第四版 第16章__细胞死亡与细胞衰老
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细胞的衰老与细胞死亡-衰老死亡的细胞是什么细胞
机体衰老与细胞衰老之间有着密切的联系，机体
衰老以细胞总体的衰老为基础 。
Cell Senescence and Cell Death
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第十六章
细胞衰老与细胞死亡
(二)机体内各类细胞的寿命不同
根据细胞寿命情况将细胞分为三类： 细胞寿命接近于动物的整体寿命，如神经元、脂 肪细胞、肌细胞等。 缓慢更新的细胞，其寿命比机体的寿命短，如肝 细胞、胃壁细胞等。
Cell Senescence and Cell DБайду номын сангаасath
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第十六章
细胞衰老与细胞死亡
酶：活性中心被氧化，总的效应是酶失活；但β-半
乳糖苷酶（senescence-associated β- galactosidase ， SA-βgal）活性增强。
脂类：不饱和脂肪酸被氧化，膜的流动性降低。
人正常体细胞一般分裂次数平均为50次. （二）体外细胞 体外培养细胞可传代30～50次,停止分裂增殖后细胞多停 留于G0或G1期,此时细胞表现为:
形态变化大;DNA复制能力降低
蛋白质合成能力
第十六章
细胞衰老与细胞死亡
(一)细胞衰老与机体的衰老既有区别又有联系
机体衰老：指绝大多数生物性成熟以后，机体形 态结构和生理功能逐渐退化或老化的过程，是一
快速更新且寿命较短的细胞，如皮肤的表皮细胞、
红细胞和白细胞等。
Cell Senescence and Cell Death
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第十六章
细胞衰老与细胞死亡
(三)细胞在体外培养条件下的寿命
•离体细胞同在体细胞一样，也有一定的寿命 •细胞的寿命不是指培养天数的多少，而是指群体倍增次数。 •其寿命长短取决于培养细胞的平均代数，所取培养组织的年
第四版 第16章__细胞死亡与细胞衰老
（二）细胞凋亡的检测方法 5. 流式细胞分析
左图：正常细胞周期 右图：地塞米松 处理的细胞在G1峰左侧可见一典型的凋亡峰型（亚二倍体峰）
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（二）细胞凋亡的检测方法
6. 检测细胞膜成分变化
– 检测磷脂酰丝氨酸的外翻
– 检测caspases 的激活
（二）细胞凋亡的检测方法
细胞凋亡早期，位于细胞 膜内侧的磷脂酰丝氨酸 （PS）迅速翻转到细胞膜 外侧，使得PS 暴露在细胞 膜表面，可以用PS 与抗凝 血剂Annexin V 的相互作用 检测外翻的PS
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（三）细胞凋亡的生理学及医学意义
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编
细胞生物学（第4版）
第16章 细胞死亡与细胞衰老
Copyright © 高等教育出版社 2011
Homeostasis 稳态
Apoptosis
Mitosis
细胞增殖和细胞死亡对生物体具有同样重要的意义
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
细胞凋亡使得神经细胞与靶细胞的数量相匹配
发育过程中神经细胞的数量较靶细胞多。靶细胞通过分泌存活因子来调节神 经细胞的数量。不能获得足够存活因子的神经细胞发生凋亡，使得剩下的神 经细胞与靶细胞的数量相当
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
DAPI 染色显示凋亡细胞的染色质凝集 A. 正常细胞核 B. 凋亡细胞核
细胞生物学 第十六章 细胞衰老与细胞死亡
第十六章细胞衰老与细胞死亡细胞衰老：指随着时间的推移，细胞的增殖能力和生理功能逐渐发生衰退的变化过程。
机体衰老：指绝大多数生物性成熟以后，机体形态结构和生理功能逐渐退化或老化的过程，是一个受发育程序、环境因子等多种因素控制的、不可逆的生物学现象。
Hayflick界限：细胞停止分裂是由细胞自身决定，正常的体外培养的细胞寿命不是无限的，只能进行有限次数的增殖。
细胞衰老的形态学变化：主要表现在细胞皱缩、膜通透性和脆性增加、核膜内陷和细胞器数量特别是线粒体数量减少、胞内出现褐脂素等异常物质沉积，最终出现细胞凋亡或坏死。
细胞衰老在生化方面的改变：①DNA：复制与转录受抑制，个别基因异常激活，端粒DNA丢失，线粒体DNA特异性缺失，DNA氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降低。
②RNA：mRNA和tRNA含量降低。
③蛋白质含量下降，发生糖基化、脱氨基等修饰反应导致蛋白质稳定性、抗原性和可降解性下降，自由基使肽链断裂，交联而变性。
氨基酸左旋变右旋。
④酶分子：活性中心被氧化，金属离子丢失，二级结构、溶解度和等电点发生改变，总效应是酶失活，但β-半乳糖苷酶活性增强。
⑤脂类：不饱和脂肪酸被氧化，膜脂之间或与脂蛋白之间交联，膜的流动性降低。
遗传决定学说：认为衰老是遗传上的程序化过程，其推动力和决定因素是遗传的基因组，控制生长发育和衰老的基因都在特定时期有序地开启和关闭。
