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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,衰老癥狀與原因分析,衰老癥狀,原因分析,皮膚干燥、發(fā)皺,頭發(fā)變白,老人斑,飲食減少,細胞水分減少，體積減小,細胞內的酶活性降低,細胞內色素的累積,細胞膜通透性功能改變,衰老（aging，senescence，senility）又稱老化,，,通常指生物發(fā)育成熟后，在正常情況下隨著年齡的增加，機能減退，內環(huán)境穩(wěn)定性下降，結構中心組分退行性變化，趨向死亡的不可逆的現(xiàn)象。,衰老和死亡是生命的基本現(xiàn)象，衰老過程發(fā)生在生物界的整體水平、種群水平、個體水平、細胞水平以及分子水平等不同的層次。生命要不斷的更新，種族要不斷的

2、繁衍。而這種過程就是在生與死的矛盾中進行的。至少從細胞水平來看，死亡是不可避免的。,第一節(jié) 細胞衰老,一、細胞衰老的概念,人的壽命應該有多長？,哺乳類動物的壽命應該是其生長期的7倍。,人的生長期是最后一顆牙齒長出來的時間(20-25歲)。,因此人的壽命應該為100-175歲，正常應該是120歲。,“衰”是指功能或體力的減退。,“老”是指年齡超過某一界限。,衰老是機體在退化時期生理功能下降和紊亂的綜合表現(xiàn)，是不可逆的生命過程。衰老是客觀存在的，是細胞生命活動的客觀規(guī)律。機體的衰老與細胞的衰老是相關聯(lián)的。,衰老有三種表現(xiàn)形式：,生理性衰老、病理性衰老、心理性衰老,“,衰,”,與,“,老,”,二、細

3、胞衰老的特征,（一）形態(tài)變化,衰老細胞的形態(tài)變化主要表現(xiàn)在細胞皺縮，膜通透性、脆性增加，核膜內折，細胞器數(shù)量特別是線粒體數(shù)量減少，胞內出現(xiàn)脂褐素等異常物質沉積，最終出現(xiàn)細胞凋亡或壞死?？傮w來說老化細胞的各種結構呈退行性變化.,核,增大、染色深、核內有包含物,染色質,凝聚、固縮、碎裂、溶解,質膜,粘度增加、流動性降低,細胞質,色素積聚、空泡形成,線粒體,數(shù)目減少、體積增大、,mtDNA,突變或丟失,高爾基體,碎裂,尼氏體,消失,包含物,糖原減少、脂肪積聚,核膜,內陷,（二）分子水平的變化,衰老細胞會出現(xiàn)脂類、蛋白質和DNA等細胞成分損傷，細胞代謝能力降低，主要表現(xiàn)在以下方面：,1.DNA：復制與

4、轉錄受到抑制，但也有個別基因會異常激活，端粒DNA丟失，線粒體DNA特異性缺失，DNA氧化、斷裂、缺失和交聯(lián)，甲基化程度降低。,2.RNA：mRNA和tRNA含量降低。,3.蛋白質：含成下降，細胞內蛋白質發(fā)生糖基化、氨甲?；?、脫氨基等修飾反應，導致蛋白質穩(wěn)定性、抗原性，可消化性下降，自由基使蛋白質肽斷裂，交聯(lián)而變性。氨基酸由左旋變?yōu)橛倚?4.酶分子：活性中心被氧化，金屬離子Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+等丟失，酶分子的二級結構，溶解度，等電點發(fā)生改變，總的效應是酶失活。,5.脂類：不飽和脂肪酸被氧化，引起膜脂之間或與脂蛋白之間交聯(lián)，膜的流動性降低。,三、細胞衰老的分子機理,關于衰老的

5、機理具有許多不同的學說，概括起來主要有,差錯學派（Error theories）,和,遺傳學派（Genetic/Programmed theories）,兩大類，前者強調衰老是由于細胞中的各種錯誤積累引起的，后者強調衰老是遺傳決定的自然演進過程。其實，現(xiàn)在看來兩者是相互統(tǒng)一的,（一）差錯學派,細胞衰老是各種細胞成分在受到內外環(huán)境的損傷作用后，因缺乏完善的修復，使“差錯”積累，導致細胞衰老。根據(jù)對導致“差錯”的主要因子和主導因子的認識不同，可分為不同的學說,1代謝廢物積累（waste product accumulation）,細胞代謝產(chǎn)物積累至一定量后會危害細胞，引起衰老，哺乳動物脂褐質的沉積

