细胞衰老研究进展
吴其俊
（安徽建筑工业学院，土木学院地质专业，11地质①班）[摘要]细胞衰老的机理不详。综观至目前的各种研究,主要与以下三方面因素有关: (1)基因损伤的积累效应。自由基不断作用导致基因积累的错误信息超出了机体的修复能力,引起细胞衰竭死亡。(2) 生命钟基因控制着细胞程序衰老。生物体细胞内存在一系列基因,它们控制着细胞的生长、分化、老化和死亡。(3) 染色体端粒的缩短。端粒的长度随细胞的不断分裂而缩短,当DNA 丢失到一定程度,细胞随之发生衰老和死亡。端粒酶能延长被缩短的端粒,延迟细胞的衰老,端粒酶的活性受到许多因素影响,其中包括与衰老有关的基因。
[关键词]细胞衰老; 自由基; 生命钟基因; 端粒
衰老是生物界的普遍现象,对多细胞有机体来说,由受精卵开始,通过分裂分化出执行不同功能的细胞,这些细胞从产生时始,就处在衰老的过程中,直至死亡。多细胞有机体的体细胞大致可分为两类, (1) 干细胞:是已发生了分化但仍可产生同类型子细胞的细胞,在个体一生中,保持有丝分裂能力,能不断补充被消耗的细胞,如表皮生发层细胞、造血干细胞、消化道的隐窝上皮生发细胞等,这类细胞衰老缓慢。(2) 功能细胞:是不能分裂的高度特化细胞,常执行一定细胞的功能后死亡,这些细胞一般不再分裂,但在受到某种刺激或再生时,可恢复分裂能力,如上皮细胞、红细胞等,这类细胞在执行功能过程中可明显地表现出衰老的征象。影响细胞衰老的因素很多,涉及到细胞内基因及细胞外因素
的影响,本文就目前细胞衰老的研究进展从分子水平上进行综述。
细胞衰老是细胞结构和功能的改变积累至一定程度的后果。功能上,表现氧化磷酸化减少,呼吸速率减慢,酶活性及受体蛋白降低,导致细胞功能降低,细胞的增殖出现抑制,其生长停滞在细胞G1 期,不能进入S期[1 ] ,或停滞在有丝分裂后期[2 ] 。形态上,不规则的和不正常分叶的核、多形性空泡状线粒体、内质网减少,高尔基体变形,色素、钙、各种惰性物质沉积,常有细胞膜性结构改变,如膜脂过氧化[3 ] 。近年的研究发现,某些衰老的细胞,有异常染色体、染色体端粒缩短及基因组的改变[4 ,5 ] ,细胞早衰现象也可见一些遗传性疾病[6 ] ,表明细胞衰老是基因变化的后果。目前发现很多与细胞衰老有关的基因,如
P53 、P16ARF 、P16INK4a 、P19ARF 、P18INK4a 、Cip/ k family、cdk2、cdk4、cyclins D、cyclins D3 、cyclones E 等[6 ,7 ] 。细胞衰老是多因素的,关于细胞衰老的机制方面的学说,主要体现在三方面。
1 基因损伤的积累效应
一些学者认为,细胞衰老是由物种的遗传因素所决定的,由于基因中的遗传密码逐渐积累了一些错误信息或基因的丢失,造成蛋白质合成错误。开始,染色体中存在着密码复制错误的修复系统,不断地纠正复制错误,但这种修复能力随着分裂次数的增多而降低,同时修复系统本身的编码也可发生错误,导致编码出错误的修复酶,这方面最有代表性的是自由基导致细胞的衰老[8 ,9 ] 。衰老的自由基理论是Harman 于1995 年在美国的原子能委员会提出的,他认为衰老是自由基(主要是
氧自由基) 对细胞成分的有害攻击造成,维持体内适当水平的抗氧化剂和自由基清除剂水平可以推迟衰老。30多年来,很多人对此进行了研究,提供了大量实验事实支持这一理论,但也有一些实验结果对这一理论提出质疑。氧自由基是细胞正常代谢产生,一方面,它具有细胞毒性,另一方面它具有一些生物功能(如白细胞吞噬杀伤细菌) ,正常情况下,体内有多种清除氧自由基的酶,能清除代谢过程中产生的氧自由基,主要有超氧化物歧化酶(SOD) ,以及过氧化氢酶和过氧化物酶。超氧化物歧化酶是体内歧化超氧阴离子自由基的一个抗氧化酶,有两类不同金属离子的SOD ,即Cu ,Zn SOD 和Mn ,Fe SOD ,前者主要存在红细胞和肝细胞里。尽管体内有如此严密的防护体系,但仍然有一些氧自由基引起的损伤,因此在生物进化中形成了另一道防护体系———修复体系,它能对损伤的蛋白质、酶和DNA 修复,对不正常蛋白质进行水解。一旦氧自由基产生过多,或抗氧化酶活性下降、修复体系受损时,氧自由基就能对细胞造成损伤。体内外实验表明:自由基可使细胞膜、线粒体膜脂质过氧化及DNA 损伤[3 ,4 ] 。细胞膜脂质过氧化的影响
是多方面的,可减少对受体的配位结合,抑制ATP 腺苷酸环化酶的活性,而ATP 合成的改变将影响和限制细胞总代谢[9 ] 。线粒体内膜脂质过氧化可造成膜流动性减少,酶活性改变及ATP 和ADP 偶合载体流的减少,线粒体DNA 损伤及丢失,引起线粒体依赖性的细胞衰老[10 ,11 ] 。核膜的脂质过氧化将直接损伤DNA ,同时,核-细胞质交换和RNA 运输也将受到影响。目前认为,氧自由基与DNA 的嘌呤、嘧啶碱基及脱氧核糖的相互作用可引起DNA 共价断裂和链分离[9 ,11 ] 。有实验表明体
内超氧化物歧化酶(SOD) 的含量与物种的寿限有关。该实验测量12 种灵长类和两种啮齿类动物脑、肝和心组织中SOD 含量,除以基础代谢(SMP) 所得的值与寿限趋势有显著相关性,即SOD/ SMP
越大,寿命越长[12 ] 。人们研究了老年小鼠和成年鼠血浆、肝、肾、脑、脊髓等组织中SOD ,谷胱甘肽氧化酶和脂
质过氧化物丙二醛(MDA) 的含量,发现与成年鼠相比,老年鼠SOD、谷胱甘肽氧化酶活性明显下降,MDA 含量升高。目前发现一些衰老退行性疾病,如白内障、动脉粥样硬化、神经变性疾病、皮肤衰老的发病与氧自由基有关,在这些组织内可检测到较高的氧自由基、MDA ,用抗氧化剂,如Vit E、Huperzine A、大蒜提取物可减轻病变
2 基因程序衰老
基因程序衰老理论认为有一个程序存在于每种生物体的基因里,生物体的生长、发育、老化和死亡都由这一程序控制,一个活细胞在其发育、成形过程中,还可能对细胞内外信号产生响应而导致发生程序性衰老(programmed aging) [8 ] 。1996 年Lakowski 和Hekimi[17 ]发现Caenorhabditis elegans 线虫母系受影响造成的clk - 1、clk - 2、clk - 3 和gro-1 四个基因的突变可影响胚胎后期的发育及线虫的寿命。他们通过不同温度使线虫的上述基因发生改变,结果线虫寿命延长,两个基因突变的线虫比单个基因突变者寿命更长。通过两种不同途径获得的基因突变型线虫daf - 2 (el370) clk - 1 (e2519) ,其寿命比野生型延长近5 倍,提出了生命钟基因的概念。1999 年Vanfleteren 和Braeckman[18 ]在该种线虫又发现由一组基因:daf - 2、age - 1、
akt - 1、akt - 2、daf - 16 ,其编码蛋白构成的一个胰岛素样蛋白的信号级联系统,该系统调控着线虫的滞育、繁殖、寿命,这个级联系统与clk - 1、clk - 2、clk - 3、gro - 1 四个钟基因构成线虫体内两条寿命控制通路,后者主要调节新陈代谢及影响寿命。目前认为,人的寿命的长短取决于基因、环境和生活方式。对长寿的研究表明,长寿者除不患或少患心肺等重要器官疾病及免疫功能良好外,体内有长寿基因。体外培养细胞的研究亦表明,有些基因与细胞寿命有关,如P53 、P16INK4a 、P19ARF、P18INK4a 、cdk2、cdk4、cydlinsD1 、D3 和E[6～8 ] 。近年来,生命钟基因、端粒DNA 的缩短、以及细胞寿命之间的关系日益引起学者们的重视。Vaziri H 等[19 ]的实验发现:当培养的成纤维细胞端粒缩短至一定长度,细胞进入衰老时有P53蛋白的激活,P53蛋白表达增强伴随有双着丝粒染色体的出现和细胞的衰老;他们还发现获得ATM(ataxia - telangiectasia) 基因的成纤维细胞,其端粒DNA 的丢失加快,P53蛋白活性增强,细胞迅速进入衰老阶段。他们认为P53和ATM在端粒DNA 与细胞衰老间起着关键的作用,它们监视和调节着端粒DNA ,一旦接受到端粒缩短的信息,则引起细胞向衰老发展。
