed cell death，ＰＣＤ），指活組織中，單個(gè)細(xì)胞由于外來(lái)因素促使內(nèi)在編程基因表達(dá)，通過(guò)主動(dòng)的生理生化過(guò)程，而自殺死亡的現(xiàn)象。,一、細(xì)胞死亡的類型,Ａ、細(xì)胞膜通透性增加，細(xì)胞外形變得不規(guī)則。Ｂ、細(xì)胞核及線粒體腫脹，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張，溶酶

14、體破裂，最終細(xì)胞膜破壞，胞漿外溢，細(xì)胞解體，引起炎癥反應(yīng)。 壞死是病理性死亡。,壞死的特征：,凋亡細(xì)胞的形態(tài)變化,胸腺細(xì)胞,正常,凋亡,胸腺細(xì)胞,正常,凋亡,2.細(xì)胞凋亡的過(guò)程,細(xì)胞凋亡的生化特征,◆細(xì)胞凋亡的主要特征是形成大小為 180～200bp特征性的DNA ladders,細(xì)胞色素c誘導(dǎo)的凋亡細(xì)胞DNA電泳圖1．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)0 h2．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)1 h3．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)2 h4．細(xì)胞色素c誘導(dǎo)3 h5．

15、細(xì)胞色素c誘導(dǎo)4 h6．陰性對(duì)照7．Marker,凋亡的特征：,Ａ、細(xì)胞首先變圓，與鄰近細(xì)胞脫離。Ｂ、染色質(zhì)固縮，常聚集于核膜呈境界分明顆粒，塊狀、或新月形小體，胞漿濃縮。Ｃ、ＤＮＡ在核小體連接區(qū)被激活的核酸內(nèi)切酶降解為180--200bp或其倍數(shù)的片段。Ｄ、細(xì)胞膜突出形成質(zhì)膜小泡（即細(xì)胞“出泡”現(xiàn)象）脫落后形成凋亡小體或細(xì)胞固縮形成凋亡小體，其內(nèi)可保留完整的細(xì)胞器和致密的染色質(zhì)。Ｅ、凋亡小體被周圍細(xì)胞吞噬，無(wú)細(xì)胞內(nèi)容物外泄

16、，故無(wú)炎癥反應(yīng)。,二、壞死與凋亡的區(qū)別,凋亡 壞死 胞體 變小 變大胞膜 皺縮 腫脹胞核 濃縮

17、, 溶解, 染色質(zhì)固縮形成 染色質(zhì)裂解 塊狀小體, 為顆粒狀, 位于膜下 散

18、在分布胞質(zhì) 濃縮 腫脹結(jié)果 形成凋亡小體 細(xì)胞崩解 無(wú)炎癥反應(yīng) 引起炎癥反應(yīng) 只影響散在單個(gè)細(xì)胞 涉

19、及周邊大量細(xì)胞 組織結(jié)構(gòu)不被破壞 組織結(jié)構(gòu)被破壞,,,,,,形 態(tài) 上,凋亡 壞死生 DNA 由內(nèi)切酶切為 不規(guī)則斷裂 180bp或其倍數(shù)的片段

20、 片段大小不一化 電泳結(jié)果 “梯狀”條帶 “彌散”條帶 酶 核酸內(nèi)切酶等的激活 無(wú)酶的激活上 大分子 RNA和 蛋白質(zhì)的合成 無(wú) 合成,,,,,,,三、細(xì)胞凋亡的基因調(diào)控,生存基因 促進(jìn)細(xì)胞增殖的基因(c-myc、c

21、-abl、ras ) 促進(jìn)細(xì)胞存活的基因(bcl-2、EIB、c-kit )死亡基因 細(xì)胞增殖的抑制基因(p53、RB、WT-1) 促進(jìn)細(xì)胞死亡的基因(Bax、ICE、TRPM/SGP-2),細(xì)胞凋亡的意義： Ａ、細(xì)胞調(diào)亡是維持個(gè)體正常生理過(guò)程所必需的。如在生理?xiàng)l件下，許多退化過(guò)程都與之相關(guān)，象斷奶后乳房恢復(fù)靜息狀態(tài)，許多昆蟲(chóng) ，兩棲類動(dòng)物發(fā)育過(guò)程中的變態(tài)現(xiàn)象等。 Ｂ、已衰老或病變的細(xì)胞

22、發(fā)生凋亡而被清除，這對(duì)于維持體內(nèi)細(xì)胞的新陳代謝有重要意義。,線蟲(chóng)Caenorhabditis elegans是研究個(gè)體發(fā)育和細(xì)胞程序性死亡的理想材料（生命周期短，細(xì)胞數(shù)量少）。線蟲(chóng)神經(jīng)系統(tǒng)由302個(gè)細(xì)胞組成。這些細(xì)胞來(lái)自于407個(gè)前體細(xì)胞。也就是說(shuō)105個(gè)細(xì)胞發(fā)生了程序性死亡。,肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥（ＡＬＳ）,蒂芬·霍金罹患的疾病。運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元主宰我們肌肉動(dòng)作。當(dāng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元出現(xiàn)病變時(shí)，肌肉便會(huì)慢慢的萎縮、死亡，進(jìn)而侵犯呼吸