6、是一個典型的例子，,脂褐質是一些長壽命的蛋白質和DNA、脂類共價縮合形成的巨交聯(lián)物，次級溶酶體是形成脂褐質的場所，由于脂褐質結構致密，不能被徹底水解，又不能排出細胞，結果在細胞內沉積增多，阻礙細胞的物質交流和信號傳遞，最后導致細胞衰老,，如老年性癡呆（AD）就是由-淀粉樣蛋白沉積引起的，因此-AP可做為AD的鑒定指標。,2自由基學說（free radical theories）,自由基是一類瞬時形成的含不成對電子的原子或功能基團，普遍存在于生物系統(tǒng)。,主要包括：氧自由基（如羥自由基OH）、氫自由基（H）、碳自由基、脂自由基等，其中OH的化學性質最活潑。,人體內,自由基的產(chǎn)生有兩方面,：,一是環(huán)

7、境中的高溫、輻射、光解、化學物質等引起的外源性自由基,；,二是體內各種代謝反應產(chǎn)生的內源性自由基,。內源性自由基是人體自由基的主要來源，其產(chǎn)生的主要途徑有：由線粒體呼吸鏈電子泄漏產(chǎn)生；由經(jīng)過氧化物酶體的多功能氧化酶（MFO）等催化底物羥化產(chǎn)生。此外，機體血紅蛋白、肌紅蛋白中還可通過非酶促反應產(chǎn)生自由基。,自由基含有未配對電子，具有,高度反應活性,，可引發(fā)鏈式自由基反應，引起DNA、蛋白質和脂類，尤其是多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty Acids，PUFA）等大分子物質變性和交聯(lián)，損傷DNA、生物膜、重要的結構蛋白和功能蛋白，從而引起衰老各種現(xiàn)象的發(fā)生。實驗表明DNA中

8、OH8dG隨著年齡的增加而增加。OH8dG完全失去堿基配對特異性，不僅OH8dG被錯讀，與之相鄰的胞嘧啶也被錯誤復制。,正常細胞內存在清除自由基的防御系統(tǒng),，包括,酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng),，前者如：超氧化物歧化酶（SOD），過氧化氫酶（CAT），谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-PX），非酶系統(tǒng)有維生素E、醌類物質等電子受體。Orr WC和Sohal RS（1994），將銅鋅超氧化物岐化酶（copper-zinc superoxide dismutase）基因導入果蠅，使轉基因株具有3個拷貝的SOD基因，其壽命比野生型延長1/3。,3.線粒體DNA突變（mitochondrial DNA mutation

9、）,在線粒體氧化磷酸化生成ATP的過程中，大約有1-4%氧轉化為氧自由基，也叫活性氧（reactive oxygen species，ROS)，因此線粒體是自由基濃度最高的細胞器。,mtDNA裸露于基質，缺乏結合蛋白的保護，最易受自由基傷害，而催化mtDNA復制的DNA聚合酶不具有校正功能，復制錯誤頻率高，同時缺乏有效的修復酶，故mtDNA最容易發(fā)生突變,。mtDNA突變使呼吸鏈功能受損，進一步引起自由基堆積，如此反復循環(huán)。衰老個體細胞中mtDNA缺失表現(xiàn)明顯，并隨著年齡的增加而增加，許多研究認為mtDNA缺失與衰老及伴隨的老年衰退性疾病有密切關系。,（二）遺傳學派,認為衰老是遺傳決定的自然演

10、進過程，一切細胞均有內在的預定程序決定其壽命，而細胞壽命又決定種屬壽命的差異，外部因素只能使細胞壽命在限定范圍內變動,1程序性衰老（programmed senescence）,程序性衰老理論認為，,生物的生長、發(fā)育、衰老和死亡都由基因程序控制的,，衰老實際上是某些基因依次開啟或關閉的結果。例如在小鼠肝中，胚胎早期表達的胞質丙氨酸轉氨酶（cytosolic alanine aminotransferase，cAAT）為A型，隨后停止表達，但是在衰老時則表達B型cAAT，其它類似的衰老標志物（senescence markers）也有報道，如肝臟中的衰老標志蛋白2（senescence mark

11、er protein 2）也是在老年期表達。,此外程序性學派還認為衰老還與,神經(jīng)內分泌系統(tǒng)退行性變化以及免疫系統(tǒng)的程序性衰老有關,。,2復制性衰老（replicative senescence）,概念：關于細胞增殖能力和壽命是有限的觀點,細胞，至少是培養(yǎng)的二倍體細胞，不是不死的，而是有一定的 壽命；它們的增殖能力不是無限的，而是有一定的界限，這就 是,Hayflick界限,。,癌細胞或培養(yǎng)的細胞系是不正常細胞，其染色體數(shù)目或形態(tài)已經(jīng)不同于原先的細胞,細胞的增殖能力與供體年齡有關,物種壽命與培養(yǎng)細胞壽命之間存在著一定的關系,二倍體細胞的衰老是由細胞本身決定的,決定細胞衰老的因素在細胞內部，不是外