3 端粒的缩短
端粒是终端染色体结构,对染色体末端起着保护作用,端粒的长度随着细胞的不断分裂而缩短,其DNA丢失到一定程度,细胞随之发生衰老和死亡[8 ] 。端粒是位于染色体3?- 末端的一段富含G的DNA 重复序列。端粒和端粒结合蛋白组成核蛋白复合物,广泛存在于真核生物细胞中。人类端粒由5?TTAGGG3?的重复序列构成,长度
在5 - 15bp 范围,与端粒特异性结合的端粒结合蛋白,迄今发现了一种,但人类染色体末端的DNA - 蛋白复合体的结构及表达基因
还不清楚。端粒具有高度的保守性,其主要功能有: (1) 端粒DNA - 蛋白复合物如帽子一样保护染色体末端免于被化学修饰或被核酶降解; (2) 防止染色体在复制过程中发生丢失或形成不稳定结构;
(3) 固定染色体位置,即通过′TTAGGG′结构附着于细胞核基质;
(4) 决定细胞的寿命,体外培养细胞端粒的长度随着细胞逐代相
传而缩短,每复制一代即有50 - 200 nt 的DNA 丢失,端粒丢失到一定程度即失去对染色体的保护,细胞随之发生衰老和死亡。人正常双倍体细胞有限分裂能力可能就是染色体末端端粒长度缩短而启动了一个DNA 损伤检测点(DNA damage checkpoint) 。该点可能为P53所识别,导致细胞不可逆地退出细胞周期,并发生老化
[5 ,19 ] 。如果细胞被病毒感染,或P53 、Rb、P16INK4a 、ATM、APC 等抑癌基因发生突变,或K- ras 等原癌基因被激活,或DNA
发生突变,这时细胞可以越过阻断点继续进行有丝分裂[20 ] 。大量的实验证明表明,大部分永生化细胞系、肿瘤细胞、胚胎细胞和生殖细胞的端粒长度不随细胞分裂次数的增加而缩短,究其原因
是由于端粒酶的存在,端粒酶维持着端粒的长度,使细胞寿命延长,并具有无限分裂的能力。端粒酶是由端粒酶RNA 和蛋白质组成的核糖核蛋白酶,通过识别并结合于富含C 的端粒末端,以自身为模板,逆转录合成端粒。人端粒酶RNA 已被克隆,其RNA 具有450 个核苷酸,模板区包含11 个核苷酸(5′- CUAACCCUAAC - 3′) 。至
今对端粒酶蛋白成分的了解还未完全明白。端粒酶活性的调节机理仍不清楚,说法不一,目前的研究认为可能与以下因素有关: (1) 端粒酶有关的蛋白、hTR ( human telomerase RNA com2ponent) 、hTRT (human telomerase reverse transcriptase) 。体外转录和转译实验证明:hTRT 和hTR 共同培养可以模拟天然端粒酶的活性,而hTRT蛋白质保证区上单个氨基酸改变可以使端粒酶活性降
低或消失[21 ] 。(2) 端粒酶催化亚基基因hTER(human telomerase catalytic subunit gene) 。有实验证明其转录水平的表达量与端粒酶活性成正比,hTER 可诱导端粒酶活性阴性的细胞表现出端粒酶活性,使端粒延长,细胞分裂旺盛,β- 半乳糖苷
酶活性(细胞衰老的标志之一) 降低[22 ] 。hTER 可诱导人成纤维细胞永生化,但对包皮角化细胞和乳腺上皮细胞则需要hTER 和HPVE7 同时表达或hTER 表达而P16INK4a不表达。对5 株hTER 诱导的永生的上皮细胞系的检测发现:4 株均有P16INK4a (其基因
位于染色体9P) 的表达抑制,1 株有P16INK4a轻度下调性表达,同时P14ARF完全阴性表达,5 株细胞均有ras 和Rb 的突变[20 ] 。上述实验表明上皮细胞的永生需要端粒酶活性上调和相关基因
的改变,也说明端粒酶的活性可能与上述基因有关。(3) 抑癌基因P53 、Rb、P16INK4a等[20 ] 。(4) 端粒的长度。在某些细胞,
端粒的缩短才有端粒酶的激活。(5) 细胞分化及细胞周期。目前认为肿瘤的发生与端粒酶密切相关。正常情况下,胚胎细胞端粒酶的活性随着胚胎的发育而逐渐消失(生殖细胞除外) 或活性很低,
而肿瘤细胞则是在某些机制的作用下,启动端粒酶表达而使染色体端粒稳定地维持在一定长度,从而使肿瘤细胞得以持续增殖,获得永生化。近年的研究表明:人类肿瘤中85 %左右的肿瘤细胞存在端粒酶活性的表达[22 ] 。衰老的机制复杂,有关端粒、端粒酶与细胞衰老的联系仍有待进一步研究。目前也发现在某些永生化细胞中,即使细胞中端粒酶活性缺乏,染色体末端端粒长度还可以发生延长,而某些有端粒酶活性的正常体细胞随着有丝分裂的持续进行,端粒长度却会逐渐缩短[21 ] 。一些体细胞杂交实验揭示,在某些情况下,端粒酶活性与细胞衰老和细胞增殖之间的关系并不是很密切。总之,细胞衰老是一个很复杂的涉及到内外因素的分子事件,其形态和功能的变化受到基因的影响,至今其发生发展机理仍不详。
[参考文献]
[1 ] 黄英,张宗玉,童坦君. 人衰老成纤维细胞凋亡的可诱导性[J ] , 中华老年医学杂志, 2000 , 19 (3) : 170～173.[2 ] OSTLER E L , WALLIS C V , ABOALCHAMAT B , et al. Telomerase and the cellular lifespan : implication of theaging process[J ] . J Pediatr Endocrinol Metab , 2000 , 13 (Suppl 6) :1467～1476.[3 ] VAN RENSBURY S T, DANIELSWM, VANZYL ZM, et al. A comparative study of the effects of cholesterd , beta- sitosterd , beta - sitosterd , beta - sitosterol glucoside , dehydroe - piandrosterone sulphate and melatoninon in vitro lipid peroxidation[J ] . Metab Brain Dis , 2000 , 15 (4) : 257～265.[4 ] ROMANOV S R , KOZAKIEWICZ B K, HOLST C R , et al. Normal human mammary epithelial cell spontaneouslyescape senescence and acquire genomic changes[J ] . Nature , 2001 , 409 (6820) : 633～637.
[5 ] J ERRYW S , WOODRING E W. Aging : when do telomeres matter ? [J ] . Science , 2001 , 291 (5505) :839～840.[6 ] FOSSEL M. Human Aging A D , progeria[J ] . J Pediatr Endocrinol Metab , 2000 , 13 (Suppl 6) : 1477～1481.[7 ] GRYTE R , SWALLOW C , BAPAT B , et al. Molecular biology of colorectal cancer [J ] . Curr Proc Cancer , 1997 ,21 :233～300.[8 ] RICHARD N M, RAMZI S C. Cellular Aging[M] . In : VINAY K, RAMZI S C , STANLEYL R. Basic Pathology[C] . London : W. B. SAUNDERS COMPANY, 1996. 23～24.
