细胞的程序化死亡

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1、Chapter 12 Cellular aging and programmed cell death 12.1 Cellular agingnHayflick limitation1961年，Hayflick 首次报道了体外培养的人成纤维细胞(human fibroblast)具有增殖分裂的极限。他利用来自胚胎和成体的成纤维细胞进行体外培养，发现胚胎的成纤维细胞分裂传代50次后开始衰退和死亡，而来自成年组织的成纤维细胞只能培养1530代就开始死亡。n n体外培养人的成纤维细胞，在体外分裂次数有限， 证明细胞不是不死的n将老年的人的成纤维细胞与年轻的人的成纤维细胞 同时培养，年轻状态的细胞在体

2、外分裂次数更多， 说明衰老与供体细胞的年纪有关n老年的人的成纤维细胞与年轻的人的成纤维细胞进 行混合和单独培养比较实验，发现二者的分裂次数 没有变化，说明与培养的环境无关n利用细胞杂交的方法确定引起衰老的真正原因。年 轻的胞质体与年老的完整细胞融合，杂种细胞不能 分裂；年老的胞质体与年轻的完整细胞融合，杂种 细胞分裂能力与年轻相同，证明细胞核是导致衰老 的真正原因 Human fibroblast cultured in vitroHuman fibroblast cultured in vitroYONGOLD早老症儿童与正常儿童的比较12.1.1 衰老细胞的特征 细胞衰老的分子机理（一）差

3、错学派 1、代谢废物积累：如：脂褐质 2、自由基攻击：导致DNA、蛋白质变异， 正常细胞内存在清除自由基的防御系统： 酶系统：超氧化物歧化酶(SOD)，过氧化 氢酶(CAT)，谷胱甘肽 过氧化物酶(GSH-PX)； 非酶系统：维生素E，醌类等电子受体。遗传论学派1、细胞有限分裂学说 “Hayflick”极限，即细胞最大分裂次数。 L.Hayflick (1961)报道，人的成纤维细胞 在体外培养时增殖次数是有限的（6070 代）。 细胞增殖次数与端粒DNA长度有关。 2、重复基因失活学说：如哺乳动物rRNA 基因数随年龄而减少。3、衰老基因学说 子女的寿命与双亲的寿命有关； 各种动物都有相当恒

4、定的平均寿命和最高寿命； 成人早衰症：平均39岁时出现衰老，47岁生命结束 ； 婴幼儿早衰症：1岁时出现明显的衰老，1218岁 生命结束， 早衰症患者体内解旋酶发生突变。 Caenrhabditis elegans的平均寿命仅3.5天，该虫 age-1 单基因突变，可提高平均寿命65%，提高最 大寿命110%。自由基攻击细胞的证据12.2 PCD (program cell death)Death NecrosisNecrosis:apoptosis:apoptosis12.2.1 Introduction 细胞坏死 是细胞受到急性强力伤害时立即出现的反应。 早 期表现为细胞膜破坏，线粒体肿胀

5、 继而溶酶体破裂 ,细胞内容物流出, 引起炎症。n2002年诺贝尔生理学或医学奖n英国科学家悉尼布伦纳（Sydney Brenner）n英国科学家约翰苏尔斯顿（John E. Sulston ）n美国科学家罗伯特霍维茨（H. Robert Horvitz） 2002年的诺贝尔生理学和医学奖授予了在器官发 育和程序性细胞死亡研究领域中做出奠基性贡献 的3位科学家:英国的Brenner、Sulston和美国的Horvitz他们创造性地用线虫作为实验模型,实现了对器官 发育过程中细胞分裂、分化的原位观察,完成了细 胞图谱的绘制,在此基础上发现并研究了调控器官发育程序性细 胞死亡的关键基因及其功能并进

6、一步在高等哺乳 动物中发现了相关功能基因。Kerr（ 1972）最先提出，与细胞坏死的区别是： 细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体； 凋亡小体内有结构完整的细胞器； 不引起炎症； 线粒体无明显形态变化，溶酶体活性不增加； 内切酶活化，DNA有控降解，凝胶电泳图谱呈 梯状； 凋亡通常是生理性变化，而细胞坏死是病理性 变化。12. 2.2 Necrosis and apoptosis PCDPCD NecrosisapoptosisDNA LADDER 180180200bp200bp转谷氨酰胺酶转谷氨酰胺酶 tTGtTG （tissue tissue TransglutaminaseTransg

7、lutaminase） increaseincreaseBiology and chemical character 细胞凋亡和细胞坏死的区别区别点细胞凋亡细胞坏死起因生理或病理性病理性变化或剧烈损伤范围单个散在细胞大片组织或成群细胞细胞膜保持完整，一直到形成 凋亡小体破损染色质凝聚在核膜下呈半月状呈絮状细胞器无明显变化肿胀、内质网崩解细胞体 积固缩变小肿胀变 大凋亡小体有，被邻近细胞或巨噬 细胞吞噬无，细胞自溶，残余碎片被巨 噬细胞吞噬 基因组 DNA有控降解，电泳图谱呈 梯状随机降解，电泳图谱呈涂抹状蛋白质合 成有无调节过 程受基因调控被动进行炎症反应无，不释放细胞内容物有，释放内容物。P

