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1、衰老症状与原因分析衰老症状与原因分析 衰老症状衰老症状 原因分析原因分析皮肤干燥、发皱皮肤干燥、发皱头发变白头发变白老人斑老人斑饮食减少饮食减少细胞水分减少，体积减小细胞水分减少，体积减小细胞内的酶活性降低细胞内的酶活性降低细胞内色素的累积细胞内色素的累积细胞膜通透性功能改变细胞膜通透性功能改变衰老（衰老（agingaging，senescencesenescence，senilitysenility）又称老化）又称老化，通常指通常指生物发育成熟后，在正常情况下随着年龄的增加，机能减退，生物发育成熟后，在正常情况下随着年龄的增加，机能减退，内环境稳定性下降，结构中心组分退行性变化，趋向死亡的内
2、环境稳定性下降，结构中心组分退行性变化，趋向死亡的不可逆的现象。不可逆的现象。衰老和死亡是生命的基本现象，衰老过程发衰老和死亡是生命的基本现象，衰老过程发生在生物界的整体水平、种群水平、个体水平、细胞水平以生在生物界的整体水平、种群水平、个体水平、细胞水平以及分子水平等不同的层次。生命要不断的更新，种族要不断及分子水平等不同的层次。生命要不断的更新，种族要不断的繁衍。而这种过程就是在生与死的矛盾中进行的。至少从的繁衍。而这种过程就是在生与死的矛盾中进行的。至少从细胞水平来看，死亡是不可避免的。细胞水平来看，死亡是不可避免的。 第一节第一节 细胞衰老细胞衰老 一、细胞衰老的概念一、细胞衰老的概念
3、人的寿命应该有多长？哺乳类动物的寿命应该是其生长期的哺乳类动物的寿命应该是其生长期的7倍。倍。人的生长期是最后一颗牙齿长出来的时间人的生长期是最后一颗牙齿长出来的时间(20-25岁岁)。因此人的寿命应该为因此人的寿命应该为100-175岁，正常应该岁，正常应该是是120岁。岁。“衰”是指功能或体力的减退。“老”是指年龄超过某一界限。衰老是机体在退化时期生理功能下降和紊乱的综合表现，是不可逆的生命过程。衰老是客观存在的，是细胞生命活动的客观规律。机体的衰老与细胞的衰老是相关联的。衰老有三种表现形式：生理性衰老、病理性衰老、心理性衰老“ “衰衰衰衰” ”与与与与“ “老老老老” ”二、细胞衰老的特
4、征二、细胞衰老的特征（一）形态变化（一）形态变化衰老细胞的形态变化主要表现在细胞皱缩，膜通透性、脆性增加，核膜内折，细胞器数量特别是线粒体数量减少，胞内出现脂褐素等异常物质沉积，最终出现细胞凋亡或坏死。总体来说老化细胞的各种结构呈退行性变化 .核核增大、染色深、核内有包含物增大、染色深、核内有包含物染色质染色质凝聚、固缩、碎裂、溶解凝聚、固缩、碎裂、溶解质膜质膜粘度增加、流动性降低粘度增加、流动性降低细胞质细胞质色素积聚、空泡形成色素积聚、空泡形成线粒体线粒体数目减少、体积增大、数目减少、体积增大、mtDNA突变或丢失突变或丢失高尔基体高尔基体碎裂碎裂尼氏体尼氏体消失消失包含物包含物糖原减少、
5、脂肪积聚糖原减少、脂肪积聚核膜核膜内陷内陷（二）分子水平的变化（二）分子水平的变化衰老细胞会出现脂类、蛋白质和衰老细胞会出现脂类、蛋白质和DNADNA等细胞成分损伤，细胞代谢能力降低，等细胞成分损伤，细胞代谢能力降低，主要表现在以下方面：主要表现在以下方面：1. DNA：复制与转录受到抑制，但也有个别基因会异常激活，端粒：复制与转录受到抑制，但也有个别基因会异常激活，端粒DNA丢丢失，线粒体失，线粒体DNA特异性缺失，特异性缺失，DNA氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降低。降低。2. RNA：mRNA和和tRNA含量降低。含量降低。 3. 蛋白质：含成下降，