[9 ] 赵保路. 氧自由基和天然抗氧化剂[M] . 北京:科学出版社,1999. 1～290.[10 ] SPAIN. Melatonin , mitochondria , and cellular bioener - getics[J ] . J Pineal Res , 2001 , 30 (2) : 65～74.[11 ] KOWALD A. The mitochondrial theory of aging[J ] . Biol Signals Recept , 2001 , 1013 (47) :162～175.[12 ] CUTLER R G. Antioxidants , aging and longevity[J ] . Free Radicals in Biology , 1984 , 6 :371～388.[ 13 ] SHARG Y Z, YEJ W, TANGX C. Improving effects of huperzine A on abnormal lipid peroxidation and superoxidedismutase in aged rats[J ] . 中国药理学报, 1999 , 20 (9) : 824～828.[14 ] HAUCK S J , BARTKE A. Free radical defense in the liver and kidney of human growth hormone transgmic mice :possible mechanism of early mortality[J ] . J Gerontol A Boil Sli Med Sci , 2001 , 56 (4) : B153～162.[15 ] HU F B , HANKINSON S E , STAMPFER MJ , et al. Prospective study of cataract extraction and risk of coronary heart disease in women[J ] . AmJ Epidemiol , 2001 , 153 (9) :875～881.[16 ] BOREK C. Antioxidant heart effects of aged garlic extract [J ] . J Nutr , 2001 , 131 (3s) : 1010～1015.[17 ] LAKOWSKI B , HEKIMI S. Determination of life - span in Caenorhabditis elegans by four clock genes [J ] .Science , 1996 , 272 (5264) : 1010～1013.[18 ] VANFLETEREN J R , BRAECKMAN B P. Machanisms of life span determination in Caenorhabditis elegans [J ] .Neurobiol Aging , 1999 , 20 (5) : 487～502.[19 ] VAZIRI H. Critical telomere shortening regulated by the atania - telangiectasia gene acts as a DNA damage signal
lead to activation of P53 protein and limited life - span of human diploid fibroblasts[J ] . Biochemistry (mose) ,1997 , 62 (11) : 1301～1310. [20 ] FARWELL D G, SHERA KA , KOOP J I , et al. Genetic and Epigenetic changes in human epithelial cells immor2 talized by telomerase[J ] . AmJ Pathol , 2000 , 176 (5) : 1537～1547.[21 ] WEINRICH SL , PRUZAN R , MA L , et al. Reconstitution of human telomenase with the template RNA componenthTR and the catalytic protein subunit hTRT[J ] . Nat Genet , 1997 , 17 : 498～502.[22 ] BODNAR A G, QUELLETTE M, FROLKIS M, et al. Extension of life - span by introduction of telomerase intonormal human cells[J ] . Science , 1998 , 279 : 349～352.Research advances in cellular aging ( A review)HUANGDan(Dept. of Pathology , JNUMC , Guangzhou 510632 , China) [ Abstract] The mechanism of cellular aging is still not quite clear. To summarize a number of reports ,it mainly involves three causes : (1) The accumalated error messaye of genes induced by free radicals re2 peated injury exceed the capacity of organism?s modification , thus causing cell senscence. (2) There area series of genes in cell which determin cellular growth , differentiation , aging and death (3) Critical telomere shortening. Cell dividing may lead to telomere shortening. Once the telomere of cell shorten to acritical length that will bring about cell senescence. Telomerase can lengthen telomere and delay cellular
aging and its activity is regulated by many factors including some aging genes.[ Key words] cellular aging ; free radicals ; clock genes ; telomere
细胞凋亡与衰老 （作者:___________单位: ___________邮编: ___________） 【关键词】细胞凋亡；衰老 衰老是指增龄过程中机体出现的多器官渐进性功能减退，其确切机制并不清楚，有多种学说，如自由基学说、端粒学说和细胞凋亡学说等。以啮齿类动物为研究对象，肌肉、脑、心脏等多种衰老组织中均存在细胞凋亡异常〔1〕。细胞凋亡参与多种与衰老相关的病理过程，如骨质疏松、阿尔茨海默病等。目前细胞凋亡在衰老中的作用成为国内外研究热点，本文就二者的最新研究进展作综述。 1 细胞凋亡 细胞凋亡涉及一系列基因的激活、表达及调控，是机体为更好地适应环境采取的主动死亡，其参与许多重要生命活动，如胚胎发育、免疫防御和维持组织稳态等，对维持细胞增殖与死亡的平衡有重要意义。 1.1 细胞凋亡途径 1.1.1 外源性途径又称死亡受体途径，是由膜受体介导的细胞死亡过程。死亡受体是属于肿瘤坏死因子受体超家族的跨膜受体，其中研究较透彻的是Fas/FasL系统。Fas广泛分布于胸腺、肝、心、肾等
