的信息预存在卵子发生期的卵母细胞里 ●端粒与衰老：发现端粒长度确实与衰老有着密切的关系，提出细
◆微管和微丝对细胞中特定部位的mRNA的 胞衰老的 聚集有一定关系 ―有丝分裂钟‖学说（Harley,1990）
mRNA翻译的调控 ● rDNA与衰老: 酵母染色体外rDNA 环（ERC）的积累，导致细胞
◆―隐蔽‖mRNA（masked mRNA）的激活 衰老。
◆调节编码铁蛋白（ferritin）的 ● 沉默信息调节蛋白复合物（Sir complex）与衰老：Sir complex mRNA翻译速率的机制 存在于异染色质区，其作用在于阻断所在位点DNA转录。
mRNA稳定性的调控 ● SGS1基因和WRN基因与衰老： SGS1基因和WRN基因同源,编码解
◆mRNA的寿命与它的多聚(A)尾巴长度有关 旋酶; ◆哺乳动物细胞内mRNA的降解途径说明一旦多聚(A) 酵母sgs1突变体寿命明显短于野生型（平均9.5代:24.5代）; wrn 尾巴减少到一定长度，mRNA会迅速降解 突变 ◆3‘UTR的核苷酸顺序的不同似乎在多聚(A)尾巴变短 引发早老症. 时扮演一个与降解速率有关的角色 ● 发育程序与衰老:
第十三章 细胞衰老与凋亡 ● 线粒体DNA与衰老: Sen-DNA(80年代);mtDNA突变积累与细胞衰
第一节 细胞衰老 老有关. (cellular aging或cell senescence) 第二节 细胞凋亡(Apoptosis)
●Hayflick界限(Hayflick Limitation） ●细胞凋亡的概念及其生物学意义 ●细胞在体内条件下的衰老 ●细胞凋亡的形态学和生物化学特征 ●衰老细胞结构的变化 ●细胞凋亡的分子调控机理 ●细胞衰老的分子机理 一、细胞凋亡的概念及其生物学意义
一、Hayflick界限(Hayflick Limitation） ●概念：细胞凋亡是一个主动的由基因决定的自动结束生●概念：关于细胞增殖能力和寿命是有限的观点。 命的过程，所以也常常被称为细胞编程死亡（programmed 细胞，至少是培养的二倍体细胞，不是不死cell death,PCD）。凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬。 的，而是有一定的寿命；它们的增殖能力不是无限的，而是有 ●生物学意义：细胞凋亡对于多细胞生物个体发育一定的界限，这就是 Hayflick界限 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
◆ 癌细胞或培养的细胞系是不正常细胞，其染色体数起着非常关键的作用： 目或形态已经不同于原先的细胞 蝌蚪尾的消失，骨髓和肠的细胞凋亡，脊椎动物的神经系 ◆ 细胞的增殖能力与供体年龄有关 统的发育，发育过程中手和足的成形过程。 ◆ 物种寿命与培养细胞寿命之间存在着一定的关系 二、细胞凋亡的形态学和生物化学特征
●二倍体细胞的衰老是由细胞本身决定的 ●细胞凋亡与坏死(necrosis) ◆决定细胞衰老的因素在细胞内部，而不是外部的环境 ●细胞凋亡的形态学特征 ◆是细胞核而不是细胞质决定了细胞衰老 ●细胞凋亡的生化特征
二、细胞在体内条件下的衰老 ●诱导细胞凋亡的因子
●在机体内，细胞的衰老和死亡是常见的现象，甚至在个体发育的早●细胞凋亡的检测 期也会发生; 细胞凋亡与坏死(necrosis) ●正常情况下终生保持分裂的细胞，其分裂能力是否随着有机体年龄●二者的主要区别是，细胞凋亡过程中，细胞质膜反折，包裹断裂的增高而下降？它们 会不会衰老？ 的染色质片段或细胞器，然后逐渐分离，形成众多的凋亡小体 ◆衰老动物体内，细胞分裂速度显著减慢，其原因主要 （ apoptotic bodies ），凋亡小体则为邻近的细胞所吞噬。整个过程是G1期明显延长; 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 ◆衰老个体内的环境因素影响了细胞的增殖和衰老; 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 ◆骨髓干细胞移植实验说明随着年龄的增加，干细胞 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增殖速度也趋缓慢. 段，释放到胞外，导致炎症反应
三、衰老细胞结构的变化 细胞凋亡的形态学特征