6、细胞内蛋白质发生糖基化、氨甲酰化、脱氨基等修蛋白质：含成下降，细胞内蛋白质发生糖基化、氨甲酰化、脱氨基等修饰反应，导致蛋白质稳定性、抗原性，可消化性下降，自由基使蛋白质肽饰反应，导致蛋白质稳定性、抗原性，可消化性下降，自由基使蛋白质肽断裂，交联而变性。氨基酸由左旋变为右旋。断裂，交联而变性。氨基酸由左旋变为右旋。 4. 酶分子：活性中心被氧化，金属离子酶分子：活性中心被氧化，金属离子Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+等丢等丢失，酶分子的二级结构，溶解度，等电点发生改变，总的效应是酶失活。失，酶分子的二级结构，溶解度，等电点发生改变，总的效应是酶失活。 5. 脂类：不饱和脂肪酸被氧化，引起膜
7、脂之间或与脂蛋白之间交联，膜的脂类：不饱和脂肪酸被氧化，引起膜脂之间或与脂蛋白之间交联，膜的流动性降低。流动性降低。 三、细胞衰老的分子机理三、细胞衰老的分子机理关于衰老的机理具有许多不同的学说，概括起来主要有关于衰老的机理具有许多不同的学说，概括起来主要有差错学派（差错学派（Error Error theoriestheories）和和遗传学派（遗传学派（Genetic /Programmed theoriesGenetic /Programmed theories）两大类，前者两大类，前者强调衰老是由于细胞中的各种错误积累引起的，后者强调衰老是遗传决定强调衰老是由于细胞中的各种错误积累引起
8、的，后者强调衰老是遗传决定的自然演进过程。其实，现在看来两者是相互统一的的自然演进过程。其实，现在看来两者是相互统一的 （一）差错学派（一）差错学派细胞衰老是各种细胞成分在受到内外环境的损伤作用后，因缺乏完善的修复，细胞衰老是各种细胞成分在受到内外环境的损伤作用后，因缺乏完善的修复，使使“差错差错”积累，导致细胞衰老。根据对导致积累，导致细胞衰老。根据对导致“差错差错”的主要因子和主导因的主要因子和主导因子的认识不同，可分为不同的学说子的认识不同，可分为不同的学说 1代谢废物积累（代谢废物积累（waste product accumulation） 细胞代谢产物积累至一定量后会危害细胞，引起衰
9、老，哺乳动物脂褐质的沉积是一个典型的例子，脂褐质是一些长寿命的蛋白质和DNA、脂类共价缩合形成的巨交联物，次级溶酶体是形成脂褐质的场所，由于脂褐质结构致密，不能被彻底水解，又不能排出细胞，结果在细胞内沉积增多，阻碍细胞的物质交流和信号传递，最后导致细胞衰老，如老年性痴呆（AD）就是由-淀粉样蛋白沉积引起的，因此-AP可做为AD的鉴定指标。 2自由基学说（自由基学说（free radical theories） 自由基是一类瞬时形成的含不成对电子的原子或功能基团，普遍存在于生自由基是一类瞬时形成的含不成对电子的原子或功能基团，普遍存在于生物系统。物系统。主要包括：氧自由基（如羟自由基OH）、氢自
10、由基（H）、碳自由基、脂自由基等，其中OH的化学性质最活泼。 人体内自由基的产生有两方面自由基的产生有两方面：一是环境中的高温、辐射、光解、化学物质一是环境中的高温、辐射、光解、化学物质等引起的外源性自由基等引起的外源性自由基；二是体内各种代谢反应产生的内源性自由基二是体内各种代谢反应产生的内源性自由基。内源性自由基是人体自由基的主要来源，其产生的主要途径有：由线粒体呼吸链电子泄漏产生；由经过氧化物酶体的多功能氧化酶（MFO）等催化底物羟化产生。此外，机体血红蛋白、肌红蛋白中还可通过非酶促反应产生自由基。 自由基含有未配对电子，具有高度反应活性高度反应活性，可引发链式自由基反应，引起DNA、蛋
11、白质和脂类，尤其是多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty Acids，PUFA）等大分子物质变性和交联，损伤DNA、生物膜、重要的结构蛋白和功能蛋白，从而引起衰老各种现象的发生。实验表明DNA中OH8dG随着年龄的增加而增加。OH8dG完全失去碱基配对特异性，不仅OH8dG被错读，与之相邻的胞嘧啶也被错误复制。 正常细胞内存在清除自由基的防御系统正常细胞内存在清除自由基的防御系统，包括酶系统和非酶系统酶系统和非酶系统，前者如：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），非酶系统有维生素E、醌类物质等电子受体。Orr WC和Sohal