组织细胞表面。当Fas与其配体FasL结合后发生多聚化，与胞浆内死亡结构域结合蛋白（FADD）结合，活化胞浆caspase8，再活化凋亡执行者caspase3，水解蛋白质，启动核酸内切酶剪切DNA，造成凋亡。这是发育过程和免疫系统中最主要的凋亡途径。通过该途径可清除发育过程及免疫反应中活化的淋巴细胞。增龄过程中Fas表达呈上升趋势。衰老大鼠胸腺细胞和脾细胞凋亡速度加快，可能造成衰老机体免疫功能下降。 1.1.2 内源性途径以线粒体为核心，又称线粒体途径。该途径凋亡信号来自体内各种应激，如DNA损伤、氧化应激、紫外线、生长因子缺乏等。凋亡信号引起前凋亡蛋白Bax活化，Bax诱导线粒体释放细胞色素c（Cyt c）。进入胞质的Cyt c与凋亡蛋白激活因子（Apaf1）、caspase9前体组成凋亡体，激活caspase9，再活化caspase3引起细胞凋亡。线粒体也可释放凋亡诱导因子(AIF)和内切核酸酶G进入胞浆，二者转移到细胞核，断裂DNA。随着年龄增长，内源性凋亡途径逐渐变得活跃。 1.1.3 内质网应激介导的细胞凋亡内质网(ER)参与蛋白质合成及翻译后加工修饰。当非折叠或错折叠蛋白质在ER内堆积超过处理能力时，引起ER应激。ER应激的一个后果是细胞凋亡。位于ER膜上的Bak、Bax发生构象变化形成多聚体，使Ca2+进入ER，活化caspase12，引起下游级联反应，活化caspase9和caspase3。机体具有应对ER应激的保护措施，如使翻译起始因子eIF2去磷酸化，减少蛋白质合成。但衰老机体应对ER应激能力降低，eIF2磷
干细胞抗衰老机理 干细胞可以在体内分化为内胚层、中胚层以及外胚层3个胚层来源组织的细胞。干细胞输入宿主体内后，可以归巢在特定部位，在微环境影响下能向正确表型的细胞分化，成为心肌细胞、肝细胞、肾细胞、胰岛细胞、神经细胞、皮肤细胞、脂肪细胞、肌肉细胞、骨细胞、软骨细胞、肌腱细胞等，达到抗衰老的目的。 干细胞抗衰老的具体机制： ①干细胞分化为功能性细胞，代替衰退、损伤的功能性细胞； ②启动再生相关基因的顺序表达，使组织器官的内源性衰退、损伤修复启动； ③外源性干细胞进入体内，分泌多种生长营养因子，改善组织器官内部微环境； ④免疫调节作用可减轻了局部组织器官的炎性反应。 干细胞抗衰老的技术特点： 所用的干细胞是采用国家干细胞工程技术研究中心专利技术，在国家认证的GMP 细胞培养室进行特定培养，专门用来做抗衰老治疗的干细胞。经特殊手段培养的干细胞细胞活力、增殖能力、耐受力及植入能力较普通方法培养的间充质干细胞都要强，在抗衰老方面的疗效自然更好。 干细胞抗衰老的适宜人群： 1、预防衰老，要求维持机体年轻化、面部美容年轻化的人群； 2、高压力、工作紧张、亚健康人群； 3、内分泌及性功能衰退人群：男性、女性性功能下降、减退，女性月经失调、内分泌紊乱，卵巢早衰、更年期提前，睡眠、情绪欠佳等； 4、机体未老先衰人群：机体衰老，缺乏活力，易疲倦，组织器官功能老化等； 5、心血管系统功能退变人群：动脉硬化、老化，冠状动脉硬化、狭窄，血压增高等； 6、内脏器官功能退化人群：心、肝、肺、肾、胃肠等器官功能衰退或下降； 7、骨骼运动系统退变人群：骨质疏松，骨关节增生疼痛，骨关节退变，关节炎，肌肉、韧带、肌腱功能退化，运动及活动能力下降等； 8、免疫系统衰退人群：免疫力弱，易感冒或患感染性疾病等； 9、血液系统功能衰退人群：血脂高，血粘稠度高，血液流变学改变等； 10、疾病方面：慢炎疾病稳定期（恶性肿瘤除外），如高血压、糖尿病、冠心病、肝硬化、中风、手术后、神经系统损伤或疾病等；急性疾病发作期，如心肌梗死、脑中风等；自身免疫性疾病，如红斑狼疮、Ⅰ型糖尿病等。 干细胞抗衰老治疗后出现的变化： 1、外在变化：皮肤变光滑、润泽，肤色变白；细小皱纹减轻、变浅，面部色斑变淡；头发可出现增多、白转黑现象，全松弛的皮肤开始变得紧致以及肌肉变得紧实，女性乳房、臀部变得紧致富有弹性。 2、免疫力增强，原来易感冒的人不易再感冒。 3、睡眠改善，不容易疲倦，精力充沛，记忆力好转。 4、肌肉变得有力，腰膝酸软疼痛症状减轻。 5、食欲好转，腹胀、便秘现象减轻甚至消失，肠炎症状好转。 6、男性功能改善，前列腺肥大增生减轻好转；女性卵巢早衰患者月经的恢复，更年期症状的改善，女性乳房及臀部变得紧致有弹性。 7、代谢率提高，脂肪重新分布，机体年轻态的恢复。 8、全面提高人体机能，改善人体退变现状，使机体保持青春活力和年轻状态。
端粒和端粒酶与衰老、癌症的潜在关系 ———2009年诺贝尔生理学或医学奖简介 孔令平① 汪华侨② ①副教授,广州医学院从化学院,广州510182;②教授,中山大学中山医学院人体解剖学与脑研究室,广州510080 关键词 端粒 端粒酶 细胞 衰老 癌症 美国科学家伊丽莎白?布莱克本、卡萝尔?格雷德和杰克?绍斯塔克三人同时获得2009年诺贝尔生理学或医学奖,这是由于他们发现“染色体是如何被端粒和端粒酶保护的”,这一研究成果揭开了人类衰老和肿瘤发生等生理病理现象的奥秘。本文将就端粒和端粒酶的发现、结构和功能及其与人类衰老、癌症的潜在关系等方面做一简要介绍。 人的生老病死,这或许是生命最为简洁的概括,但其中却蕴藏了无穷无尽的奥秘。2009年10月5日,瑞典卡罗林斯卡医学院宣布将2009年诺贝尔生理学或医学奖授予美国科学家伊丽莎白?布莱克本(Elizabet h H.Blackburn)、卡萝尔?格雷德(Carol W.Greider)和杰克?绍斯塔克(J ack W.Szostak),以表彰他们发现“染色体是如何被端粒和端粒酶保护的”。这3位科学家的发现“解决了一个生物学重要课题,即染色体在细胞分裂过程中是怎样实现完全复制,同时还能受到保护且不发生降解”。由此可能揭开了人类衰老和罹患肿瘤等严重疾病的奥秘。 染色体是生物细胞核中的一种易被碱性染料染色的线状物质。大家都知道,正常人的体细胞有23对染色体,这对人类生命具有重要意义,其中的X和Y染色体是决定男女性别的性染色体。在染色体的末端,有一个像帽子一样的特殊结构,这就是端粒。作为染色体末端的“保护帽”,端粒具有维持染色体的相对稳固、防止DNA互相融合及重组的功能,犹如卫兵那样守护染色体不受损害。而端粒酶的作用则是帮助合成端粒,使得端粒的长度等结构得以稳定。 “染色体携有遗传信息。端粒是细胞内染色体末端的‘保护帽’,它能够保护染色体,而端粒酶在端粒受损时能够恢复其长度。”获奖者之一的伊丽莎白?布莱克本介绍说:“伴随着人的成长,端粒逐渐受到‘磨损’。于是我们会问,这是否很重要?而我们逐渐发现,这对人类而言确实很重要。”借助他们的开创性工作,如今人们知道,端粒不仅与染色体的个性特质和稳定性密切相关,而且还涉及细胞的寿命、衰老与死亡。简单讲,端粒变短,细胞就老化。相反,如果端粒酶活性很高,端粒长度就能得到保持,细胞老化就被延缓。 1端粒的发现、结构与功能 20世纪30年代,两位著名的遗传学家McClintock 和Müller等人发现,染色体的末端存在一种能稳定染色体结构和功能的特殊成分。如果缺少了此成分,染色体易降解,相互之间易发生粘连,出现结构的异常,影响染色体的正确复制,甚至引起细胞的死亡。于是Müller从希腊文的“末端”(telos)和“部分”(meros)二词为此特殊成分创造了一个全新的术语“端粒”(telomere)。但端粒的精确组成直到1978年才由美国科学家Blackburn和Gall首次提出,他们发现单细胞生物四膜虫(tetrahy2 mena)的端粒是由一连串简单重复序列T T GGGG形成的[1]。之后包括动物、植物和微生物在内的多种生物的端粒序列被测定出,发现它们与四膜虫的端粒序列极其相似,均由富含G和T的简单重复序列不断重复而成。正是这些连接在染色体末端的DNA重复序列及结合在其上的相关蛋白质共同构成了真核生物染色体的“末端保护帽”———端粒。人类细胞端粒的重复序列为T TA GGG,长度为5～15kb。不同组织细胞其端粒的长度不同,精子和早期胚胎细胞端粒长度较长,可达15～20kb。 端粒的结合或相关蛋白最重要的是人端粒重复序列结合因子(telomeric repeat factor)TRF1和TRF2,此外还包括PO T1,Ku70,Ku80,Tankyrase1,PINX1, TIN2和hRap1等。TRF1和TRF2均专一性地与端粒DNA重复序列结合。TRF1对端粒的长度起负调控作用,可以在一定程度上抑制端粒酶在端粒末端的行为; ? 7 2 3 ?