自由基学说：认为活性氧基团导致细胞损伤和衰老。
自由基：指那些在原子核外层轨道上具有不成对电子的分子或原子基团。
是一类高度活化的分子，当它与其他物质反应时力图得到电子，而对细胞及组织产生十分有害的生物效应。
未成对电子：指在原子或分子轨道中未与其他电子配对而独占一个轨道的电子。
内源性自由基：环境中的高温、辐射、光解、化学物质等引起的外源性自由基。
外源性自由基：体内各种代谢反应产生的自由基，主要途径有①线粒体呼吸链电子泄露产生②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③机体血红蛋白、肌红蛋白中可通过非酶促反应产生自由基。
医学细胞生物学细胞衰老和细胞死亡优质课件
• 2.细胞凋亡中的蛋白酶 凋亡的起始和进程 受多种蛋白酶控制，蛋 白酶级联切割 可能是凋亡最关键的过程——凋亡机制的核心部分； 胱天蛋白酶家族、端粒酶、分裂素、钙蛋白酶等 参与
细胞死亡
• 3.胞浆Ca2+、pH的变化 Ca2+能通过 两条途径 诱导细胞凋亡：①胞 内 Ca2+库 释放，胞外 Ca2+内流 使胞浆内 Ca2+持续升高，作为凋亡信 号启动凋亡；②Ca2+的释放打破了胞内结构的稳定，使细胞凋亡系统 的关键成分 与正常时不能接触的基质发生反应，从而触发凋亡
β-半乳糖苷酶在衰老细胞中表达增加→
细胞衰老
• ⑤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
• 细胞衰老的学说与机制
• 有许多学说诠释细胞衰老过程
• 1.遗传决定学说认为衰老是遗传上的程序化 • 认为：衰老是 遗传上的程序化过程，其推动力和决定因素是遗传的基
因组；控制 生长发育和衰老的基因 都在特定时期 有序地 开启和关闭 • 早老衰综合症 Hutchinson-Gilford syndrome 婴幼儿期开始衰老，
• 也有细胞凋亡时，仅仅 核固缩、胞质浓缩 形成 致密结构→凋亡小体
细胞死亡 • 细胞凋亡时细胞生化改变的复杂性和多样性
• 1.DNA片段化 细胞凋亡时，胞内 内源性核酸内切酶 活化，将核小 体在 连接区 切断，形成180～200bp片段，电泳时可见 DNA梯状条 带 DNA ladder——细胞凋亡 最典型生化特征之一。细胞坏死时， DNA随意断裂，电泳呈 弥散状 smear
• 细胞坏死时， 细胞膜渗漏、内容物外流，导致炎症反应； 细胞凋亡 时，细胞膜反折包裹断裂的染色质片段或细胞器等，形成众多凋亡小 体，最终被巨噬细胞吞噬消化，不引起炎症反应
细胞死亡
• 3.胞浆Ca2+、pH的变化 Ca2+能通过 两条途径 诱导细胞凋亡：①胞 内 Ca2+库 释放，胞外 Ca2+内流 使胞浆内 Ca2+持续升高，作为凋亡信 号启动凋亡；②Ca2+的释放打破了胞内结构的稳定，使细胞凋亡系统 的关键成分 与正常时不能接触的基质发生反应，从而触发凋亡
β-半乳糖苷酶在衰老细胞中表达增加→
细胞衰老
• ⑤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
• 细胞衰老的学说与机制
• 有许多学说诠释细胞衰老过程
• 1.遗传决定学说认为衰老是遗传上的程序化 • 认为：衰老是 遗传上的程序化过程，其推动力和决定因素是遗传的基
因组；控制 生长发育和衰老的基因 都在特定时期 有序地 开启和关闭 • 早老衰综合症 Hutchinson-Gilford syndrome 婴幼儿期开始衰老，
• 也有细胞凋亡时，仅仅 核固缩、胞质浓缩 形成 致密结构→凋亡小体
细胞死亡 • 细胞凋亡时细胞生化改变的复杂性和多样性
• 1.DNA片段化 细胞凋亡时，胞内 内源性核酸内切酶 活化，将核小 体在 连接区 切断，形成180～200bp片段，电泳时可见 DNA梯状条 带 DNA ladder——细胞凋亡 最典型生化特征之一。细胞坏死时， DNA随意断裂，电泳呈 弥散状 smear
• 细胞坏死时， 细胞膜渗漏、内容物外流，导致炎症反应； 细胞凋亡 时，细胞膜反折包裹断裂的染色质片段或细胞器等，形成众多凋亡小 体，最终被巨噬细胞吞噬消化，不引起炎症反应
医学细胞生物学-15 细胞衰老与细胞死亡-2017(1)
第十六章细胞衰老与细胞死亡第一节细胞衰老第十六章 细胞衰老与细胞死亡第十六章 细胞衰老与细胞死亡第十六章 细胞衰老与细胞死亡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60-80 40 30不同年龄来源的人成纤维细胞的增殖代数细胞来源龟鸡小鼠可增殖代数90-120 15-35 14-28不同物种来源的成纤维细胞的增殖代数植物细胞未发现有最高分裂次数。
第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡目前人们根据端粒与端粒酶在细胞衰老上的研究成果，将细胞衰老区分为两大类：与端粒、端粒酶直接相关的复制性衰老；氧化应激诱导的非端粒依赖性衰老，也被称为早熟性衰老（premature senescence）。
