细胞死亡,细胞衰老
一、细胞的死亡方式:程序性死亡 研究发现,不论是单细胞生物还是多细胞生物,其细胞死亡往往受到细胞内某种由遗传机制决定的“死亡程序”控制,所以称为程序性细胞死亡(programmed cell death,PCD)。 动物细胞的程序性死亡典型方式之一是细胞凋亡(apoptosis),此外还包括细胞坏死(necrosis)和细胞自噬(autophagy)
细胞凋亡最重要的特征:细胞膜始终保持完整,细胞内含物不泄漏到细胞外。 细胞坏死:细胞膜破裂,细胞内含物溢出细胞。 二、细胞凋亡的特征
1,细胞核染色质固缩,沿着核膜分布。
2,染色质DNA被随机地在核小体间切割, 降解成180-200bp或 其整数倍片段。 3,形成凋亡小体。
4,凋亡细胞膜表面出现特异分子,发出 “eat me”信号 三、细胞凋亡的过程
(1)凋亡的起始。细胞表面的特化结构如微绒毛消失,细胞间接触消失,但细胞膜依然完整, 未失去选择通透性;细胞质中,线粒体大体完 整,但核糖体逐渐与内质网脱离,内质网囊腔膨胀,并逐渐与质膜融合;细胞核染色质固缩,形 成新月形帽状结构,沿着核膜分布。这一阶段历 时数分钟,然后进入第二阶段;
(2)凋亡小体(apoptotic bodies)的形成。首先,核染色质断裂为大小不等的片段,与某些细 胞器如线粒体等聚集在一起,被反折的细胞质膜 所包围,称为凋亡小体。从外观上看,细胞表面 发泡,产生了许多泡状或芽状突起,随后逐渐分 隔,形成单个的凋亡小体; (3)凋亡小体逐渐被邻近的细胞或体内吞噬细胞所吞噬,凋亡细胞的残余物质被消化后重新利用。
四、细胞凋亡的意义—清除细胞 单细胞生物:
牺牲个体保障群体的利益 多细胞生物:
塑造个体及器官形态
清除多余的/异常的/失去功能的/危险的细胞
(例如)动物蜕变过程中幼体器官的缩小和退化通过程序性细胞死亡来实现。(蝌蚪蜕变为青蛙过程中,血液中甲状腺素浓度逐渐增加,导致蝌蚪尾部细胞的程序化死亡) (例如)负责植物体中运输及机械支持的厚壁组织细胞,其分化包括细胞伸长、细胞壁增厚、木质化和细胞自 溶即程序性死亡过程。
(例如)细胞程序性死亡清除发育过程中多余的细胞
(例如)机体通过细胞凋亡来剔除受到环境伤害或被病原体感染的细胞以及癌细胞(死亡配体Fas配体、、死亡受体Fas蛋白) caspase依赖性的细胞凋亡
典型的细胞凋亡依赖于细胞内的蛋白酶家族: caspase (cysteine aspartic acic specific
protease)。这种凋亡方式被称为caspase依赖性的细胞凋亡。
caspases:天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解酶。活性位点包含半胱氨酸残基,能够特异地切割 靶蛋白天冬氨酸残基后的肽键。
现在发现的哺乳动物细胞caspase家族成员共有15 种。可分为两类:起始caspases和效应caspases。起始者负责对效应者的前体进行切割从而活化效应 者;效应者负责切割细胞核内、细胞质中的结构蛋 白和调节蛋白。 五、细胞凋亡的调控
生存因子通过活化凋亡抑制蛋白Bcl-2的表达抑制细胞凋亡。生存因子与受体的结合活化信号通路,从而激活了转录因子,启动Bcl-2基因的转录,抑制细胞凋亡。当生存因子缺乏时,没有Bcl-2 的抑制作用,细胞就会发生凋亡。 六、细胞凋亡异常会导致多种疾病 1.细胞凋亡不足导致的疾病
恶性肿瘤:滤泡性淋巴瘤(Bcl2蛋白过量表达) 自身免疫性淋巴增生综合症(ALPS) (Fas配体和Fas蛋白均发生突变)
自身免疫性疾病:系统性红斑狼疮、肾炎 病毒感染性疾病:腺病毒病、庖疹病毒病 2.细胞过度凋亡导致的疾病
艾滋病、败血症、心肌梗塞、急性肝损伤、亨亭顿综合症,以及神经元退行性疾病帕金森综合症、阿尔茨 海默病等 (渐冻症:多种因素导致一种运动神经元细胞凋亡。可通过保护神经元的轴突等方式控制小鼠的病情)
七、细胞衰老:Hayflick 界限
细胞衰老一般的含义是复制衰老(Replicative senescence,RS),指体外培养的正常细胞经过有限次数的分裂后,进入不可逆转的增殖抑 制状态,其结构与功能发生衰老性的改变。 “Hayflick 界限”: 体外培养的动物细胞其分裂能力和寿命是有一定限度的。人的二倍体细胞,只能培养 和存活40-60代。
衰老细胞的标记:β-半乳糖苷酶(溶酶体内的水解酶)——衰老相关β-半乳糖苷酶 八、细胞衰老的可能机制
端粒:细胞的“分子时钟"(端粒:染色体末端的重复DNA序列,使得DNA复制中缩短的5’末端不致影响到基因的编码区。)
端粒酶(telomerase)能够延长端粒的长度,仅在生殖细胞,干细胞或癌细胞中有活性,正常细胞中的端粒酶处于失活状态。向 正常人的成纤维细胞中转入有活性的端粒酶,会显著延长端粒 的长度和细胞的复制寿命。 九、细胞衰老与个体衰老和癌症的关系
1.个体的衰老(aging)是指随着年龄的增加,机体功能呈现退行性变化,并伴随着生殖能力下降和死亡率上升的现象。
2.人们所关注的个体衰老是一个长时程过程,追踪和研究难度较大,因此人们对于衰老,特别是人体衰老的机制知之甚少。
3.现代生物学研究认为,个体衰老在某种程度上来源于细胞衰老,或者说发生在细胞水平上的变化使得我们在年老时更容易死亡。
4.由于复制型衰老机制与细胞抑癌作用相关,细胞衰老也被认为是有机体在长期演化过程中形成的防止细胞过渡生长或癌化的一种保护机制
○细胞衰老是个体老年机能衰退的原因之一;清除衰老细胞可以延长健康生命期。