Southern杂交: 是体外分析特异DNA序列的方法，操作时先用限制性内切酶将核DNA或线粒体DNA切成DNA片段，经凝胶电泳分离后，转移到醋酸纤维薄膜上，再用探针杂交，通过放射自显影，即可辨认出与探针互补的特殊核苷序列。 将RNA转移到薄膜上，用探针杂交，则称为Northern杂交。 RNAi技术: 是指在进化过程中高度保守的、由双链RNA（double-stranded RNA，dsRNA）诱发的、同源mRNA高效特异性降解的现象。由于使用RNAi技术可以特异性剔除或关闭特定基因的表达，所以该技术已被广泛用于探索基因功能和传染性疾病及恶性肿瘤的基因治疗领域。可以利用siRNA或siRNA表达载体快速、经济、简便的以序列特异方式剔除目的基因表达，所以现在已经成为探索基因功能的重要研究手段。 Southern杂交一般利用琼脂糖凝胶电泳分离经限制性内切酶消化的DNA片段，将胶上的DNA变性并在原位将单链DNA片段转移至尼龙膜或其他固相支持物上，经干烤或者紫外线照射固定，再与相对应结构的标记探针进行杂交，用放射自显影或酶反应显色，从而检测特定DNA分子的含量]。 扫描电镜技术：是用一束极细的电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与样品表面结构有关，次级电子由探测器收集，信号经放大用来调制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。 细胞显微分光光度计：用来描述薄膜、涂层厚度超过1微米的物件的光学性能的显微技术。 免疫荧光技术：将免疫学方法(抗原抗体特异结合)与荧光标记技术结合起来研究特异蛋白抗原在细胞内分布的方法。由于荧光素所发的荧光可在荧光显微镜下检出，从而可对抗原进行细胞定位。 电镜超薄切片技术：超薄切片是为电镜观察提供极薄的切片样品的专门技术。用当代较好的超薄切片机，大多数生物材料，如果固定、包埋处理得合适，可以切成50-100微米的超薄切片。 Northern印迹杂交（Northern blot）。这是一种将RNA从琼脂糖凝胶中转印到硝酸纤维素膜上的方法。 放射自显影技术：放射自显影技术是利用放射性同位素的电离辐射对乳胶（含AgBr或AgCl）的感光作用，对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究的一种细胞化学技术。放射自显影技术（radioautography；autoradiography）用于研究标记化合物在机体、组织和细胞中的分布、定位、排出以及合成、更新、作用机理、作用部位等等。其原理是将放射性同位素（如14C和3H）标记的化合物导入生物体内，经过一段时间后，将标本制成切片或涂片，涂上卤化银乳胶，经一定时间的放射性曝光，组织中的放射性即可使乳胶感光。 核磁共振技术：可以直接研究溶液和活细胞中相对分子质量较小(20，000 道尔顿以下)的蛋白质、核酸以及其它分子的结构，而不损伤细胞。 DNA序列分析：在获得一个基因序列后，需要对其进行生物信息学分析，从中尽量发掘信
端粒与端粒酶研究于抗衰老的应用 陈元懿 技术原理 端粒:端粒是存在于真核细胞线状染色体末端的一小段DNA-蛋白质复合体，它与端粒结合蛋白一起构成了特殊的结构，能够维持染色体的完整和控制细胞分裂周期。端粒DNA是由简单的DNA高度重复序列组成的，染色体末端沿着5'到3' 方向的链富含 GT。在人中，端粒序列为TTAGGG/CCCTAA，并有许多蛋白与端粒DNA 结合。 端粒酶：端粒酶以自身的RNA作为端粒DNA复制的模板，合成出富含脱氧单磷酸鸟苷的DNA序列后添加到染色体的末端并与端粒蛋白质结合，从而稳定了染色体的结构。但是，在正常人体细胞中，端粒酶的活性受到相当严密的调控，只有在造血细胞、干细胞和生殖细胞，这些必须不断分裂复制的细胞之中，才可以侦测到具有活性的端粒酶。在保持端粒稳定、基因组完整、细胞长期的活性和潜在的继续增殖能力等方面有重要作用。 由于核DNA是线形DNA，复制时由于模板DNA 起始端被RNA引物先占据，新生链随之延伸；引物 RNA脱落后，其空缺处的模板DNA无法再度复制成 双链。因此，每复制一次，末端DNA就缩短若干个 端粒重复序列。当端粒不能再缩短时，细胞就无法 继续分裂了。越是年轻的细胞，端粒长度越长；越 是年老的细胞，端粒长度越短。一旦端粒消耗殆尽， 细胞将会立即启动凋亡机制。端粒与细胞老化的关 系，阐述了一种新的人体衰老机制。 端粒酶以自身的RNA作为端粒DNA复制的模板，合成出富含脱氧单磷酸鸟苷的DNA序列后添加到染色体的末端并与端粒蛋白质结合，从而稳定了染色体的结构。 DNA复制期间的滞留链
尽管如此，正常人体细胞几乎不表达端粒酶，而在干细胞及肿瘤细胞中该酶的表达量较大。通过对细胞进行基因工程改造，改变细胞中端粒酶的活性，可以影响细胞衰老的进程。 技术应用（实验阶段） 1）美国德克萨斯大学西南医学中心的细胞生物学及神经系统科学教授杰里·谢伊和伍德林·赖特做了这样一项试验：在采集的包皮细胞（包皮环切术的附带产物）中导入某种基因，使细胞中产生端粒酶。一般来说，包皮细胞在变老之前可分裂60次左右。但在上述试验中，细胞已分裂了300多次却毫无终止的征兆，也没有显示任何异常的迹象。 2）哈佛Dana-Farber癌症研究所的科学家们通过控制端粒酶基因，第一次在老鼠身上局部逆转了年龄增长所带来的老化问题，其中包括：大脑和睾丸的新生长发育，繁殖能力的增强，以及恢复了部分已丧失的认知功能。 技术优点 1）此种技术在DNA层面上对细胞衰老进行干预，为人类从衰老的根本上进行打开一条的新的道路。 技术缺点 1）尽管端粒酶似乎能有效地延缓细胞凋亡机制的启动，但也发现它在多种癌细胞中都有大量表达，与癌细胞的无限增生密切相关。由于对细胞衰老机制探究的不完全，虽然在细胞方面的已有可参考的实验，但于生物体的改造仍有很多风险及不确定因素。 2）端粒酶技术仅仅从单个细胞的角度延缓衰老，但生物个体中的新陈代谢是一套更复杂的系统。关于如何在延长细胞寿命的基础上协调个体的细胞代谢机制仍需更进一步的研究。
目录 一、干细胞行业的“万用功能“及发展前景 (2) 二、干细胞行业相关政策分析 (4) 三、干细胞抗衰老作用机理 (4) 1.骨髓间充质干细胞 (5) 2.脐带血干细胞 (6) 3.脂肪干细胞 (7) 4.胚胎干细胞 (7) 四、干细胞产业链分析 (8) 五、干细胞国内相关企业分析 (9) 1.中源协和：中国干细胞产业链的整合者，全面布局上下游 (9) 2.北科生物：干细胞技术全球领先，有望成为中国的“苹果” (10) 3.金卫医疗：通过CCBC股权间接经营干细胞存储业务 (11) 4.冠昊生物：依托技术优势进军干细胞治疗领域 (12)
图表目录 图表1：干细胞治疗应用方向 (3) 图表2：干细胞抗衰老行业相关政策 (4) 图表3：随着年龄的增长，骨髓中干细胞数目急剧下降 (5) 图表4：小鼠骨髓间充质干细胞具有抗衰老作用 (6) 图表5：脐带血干细胞可以促进细胞增殖，修复受伤组织 (6) 图表6：肌肉注射胚胎干细胞后各系统疗效（临床改善指数） (7) 图表7：干细胞产业链 (8) 图表8：北科生物发展历程 (11) 图表9：金卫医疗发展历程 (12)
一、干细胞行业的“万用功能“及发展前景 干细胞是具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，是机体的起源细胞，是形成人体各种组织器官的原始细胞。在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞或组织器官，医学界称其为“万用细胞”，对应干细胞治疗具有极大的潜力。干细胞按发育状态分为胚胎干细胞、成体干细胞。按分化潜能分为全能干细胞、多能干细胞、单能干细胞。 干细胞治疗则是把健康的干细胞移植到病人或自己体内，以达到修复病变细胞或重建功能正常的细胞和组织的目的。即干细胞治疗从细胞层上治疗疾病，相较很多传统治疗方法具有无可比拟的优点： （1）安全：低毒性（或无毒性）； （2）在尚未完全了解疾病发病的确切机理前也可以应用； （3）治疗材料来源充足； （4）治疗范围广阔； （5）是最好的免疫治疗和基因治疗载体； （6）传统疗法认为是“不治之症”的疾病，又有了新的疗法和新的希望。 因此干细胞治疗作为一种比较优势突出的新型治疗，临床上应用的领域包括治疗心血管疾病、神经系统疾病、血液病、肝病、肾病、糖尿病、骨关节疾病等，现在比较成熟的如应用骨髓移植治疗白血病等恶性血液病，随着未来越来越多临床试验的成功，产业发展前景将十分广阔。 图表1：干细胞治疗应用方向 资料来源：银联信