12、RS（1994），将铜锌超氧化物岐化酶（copper-zinc superoxide dismutase）基因导入果蝇，使转基因株具有3个拷贝的SOD基因，其寿命比野生型延长1/3。 3. 线粒体线粒体DNA突变（突变（mitochondrial DNA mutation） 在线粒体氧化磷酸化生成ATP的过程中，大约有1-4%氧转化为氧自由基，也叫活性氧（reactive oxygen species，ROS)，因此线粒体是自由基浓度最高的细胞器。mtDNA裸露于基质，缺乏结合蛋白的保护，最易受自由基伤裸露于基质，缺乏结合蛋白的保护，最易受自由基伤害，而催化害，而催化mtDNA复制的复制的DN
13、A聚合酶聚合酶不具有校正功能，复制错误频率高，不具有校正功能，复制错误频率高，同时缺乏有效的修复酶，故同时缺乏有效的修复酶，故mtDNA最容易发生突变最容易发生突变。mtDNA突变使呼吸链功能受损，进一步引起自由基堆积，如此反复循环。衰老个体细胞中mtDNA缺失表现明显，并随着年龄的增加而增加，许多研究认为mtDNA缺失与衰老及伴随的老年衰退性疾病有密切关系。（二）遗传学派（二）遗传学派 认为衰老是遗传决定的自然演进过程，一切细胞均有内在的预定程序决定认为衰老是遗传决定的自然演进过程，一切细胞均有内在的预定程序决定其寿命，而细胞寿命又决定种属寿命的差异，外部因素只能使细胞寿命在其寿命，而细胞寿
14、命又决定种属寿命的差异，外部因素只能使细胞寿命在限定范围内变动限定范围内变动1程序性衰老（程序性衰老（programmed senescence） 程序性衰老理论认为，生物的生长、发育、衰老和死亡都由基因程序控生物的生长、发育、衰老和死亡都由基因程序控制的制的，衰老实际上是某些基因依次开启或关闭的结果。例如在小鼠肝中，胚胎早期表达的胞质丙氨酸转氨酶（cytosolic alanine aminotransferase，cAAT）为A型，随后停止表达，但是在衰老时则表达B型cAAT，其它类似的衰老标志物（senescence markers）也有报道，如肝脏中的衰老标志蛋白2（senescenc
15、e marker protein 2）也是在老年期表达。 此外程序性学派还认为衰老还与神经内分泌系统退行性变化以及免疫系神经内分泌系统退行性变化以及免疫系统的程序性衰老有关统的程序性衰老有关。 2复制性衰老（复制性衰老（replicative senescence） 概念：关于细胞增殖能力和寿命是有限的观点 细胞，至少是培养的二倍体细胞，不是不死的，而是有一定的 寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有一定的界限，这就 是 Hayflick界限。癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞，其染色体数目或形态已经不同于原先的细胞细胞的增殖能力与供体年龄有关物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定的关系二倍体细胞
16、的衰老是由细胞本身决定的 决定细胞衰老的因素在细胞内部，不是外部的环境是细胞核而不是细胞质决定了细胞衰老Hayflick界限(Hayflick Limitation）细胞来源人胚肺成纤维细胞中年人成纤维细胞老年人成纤维细胞可增殖代数40-60202-4不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数子女的寿命与双亲的寿命有关；子女的寿命与双亲的寿命有关；各种动物都有相当恒定的平均寿命和最高寿命；各种动物都有相当恒定的平均寿命和最高寿命；成人早衰症成人早衰症成人早衰症成人早衰症：平均：平均39岁时出现衰老，岁时出现衰老，47岁生命结束；岁生命结束；婴幼儿早衰症婴幼儿早衰症婴幼儿早衰症婴幼儿早衰症：1岁时出现