第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第二节 细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章 细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第三节细胞凋亡第十六章细胞衰老与细胞死亡细胞凋亡信号途径LigandPlasma MembraneNucleusAPOPTOSISEffector CaspasesDeath receptor AdapterInitiator Caspase-8BidCa ++Cyto cInitiator caspase-9Apaf-1AIFEndo GCa ++IP3RAPOPTOSISER Stress(misfolded proteins)UV, radiation, chemo,hypoxiaInitiator Caspase-12APOPTOSISTRAF2Procaspase-12Bcl-2/ Bcl-x L Effector CaspasesINTRINSIC PATHWA YEXTRINSIC PATHWA YBcl-2/ Bcl-x LDeath domainMitochondriaEndoplasmic reticulum第十六章 细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡第十六章细胞衰老与细胞死亡凋亡小体的形成有三种方式：发芽脱落机制；分隔机制；自噬体形成机制。
细胞凋亡与细胞衰老课件
2 Caspase依赖性细胞凋亡
Caspase的发现和秀丽隐杆线虫程序性细胞死亡研究 有关。 秀丽隐杆线虫是研究PCD的理想材料（1mm长，透 明，3.5天即可有合子发育成熟，细胞总共产生1090个 细胞，其中131个凋亡）。 控制线虫PCD的基因有：Ced-3、Ced-4和Ced-9等。 哺乳动物中线虫相关基因（蛋白）研究发现10多种 Caspase。 – Ced-3和Ced-4诱发凋亡； – Ced-9抑制Ced-3、Ced-4的作用。 其中Caspase1与线虫Ced-3同源。负责白介素活化， 调节免疫，亦有促使细胞凋亡功能。
Bcl-2基因家族（B-cell lymphoma gene 2 family)
含有1-4个Bcl-2同源结构域（Bcl-2 homology）（BH14）。分两类：抗凋亡蛋白（anti-apoptotic protein)和 促凋亡蛋白（pro-apoptotic protein)。 • 促凋亡蛋白能引起线粒体外膜通透性改变，导致cyt c释放，引起凋亡。 • Bcl-2相当于线虫的ced9。主要定位于线粒体膜、也 存在于ER和外核膜，拮抗促凋亡蛋白的功能。
Fas诱导的细胞凋亡外源途径 （细胞表面死亡受体介导的细胞凋亡通路）
① 死亡信号（肿瘤坏死因子）与死亡受体结合（TNF的受体 Fas）三聚化； ② 死亡受体结合胞内的DD区（Death domain）与接头蛋白 FADD的DD区结合 ③ FADD N端通过DED区（death effector domain）与原Caspase8蛋白结合，促进Caspase-8 聚集形成死亡信号诱导复合体。 ④ Caspase-8自剪切活化，激活Caspase-3、Caspase-7；Caspase3激活Caspase-6。 ⑤ Caspase切割降解关键性蛋白，包括结构蛋白、蛋白激酶、 转录调控蛋白和周期蛋白、核纤层蛋白等等）。Caspase还可降 解Dnase 的抑制蛋白，释放Dnase，降解DNA。 ⑥ 细胞凋亡
第十六章-细胞衰老与凋亡
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。 ◆检测细胞胞成份变化：磷脂酰丝氨酸外翻（Annexin V标记）
细胞色素c诱导的凋亡细 胞DNA电泳图
1．细胞色素c诱导0 h 2．细胞色素c诱导1 h 3．细胞色素c诱导2 h 4．细胞色素c诱导3 h 5．细胞色素c诱导4 h 6．阴性对照 7．Marker
（ 自赵允、翟中和）
3、细胞凋亡的生理意义
（1）在发育的形态建成、变态过程中起重要作用； （2）一种生理保护机制：清除有害的、受损的细胞，以
及被病原体感染的细胞； （3）调节细胞的数量和质量，机体内细胞的自然更新； 健康成人的骨髓和肠组织中，每小时约有10亿个细胞凋亡，
但并不引起炎症。
程序性细胞死亡在小鼠脚趾形成中的作用
Ced-3=ICE(caspase-1), Ced-4=Apaf-1, Ced-9=Bcl-2
进一步分析表明：
●ced-3、ced-4、ced-9和egl1-4个基因构成了线虫执
行死亡的“死亡机器”(death machinery);
●ced-3 和ced-4是细胞杀手;
●ced-9可抵消ced-3和ced-4 的作用，防止细胞被杀 死，因此是存活因子;
凋亡促进剂，可与 BCL-2， BCL-XL，EIB19 K 结合
凋亡促进剂，亦可作抑制剂，可与 BCL-2，BCL-X 和 E1B19K 结合
凋亡抑制剂
凋亡促进剂，与 BCL-2 和 BCL-XL 结合
线虫中的凋亡抑制剂， BCL-2 同源物
腺病毒凋亡抑制剂，与 Bax 和 Bak 结合
Bcl-2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ线粒体与细胞凋亡
(B) 内源途径: 线粒体途径
细胞色素c诱导的凋亡细 胞DNA电泳图
1．细胞色素c诱导0 h 2．细胞色素c诱导1 h 3．细胞色素c诱导2 h 4．细胞色素c诱导3 h 5．细胞色素c诱导4 h 6．阴性对照 7．Marker
（ 自赵允、翟中和）
3、细胞凋亡的生理意义
（1）在发育的形态建成、变态过程中起重要作用； （2）一种生理保护机制：清除有害的、受损的细胞，以
及被病原体感染的细胞； （3）调节细胞的数量和质量，机体内细胞的自然更新； 健康成人的骨髓和肠组织中，每小时约有10亿个细胞凋亡，