细胞的衰老和死亡 一、教学目标 【知识目标】 1. 描述细胞衰老的特征。 2. 简述细胞凋亡与细胞坏死的区别。 3．分析细胞衰亡的原因，认识细胞的衰亡、凋亡与人类健康的关系。 【能力目标】 1．对收集的资料进行整理、分析、交流，培养学生收集信息和分析问题的能力。 2．培养学生理论联系实际，能运用所学的生物知识解决实际问题，培养知识迁移应用能力。 【情感态度与价值观】 1．探讨细胞的衰老和凋亡与人体健康的关系，关注老年人的健康状况，培养学生关爱老人、关注社会问题。 2．领会生命的物质性和连续性。 二、教材分析 【教材的地位作用】 细胞的分裂、分化、衰老、死亡是生命的必然。因此，细胞的衰老和死亡是生命活动中必不可少的过程。对于细胞衰老和死亡的学习，能使学生对细胞的整个生命过程有个完整的认识。同时细胞衰亡机制的研究与生物科技的发展息息相关。对细胞衰亡知识的学习，有助于培养学生的科学兴趣，培养学生的创新意识。 【教学重难点】 1．教学重点：细胞衰老的特征和细胞凋亡的理解。 2．教学难点：编程性细胞死亡（细胞凋亡）。 【建议课时】 本节建议安排1课时。
三、学情分析 学生已经学习了细胞的增殖、分化的内容，对本章的内容已经有了初步的认识和理解，明确了细胞的分化、衰老和死亡是一个完整的生命过程。本节的内容比较接近现实生活，教师可以利用现实生活中的例子加以说明，使学生有个直观的认识，同时也可以培养学生知识的应用能力和知识的迁移能力。 四、教学设计 【教学方法】 本节课中采用的主要是“学生小组分工合作”和“师生共同归纳”的教学方法。根据本节内容，教学时采用“资料收集－分析整理－交流展示”、“材料阅读－分析讨论－师生共同归纳”等途径。在本节课中，资料收集的途径和方法以及对资料加工的方法等知识，是教材中没有涉及的，需要教师结合学生的阐述加以归纳总结；细胞衰老和凋亡的知识点也是学生分组讨论总结后教师加以整理归纳的。 【设计思路】 本节课前让学生“收集恶性肿瘤防治方面的资料”、“收集有关干细胞研究进展的资料”，本节课的前一段时间主要是对上节课内容的继续，让学生汇报交流收集、整理后的材料。同时指导学生资料收集、整理的方法。然后进入到细胞衰老的知识的学习，明确细胞衰老和死亡是细胞整个生命活动中必不可少的过程。通过比较老年人和青年人的外形区别，引入到细胞衰老的特征。通过对老年人“老年斑、皱纹和白头发”的分析，共同归纳出细胞衰老的特征。组织学生分子分析给出的三组材料，使学生明确细胞凋亡的知识，以及区别细胞凋亡和细胞坏死的区别。
第六章第3节《细胞的衰老和凋亡》教学计划李艳2011/10/17 16:32:18 宁夏固原市西吉二中30 0 一、教材分析 细胞像生物体一样也要经历出生、生长、成熟、繁殖、衰老、死亡的过程，所以细胞的分裂、分化、衰老、死亡是生命的必然。那么个体衰老与细胞衰老的关系呢？细胞衰老有哪些表现呢？细胞衰老的原因是 什么？细胞的衰老和凋亡是生命活动中必不可少的过程，衰老和凋亡有什么关系?这一连串的问题构成本节内容的主线。对于细胞衰老和凋亡的学习，能使学生对细胞的整个生命过程有个完整的认识。同时细胞衰 亡机制的研究与生物科技的发展息息相关。对细胞衰亡知识的学习，有助于培养学生的科学兴趣，培养学 生的创新意识。 二、教学目标 1．知识与技能 （1）个体衰老与细胞衰老的关系。 （2）描述细胞的衰老的特征和原因。 （3）简述细胞凋亡的含义及与细胞坏死的区别。 2．过程与方法 （1）培养学生联系实际灵活应用知识的能力。 （2）学会进行与社会老龄化相关问题的分析。 3.情感态度与价值观 （1）探讨细胞的衰老和凋亡与人体健康的关系，关注老年人健康状况和生活状况 （2）通过有关衰老问题的讨论，树立科学的发展观。 三、教学重点难点 学习重点：1.细胞衰老的概念及特征。2.细胞凋亡的含义。 学习难点：细胞衰老与细胞凋亡的区别和联系。 四、学情分析 学生已经学习了细胞的增殖、分化的内容，对本节的内容已经有了初步的认识和理解，明确了细胞的分化、衰老和凋亡是一个自然的生命过程。本节的内容接近现实生活，可利用现实生活中的例子加以说明， 培养学生知识的应用能力和知识的迁移能力。 五、课型：新授课教学方法：教学基本环节：情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、 当堂检测→布置作业及预习 六、课前准备 布置学生在课前通过上网、查报纸杂志、看电视等途径收集与细胞衰老与凋亡有关的资料。教师制作课件。 七、课时安排：1课时 八、教学过程 【情景导入、展示目标】 教师展示“问题探讨”老年人晨练图片：随着社会的发展，人民生活水平的提高，医疗的完善等，人的寿命 在延长，老年人的比例上升。那如何能延缓衰老，保持身体健康显得尤其重要。 问题1：人的一生必然要经历哪些生命历程：出生→生长→成熟→繁殖→→的生命历程。（学生思考回答） 对于人的一生来说，出生，衰老，死亡都是非常重要，活细胞也一样。衰老和死亡是细胞不可忽视的部分。今天我们来学习第六章第3节《细胞的衰老和凋亡》的内容。 小组讨论：完成问题2和问题3 （3分钟） 问题2：我们学过的单细胞生物有：（举一例） 单细胞生物的衰老（= 或≠）细胞的衰老。 问题3：人的生命系统结构层次有哪些？
端粒与衰老 摘要 众所周知，端粒是染色体两端的“保护帽”，能够起到某种抗癌作用，并与人体衰老现象有所联系，但其完整的生物学上的机理仍然还没有弄清楚。端粒酶是一种合成和延伸端粒的核糖核蛋白。端粒具有重要的生物学功能：①保护染色体不被核酸酶降解；②防止染色体相互融合；③为端粒酶提供底物，解决DNA 复制的末端隐缩，保证染色体的完全复制；④决定细胞的寿命。正常细胞内检测不到端粒酶活性, 因此, 正常细胞分裂次数是有限的, 不能无限增殖。衰老不仅仅是生长不可逆的停滞，而且涉及到功能的改变；衰老细胞分泌的细胞因子可能会引起组织功能和统一性的下降，这是端粒功能异常通过细胞衰老造成的影响，端粒与端粒酶同衰老是密不可分的。此外，在约85%的肿瘤细胞中检测到了端粒酶活性，这表明端粒系统（端粒、端粒酶）同癌症之间也存在相关性。随着对端粒和端粒酶研究的不断深入 ,发现端粒系统与衰老、肿瘤有密切关系。如果抑制端粒酶的活性 ,就可以使癌细胞停止分裂增殖 ,达到抗癌目的；若激活端粒酶 ,就可以增加细胞分裂次数 ,从而延长寿命。 关键词 端粒端粒酶衰老肿瘤 1、端粒及其两面性 端粒是短的多重复的非转录序列（TTAGGG）及一些结合蛋白组成特殊结构，端粒是短的多重复的非转录序列（TTAGGG）及一些结合蛋白组成特殊结构，除了提供非转录DNA的缓冲物外，它还能保护染色体末端免于融合和退化，在染色体定位、复制、保护和控制细胞生长。细胞分裂次数越多，其端粒磨损越多，逐渐越短。 然而，端粒所起的作用决非想象中的那么简单。例如，端粒变短是一个喜忧参半的结果：它可延缓癌细胞分裂的速度，但同时也阻碍了自然组织的修复过程———无论是在人体或小鼠体内，较短的端粒意味着疾病的产生和机体的衰老。DNA 的每一次复制过程，都会导致染色体变短，在端粒变得极短之时，就可能对一些重要的DNA 序列造成破坏，并可能导致细胞修复机制出错，将受损的染色体末端误认为受损的DNA 链，而将其两端融合起来。由于染色体损伤有可能促使细胞生长失控，人们因此会认为严重受到侵蚀的端粒也可能会产生同样的风险。 2、端粒与衰老 研究证明，端粒与细胞寿命的控制密切相关。人类端粒长度大约2~15 kb，由于存在末端复制问题，DNA每复制1次，端粒DNA就会丢失50~200bp，随着细胞分裂次数的增加，端粒DNA也在进行性地缩短，当缩短到一定限度后，便不能维持染色体的稳定，使细胞失去了分裂增殖能力而衰老死亡，这种缩短就是衰老的标志。因此，端粒也被称为细胞的“生命钟”。 衰老是生物在生命过程中整个机体形态、结构和功能逐渐衰退的综合现象。关于衰老的学说有多种，其中端粒学说由Olovnikov提出，认为在细胞分裂的过程中，端粒起缓冲作用，但是当端粒缩短到一定程度就会失去缓冲作用，从而导致细胞衰老。目前认为，端粒长度随着细胞分裂逐渐缩短，当它缩短到一定长度，亦即在端粒长度缩短到可能造成基因损伤前，细胞自身的检测系统被激活，启动终止细胞分裂的信号，激发细胞周期p53或Rb关卡，从而使细胞周期停止，进入第一死亡期M 期。倘若使p53或Rb失活以阻断M 期，细胞将继续倍增20～40代，同时端粒进一步丢失，直到发生DNA损伤，出现染色体融合、细胞危机，即进入第二死亡期M 期。此时大部分细胞死亡，只有极少细胞激活端粒酶发生逃逸，成为永生化细