17、明显的衰老，岁时出现明显的衰老，1218岁生命结束，岁生命结束，早衰症患者早衰症患者体内体内解旋酶解旋酶解旋酶解旋酶发生突变发生突变 。Caenrhabditis elegans的平均寿命仅的平均寿命仅3.5天，该虫天，该虫age-1 单基因突变，可提高平均寿命单基因突变，可提高平均寿命65%，提高最大寿命，提高最大寿命110%。 3 3、衰老基因学说、衰老基因学说研究表明当细胞衰老时，一些衰老相关基因（SAG）表达特别活跃，其表达水平大大高于年轻细胞，已在人1号染色体、4号染色体及X染色体上发现SAG。 用线虫的研究表明，基因确可影响衰老及寿限，Caenorhabditis elegans的
18、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%，age-1突变型有较强的抗氧化酶活性，对H2O2、农药、紫外线和高温的耐受性均高于野生型。对早老综合症的研究发现体内解旋酶存在突变，该酶基因位于8号染色体短臂，称为WRN基因。对AD的研究发现，至少与4个基因的突变有关，其中淀粉样蛋白前体基因（APP）的突变，导致基因产物淀粉蛋白易于在脑组织中沉积，引起AD。第二节第二节 细胞凋亡细胞凋亡一、细胞死亡的概念一、细胞死亡的概念二、细胞的死亡形式二、细胞的死亡形式 细胞死亡细胞死亡(cell death)：细胞生命现象不可逆的停止。细胞生命现象不可逆的停止。
19、 1.坏死性死亡坏死性死亡(necrosis) 2.细胞凋亡细胞凋亡 (apoptosis)1.1.细胞坏死（细胞被动性死亡）细胞坏死（细胞被动性死亡）v 细胞坏死细胞坏死是病理条件下细胞死亡的过程。是病理条件下细胞死亡的过程。早期表现为细胞膜破裂，线粒体肿胀。早期表现为细胞膜破裂，线粒体肿胀。继而溶酶体破裂继而溶酶体破裂, ,细胞内容物流出细胞内容物流出, , 引起炎症引起炎症。判断细胞是否死亡，常用细胞活体染色方法进行鉴别，由于细判断细胞是否死亡，常用细胞活体染色方法进行鉴别，由于细胞死亡时，细胞膜通透性发生改变，丧失原有功能及增殖能力，胞死亡时，细胞膜通透性发生改变，丧失原有功能及增殖能
20、力，可被可被伊文思蓝、洋红、甲基蓝伊文思蓝、洋红、甲基蓝等.染色时间不能太长染色时间不能太长 ,凡未染或凡未染或染色及浅的细胞是有活力的，而染色深的细胞是无活力的死细染色及浅的细胞是有活力的，而染色深的细胞是无活力的死细胞胞 胞质内蛋白变性、凝固或碎裂，以及嗜碱性核蛋白的降解，细胞质内蛋白变性、凝固或碎裂，以及嗜碱性核蛋白的降解，细胞质呈现强嗜酸性，故坏死组织或细胞在苏木精胞质呈现强嗜酸性，故坏死组织或细胞在苏木精/伊红染色切伊红染色切片中，胞质呈均一的深伊红色片中，胞质呈均一的深伊红色 FDA:双醋酸荧光素双醋酸荧光素荧光法荧光法:染色法染色法: 2.细胞凋亡细胞凋亡（细胞主动性死亡）（细胞
21、主动性死亡）美国科学情报研究所（ISI）1997年SCI（Science Citation Index）收录及引用论文检索，全世界自然科学研究中论文发表最集中的三个领域分别是：细胞信号转导细胞信号转导（signal transduction）；细胞凋亡细胞凋亡（cell apoptosis）；基因组与后基因组学研究基因组与后基因组学研究（genome and post-genomic analysis）。 细胞凋亡现象最早是1965年Kerr在大鼠肝细胞中发现的，当时他称这种现象为“皱缩型坏死”。1972年，Kerr,Wylle和Curry在许多正常组织中观察到一种与经典的细胞坏死形态特征不同
22、的现象：细胞收缩、细胞碎片、散在不完整细胞等，据此，他们首次提出apoptosis一词。国内常译为细胞凋亡、细胞凋落、细胞凋谢、细胞衰亡等，多数学者倾向于细胞凋亡。强调这一过程是一种自然的生理学过程。 近10年来对细胞凋亡的研究日渐重视，现代研究结果表明：细胞凋亡不仅是认识细胞死亡过程的基础，而且对胚胎发育、造血、免疫、乃至肿瘤都有极为重要的作用。细胞凋亡的提出细胞凋亡的提出细胞凋亡研究的模式生物细胞凋亡研究的模式生物细胞凋亡的概念及其生物学意义细胞凋亡的概念及其生物学意义概念：概念： 细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程，受到严格的由遗传机制决定的程序性控制，所以也常常被称为细