但并不引起炎症。
程序性细胞死亡在小鼠脚趾形成中的作用
Ced-3=ICE(caspase-1), Ced-4=Apaf-1, Ced-9=Bcl-2
进一步分析表明：
●ced-3、ced-4、ced-9和egl1-4个基因构成了线虫执
行死亡的“死亡机器”(death machinery);
●ced-3 和ced-4是细胞杀手;
●ced-9可抵消ced-3和ced-4 的作用，防止细胞被杀 死，因此是存活因子;
凋亡促进剂，可与 BCL-2， BCL-XL，EIB19 K 结合
凋亡促进剂，亦可作抑制剂，可与 BCL-2，BCL-X 和 E1B19K 结合
凋亡抑制剂
凋亡促进剂，与 BCL-2 和 BCL-XL 结合
线虫中的凋亡抑制剂， BCL-2 同源物
腺病毒凋亡抑制剂，与 Bax 和 Bak 结合
Bcl-2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ线粒体与细胞凋亡
(B) 内源途径: 线粒体途径
程序性细胞死亡和细胞衰老
BclBcl-2家族部分成员
基因产物 Bcl-2 Bcl-x Bcl-w MCL-1 Ced9 Bax Bak Bad Bid 功能 凋亡抑制因子，可和Bax及Bak结合 L型抑制凋亡，S型促进凋亡，与Bax及Bak结合 凋亡抑制因子 凋亡抑制因子 线虫中凋亡抑制因子 凋亡促进因子，可与Bcl-2和Bcl-xL结合 凋亡促进因子，可与Bcl-2和Bcl-x结合 凋亡促进因子，与Bcl-2和Bcl-xL结合 凋亡促进因子
程序性细胞死亡与 细胞衰老
凋亡的起始：细胞表面的特化 结构如微绒毛消失，细胞间接 触消失，但细胞膜依然完整， 未失去选择通透性；线粒体大 体完整，但核糖体逐渐与内质 网脱离，内质网囊腔膨胀，并 逐渐与质膜融合；细胞核内染 色质固缩，形成新月形帽状结 构，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 细胞器如线粒体聚集在一起， 被反折的细胞质膜所包围形成 凋亡小体，细胞表面产生了许 多泡状或芽状突起。 凋亡小体逐渐被邻近的细胞或 体内吞噬细胞所吞噬，凋亡细 胞的残余物质被消化消化后重 新利用。
细胞凋亡研究的模式动物：线虫
早在２０世纪６０年代初期，科学家就开始探索 “程序性死亡”的奥秘。要揭开这一奥秘，需要选择一 个合适的研究对象，像细菌这样的单细胞生物太简单， 而像哺乳动物这样由大量细胞组成的生物又太复杂，科 学家最终选择了线虫。 线虫身长只有1毫米，有959个 细胞，基因相对不多（只有1000多个），构造简单，生 命周期也短暂，而最关键的是它身体透明，便于用显微 镜观察，最适合作为实验室研究对象。
长期以来细胞坏死被认为是一种被动的死亡方 式，当细胞受到意外损伤，如极端的物理、化 学因素或严重的病理性刺激的情况下细胞坏死 才会发生。此时细胞内ATP浓度已下降到无法 维持细胞存活的水平。 在细胞坏死时，细胞质出现空泡，细胞质膜破 损，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，引起周围组织的炎 症反应。 细胞坏死过程中染色质不发生凝集，也不产生 有规律的200bp的DNA降解片段，而是被随机 降解，琼脂糖凝胶电泳时呈现弥散性分布。
细胞的衰老和死亡ppt课件
下列有关分析错误的是( B )
A.被自由基攻击的机体细胞的死亡属于细胞坏死 B.自由基属于免疫活性物质，能特异性攻击病毒和机体细胞 C.自由基会攻击蛋白质，使蛋白质活性下降，致使细胞衰老 D.服用自由基清除剂有助于减轻新冠肺炎伴随的器官损伤
产生 自由基 攻击
磷脂
DNA
蛋白质
生物膜损伤 基因突变 活性下降
细胞 衰老
（2）端粒学说 ➢ 端粒：每条染色体的两端都有一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体
3.细胞衰老与个体衰老的关系
➢ 单细胞生物
个体衰老与死亡 ＝ 细胞衰老与死亡
➢ 多细胞生物
＝ 个体衰老与死亡 细胞衰老与死亡
大肠杆菌 变形虫 酵母菌
细胞来源 增殖代数/细胞分裂次数
胎儿 50
1. 从实验1中你能得出什么结论？
中年人 20
老年人 2-4
随着年龄的增长 ，细胞继续分裂的次数会 减少 ， 即细胞会随分裂次数的增多而 衰老 。
实验2 将年轻人的体细胞去核后与老年人的细胞核融合；
将老年人的体细胞去核后与年轻人的细胞核融合。分别在体外培养。
1、细胞凋亡
与凋亡有关基因选择性表达
➢ 概念： 由 基因决定 的细胞自动结束生命的过程。 细胞凋亡受到严格的由遗___传__机__制__决定的程序性调控，也称 程序性死亡 。 ①生长发育中，细胞的 自_动__死__亡___；(胎儿尾巴消失)
②成熟生物体中，细胞的_自__然__更__新__；(清除衰老 的细胞) ➢ 类型： ③被 病原体感染 的细胞的清除；
个体衰老的过程是组成个体细胞 普遍衰老 的过程
新生婴儿体内没有衰老细胞，老年人体内没有新生的细胞（×）
老年人：造血干细胞； 年轻人：皮肤表皮细胞衰老成角质层细胞，最后凋亡、脱落。
A.被自由基攻击的机体细胞的死亡属于细胞坏死 B.自由基属于免疫活性物质，能特异性攻击病毒和机体细胞 C.自由基会攻击蛋白质，使蛋白质活性下降，致使细胞衰老 D.服用自由基清除剂有助于减轻新冠肺炎伴随的器官损伤
产生 自由基 攻击
磷脂
DNA
蛋白质
生物膜损伤 基因突变 活性下降
细胞 衰老
（2）端粒学说 ➢ 端粒：每条染色体的两端都有一段特殊序列的DNA—蛋白质复合体
3.细胞衰老与个体衰老的关系