8、CD regulate nerve cell number 1:形态学2:电泳方法彗星电泳3:DNA TUNEL4: Caspase activity Western blot5: Flow cytometric analysis12.2.4 Unravel mechanism of apoptosis12.12. 2.4.1 CED3/CASPASES 2.4.1 CED3/CASPASESnCaspases: (cysteine asparic acic specific protease)nCaspases 高度选择切割蛋白质，发生在少数结构域区域 ，活化或者失活但不降解蛋白质Caspa

9、sesn Caspases2，8，9，10；take part in start PCDn Caspases3，6，7；take part in perform PCDn Caspases1，4，12； indirect function Caspases regulate in mammalPCD gene in C.elegans C.elegans : Ced3 Ced4 Ced9Human ：ICE,apopain(死亡酶）, Apaf1 Bcl2A 受体介导的程序性细胞死亡途径NATURE REVIEWS | CANCER VOLUME 2 | APRIL 2002 | 277Dea

10、th inducing signaling complex Fas与配体（如TNF）结合发生三聚化， 使胞内 的DD 区（ Death domain）与接头蛋白FADD的 DD区结合。 FADD N 端通过DED 区（ death effector domain）与Caspase-8前体结合，Caspase-8通 过自剪接激活。 Caspase-8引起caspase级联反应，激活Caspase- 3、6、7。 Caspase可降解结构蛋白、信号蛋白、转录调控 蛋白、周期蛋白等等。胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径小结凋亡信号通路凋亡信号通路当细胞接受凋亡信号分子当细胞接受凋亡信号分子( (Fas,

11、TNFFas,TNF等等) )后，凋后，凋 亡细胞表面信号分子受体相互聚集并与细胞内的衔亡细胞表面信号分子受体相互聚集并与细胞内的衔 接蛋白接蛋白(Adaptor protein)(Adaptor protein)结合，这些衔接蛋白又结合，这些衔接蛋白又 募集募集ProcaspasesProcaspases聚集在受体部位，聚集在受体部位，ProcaspaseProcaspase相相 互活化并产生级联反应，下游互活化并产生级联反应，下游CaspasesCaspases活化后使细活化后使细 胞凋亡。胞凋亡。l l 裂解核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体；裂解核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体； l

12、 l 裂解裂解DNaseDNase结合蛋白，使结合蛋白，使DNaseDNase释放，降解释放，降解DNADNA形形 成成DNA Ladder;DNA Ladder; l l 裂解参与细胞连接或附着的骨架和其他蛋白，裂解参与细胞连接或附着的骨架和其他蛋白， 使凋亡细胞皱缩、使凋亡细胞皱缩、 l l 脱落，便于细胞吞噬；致膜脂脱落，便于细胞吞噬；致膜脂PSPS重排，便于吞重排，便于吞 噬细胞识别并吞噬。噬细胞识别并吞噬。12.2.4.2 CED4/Apaf1nApoptosis protease activating factorsnApaf2就是细胞酶色素CB 细胞内源信号 激发细胞程序性 死亡

13、Apoptosis protease activating factors Apaf2 C. elegans 12. 2.4.3 Bcl-2家族与细胞凋亡Bcl-2是一种原癌基因，是ced-9在哺乳类中的同源物，能抑制细胞凋亡；与线粒体及内质网膜相结合；Bcl-2蛋白的羧基末端有一穿膜的结构域；Bcl-2家族成员的基因中，常常含有三个保守的Bcl-2同源区，即BH1，BH2和BH3 Bcl-2基因蛋白表达可抑制多种组织细胞的凋亡，Bcl-2蛋白是线粒体膜关联的稳定蛋白，它主要位于线粒体外膜、核被膜和内质网膜。高浓度Bcl-2蛋白抑制内质网中钙离子的释放哺乳动物细胞中发现的Apaf2即是CytC Bcl-2、线粒体与细胞凋亡Bcl-2对线粒体功能的调控n抑制凋亡蛋白：Bcl-2、Bcl-XL、Mc12 、Bfe1、A1。n促凋亡蛋白：Bax、Bcl-XS、Bad、 Bak、Bik等，分布在线粒体外膜、核膜和 内质网膜上 P53n肿瘤抑止基因，是人类肿瘤中突变最高的 基因（50）nP53肿瘤抑制基因分为野生型与突变型， 野生型P53诱导细胞凋亡，突变型P53抑 制细胞凋亡nP53通过调节Bcl2 Bax的表达来影响细 胞凋亡Cell, Vol. 108, 153164, January 25, 2002, Copyright .2002 by Cell PressSummary