細(xì)胞的衰老與死亡細(xì)胞衰老（cellaging，cellsenescence）細(xì)胞衰老－－隨時間推移，細(xì)胞增殖能力和生理功能下降的變化過程。（形態(tài)明顯變化，膜通透性脆性增加，細(xì)胞器功能下降，遺傳物質(zhì)損傷增加等。）個體衰老建立在細(xì)胞總體衰老的基礎(chǔ)上，各種衰老表現(xiàn)均有其細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)。2正常細(xì)胞體外壽命有限

利用來自胚胎和成體的成纖維細(xì)胞進(jìn)行體外培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)：胚胎的成纖維細(xì)胞分裂傳代50次后開始衰退和死亡，成年組織的成纖維細(xì)胞培養(yǎng)15～30代就開始死亡。

Hayflick界限（Hayflicklimitation)：體外培養(yǎng)的二倍體細(xì)胞的增殖能力和壽命是有一定限度的組成人體組織的細(xì)胞壽命有顯著差異，保持繼續(xù)分裂能力的細(xì)胞不易衰老。3體外培養(yǎng)的二倍體細(xì)胞分裂次數(shù)與供體年齡之間呈反比關(guān)系。不同物種的細(xì)胞最大分裂次數(shù)與動物平均壽命成正比關(guān)系。常可用胚胎成纖維細(xì)胞體外培養(yǎng)的群體倍增次數(shù)估計個體的壽命。4Werner綜合癥和早老癥患者的細(xì)胞傳代次數(shù)大大少于常人5體內(nèi)細(xì)胞增殖能力與分化相關(guān)高度分化，沒有增殖能力（細(xì)胞壽命短/長）已分化，暫不增殖未分化，干細(xì)胞始終保持增殖能力。6主要表現(xiàn)在對外界環(huán)境變化的適應(yīng)能力降低和維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的能力的降低，相應(yīng)的也就出現(xiàn)了形態(tài)結(jié)構(gòu)與生化功能上的改變。細(xì)胞衰老的表現(xiàn)7由于水分丟失使得體積縮小，細(xì)胞“硬化”并失去正常形態(tài)。色素沉積（溶酶體清除功能下降）。膜系統(tǒng)脂成分改變，流動性降低，物質(zhì)合成運輸與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生障礙，機(jī)械抗性降低。線粒體數(shù)目減少，體積增大，骨架蛋白參與的物質(zhì)運輸與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)活動減少。8核膜內(nèi)陷，核/染色質(zhì)固縮化

，總的復(fù)制轉(zhuǎn)錄活動受抑制，染色體端粒縮短；mtDNA突變增加。蛋白質(zhì)合成下降，變異蛋白出現(xiàn)；酶活性喪失。干細(xì)胞增殖分化能力降低。9“錯誤成災(zāi)”學(xué)說--DNA損傷和修復(fù)功能下降，導(dǎo)致核酸、蛋白質(zhì)、酶等生物大分子合成錯誤，引起細(xì)胞代謝功能障礙，導(dǎo)致細(xì)胞衰老死亡。衰老的原因10自由基氧化損傷--自由基是原子核外層軌道上有不成對電子的分子或原子基團(tuán)。濃度過高時，常與生物大分子發(fā)生反應(yīng)，破壞生物大分子的結(jié)構(gòu)，從而傷害細(xì)胞

。11自由基可破壞核酸分子中的堿基，產(chǎn)生基因突變。自由基可引起脂質(zhì)過氧化。自由基可破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。自由基可損傷細(xì)胞骨架蛋白。12端粒Telomere--染色體的末端有一種能穩(wěn)定染色體結(jié)構(gòu)和功能的特殊成分。它們均是由富含T和G的簡單重復(fù)序列不斷重復(fù)而成。這些位于染色體末端的核苷酸重復(fù)序列和結(jié)合在其上的一些蛋白質(zhì)共同構(gòu)成了真核生物染色體的“末端保護(hù)帽”，維持染色體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。13如果缺少了這種成分，染色體之間就會互相粘連、出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的變化或其它錯誤的行為，以致影響到染色體的生存和正確復(fù)制并進(jìn)一步威脅到細(xì)胞的存亡。細(xì)胞分裂時DNA復(fù)制的不完全將引起端粒區(qū)DNA的少量丟失，所以隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加，端粒不斷縮短。14細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂染色體端粒端粒細(xì)胞將停止分裂而趨于老化當(dāng)端粒縮短到一定程度(臨界長度)時細(xì)胞不再分裂15特定基因衰老相關(guān)基因16根據(jù)細(xì)胞死亡形式的不同，可將其分為兩種類型：壞死（necrosis）與凋亡（apoptosis）細(xì)胞的死亡17當(dāng)外界因素超過細(xì)胞所承受的強(qiáng)度閾值時，會導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的快速崩潰，細(xì)胞腫脹膨大，胞膜/核膜破裂，細(xì)胞器/核內(nèi)物質(zhì)散失，釋放出的蛋白又破壞鄰近的細(xì)胞，于是更多細(xì)胞壞死，更多的酶被釋放…，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)。是一種病理性、被動性死亡。