23、胞编程死亡（programmed cell death, PCD）。生物学意义： 细胞凋亡对于多细胞生物个体发育的正常进行，自稳平衡的保持以及抵御外界各种因素的干扰方面都起着非常关键的作用。1 有利于清除多余细胞 胚胎发育的某个阶段，特定区域的多余细胞发生凋 亡，利于器官的形态形成。如指和趾的形成。2 有利于清除无用细胞 形态发生时，一些遗迹随发育而凋亡。如人胚的 尾芽和鳃的定期消亡、蝌蚪退尾、人体性别的分化。3 有利于清除发育不正常的细胞 4 有利于清除有害细胞 作为自身的一种保护机制5 有利于清除完成正常使命的衰老细胞 如人红细胞、动物表皮细 胞、胃肠道细胞6 维持器官、组织细胞数目相对平
24、衡 细胞凋亡和细胞增殖是一个相 反的过程，细胞增殖低下和/或凋亡过盛，引起器官萎缩，肿瘤发生既 与细胞增殖过度有关，又与细胞凋亡不足有关。细胞凋亡的形态学特征凋亡的起始：细胞表面的特化结构如微绒毛消失，细胞间接触的消失，但细胞膜依然完整；线粒体大体完整，但核糖体逐渐从内质网上脱离，内质网囊腔膨胀，并逐渐与质膜融合；染色质固缩，形成新月形帽状结构等形态，沿着核膜分布 凋亡小体的形成：核染色质断裂为大小不等的片段，与某 些细胞器如线粒体一起聚集，为反折的细胞质膜所包围。细胞表面产生了许多泡状或芽状突起，逐渐形成单个的凋亡小体 凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬并消化细胞凋亡的发生过程，在形态学上可分为三
25、个阶段：在光镜下表现为：细胞凝缩，染色质致密、边缘化、核凝集，染色体断裂形成核碎片。细胞质气泡化，凋亡小体形成并从胞体脱落，被周边细胞吞噬。在电镜下表现为：细胞核：早期缩小，电子密度增高，核膜皱缩，染色体密集于核膜下，分布不均匀；中期核高度凝集致密化；晚期核膜消失，染色体断裂，核被分裂成碎片。核碎片在细胞质中与细胞器等成分一起被细胞膜包裹成圆形的凋亡小体。细胞质：密度增高，细胞骨架被破坏；内质网扩大为泡状。细胞膜：微绒毛丧失，但膜完整性始终保持。1.1.细胞皱缩细胞皱缩; ;2.2.染色质凝集呈块状染色质凝集呈块状; ;3.3.细胞质浓缩细胞质浓缩; ;4.4.凋亡小体形成；凋亡小体形成；5.
26、5.凋亡小体内有结构完整的细胞器。凋亡小体内有结构完整的细胞器。细胞凋亡的生物化学特征细胞凋亡的生物化学特征1.DNA1.DNA凝胶电泳时呈现出特征性的梯形带凝胶电泳时呈现出特征性的梯形带; ;2.RNA 2.RNA 和蛋白质的合成增加和蛋白质的合成增加; ;3.3.钙离子浓度升高钙离子浓度升高; ; 钙离子浓度的升高是细胞凋亡的一个重要条件。钙离子浓度的升高是细胞凋亡的一个重要条件。4.4.内源性核酸内切酶活化，导致染色质断裂内源性核酸内切酶活化，导致染色质断裂; ;5.5.线粒体的变化。线粒体的变化。细胞凋亡与坏死(necrosis)二者的主要区别 细胞凋亡过程中，细胞质膜反折，包裹断裂的
27、染色质片段或细胞器，然后逐渐分离，形成众多的凋亡小体（apoptotic bodies），凋亡小体则为邻近的细胞所吞噬。整个过程中，细胞质膜的整合性保持良好，死亡细胞的内容物不会逸散到胞外环境中去，因而不引发炎症反应。相反，在细胞坏死时，细胞质膜发生渗漏，细胞内容物，包括膨大和破碎的细胞器以及染色质片段，释放到胞外，导致炎症反应 细胞凋亡 是细胞内死亡程序活化而致的细胞自杀，是由凋亡相关基因调节控制的，故亦称编程性细胞死亡。 细胞坏死 指各种致病因子干扰和中断了细胞正常代谢活动而造成的细胞意外死亡。细胞凋亡与细胞坏死的主要区别特征 细胞凋亡 细胞坏死 细胞核 染色质边缘化 核浓缩 核凝集断裂