●细胞核的变化 ◆凋亡的起始：细胞表面的特化结构如微绒毛消失，细胞 ●内质网的变化: 衰老动物内质网成分弥散性地分散于核 间接触的消失，但细胞膜依然完整；线粒体大体完整，但 周胞质中，粗面内质网的总量似乎是减少了 核糖体逐渐从内质网上脱离，内质网囊腔膨胀，并逐渐与 ●线粒体的变化: 通常，细胞中线粒体的数量随龄减少， 质膜融合；染色质固缩，形成新月形帽状结构等形态，沿 而其体积则随龄增大 着核膜分布 ●致密体的生成 ◆凋亡小体的形成：核染色质断裂为大小不等的片段，与 ●膜系统的变化 某 些细胞器如线粒体一起聚集，为反折的细胞质膜所包
细胞核的变化 围。细胞表面产生了许多泡状或芽状突起，逐渐形成单个
◆体外培养的二倍体细胞，细胞核 的凋亡小体 随着细胞分裂次数的增加不断增大 ◆凋亡小体逐渐为邻近的细胞吞噬并消化 ◆细胞核的核膜内折（invagination）、 细胞凋亡的生化特征 染色质固缩化 ◆细胞凋亡的主要特征是形成大小为180～200bp特征性的
DNA ladders 膜系统的变化
◆凋亡细胞组织转谷氨酰胺酶tTG （tissue ◆衰老的细胞，其膜流动性降低、韧性减小
Transglutaminase）积累并达到较高水平 ◆衰老细胞间间隙连接?;
诱导细胞凋亡的因子 细胞膜内（P面）颗粒的分布也发生变化?
◆物理性因子，包括射线（紫外线，? 射线等），较温和的温度刺四、细胞衰老的分子机理
-激（如热激，冷激）等 ●氧化性损伤学说：代谢过程中产生的活性氧基团或分子（ROS--- O2，
-◆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OH ， H2O2 ），引发的氧化性损伤的积累，最终导致衰老。
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抑制剂，激素，细胞生长因子，肿瘤坏死因子?（TNF?），抗Fas/Apo-1/CD95抗体等
细胞凋亡的检测
◆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（comet assay） ◆流式细胞分析
根据凋亡细胞DNA断裂和丢失，采用碘化丙啶使DNA 产生激发荧光，用流式细胞仪检出凋亡的亚二倍体细 胞，同时又能观察细胞的周期状态。
三、细胞凋亡的分子调控机理
●线虫(C.elegans)凋亡研究发现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
●Caspase家族与凋亡 ●Bcl-2家族、线粒体与细胞凋亡
●细胞凋亡的分子机理
Caspase家族与凋亡
◆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
◆Caspase活化
◆胞外信号分子诱导的细胞凋亡途径
Caspase活化
Caspase自身以非活化的Procaspase存在，其激活依赖于其他的Caspase在它的天冬氨酸位点裂解活化或自身活化
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(Fas,TNF等)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 ·下游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；导致膜脂PS重排，便于吞噬细胞识别并吞噬。
Bcl-2家族、线粒体与细胞凋亡
◆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、线粒体与细胞凋亡 ◆哺乳动物细胞中发现的Apaf2即是CytC
Bcl-2、线粒体与细胞凋亡
◆当Caspase8活化后，它一方面作用于Procaspase3，另一方面使Bid裂解成2个片段，其中含BH3结构域的C-端片段被运送到线粒体，与Bcl-2/Bax的BH3结构域形成复合物，导致细胞色素C释放。CytC与胞质中Ced4同源物Apaf-1(凋亡蛋白酶活化因子apoptosis protease activating factor)结合并活化Apaf-1，活化的Apaf-1再活化Procaspase9，最后引起细胞凋亡
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细胞生物学（翟中和）笔记