壞死（necrosis）18左圖：正常肝臟結(jié)構(gòu)，肝小葉清晰，細(xì)胞完整。右圖：丙型肝炎，肝細(xì)胞明顯腫大壞死，圖中空泡樣結(jié)構(gòu)是水腫的肝細(xì)胞，深色黑點是開始或已經(jīng)壞死的肝細(xì)胞。

19也稱程序性細(xì)胞死亡（programmedcelldeath，PCD），是細(xì)胞在死亡信號誘導(dǎo)下遵循一定程序主動性死亡的過程，涉及基因、信號的調(diào)控作用。凋亡(apoptosis)20細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)改變；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膨脹與細(xì)胞膜融合。Caspase被活化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)蛋白/調(diào)節(jié)蛋白被切割。細(xì)胞骨架逐漸斷裂，胞膜塌陷，細(xì)胞體積縮小。染色質(zhì)向核膜聚集，逐漸凝集形成致密斑（“核固縮”）。核膜向內(nèi)塌陷，細(xì)胞核斷裂并被分割包被。細(xì)胞凋亡的特點21細(xì)胞膜的內(nèi)陷把細(xì)胞質(zhì)分隔包裹，形成凋亡小體（apoptoticbody

）。凋亡小體內(nèi)細(xì)胞器結(jié)構(gòu)完整，線粒體、溶酶體無變化，始終有膜封閉，內(nèi)溶物無釋放，故不會引起炎癥。22細(xì)胞膜表面的各種蛋白質(zhì)－糖鏈結(jié)構(gòu)的改變（膜內(nèi)側(cè)的磷脂酰絲氨酸暴露于外側(cè)）會被周圍細(xì)胞探測到，最后由巨噬細(xì)胞把凋亡細(xì)胞吞入水解，最終完成細(xì)胞凋亡的全過程。23凋亡時細(xì)胞的生化改變?nèi)旧|(zhì)DNA在核小體單位之間的連接處斷裂,形成180200bp整數(shù)倍的寡核苷酸片段,在凝膠電泳上表現(xiàn)為梯形電泳圖譜(DNAladder)24熒光顯微鏡下凋亡細(xì)胞的形態(tài)變化

Annexin-Vstaining25細(xì)胞壞死與凋亡的形態(tài)區(qū)別26細(xì)胞凋亡細(xì)胞壞死誘導(dǎo)因子特定凋亡信號

病理性損傷范圍單個細(xì)胞成群細(xì)胞組織反應(yīng)細(xì)胞吞噬凋亡小體，無炎癥釋放細(xì)胞內(nèi)容物，伴炎癥細(xì)胞膜完整，形成凋亡小體溶解破損/通透性增加細(xì)胞器完整腫脹，崩解細(xì)胞核染色質(zhì)凝集，核固縮、碎片化染色質(zhì)彌散，核膜破裂，核內(nèi)物質(zhì)丟失溶酶體完整破裂線粒體腫脹、通透性增高、Cytc釋放腫脹破裂細(xì)胞體積皺縮，失去鄰近細(xì)胞連接腫脹基因組DNA核酸內(nèi)切酶活化，DNA降解為特定長度，電泳圖譜呈梯狀隨機(jī)降解為任意長度，電泳圖譜呈彌散狀酶Caspase被活化無Caspase活性能量需求需ATP無需ATP27凋亡的生物學(xué)意義參與影響胚胎發(fā)育參與免疫應(yīng)答，清除衰老、受損細(xì)胞，維持體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定28細(xì)胞凋亡的機(jī)制SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston2002NobelPrize：fortheirdiscoveriesconcerning"geneticregulationoforgandevelopmentandprogrammedcelldeath"29線蟲(C.elegans)

30凋亡相關(guān)基因細(xì)胞凋亡的調(diào)控涉及許多基因。其中研究較多的有ced、Bcl-2、p53、Fas/APO-1、c-myc、ICE等。31線蟲的細(xì)胞凋亡現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)十幾個基因在線蟲細(xì)胞凋亡過程中起作用。與凋亡直接相關(guān)：細(xì)胞死亡基因（celldeathgene）Ced-3、Ced-4，作用是誘發(fā)凋亡。