28、核破碎 凋亡小体 核溶解 细胞质 浓缩、胞质气泡 显著膨胀 细胞器结构保留 细胞器破坏 细胞膜 完整 破裂 DNA电泳 阶梯状条带 弥散分布条带 合成代谢 新RNA蛋白质合成 合成代谢终止 炎症反应 无 有 基因调节 由凋亡相关基因调控 与基因调控无关 发生条件 多为生理性 只为病理性考试三、细胞凋亡的检测三、细胞凋亡的检测1）、形态学检测：）、形态学检测：染色法结合普通光镜，以及电子显微镜检测染色法结合普通光镜，以及电子显微镜检测2）、）、DNA电泳：电泳：3）、）、TUNEL测定法：测定法：即即DNA断裂的原位末端标记法，用荧光素断裂的原位末端标记法，用荧光素 耦连分子标记耦连分子标记DN
29、A3-OH断裂口断裂口4）、彗星电泳法：）、彗星电泳法：利用电泳技术检测降解成片断的利用电泳技术检测降解成片断的DNA。5）、流式细胞仪分析：）、流式细胞仪分析：根据凋亡细胞根据凋亡细胞DNA断裂和丢失，采用碘断裂和丢失，采用碘 化病啶使化病啶使DNA产生激发荧光，从而检测凋亡。产生激发荧光，从而检测凋亡。四、细胞凋亡的分子机理四、细胞凋亡的分子机理一）、诱导细胞凋亡的因子一）、诱导细胞凋亡的因子物理性因子物理性因子，包括射线（紫外线， 射线等）， 较温和的温度刺激（如热激，冷激）等化学及生物因子：包括活性氧基团和分子，DNA 和蛋白质合成的抑制剂，激素，细胞生长因子，肿 瘤坏死因子（TNF）
30、等线虫细胞凋亡的研究线虫细胞凋亡的研究 线虫（C. elegans)是研究细胞凋亡的理想材料，提供了一个良好的模型。它虫体透明，易于观察。早期研究发现虫体在不同发育时期某些细胞定期死亡。在整个发育过程中，有131个细胞陆续进入死亡程序，决定这些细胞进入死亡程序的是一系列凋亡基因。现已从中分离出10余个凋亡基因。研究发现ced3,ced4基因促进细胞凋亡，ced9基因阻止ced3/ced4的激活，抑制细胞凋亡。Ced3哺乳类同源物是ICE(Interleukin-1-converting enzyme)，即Caspase1正常细胞正常细胞 走向死亡细胞走向死亡细胞 死细胞死细胞 降解细胞降解细胞
31、起动死亡程序起动死亡程序执行死亡程序执行死亡程序被吞噬处理被吞噬处理Ced-2Ces-1cgl-1Ced-9ced-3 4Ced-125ced-567ced-810nec-1其中研究的较清楚的是其中研究的较清楚的是ced-9(抑制细胞凋亡）、抑制细胞凋亡）、ced-3,ced-4(促进细胞凋亡）促进细胞凋亡）二）、细胞凋亡的分子调控机理二）、细胞凋亡的分子调控机理线虫细胞凋亡的过程可划分为四个阶段：线虫细胞凋亡的过程可划分为四个阶段：1 命令阶段（execution） 这一阶段决定细胞凋亡与否，通过基因ced-3和ced-4的指令可以执行细胞凋亡，使细胞有程序有步骤的凋亡，而ced-9基因则能
32、阻止这一凋亡过程的执行。2 细胞凋亡阶段（death） 已经接受凋亡指令的细胞，在这一阶段将受ced-3和ced-4基因的调控而停止生长，选择凋亡途径。3 细胞吞噬阶段（engulfment） 这一阶段细胞处于被临近细胞吞噬的状态。控制这一过程的基因有两组：即ced-1,ced-6,ced-7,ced-8基因组和ced-2,ced-10基因组。4 分解阶段（degradation） 凋亡细胞被吞噬后很快分解，这一阶段起作用的基因是nec-1.目前发现的调控细胞凋亡的相关基因目前发现的调控细胞凋亡的相关基因1. Caspase家族与凋亡 在哺乳类找到的一组与ced-3基因同源的基因，构成一个家族
33、，即Caspase家族。 Caspase活性位点是半胱氨酸(Cysteine)，裂解靶蛋白位点是天冬氨酸残基后的肽键，因此称为Cysteine aspartic acic specific protease，即Caspase特点：特点： 酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲核性；酶活性依赖于半胱氨酸残基的亲核性；总是在天冬氨酸之后切断底物，所以命名为总是在天冬氨酸之后切断底物，所以命名为caspase（cysteine aspartate-specific protease）；）；都是由两大、两小亚基组成的异四聚体，大、小亚基由同都是由两大、两小亚基组成的异四聚体，大、小亚基由同一基因编码，前体被切割