➢ 单细胞生物
个体衰老与死亡 ＝ 细胞衰老与死亡
➢ 多细胞生物
＝ 个体衰老与死亡 细胞衰老与死亡
大肠杆菌 变形虫 酵母菌
细胞来源 增殖代数/细胞分裂次数
胎儿 50
1. 从实验1中你能得出什么结论？
中年人 20
老年人 2-4
随着年龄的增长 ，细胞继续分裂的次数会 减少 ， 即细胞会随分裂次数的增多而 衰老 。
实验2 将年轻人的体细胞去核后与老年人的细胞核融合；
将老年人的体细胞去核后与年轻人的细胞核融合。分别在体外培养。
1、细胞凋亡
与凋亡有关基因选择性表达
➢ 概念： 由 基因决定 的细胞自动结束生命的过程。 细胞凋亡受到严格的由遗___传__机__制__决定的程序性调控，也称 程序性死亡 。 ①生长发育中，细胞的 自_动__死__亡___；(胎儿尾巴消失)
②成熟生物体中，细胞的_自__然__更__新__；(清除衰老 的细胞) ➢ 类型： ③被 病原体感染 的细胞的清除；
个体衰老的过程是组成个体细胞 普遍衰老 的过程
新生婴儿体内没有衰老细胞，老年人体内没有新生的细胞（×）
老年人：造血干细胞； 年轻人：皮肤表皮细胞衰老成角质层细胞，最后凋亡、脱落。
细胞生物学-细胞衰老与死亡
Disorders associated with excessive apoptosis ❖ 艾滋病 AIDS ❖ 早老性痴呆 Alzheimer’s ❖ Parkinson’s ❖ 再生障碍性贫血Aplastic anemia ❖ 酒精中毒Alcoholism ❖ 缺血Ischemia (myocardial infarction, stroke, reperfusion)
衰老细胞的结构变化
❖ 细胞核的变化 体积增大、核膜内折、染色质固缩化、端粒变短， DNA甲基化程度增加；
❖ 内质网的变化 内质网排列无序，膜腔膨胀，膜面上核糖体减少；
❖ 线粒体的变化 线粒体的数量随着年龄的增大而减少，而其体积则随着 年龄的增大而增大。线粒体DNA的损伤程度增加，线粒 体DNA的转录产物减少；
外在信号
内在信号
Cell - extrinsic activation of caspase cascade
❖ 细胞表面具有死亡受体（death receptor） Fas，属于肿瘤坏死因子受体超家族； ❖ 三聚体的Fas与配体（FasL）结合； ❖ 募集接头蛋白FADD和 procaspase-8； ❖ 通过自身剪接，产生caspase-8 ，引起caspase cascade。
❖ 活化的caspase 再切割其他的 caspase，即为 caspase级联反 应（cas胞质蛋白质或 核纤层蛋白
caspase家族与细胞凋亡
❖ 目前认为细胞凋亡的起始者（caspase 2， 8，9和 10）和执行者（caspase 3，6和7） 之间存在着上下游关系，即起始者活化执 行者。
H2O
CuZn-SOD
H2O2 GSH-Px
H2O 细胞质
线粒体
衰老细胞的结构变化
❖ 细胞核的变化 体积增大、核膜内折、染色质固缩化、端粒变短， DNA甲基化程度增加；
❖ 内质网的变化 内质网排列无序，膜腔膨胀，膜面上核糖体减少；
❖ 线粒体的变化 线粒体的数量随着年龄的增大而减少，而其体积则随着 年龄的增大而增大。线粒体DNA的损伤程度增加，线粒 体DNA的转录产物减少；
外在信号
内在信号
Cell - extrinsic activation of caspase cascade
❖ 细胞表面具有死亡受体（death receptor） Fas，属于肿瘤坏死因子受体超家族； ❖ 三聚体的Fas与配体（FasL）结合； ❖ 募集接头蛋白FADD和 procaspase-8； ❖ 通过自身剪接，产生caspase-8 ，引起caspase cascade。
❖ 活化的caspase 再切割其他的 caspase，即为 caspase级联反 应（cas胞质蛋白质或 核纤层蛋白
caspase家族与细胞凋亡
❖ 目前认为细胞凋亡的起始者（caspase 2， 8，9和 10）和执行者（caspase 3，6和7） 之间存在着上下游关系，即起始者活化执 行者。
H2O
CuZn-SOD
H2O2 GSH-Px
H2O 细胞质
线粒体
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翟中和 王喜忠 丁明孝 主编
细胞生物学（第4版）
第16章 细胞死亡与细胞衰老
Copyright © 高等教育出版社 2011
Homeostasis 稳态
Apoptosis
Mitosis
细胞增殖和细胞死亡对生物体具有同样重要的意义
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（1） Caspase 分类及其结构
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
Caspase 家族成员及其在细胞凋亡过程中的功能
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（2） Caspase 的激活及其级联效应
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（2） Caspase 的激活及其级联效应
Nat Rev Mol Cell Biol, 2010, 11(9): 621-632
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