12、部的環(huán)境,是細胞核而不是細胞質決定了細胞衰老,Hayflick界限(Hayflick Limitation）,細胞來源,人胚肺成纖維細胞,中年人成,纖維細胞,老年人成,纖維細胞,可增殖,代數(shù),40-60,20,2-4,不同年齡來源的人成纖維細胞的增殖代數(shù),子女的壽命與雙親的壽命有關；,各種動物都有相當恒定的平均壽命和最高壽命；,成人早衰癥,：平均,39,歲時出現(xiàn)衰老，,47,歲生命結束；,嬰幼兒早衰癥,：,1,歲時出現(xiàn)明顯的衰老，,1218,歲生命結束，,早衰癥患者,體內,解旋酶,發(fā)生突變。,Caenrhabditis elegans,的平均壽命僅,3.5,天，該蟲,age-1,單基因突變，可

13、提高平均壽命,65%,，提高最大壽命,110%,。,3、衰老基因學說,研究表明當細胞衰老時，一些衰老相關基因（SAG）表達特別活躍，其表達水平大大高于年輕細胞，已在人1號染色體、4號染色體及X染色體上發(fā)現(xiàn)SAG。,用線蟲的研究表明，基因確可影響衰老及壽限，,Caenorhabditis elegans,的平均壽命僅3.5天，該蟲age-1 單基因突變，可提高平均壽命65%，提高最大壽命110%，age-1突變型有較強的抗氧化酶活性，對H2O2、農(nóng)藥、紫外線和高溫的耐受性均高于野生型。,對早老綜合癥的研究發(fā)現(xiàn)體內解旋酶存在突變，該酶基因位于8號染色體短臂，稱為WRN基因。對AD的研究發(fā)現(xiàn)，至少與

14、4個基因的突變有關，其中淀粉樣蛋白前體基因（APP）的突變，導致基因產(chǎn)物淀粉蛋白易于在腦組織中沉積，引起AD。,第二節(jié) 細胞凋亡,一、細胞死亡的概念,二、細胞的死亡形式,細胞死亡,(cell death),：,細胞生命現(xiàn)象不可逆的停止。,1.,壞死性死亡,(necrosis),2.,細胞凋亡,(apoptosis),1.,細胞壞死（細胞被動性死亡）,細胞壞死,是病理條件下細胞死亡的過程。,早期表現(xiàn)為細胞膜破裂，線粒體腫脹。,繼而溶酶體破裂,細胞內容物流出,引起炎癥,。,判斷細胞是否死亡，常用細胞活體染色方法進行鑒別，由于細胞死亡時，細胞膜通透性發(fā)生改變，喪失原有功能及增殖能力，可被,伊文思藍、

15、洋紅、甲基藍,等.,染色時間不能太長,凡未染或染色及淺的細胞是有活力的，而染色深的細胞是無活力的死細胞,胞質內蛋白變性、凝固或碎裂，以及嗜堿性核蛋白的降解，細胞質呈現(xiàn)強嗜酸性，故壞死組織或細胞在蘇木精/伊紅染色切片中，胞質呈均一的深伊紅色,FDA:雙醋酸熒光素,熒光法:,染色法:,2.,細胞凋亡,（細胞主動性死亡）,美國科學情報研究所（ISI）1997年SCI（Science Citation Index）收錄及引用論文檢索，,全世界自然科學,研究中論文發(fā)表最集中的三個領域分別是：,細胞信號轉導,（signal transduction）；,細胞凋亡,（cell apoptosis）；,基因組

16、與后基因組學研究,（genome and post-genomic analysis）,。,細胞凋亡現(xiàn)象最早是1965年Kerr在大鼠肝細胞中發(fā)現(xiàn)的，當時他稱這種現(xiàn)象為“皺縮型壞死”。1972年，Kerr,Wylle和Curry在許多正常組織中觀察到一種與經(jīng)典的細胞壞死形態(tài)特征不同的現(xiàn)象：細胞收縮、細胞碎片、散在不完整細胞等，據(jù)此，他們首次提出apoptosis一詞。國內常譯為細胞凋亡、細胞凋落、細胞凋謝、細胞衰亡等，多數(shù)學者傾向于細胞凋亡。強調這一過程是一種自然的生理學過程。,近10年來對細胞凋亡的研究日漸重視，現(xiàn)代研究結果表明：細胞凋亡不僅是認識細胞死亡過程的基礎，而且對胚胎發(fā)育、造血、免疫、乃至腫瘤都有極為重要的作用。,細胞凋亡的提出,細胞凋亡研究的模式生物,細胞凋亡的概念及其生物學意義,概念：,細胞凋亡是一個主動的由基因決定的自動結束生命的過程，受到嚴格的由遺傳機制決定的程序性控制，所以也常常被稱為細胞編程死亡（programmed cell death,PCD）。,生物學意義：,細胞凋亡對于多細胞生物個體發(fā)育的正常進行，自穩(wěn)平衡的保持以及抵御外界各種因素的干擾方面都起著非常關