34、后产生两个活性亚基一基因编码，前体被切割后产生两个活性亚基:异二聚体。异二聚体。 Caspase 的种类：的种类： 13种Caspase。分为2个亚族（subgroup）：ICE亚族和CED-3家族。 又分为两类：一类为执行者（effector），如caspase-3、6、7，它们可直接降解胞内的结构蛋白和功能蛋白，引起凋亡，但不能通过自催化（autocatalytic）或自剪接的方式激活；另一类为启动者（initiator），如caspase-8、9，受到信号后，能通过自剪接而激活，然后引起caspase级联反应，如caspase-8可依次激活caspase-3、6、7 ced基因基因 在一
35、种无脊椎动物线虫中发现的一组基因，共14个，其中ced-3,ced-4,ced-9研究的较为清楚。Ced-3编码530个氨基酸，其中有100个氨基酸为丝氨酸富含区。ICE基因基因 是哺乳动物中克隆出的ced-3的同源基因，为白细胞介素1转化酶（inter-leukin-1 converting enzyme）。是一种底物特异性半胱氨酸蛋白酶（cystein aspartic acic specific protease,caspase家族)，这个家族的共同点是特异的断开天冬氨酸后的肽键.Caspase活化 Caspase自身以非活化的Procaspase存在，其激活则需在两个亚基的连接区的天冬
36、氨酸位点进行切割（裂解活化），结果产生了由两个亚基组成的异二聚体，此即具有活性的酶。胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径凋亡信号通路 当细胞接受凋亡信号分子后，凋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(Adaptor protein)结合，这些衔接蛋白又募集Procaspases聚集在受体部位，Procaspase相互活化并产生级联反应，使细胞凋亡Caspases活化后，作用底物： 裂解核纤层蛋白，导致细胞核形成凋亡小体； 裂解DNase结合蛋白，使DNase释放，降解DNA形成DNA Ladder; 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、 脱落，便于细胞吞噬； 导致膜
37、脂PS重排，便于吞噬细胞识别并吞噬。Fas介导的细胞凋亡介导的细胞凋亡 Fas具有三个富含半胱氨酸的胞外区和一个称为死亡具有三个富含半胱氨酸的胞外区和一个称为死亡结构域（结构域（Death domain，DD）的胞内区。）的胞内区。 Fas的配体的配体FasL（Fas ligand）与）与Fas结合后，结合后，Fas三三聚化使胞内的聚化使胞内的DD区构象改变，然后与接头蛋白区构象改变，然后与接头蛋白FADD（Fasassociated death domain）的）的DD区结区结合，而后合，而后FADD的的N端端DED区（区（death effector domain）就能与）就能与Caspa
38、se-8 2Apaf-1Apaf-1被称为凋亡酶激活因子-1，与线虫的ced-4同源Apaf-1含有含有3个不同的结构域个不同的结构域 CARD（caspase recruitment domain）结构域，能召集caspase-9；ced-4 同源结构域，能结合ATP/dATP；C端结构域，含有色氨酸/天冬氨酸重复序列，当细胞色素c的结合到这一区域后，能引起Apaf-1多聚化而激活。 Apaf-1具有激活Caspase-3的作用，但需要细胞色素c（Apaf-2）和caspase-9（Apaf-3）参与。Apaf-1/细胞色素c复合体与ATP/dATP结合后，Apaf-1就可以通过其CARD结
39、构域召集caspase-9，形成凋亡体（apoptosome）3Bcl-2家族家族 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，这三个区域是调节凋亡所必需的结构。Bcl-2家族可分为两类： 一类是抗凋亡的，如：Bcl-2； 一类是促进凋亡的，如：Bax、Bad、Bid，以二聚体形体发挥作用。 4p53 是一种抑癌基因，其生物学功能是在G期监视DNA的完整性。如有损伤，则抑制细胞增殖，直到DNA修复完成。如果D