效应caspases 还通过切割细胞 骨架蛋白使细胞的骨架体系发生
结构变化，便于细胞改变形态以
及形成凋亡小体等
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
2. Caspase依赖性细胞凋亡途径 • 死亡受体起始的外源途径
– 起始于死亡配体与受体的结合 – 死亡配体主要是肿瘤坏死因子（TNF）家族成员；胞质
https://yuan.med.harv /
发现哺乳动物细胞中Ced3的同源蛋 白白介素-1β 转换酶
/ind ex.php?act=view&id=20
建立了细胞凋亡内源途径的模型
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
DAPI 染色显示凋亡细胞的染色质凝集 A. 正常细胞核 B. 凋亡细胞核
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（二）细胞凋亡的检测方法 2. DNA电泳
– 凋亡时，细胞内特异性核酸 内切酶活化，染色质DNA 在 核小体间被特异性切割， DNA 降解成 180～200 bp 或 其整数倍片段
（三）细胞凋亡的生理学及医学意义 • 细胞凋亡在正常发育、自稳态的维持、免疫耐受的 形成、肿瘤监控等过程中均发挥重要作用
– 确保正常发育、生长 – 维持内环境稳定 – 发挥积极的防御功能
• 凋亡失调：不恰当激活或抑制；过度凋亡导致疾病
– AIDS：HIV诱导淋巴细胞凋亡
– 自身免疫疾病：激活的淋巴细胞凋亡缺陷 – 癌症：凋亡缺陷
本章主要内容
细胞死亡
细胞凋亡 细胞坏死
自噬性细胞死亡
细胞衰老
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
第一节 细胞死亡
• 细胞死亡是指细胞生命活动的结束
• 细胞死亡的方式：
1. 细胞凋亡（apoptosis）
2. 坏死 （necrosis）
部分均含有死亡结构域，负责招募凋亡信号通路中的 信号分子
• 线粒体起始的内源途径
– 内源途径中，线粒体处于中心地位 – 当细胞受内外部凋亡信号刺激时，胞内线粒体的外膜
通透性会发生改变，向细胞质中释放凋亡相关因子， 引发细胞凋亡
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
– 凋亡细胞的核DNA 断裂后产 生3′-OH 末端，因此可借
助一种可观测的标记物如荧 光素对单个凋亡细胞核或
凋亡小体进行原位染色
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（二）细胞凋亡的检测方法 3. DNA 断裂的原位末端标记法
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（2） Caspase 的激活及其级联效应
效应caspases 对底物的切割 使得细胞呈现出凋亡的一系列 形态学和分子生物学特征。可 以分为被活化和失活两大类：
被caspase 活化的代表分子是 caspases 激活的核酸酶CAD 被caspase 失活的分子都在维护
细胞正常状态中发挥关键作用
1. Caspase
(Cysteine aspartic acid specific protease)
• caspases 是一组存在于细胞质中具有类似结构的蛋白酶 • 它们的活性位点均包含半胱氨酸残基，能 够特异地切割 靶蛋白天冬氨酸残基后的肽键。因此， caspases 称之为 天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解酶 • caspases 负责选择性地切割某些蛋白质，切割的结果是 使靶蛋白活化或失活，而非完全降解 • caspases通常以无活性酶原形式存在于细胞质中
温和的温度刺激（如热激、冷激）等
② 化学及生物因子：包括活性氧基团和分子（超氧自
由基、羟 自由基、H2O2）、钙离子载体、VK3、视黄酸、
细胞毒素、 DNA 和蛋白质合成的抑制剂（如环已亚胺）、 正常生理 因子（激素，细胞生长因子等）的失调，以及 凋亡因子 如肿瘤坏死因子α（ tumor necrosis factor α, TNFα）处理等
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（四）细胞凋亡的分子机制 • 动物细胞凋亡的阶段：
– 接受凋亡信号； – 凋亡相关分子的活化； – 凋亡的执行； – 凋亡细胞的清除
• 动物细胞凋亡的途径
– Caspase依赖性和不依赖于Caspase的细胞4版）© 高等教育出版社 2011
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Pathways to cell death in C. elegans and mammals
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两位华人科学家
Junying Yuan, Ph.D. 袁钧瑛 Xiaodong Wang, Ph.D. 王晓东
– 检测磷脂酰丝氨酸的外翻
– 检测caspases 的激活
– 检测Cyt c 的释放 – 检测线粒体膜电位的变化等
―eat me‖ signal is the presence of phosphatidylserine molecules in the outer leaflet of PM of apoptotic cells.
