《细胞生物学》课件第十六章 细胞凋亡

1、 第一节 细胞死亡第十六章 细胞死亡与细胞衰老细胞凋亡细胞坏死细胞自噬性死亡1一、细胞凋亡概念：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，所以也常常被称为细胞编程性死亡.凋亡细胞将被吞噬细胞吞噬。2（一）细胞凋亡的特征细胞凋亡的形态学特征细胞凋亡的生化特征3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，被细胞质膜所包围。细胞表

2、面产生了许多泡状或芽状突起（blebbing)，逐渐形成单个的凋亡小体凋亡小体逐渐被邻近的细胞吞噬并消化4 细胞凋亡的过程 Morphologi changes: Early : 细胞收缩，染色质凝集 Later : 细胞发泡，染色质断裂， 凋亡小体形成 At last: 吞噬细胞识别并吞噬凋亡小体或凋亡细胞567胸腺细胞正常凋亡8细胞凋亡的生化特征细胞凋亡的主要特征是形成大小为180200bp特征性的DNA 梯状条带凋亡细胞组织转谷氨酰胺酶积累并达到较高水平92） DNA 梯状条带 :Lane 10 h 21 h 32 h 43 h 54 h 6Control 7Marker 2.0kbp1

3、.00.50.2180200bp DNA 梯状条带10 诱导细胞凋亡的因子物理性因子，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），抗Fas/Apo-1/CD95抗体等11（二） 细胞凋亡的检测方法形态学观测：染色法(DAPI)、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细胞凋亡中, 染色体DNA双链断裂或单链断裂而产生大量的粘性3-OH末端，可在脱氧核糖核苷酸末端转移酶（terminal deoxyn

4、ucleotidyl transferase TdT）的作用下，将脱氧核糖核苷酸和荧光素、过氧化物酶、碱性磷酸酶或生物素形成的衍生物标记到DNA的3-末端，从而可进行凋亡细胞的检测，这类方法称为脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的缺口末端标记法（terminal -deoxynucleotidyl transferase mediated nick end labeling, TUNEL）。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。12（三）细胞凋亡的生理学及医学意义（1）生理意义：（a）维持多细

5、胞生物个体发育的正常进行。（b）保持自稳平衡。（c）抵御外界各种因素的干扰。（2）医学意义 细胞凋亡失调可引起多种疾病。13（四） 细胞凋亡的分子机制诱导因子: 物理因子、化学因子和生物因子三类。调节细胞凋亡的分子: 重要的有caspase超家族蛋白（可以引起级联反应）、天然caspase抑制剂、IAP、 Bcl 家族蛋白和p53 蛋白等。14凋亡相关基因抑制凋亡基因： bcl-2促进凋亡基因： fas，P53双向调控基因： c-myc，bclx151. caspase是一组对底物蛋白的天冬氨酸部位有特异水解作用，其活性中心富含半胱氨酸的蛋白酶，至少有13个成员162. Caspase 依赖性

6、的细胞凋亡途径17 细胞凋亡的信号途径两条基本途径 外源性内源性18193. Caspase 非依赖性的细胞凋亡204. 穿孔蛋白颗粒介导的细胞凋亡 淋巴细胞通常通过穿孔素/ 淋巴颗粒（granule ）和FasL/TNF及其受体来介 导靶细胞的凋亡。穿孔素（perforin）蛋白模拟病毒入侵细胞膜的方式，介导颗 粒中的丝氨酸蛋白酶进入靶细胞内，丝氨酸蛋白酶从而有机会激活胞浆中的caspase-10 。21225. 生死抉择：细胞凋亡的调控23二、细胞坏死1引起细胞坏死的因子：一般认为细胞坏死是细胞在强烈的外界因素作用下产生的死亡现象。2特征：细胞坏死时，细胞膜破裂，细胞器膨大受损, DNA随

7、机降解，在体内可引起炎症反应。3最新进展：细胞坏死可能是细胞程序性死亡的另一种方式，因为 DNA 损伤和PARP活化可导致增殖旺盛的细胞坏死，但不引起非持续增殖细胞的死亡，其机制与胞内ATP的水平高低有关。2425细胞凋亡与坏死的区别坏死 凋亡1.性质 病理性，非特异性 ,非遗传性 生理性或病理性，特异性 遗传性2.诱导因素 强烈刺激（极端环境），随机发生 较弱刺激，非随机发生3.生化特点 被动过程，无新蛋白合成， 主动过程，有新蛋白合成， 不耗能 耗能4.形态变化 细胞结构全面溶解、破坏、 胞膜及细胞器相对完整 细胞肿胀 细胞皱缩，核固缩5.DNA电泳 弥散性降解，电泳呈均一 DNA片段化（

