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第十三章
程序性细胞死亡与细胞衰老
●程序性细胞死亡
●细胞衰老
第一节
程序性细胞死亡
（
Programmed Cell
Death
，
PCD
）
一、程序性细胞死亡（
PCD
）的概念
从严格的词学意义上来说，细胞程序性死亡（
PCD
）
与细胞凋亡是有很
大区别的。细胞程序性死亡的概
念是
1956
年提出的，
PCD
是个功能性概念，
描述在一个多细胞生物体中某些细胞死亡是个体发育中的一个
预定的、并受到严格程序控
制的正常组成部分。例如蝌蚪变成青蛙，其变态过程中尾部的消失伴随大量细胞
死亡，高
等哺乳类动物指间蹼的消失、颚融合、视网膜发育以及免疫系统的正常发育都必须有细胞死亡的参
与。这些形形色色的在机体发育过程中出现的细胞死亡有一个共同特征：即散在的、逐个地从正常组织中
死
亡和消失，机体无炎症反应，而且对整个机体的发育是有利和必须的。因此认为动物发
育过程中存在的细胞
程序性死亡是一个发育学概念，而细胞凋亡则是一个形态学的概念，
描述一件有着一整套形态学特征的与坏
死完全不同的细胞死亡形式。但是一般认为凋亡和
程序性死亡两个概念可以交互使用，具有同等意义。
2002
年
10
月<
/p>
7
日英国人悉尼·布雷诺尔、美国人罗伯特·霍维茨和英国人约翰
·苏尔斯顿，因在细胞编程
性死亡方面的研究获诺贝尔诺贝尔生理与医学奖。
二、动物细胞的程序性死亡
（一）细胞凋亡
(apoptosis)
是一种自然的生理过程。
由基因决定
的细胞主动的、生理性的“自觉自杀行为”
。
（二）
细胞凋亡的特征
< br>（
1
）
细
胞
凋
亡
的
形
态
学
特
征
凋亡细胞的形态变化
（
2
）
细
< br>胞
凋
亡
的
生
化
特
征
DNA
“梯”状条带
(DNA
ladders)
核小体核心长度
146bp
对核酸内切酶不敏感，而连接
DNA
长度
60bp
对核酸内切酶敏感。
细胞凋亡：正常死亡（主动死亡）
?
细胞膜保持完整，无细胞内容物
?
释放，无炎症。电泳图谱呈梯状。
细胞坏死：外界不利因素引起
?
意外死亡（被动死亡）
?
细胞膜破损，细胞内容物释放
?
机体有炎症。电泳图谱呈涂抹状。
细胞凋亡与坏死形态学改变的差别
细胞凋亡和细胞坏死的区别
区别点
起因
范围
细胞膜
染色质
细胞器
细胞体积
凋亡小体
基因组
DNA
蛋白质合成
调节过程
炎症反应
细胞凋亡
生理性
单个散在细胞
保持完整，一直到形成凋亡小体
凝聚在核膜下呈半月状
无明显变化
固缩变小
细胞坏死
病理性变化或剧烈损伤
大片组织或成群细胞
破损
呈絮状
肿胀、内质网崩解
肿胀变大
有，被邻近细胞或巨噬细胞吞噬
无，
细胞自溶，
残余碎片被巨噬细
胞吞噬<
/p>
有控降解，电泳图谱呈梯状
有
受基因调控
无，不释放细胞内容物
随机降解，电泳图谱呈涂抹状
无
被动进行
有，释放内容物。
凋亡“梯状”条带
坏死“涂抹状”条带
?
思考：细胞凋亡有何生物学意义？
（三）细胞凋亡的生物学意义
1
、确保正常生长发育
生理性意义
1
）清除多余的细胞
：
2
）清除无用的细胞：
形态发生时，一些遗迹随发育而凋亡。如人胚的尾芽的
定期消亡、蝌蚪退尾、人体性别的分化。
2
、维持内环境的稳定
生理性意义
?
清除受损、突变、衰老的细胞。
3
、发挥积极的防御功能：
生理性意义
作为自身的一种保护机制，清除被病毒感染的细胞。
1
、细胞凋亡不足
病理性意义
?
肿瘤
2
、细胞凋亡过度
病理性意义
?
心血管疾病：心肌缺血、心力衰竭等。
?
缺血缺氧→
P53
基因激活
?
神经元退行性疾病：
?
阿尔茨海默病（
< br>AD
）
、
帕金森病（
PD
）
?
抑制凋亡：阻断诱导信号或信号通路。
3
、细胞凋亡不足与过度并存
病理性意义
?
动脉粥样硬化
(atherosclerosis,AS)
3
、细胞凋亡不足与过度并存
病理性意义
?
?
?
?
动脉粥样硬化（
AS
）
平滑肌细胞（
VSMC
）凋亡不
足：
血管壁细胞数量增多、内膜增厚、管腔变窄。
导致什么？
在病变初期通过调节
VSMC
凋亡达到抗
AS
目的
。
3
、细胞凋亡不足与过度并存
病理性意义
?
动脉粥样硬化（
< br>AS
）
?
内皮细胞凋亡过度：
血管调节功能失
衡，促进血管平滑肌细胞的增殖、迁移，诱发
AS
发生。
导致什
么？
?
抗
AS<
/p>
的因素如雌激素、一氧化氮（
NO
）或抗
氧化剂等均能阻止细胞凋亡。
?
对
于
一
个
多
细
胞
生
物
来
说
，
要
< br>维
持
完
整
性
和
保
持
平
衡
性
，
凋
亡
是
一
个
非
常
重
要
的
生
物
学
< br>过
程
。
?
多
细
胞
生
物
的
诞
生
、
生
长
、
发
育
< br>、
存
活
以
及
死
亡
，
无
一
不
伴
随
着
细
胞
凋
亡
过
程
。
(
四
)
细胞凋亡的分子机制
细胞凋亡的基因
调控机制最先是从线虫（生命周期短，细胞数量少）研究开始的。
线虫是一种定数细胞，在个体发育中，成体的
1090
个体
细胞中，有
131
个注定是要自然凋亡。在线虫中已
发现
14
个与细胞凋亡相关的基因。
诱导细胞凋亡的因子
1
、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。
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，
细胞毒素、
DNA
和蛋白质合成的抑制剂、激素、细胞凋亡因子
(TNF)
等。
（四）细胞凋亡的分子调控机理
?
细胞凋亡的途径主要有两条：
★所有
动物细胞具有类似的凋亡机制，主要分为
caspase
依赖途
径和
caspase
非依赖途径。
?
细胞受到凋亡信号的刺激时，一般两条途径同时启动。
1
、
Cas
pase
家族与凋亡
◆
Caspase
家族
Caspase
是存在于胞质溶胶中的结构上相关的半胱
氨酸蛋白酶家族，其活性位点是半胱氨酸
(Cysteine)
残基，能特异性地断开靶蛋白某一天门冬氨酸残基后的肽键，从而选择性的切割蛋白质，使底物蛋白激活或
失活。并不完全降解某一蛋白质。因此称为天冬氨酸特异性的半胱氨酸蛋白水解酶，简称
caspases
幻灯
哺乳动物细胞
caspase
家族成员及其在细胞凋亡过程中的功能
Caspase
活化