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（二）细胞凋亡的检测方法 5. 流式细胞分析
左图：正常细胞周期
右图：地塞米松
处理的细胞在G1峰左侧可见一典型的凋亡峰型（亚二倍体峰）
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（二）细胞凋亡的检测方法 6. 检测细胞膜成分变化
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（一）细胞凋亡的特征 1. 凋亡的起始 2. 凋亡小的形成 3. 吞噬
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（二）细胞凋亡的检测方法 1. 形态学观察——染色法
– 台盼蓝；DAPI；吉姆萨染色法等
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动物发育过程中的细胞凋亡
动物蜕变过程中幼体器官的缩小和退化 （如蝌蚪尾的消失等）也是通过细胞凋亡来实现的
高等哺乳类动物指（趾）间蹼的消失、颚 融合、肠管腔道的形 成、视网膜发育等过程都必须有细胞凋亡的参与
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细胞凋亡参与了免疫耐受的形成
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细胞凋亡剔除被病原体感染的细胞
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（四）细胞凋亡的分子机制
• 动物细胞的凋亡诱导因子大致分为：
① 物理性因子：包括射线（紫外线、γ射线 等），较
细胞凋亡的典型特征——DNA 梯状条带（DNA ladders）
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（二）细胞凋亡的检测方法 3. DNA 断裂的原位末端标记法
– 转移酶介导的dUTP 缺口末端标记测定法（TUNEL） – 脱氧核糖核苷酸末端转移酶（不需要模板！） – 能对DNA 分子 断裂缺口中的3′-OH 进行原位标记
– 老年痴呆/中风：过多神经细胞凋亡
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细胞凋亡使得神经细胞与靶细胞的数量相匹配
发育过程中神经细胞的数量较靶细胞多。靶细胞通过分泌存活因子来调节神 经细胞的数量。不能获得足够存活因子的神经细胞发生凋亡，使得剩下的神
经细胞与靶细胞的数量相当
（二）细胞凋亡的检测方法 3. DNA 断裂的原位末端标记法
原位末端标记法显示斑马鱼胚胎发育过程中的细胞凋亡
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（二）细胞凋亡的检测方法 4. 彗星电泳法
正常细胞的核无DNA 断裂泳动时保持圆球形 凋亡细胞中的DNA 降解片段在电场中泳动速度较快，细胞核呈现出慧星式图案
细胞死亡的分类
• 根据形态特征来分: 凋亡；坏死；自噬
• 根据酶学标准来分: caspase依赖的细胞死亡； caspase非依赖的细胞死亡等 • 根据功能方面来分: 程序性或意外细胞死亡, 生理 性或病理性细胞死亡 • 根据免疫学特征来分: 引起免疫反应和不引起免疫 应答的细胞死亡
细胞生物学（第4版）
第16章 细胞死亡与细胞衰老
Copyright © 高等教育出版社 2011
Homeostasis 稳态
Apoptosis
Mitosis
细胞增殖和细胞死亡对生物体具有同样重要的意义
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（1） Caspase 分类及其结构
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Caspase 家族成员及其在细胞凋亡过程中的功能
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（2） Caspase 的激活及其级联效应
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（2） Caspase 的激活及其级联效应
Nat Rev Mol Cell Biol, 2010, 11(9): 621-632
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效应caspases 还通过切割细胞 骨架蛋白使细胞的骨架体系发生
结构变化，便于细胞改变形态以
及形成凋亡小体等
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2. Caspase依赖性细胞凋亡途径 • 死亡受体起始的外源途径
– 起始于死亡配体与受体的结合 – 死亡配体主要是肿瘤坏死因子（TNF）家族成员；胞质
https://yuan.med.harv /
发现哺乳动物细胞中Ced3的同源蛋 白白介素-1β 转换酶
/ind ex.php?act=view&id=20
建立了细胞凋亡内源途径的模型
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DAPI 染色显示凋亡细胞的染色质凝集 A. 正常细胞核 B. 凋亡细胞核
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（二）细胞凋亡的检测方法 2. DNA电泳
– 凋亡时，细胞内特异性核酸 内切酶活化，染色质DNA 在 核小体间被特异性切割， DNA 降解成 180～200 bp 或 其整数倍片段
（三）细胞凋亡的生理学及医学意义 • 细胞凋亡在正常发育、自稳态的维持、免疫耐受的 形成、肿瘤监控等过程中均发挥重要作用
– 确保正常发育、生长 – 维持内环境稳定 – 发挥积极的防御功能
• 凋亡失调：不恰当激活或抑制；过度凋亡导致疾病
– AIDS：HIV诱导淋巴细胞凋亡
– 自身免疫疾病：激活的淋巴细胞凋亡缺陷 – 癌症：凋亡缺陷
本章主要内容
细胞死亡
细胞凋亡 细胞坏死
自噬性细胞死亡
细胞衰老
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第一节 细胞死亡
• 细胞死亡是指细胞生命活动的结束
• 细胞死亡的方式：
1. 细胞凋亡（apoptosis）
2. 坏死 （necrosis）
部分均含有死亡结构域，负责招募凋亡信号通路中的 信号分子
• 线粒体起始的内源途径
– 内源途径中，线粒体处于中心地位 – 当细胞受内外部凋亡信号刺激时，胞内线粒体的外膜
通透性会发生改变，向细胞质中释放凋亡相关因子， 引发细胞凋亡