；死亡抑制基因（celldeathsuppressergene）Ced-9可使Ced-3、Ced-4失活，抑制凋亡發(fā)生。32與凋亡細(xì)胞被吞噬細(xì)胞吞噬相關(guān)：ced-1、ced-2、ced-5、ced-6、ced-7、ced-8和ced-10。與凋亡細(xì)胞DNA降解相關(guān)：nuc-1。與特異性細(xì)胞凋亡相關(guān)：ces-1、ces-2、egl-1、her-1。33以線蟲為起點，包括caspase、bcl、p53等在內(nèi)的與人類細(xì)胞凋亡調(diào)控有密切關(guān)系的基因也陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)。34Caspase家族Caspase是Ced-3的同源物，是引起細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵酶，共同特點是富含半胱氨酸，C端同源區(qū)存在半胱氨酸激活位點，被激活后能特異地切割靶蛋白的天冬氨酸殘基后的肽鍵。非活性的caspase均以酶原形式存在，被信號途徑激活后，產(chǎn)生caspase級聯(lián)反應(yīng)，將細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)降解。353637根據(jù)級聯(lián)反應(yīng)中所處的位置，caspase可分為位于上游的起始蛋白和位于下游的效應(yīng)蛋白啟動凋亡：Caspase2，Caspase8，Caspase9，Caspase10、Caspase11凋亡執(zhí)行：Caspase3，Caspase6，Caspase7Caspase1、4、11參與白細(xì)胞介素前體活化，介導(dǎo)炎癥產(chǎn)生，不直接參加凋亡信號的傳遞起始蛋白被激活后對效應(yīng)蛋白進(jìn)行切割并使之激活，隨后級聯(lián)反應(yīng)遞次激活下游的caspase。對靶蛋白的水解最終導(dǎo)致程序性細(xì)胞死亡。38能夠被caspase切割的靶蛋白caspase可以裂解核酸酶抑制物從而激活核酸酶，引起DNA片段化。caspase可以裂解核纖層蛋白，導(dǎo)致核纖層解體、染色質(zhì)固縮。caspase可以裂解細(xì)胞結(jié)構(gòu)蛋白如中間纖維、肌動蛋白等，導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)的改變。caspase可作用于與DNA修復(fù)相關(guān)的酶，繼而使細(xì)胞的增殖與復(fù)制受阻并發(fā)生凋亡。3940Bcl-2家族

Bcl-2家族蛋白可調(diào)節(jié)線粒體膜的通透性。促凋亡蛋白Bax能夠促進(jìn)線粒體外膜的通透化，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。抗凋亡類蛋白如Bcl-2阻止Bax效應(yīng)。41自殺相關(guān)因子（factorassociatedsuicide,Fas)與FasL42凋亡的信號傳導(dǎo)各種內(nèi)外因素可以啟動細(xì)胞凋亡，它們可以通過不同的信號傳遞系統(tǒng)傳遞凋亡信號，引起細(xì)胞凋亡。43死亡受體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡細(xì)胞表面的凋亡受體是屬于腫瘤壞死因子受體（TNFR）家族的跨膜蛋白，它們包括Fas（Apo-1/CD95）、TNFR1、DR3/WSL、DR4/TRAIL-R1和DR5/TRAIL-R2。其配體屬于TNF家族。均具有富含半胱氨酸的胞外區(qū)和含死亡結(jié)構(gòu)域（Deathdomain，DD）的胞內(nèi)區(qū)。4445活化的caspase-8、10啟動caspase的級聯(lián)反應(yīng)，使caspase-3、-6、-7的前體蛋白激活，這幾種Caspase可降解胞內(nèi)結(jié)構(gòu)蛋白和功能蛋白；此外活化后的caspase-8引起線粒體中死亡因子的釋放，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。46線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡

在脊椎動物細(xì)胞的凋亡過程中，線粒體被認(rèn)為是處于凋亡調(diào)控的中心位置。線粒體膜間腔中存在凋亡相關(guān)分子（Cytc、AIF），在膜通透性改變情況下可通過線粒體PT孔或Bcl-2家族成員形成的線粒體跨膜通道釋放到細(xì)胞質(zhì)中。47線粒體PT孔（permeabilitytransitionpore）主要由位于內(nèi)膜的腺苷轉(zhuǎn)位因子（ANT）和位于外膜的電壓依賴性陰離子通道（VDAC）等蛋白所組成，PT孔開放會引起線粒體跨膜電位下降和細(xì)胞色素c釋放。48而被細(xì)胞內(nèi)信號激活的促凋亡蛋白Bad或Bax也可以胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到線粒體外膜，使外膜的通透性發(fā)生改變，原本松散結(jié)合于線粒體內(nèi)膜外表面的Cytc等凋亡相關(guān)蛋白從線粒體膜間隙釋放到細(xì)胞質(zhì)中。Cytc與Apaf-1、caspase-9的前體蛋白形成凋亡復(fù)合物。49激活后的caspase-9激活下游的caspase-3，進(jìn)而引發(fā)caspase