8、180-200bp）， DNA片状 电泳呈“梯”状条带6.炎症反应 溶酶体破裂，局部炎症反应 溶酶体相对完整，局部无 炎症反应7.凋亡小体 无 有8.基因调控 无 有 26三、自噬性细胞死亡1概念：是细胞在正常生理条件或饥饿状态下将细胞的自身组分或结构包裹起来，形成具有双层膜的囊泡结构（即自噬泡），再与溶酶体融合，内含物被溶酶体中的水解酶消化的过程。2728292生理意义 细胞自噬可以帮助细胞度过营养缺乏的时期，但是严重的自噬将导致细胞死亡。在动物体的发育过程中，自噬活动还参与新的组织器官的重建。303细胞自噬的相关基因： 细胞自噬有相关基因的蛋白产物参与（Atg基因）和信号转导途径介导（IP

9、3/TOR），因此细胞的自噬死亡是一种程序性细胞死亡方式。314与细胞凋亡的关系：目前细胞自噬程序性死亡与细胞凋亡的联系还不清楚。两者可先后发生，也可独立发生。有研究表明，细胞自噬可能是细胞凋亡的补充途径。32四、植物细胞与酵母的细胞程序性死亡（一）植物细胞的程序性死亡1生理意义：它在植物体正常发育、对环境胁迫和病原体入侵引发的过敏反应中具有重要的作用。细胞死亡后的残余物质被细胞壁固定在原位，而被自身液泡的水解酶所消化。2形态特征：在形态方面因诱导源（活性氧、植物激素等）不同而可能有所差异。目前已经发现了一些与植物细胞程序性死亡相关的基因。3334（二）酵母细胞的程序性死亡1特征：其形态学特征

10、与动物细胞凋亡类似（注意酵母具有细胞壁）。2细胞的程序性死亡在生命的演化过程具有共同的起源。35第二节 细胞衰老一、细胞衰老的概念及特征（1） Hayflick界限：体外培养的正常细胞存在有丝分裂次数的极限，这种现象称为Hayflick 界限。（2） 细胞的衰老： 一般含义是指复制衰老（replicative senescence）, 即体外培养的正常细胞经过有限次数的分裂后，停止分裂，细胞形态和生理代谢活动发生显著改变的现象。（3）范围：除胚胎干细胞、转化细胞或者癌细胞具有永生性，其它原代培养细胞均存在复制衰老现象。363738392衰老细胞结构的变化 细胞衰老时，细胞核、细胞器（如，内质网

11、、线粒体、致密体）和膜系统等都发生了一些列的变化，总的来说是，原生质失水，代谢降低， 结构逐渐瓦解。40(一)衰老细胞的形态结构特征核: 增大、染色深、核内有包含物染色质: 凝聚、固缩、碎裂、溶解质膜: 粘度增加、流动性降低细胞质: 色素积聚、空泡形成线粒体: 数目减少、体积增大高尔基体: 碎裂尼氏体: 消失包含物: 糖原减少、脂肪积聚核膜: 内陷(折）41（二）分子水平的变化1 . DNA：复制与转录受阻，端粒DNA、mtDNA缺失。DNA氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降低。 2. RNA：含量降低。 3.蛋白质：含成下降，发生修饰、交联。 4. 酶分子：活性中心被氧化，金属离子丢失，酶

12、分子的二级结构，溶解度，等电点发生改变，酶失活。 5.脂类：不饱和脂肪酸被氧化。42二、细胞衰老的分子机制（一）复制衰老机制 复制衰老的分子机制：由于体细胞内缺乏端粒酶活性，因此随着细胞的分裂次数增多，端粒逐渐缩短。这会导致p53含量增加和通过磷酸化而活化，p53诱导p21表达，p21抑制CDK的活化，结果抑制性Rb不能被磷酸化， E2F处于失活状态，最终引发细胞衰老。 p16维持细胞的衰老状态。434445（二）压力诱导的早熟性衰老1诱因：损伤的积累包括氧化性损伤、端粒序列的缺失、rDNA的变化、线粒体DNA的变化等。压力诱导早熟性衰老的分子机制：外界的胁迫条件能够缩短细胞的复制寿命，这种衰老称为胁迫诱导早熟性衰老（stress-induced