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
– 凋亡细胞的核DNA 断裂后产 生3′-OH 末端，因此可借
助一种可观测的标记物如荧 光素对单个凋亡细胞核或
凋亡小体进行原位染色
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（二）细胞凋亡的检测方法 3. DNA 断裂的原位末端标记法
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（2） Caspase 的激活及其级联效应
效应caspases 对底物的切割 使得细胞呈现出凋亡的一系列 形态学和分子生物学特征。可 以分为被活化和失活两大类：
被caspase 活化的代表分子是 caspases 激活的核酸酶CAD 被caspase 失活的分子都在维护
细胞正常状态中发挥关键作用
1. Caspase
(Cysteine aspartic acid specific protease)
• caspases 是一组存在于细胞质中具有类似结构的蛋白酶 • 它们的活性位点均包含半胱氨酸残基，能 够特异地切割 靶蛋白天冬氨酸残基后的肽键。因此， caspases 称之为 天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解酶 • caspases 负责选择性地切割某些蛋白质，切割的结果是 使靶蛋白活化或失活，而非完全降解 • caspases通常以无活性酶原形式存在于细胞质中
温和的温度刺激（如热激、冷激）等
② 化学及生物因子：包括活性氧基团和分子（超氧自
由基、羟 自由基、H2O2）、钙离子载体、VK3、视黄酸、
细胞毒素、 DNA 和蛋白质合成的抑制剂（如环已亚胺）、 正常生理 因子（激素，细胞生长因子等）的失调，以及 凋亡因子 如肿瘤坏死因子α（ tumor necrosis factor α, TNFα）处理等
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（四）细胞凋亡的分子机制 • 动物细胞凋亡的阶段：
– 接受凋亡信号； – 凋亡相关分子的活化； – 凋亡的执行； – 凋亡细胞的清除
• 动物细胞凋亡的途径
– Caspase依赖性和不依赖于Caspase的细胞4版）© 高等教育出版社 2011
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Pathways to cell death in C. elegans and mammals
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两位华人科学家
Junying Yuan, Ph.D. 袁钧瑛 Xiaodong Wang, Ph.D. 王晓东
– 检测磷脂酰丝氨酸的外翻
– 检测caspases 的激活
– 检测Cyt c 的释放 – 检测线粒体膜电位的变化等
―eat me‖ signal is the presence of phosphatidylserine molecules in the outer leaflet of PM of apoptotic cells.
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（二）细胞凋亡的检测方法 5. 流式细胞分析
左图：正常细胞周期
右图：地塞米松
处理的细胞在G1峰左侧可见一典型的凋亡峰型（亚二倍体峰）
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（二）细胞凋亡的检测方法 6. 检测细胞膜成分变化
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（一）细胞凋亡的特征 1. 凋亡的起始 2. 凋亡小的形成 3. 吞噬
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（二）细胞凋亡的检测方法 1. 形态学观察——染色法
– 台盼蓝；DAPI；吉姆萨染色法等
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动物发育过程中的细胞凋亡
动物蜕变过程中幼体器官的缩小和退化 （如蝌蚪尾的消失等）也是通过细胞凋亡来实现的
高等哺乳类动物指（趾）间蹼的消失、颚 融合、肠管腔道的形 成、视网膜发育等过程都必须有细胞凋亡的参与
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
细胞凋亡参与了免疫耐受的形成
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细胞凋亡剔除被病原体感染的细胞
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（四）细胞凋亡的分子机制
• 动物细胞的凋亡诱导因子大致分为：
① 物理性因子：包括射线（紫外线、γ射线 等），较
细胞凋亡的典型特征——DNA 梯状条带（DNA ladders）
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（二）细胞凋亡的检测方法 3. DNA 断裂的原位末端标记法
– 转移酶介导的dUTP 缺口末端标记测定法（TUNEL） – 脱氧核糖核苷酸末端转移酶（不需要模板！） – 能对DNA 分子 断裂缺口中的3′-OH 进行原位标记
– 老年痴呆/中风：过多神经细胞凋亡
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细胞凋亡使得神经细胞与靶细胞的数量相匹配
发育过程中神经细胞的数量较靶细胞多。靶细胞通过分泌存活因子来调节神 经细胞的数量。不能获得足够存活因子的神经细胞发生凋亡，使得剩下的神
经细胞与靶细胞的数量相当
（二）细胞凋亡的检测方法 3. DNA 断裂的原位末端标记法
原位末端标记法显示斑马鱼胚胎发育过程中的细胞凋亡
翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版）© 高等教育出版社 2011
（二）细胞凋亡的检测方法 4. 彗星电泳法
正常细胞的核无DNA 断裂泳动时保持圆球形 凋亡细胞中的DNA 降解片段在电场中泳动速度较快，细胞核呈现出慧星式图案
细胞死亡的分类
• 根据形态特征来分: 凋亡；坏死；自噬
• 根据酶学标准来分: caspase依赖的细胞死亡； caspase非依赖的细胞死亡等 • 根据功能方面来分: 程序性或意外细胞死亡, 生理 性或病理性细胞死亡 • 根据免疫学特征来分: 引起免疫反应和不引起免疫 应答的细胞死亡