一、章（节、目）授课计划第页
二、课时教学内容第 技术的进步在一门学科的建立与发展过程中起着巨大的作用。没有 显微镜的发明就没有细胞的发现，更不会有细胞学说的建立，没有电子显微技 术及其分子生物学技术的结合，就不会有细胞生物学今天的发展。 细胞生物学研究方法：一般来说，凡是用来解决细胞生物学问题所采用的 方法，都属于细胞生物学研究方法。当前细胞生物学研究中常用到的方法有: 核酸和蛋白质成分的分析和序列测定、研究特异DNA、RNA常用的southern杂交、Northwre杂交及蛋白质免疫印迹技术、基因打靶技术等等。 第一节细胞形态结构的观察方法 一、有关显微镜的一些概念 （1）分辨率（resolution）：指分辨物体最小间隔的能力。 光学显微镜的分辨率 R=λ/N．sin（α/2）． 其中λ为入射光线波长； N =介质折射率；空气中N =1 α=物镜镜口角（样品对物镜镜口的张角）。 （2）放大倍数（magnification）：是指眼睛看到像的大小与对应标本大小的 比值。它指的是长度的比值而不是面积的比值。 例：放大倍数为100×，指的是长度是1μm的标本，放大后像的长度是 100μm，要是以面积计算，则放大了10,000倍。 显微镜的总放大倍数等于物镜和目镜放大倍数的乘积。 （3）有效放大倍数（effective magnification）：物镜的数值孔径（NA）决 定了显微镜有效放大倍数。有效放大倍数，就是人眼能够分辨的d′与物镜的 d间的比值，即不使人眼看到假像的最小放大倍数： M=d′/d 二、显微镜的分类 现代显微镜可以分为两大类：一类是光学显微镜，另一类是非光学
干细胞衰老 干细胞( stem cell aging ) 具有自我更新、组织损伤修复及多向分化的能力，可分化成为中胚层的所有种类细胞，经诱导还可以向神经外胚层分化，因此可对多种器官损伤进行修复1。但干细胞和其它体细胞一样，会衰老、凋亡，其损伤修复及更新、分化的功能会随着细胞的衰老而递减，甚至出现功能失调。研究表明，干细胞衰老会导致其再生能力降低，且会减少体细胞的数量，最终导致机体的衰老2。 干细胞衰老机制的研究表明端粒与细胞寿命的控制密切相关。人类端粒长度大约2-15 kb，由于存在末端复制问题，DNA每复制1次，端粒DNA就会丢失50-200bp，随着细胞分裂次数的增加，端粒DNA也在进行性地缩短，当缩短到一定限度后，便不能维持染色体的稳定，细胞也因此失去分裂增殖能力而衰老死亡，而这种缩短就是衰老的标志2, 3。因此，端粒也被称为细胞的“生命钟”。此外线粒体功能的失调会使细胞内的活性氧自由基累积，过多的活性氧簇( ROS, Reactive oxygen specie )可氧化破坏细胞核酸、蛋白质和脂质，引起组织损伤，进而促进干细胞的衰老4。Wnt/B-Catenin 信号通路的过度激活会通过DNA 损伤反应和p53/p21 途径造成骨髓间充质干细胞的衰老，并且Wnt/β-Catenin信号通路的激活在老年干细胞微环境所导致的骨髓间充质干细胞衰老和丧失功能5, 6。ROS 通过影响c-Maf基因频率来调控多能干细胞的增殖分化、自我更新及复制衰老等生物过程。干细胞具备保持长期自我更新的独特能力，但同时也伴随着内在风险，当干细胞是生物体中生存期最长的细胞时，其基因损伤的风险增加7, 8。因此当干细胞中年龄相关性的DNA损伤的积累会削弱干细胞的功能进而导致干细胞的衰老。Wood从药理学上调节体内转座子介导的衰
河北师范大学 细胞生物学课程论文 小议端粒和端粒酶与细胞衰老、 癌变的关系 学生姓名张** 学号 2012012*** 专业班级生物科学*班 批阅教师崔** 成绩 2015年1月
小议端粒与端粒酶和细胞衰老、癌变的关系摘要端粒位于真核细胞染色体的末端，由短的串联重复DNA片段及其结合蛋白组成，有细胞有丝分裂的“生命时钟”之称。在胚胎发育的过程中，绝大多数体细胞失去了端粒酶的活性,所以随着体细胞分裂次数的增加,端粒长度将逐渐缩短。当端粒缩短到一定程度时,细胞将无法维持基因组的稳定性及染色体结构的完整性而发生衰老。在细胞衰老调控机制失控的情况下,端粒的极限缩短将导致细胞死亡或癌变。当细胞癌变时，端粒酶的活性被重新激活以维持端粒的长度和结构,使癌细胞具有了无限增殖的能力。 关键词端粒;端粒酶;衰老;癌变 自从在人的细胞中发现端粒酶之后，“端粒-端粒酶学说”就不断得到证实和发展。尤其是在2009 年，美国科学家伊丽莎白·布莱克本、卡萝尔·格雷德和杰克?绍斯塔克三人因揭示端粒和端粒酶保护染色体这一机制而荣获诺贝尔生理学或医学奖后，端粒及端粒酶与衰老、癌症的潜在关系更是引起了科学家及公众的极大关注，对端粒系统的研究也成为生命科学研究的热点之一。研究表明，端粒具有防止染色体末端降解、融合从而起到保护染色体的完整性，避免遗传信息在复制过程中丢失，维持细胞稳定性的作用。综合早先实验发现衰老细胞的端粒缩短，而且在85%肿瘤细胞中检测到端粒酶活性的事实，可以肯定端粒、端粒酶与细胞衰老、癌变是有关联的[8]。1 端粒与端粒酶 1.1 端粒的结构与功能 端粒是真核细胞染色体3'末端的非编码DNA序列，由富含鸟嘌呤G的DNA重复序列以其相关蛋白组成，是DNA-蛋白复合物。端粒既有高度的保守性又有种属的特异性，人的端粒是以 5'-TTAGGG-3'为重复单位的且富含鸟苷酸的序列，以3'端为结构末端，但3'端不悬挂在端粒末端，而是折回到端粒内部双链重复序列的某一区域，将该端区域中的一段自身链置换出来,取而代之与其互补链配对,形成T 环，最末端的单链区反转入端粒的双链区再形成D环[1]。端粒存在两种相关蛋白：端粒结合蛋白和端粒相关蛋白。其中，端粒结合蛋白是一类特异结合在端粒DNA 上的蛋白质；端粒相关蛋白是一类与TBP结合的蛋白质。这两种蛋白
干细胞抗衰老行业现状分析
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： ?
目录 一、干细胞行业的“万用功能“及发展前景?错误!未定义书签。 二、干细胞行业相关政策分析?错误!未定义书签。 三、干细胞抗衰老作用机理?错误!未定义书签。 1.骨髓间充质干细胞........................... 错误!未定义书签。 2.脐带血干细胞?错误!未定义书签。 ３.脂肪干细胞?错误!未定义书签。 4.胚胎干细胞................................. 错误!未定义书签。 四、干细胞产业链分析8? 五、干细胞国内相关企业分析?错误!未定义书签。 1.中源协和:中国干细胞产业链的整合者,全面布局上下游错误!未定义 书签。 2.北科生物:干细胞技术全球领先，有望成为中国的“苹果”错误!未定 义书签。 3.金卫医疗:通过ＣCBC股权间接经营干细胞存储业务错误!未定义书 签。 4.冠昊生物:依托技术优势进军干细胞治疗领域.... 错误!未定义书签。 ?图表目录 图表１:干细胞治疗应用方向?错误!未定义书签。 图表2:干细胞抗衰老行业相关政策?错误!未定义书签。 图表 3：随着年龄的增长,骨髓中干细胞数目急剧下降错误!未定义书签。 图表4：小鼠骨髓间充质干细胞具有抗衰老作用?错误!未定义书签。 图表５：脐带血干细胞可以促进细胞增殖，修复受伤组织?错误!未定义书签。 图表 6:肌肉注射胚胎干细胞后各系统疗效（临床改善指数)错误!未定义书签。 图表 7：干细胞产业链?错误!未定义书签。 图表８：北科生物发展历程?错误!未定义书签。 图表 9:金卫医疗发展历程 (13) ?一、干细胞行业的“万用功能“及发展前景