40、NA不能被修复，则诱导其调亡，研究发现丧失p53功能的小鼠胸腺细胞对糖皮质激素诱导的调亡反应和正常细胞相同，而对辐射诱导的调亡不敏感。 P53肿瘤抑制基因分为野生型与突变型，野生型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，突变型诱导细胞凋亡，突变型P53抑制细胞凋亡抑制细胞凋亡P53通过调节通过调节Bcl2 Bax的表达来影响细胞凋亡的表达来影响细胞凋亡5myc恶性肿瘤细胞中都发现有恶性肿瘤细胞中都发现有c-myc的过度表达，它能促进细胞增的过度表达，它能促进细胞增殖、抑制分化。殖、抑制分化。 在凋亡细胞中在凋亡细胞中c-myc也是高表达，作为转录也是高表达，作为转录调控因子，
41、一方面它能激活那些控制细胞增殖的基因，另一调控因子，一方面它能激活那些控制细胞增殖的基因，另一方面也激活促进细胞凋亡的基因，给细胞两种选择：增殖或方面也激活促进细胞凋亡的基因，给细胞两种选择：增殖或凋亡。当生长因子存在，凋亡。当生长因子存在，Bcl-2基因表达时，促进细胞增殖，基因表达时，促进细胞增殖，反之细胞凋亡反之细胞凋亡 六、线粒体与细胞凋亡六、线粒体与细胞凋亡 细胞内源信号细胞内源信号内源信号内源信号 DNADNA损伤损伤 细胞质中细胞质中CaCa2+2+ 浓度过高浓度过高 极度氧胁迫（产生大量的自由基）极度氧胁迫（产生大量的自由基）正控制信号正控制信号 促进细胞死亡促进细胞死亡,如细
42、胞色素如细胞色素c,凋亡蛋白酶激活因子凋亡蛋白酶激活因子（apoptotic protease-activating factor，Apaf）负控制信号负控制信号 抑制细胞死亡，如哺乳动物中的抑制细胞死亡，如哺乳动物中的BCL-2BCL-2和和BCL-xBCL-x蛋白。蛋白。线粒体既是细胞的能量工厂，也是细胞的凋亡控制中心，可是为什么线粒体会担负起如此重要的双重功能呢？一个主要的原因是各类生长因子都可以促进葡萄糖转运和己糖激酶等向线粒体转运、加速能量生产，相反地剥夺生长因子后，细胞氧消耗降低、ATP合成不足、蛋白质合成受阻，最后细胞走向死亡。由于这一方面的资料较少，目前还很难作出一个较好的解释
43、，只能留在以后再完善。 细胞凋亡可能的调控机制细胞凋亡可能的调控机制通过对线虫、昆虫、鼠和人的细胞凋亡研究，发现它们的凋亡相关基因有相当的保守性，它们在凋亡过程中起着相同的作用，这说明有共同的调控机制。不同信号、不同类型的细胞能产生似乎相同的细胞凋亡改变，提示细胞凋亡存在着共同的途径，也就是说各种信号通过复杂的传导将汇集到一点上，然后通过共同的最后通路导致细胞凋亡。研究表明：蛋白激酶C(PKC)可能是多种信号传导途径的汇集点，由它启动细胞生存或死亡的“开关”。生长因子受体 PLC IP-2 DAG PKC Ca离子 G蛋白磷酸化 细胞凋亡 TPA 转录因子磷酸化 细胞增殖四、细胞凋亡与疾病及其
44、治疗四、细胞凋亡与疾病及其治疗细胞凋亡与人类疾病细胞凋亡不足及细胞凋亡过度都会造成疾病与凋亡抑制有关的疾病 与凋亡升高有关的疾病1 肿瘤 1 AIDS滤泡型淋巴瘤 2 神经变性疾病激素依赖性肿瘤（乳瘤） 巴金森氏病2 自身免疫病 色素性视网膜炎系统性红斑狼疮 3 再生障碍性贫血免疫介导的肾小球炎 4 缺血性损伤3 病毒感染 心肌梗死，中风疱疹病毒，腺病毒 5 酒精中毒性肝病针对疾病种类的不同，可以通过抑制或者增强细胞凋亡的措施治疗有关的疾病：1 诱导细胞凋亡治疗因凋亡受抑而致的疾病放疗和化疗能激活肿瘤自杀程序，导致瘤细胞凋亡。2 抑制细胞凋亡治疗因凋亡过量而致的疾病神经生长因子治疗神经系统退行性病变，可以延缓神经元凋亡。改变细胞凋亡状态用于疾病治疗的许多措施尚属试用阶段。一个十分诱人的设想是基因治疗通过载体导入凋亡相关基因干预细胞的凋亡调控来实现。