第六章细胞的生命历程 《第三节细胞衰老和凋亡》导学案 一、学习目标 （一）、知识目标： 1、通过人外部形态的观察让学生们描述细胞衰老的特征； 2、区别细胞衰老与个体衰老的关系； 3、掌握细胞凋亡的意义及细胞凋亡与坏死的区别。 （二）、能力目标： 学生针对具体问题开展讨论，提出质疑，培养合作、交流、讨论解决问题的能力。（三）、情感与价值观； 体验自然科学的价值；增强学生学习生物学的兴趣和珍爱生命的情感。 （四）、学习重难点: 1、重点：个体衰老与细胞衰老的关系、细胞衰老的特征、细胞凋亡的概念。 2、难点：细胞凋亡和细胞坏死的区别。 二、预习案 1、学法指导： （1）、自学课本，完成预习案部分； （2）、小组合作完成探究的题目，并解决问题与疑难。 2、知识准备 生物体都会衰老，衰老表现在很多方面：肌肉萎缩、行动迟缓、抵抗力下降、长老人斑、头发变白等等，个体衰老了，细胞会不会衰老？人体的衰老和细胞衰老有什么关系？ 生物体内的绝大多数细胞，都要经过未分化、分化、衰老、死亡几个阶段。生物体内每时每刻都有细胞在衰老、死亡，同时又有新增殖的细胞来代替它们。 3、教材助读 3.1、个体衰老和细胞衰老的关系 3.1.1、单细胞生物：细胞的衰老死亡就是的衰老和死亡 3.1.2、多细胞生物：新老细胞总在不断的更替。随着细胞分裂次数的细胞会衰老，当生物体中绝大多数细胞都处于阶段，生物体就走向衰老了。 3.2、细胞衰老 3.2.1.概念：是一系列复杂的过程，最终表现为细胞的、和__________上发生变化。 3.2.2.特征： (1)衰老的细胞水分___________，核膜___________，染色质__________，线粒体变大且数目 __________。 (2)衰老的细胞内酶的活性___________，代谢速度 ____________，增殖能力 ___________ 。 (3)细胞膜通透性改变，物质运输功能____________。 3.2.3.原因：细胞的增值能力是 ____________。 3.3、细胞的凋亡 3.3.1、概念：由基因所决定的细胞 ____________ 的过程。细胞的凋亡也成为_____________。 3.3.2、凋亡的意义：对于生物的_____________、___________ 的维持都有重要的作用。3.4、细胞的坏死 3.4.1、机理：细胞坏死是极端的____________、_____________因素或严重的____________ 刺激引起的细胞损伤和死亡。、
端粒端粒酶与细胞衰老的关系天津农学院 农学系生物技术及应用 学号：1201093109 姓名：赵国庆
1.【摘要】研究显示，端粒酶活性被激活，可维护端粒的长度，细 胞将会延缓衰老，避免癌变。此外，端粒酶的发现还在理论上丰富和发展了分子肿瘤学，据研究显示 90％的人体肿瘤与端粒酶相关，若我们通过端粒酶活性的检测，提前预知肿瘤的发生，从而提前预防和治疗，或者若我们能使癌细胞中的端粒酶再度“休眠”，恶性肿瘤就会停止生长，以此来治疗癌症。 2.【关键字】端粒端粒酶肿瘤癌症衰老染色体 1.概念 1.1端粒;真核生物线性染色体的末端具有一种特殊的结构。端粒( telomere) 是保护真核细胞染色体末端并维持其完整的特殊的DNA ／蛋白质复合物。 1.2端粒酶：是一种由RNA和蛋白质组成的酶，RNA和蛋白质都是酶活性必不可少的组分。端粒酶可看做是一种反转录酶。端粒酶组成中的RNA可作为模板，催化合成端粒的DNA片段。 2.结构 2.1端粒的结构
2.2端粒酶的结构 端粒酶由三部分组成：端粒酶RNA（hTR）、端粒酶协同蛋白（hTP1）和端粒酶逆转录酶（hTRT）。兼有提供RNA模板和催化逆转录的功能。端粒酶通过一种称为爬行模型的机制维持染色体的完整。其作用靠端粒酶RNA辨认及结合母链DNA并移至3'端，开始逆转录复制，延伸足够长度后，端粒酶脱离母链，DNA-pol取代之，此时3'端折回来，同时起引物和模板的作用，在DNA-pol催化下完成末端双链的复制。培养的人成纤维细胞随着培养传代次数增加，端粒长度逐渐缩短。而且生殖细胞端粒长于体细胞，成年人细胞端粒比胚胎细胞端粒短，都可以说明细胞老化和端粒酶活性下降有关。 基因突变、肿瘤形成时，端粒可表现缺失、融合或序列缩短等现象，临床中也发现某些肿瘤细胞的端粒比正常同类细胞显著缩短，虽然不绝对说明端粒酶决定端粒长度。但一定程度能说明端粒酶和癌变有关系。 3.功能 3.1端粒的功能 稳定染色体末端结构，防止染色体间末端连接，并可补偿滞后链5'末端在消除RNA引物后造成的空缺。
第三章 细胞生物学研究方法 第一节细胞形态结构的观察方法 分辨率： 肉眼0.2mm 光镜0.2μm 电镜0.2nm 一、光学显微镜技术 （light microscopy ） （一）普通复式光学显微镜技术 a ． 光学放大系统：目镜和物镜 光镜 照明系统：光源、折光镜和聚光镜，有时另加各种滤光片 组成 机械和支架系统 b ．分辨率D ：分开两个质点间的最小距离。 0．61 λ 其中： λ为光源波长 D ＝ α为物镜镜口张角 N ·sinα/2 N 为介质折射率 c.普通光镜样品制备： 固定（如甲醛）、包埋（如石蜡）、切片（约5μm）、染色 （二）荧光显微镜技术（fluorescence microscopy 光镜水平对特异蛋白定性定位） 1．FM 包括免疫荧光技术和荧光素直接标记技术 2．不同荧光素的激发光波长范围不同，所以同一样品可以同时用两种以上荧光 素标记。荧光显微镜中只有激发荧光可以成像。 （三）激光共焦点扫描显微镜技术（laser scanning confocal microscopy ） 1．特点：瞬间只用很小一部分光照明，保证只有来自焦平面的光成像，成像清晰 分辨率比普通荧光显微镜提高1.4－1.7倍。 通过改变焦平面位置可以观察较厚样品的内部构造，进行三维重构。 2． 共焦点是指物镜和聚光镜同时聚焦到同一小点。 （四）相差和微分干涉显微镜技术 1．相差显微镜（phase-contrast microscopy ） 光线通过不同密度物质产生相位差，相差显微镜将其变成振幅差。它与普通光镜 的不同是其物镜后有一块“相差板”，夸大了不同密度造成的相位差。 2．微分干涉显微镜（differential －interference microscopy ）——用的是平面偏振光 光经棱镜折射成两束，通过样品相邻部位，再经棱镜汇合，使样品厚度上的微 小 差别转化为明暗区别，使样品产生很强的立体感。 二、电子显微镜技术（electron microscope ） （一）电子显微镜基本知识 1．与光镜的基本区别：电子束作光源、电磁透镜聚焦、镜筒高真空、荧光屏等成像 2．分辨本领与有效放大倍数： 分辨率0.2nm ，比肉眼放大有效放大倍 数 分辨本领指电镜处于最佳状态下的分辨率。 实际情况中，分辨率受样品限制。 3．电子显微镜 电子束照明系统：电子枪、聚光镜 基本构造 成像系统：物镜、中间镜、投影镜等 真空系统：用两级真空泵不断抽气 记录系统：荧光屏或感光胶片成像 （二）主要电镜制样技术介绍
一、章（节、目）授课计划第页 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
GAGGAGAGGAFFFFAFAF
二、课时教学内容第页 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
技术的进步在一门学科的建立与发展过程中起着巨大 的作用。没有 显微镜的发明就没有细胞的发现，更不会有细胞学说的建立，没有电子显微技术及其分子生物学技术的结合，就不会有细胞生物学今天的发展。 细胞生物学研究方法：一般来说，凡是用来解决细胞生物学问题所采用的方法，都属于细胞生物学研究方法。当前细胞生物学研究中常用到的方法有:核酸和蛋白质成分的分析和序列测定、研究特异DNA、RNA常用的southern 杂交、Northwre杂交及蛋白质免疫印迹技术、基因打靶技术等等。 第一节细胞形态结构的观察方法 一、有关显微镜的一些概念 （1）分辨率（resolution）：指分辨物体最小间隔的能力。光学显微镜的分辨率 R=0.61λ/N．sin（α/2）． 其中λ为入射光线波长； N =介质折射率；空气中N =1 GAGGAGAGGAFFFFAFAF
α=物镜镜口角（样品对物镜镜口的张角）。（2）放大倍数（magnification）：是指眼睛看到像的大小与对应标本大小的比值。它指的是长度的比值而不是面积的比值。 例：放大倍数为100×，指的是长度是1μm的标本，放大后像的长度是100μm，要是以面积计算，则放大了10,000倍。 显微镜的总放大倍数等于物镜和目镜放大倍数的乘积。 （3）有效放大倍数（effective magnification）：物镜的数值孔径（NA）决定了显微镜有效放大倍数。有效放大倍数，就是人眼能够分辨的d′与物镜的d间的比值，即不使人眼看到假像的最小放大倍数： GAGGAGAGGAFFFFAFAF