炎症与干细胞衰老

炎症与干细胞衰老（精选六篇）

炎症与干细胞衰老 篇1

1 材料与方法

1.1 材料及试剂

人脐静脉血管内皮细胞株HUVECs由广州军区广州总医院医学实验科提供;DMEM培养基、胎牛血清、Ang Ⅱ、CCK-8购自美国Sigma公司;细胞周期流式细胞分析试剂盒、细胞衰老特异性β-半乳糖苷酶检测试剂盒购自上海碧云天生物试剂公司;人IL-6、人TNF-α ELISA试剂盒购自上海依科赛生物制品有限公司,倒置显微镜(Olympus公司,日本);酶标仪(Tecan Genios,瑞士);流式细胞仪(Miltenyi公司,德国)。

1.2 人脐静脉内皮细胞的培养和鉴定

HUVECs细胞株贴壁生长于含10%胎牛血清的DMEM培养基中,置于5%CO2、37 ℃培养箱中培养,每2～3 d换液1次维持细胞良好生长状态。待细胞长至融合时用0.25%胰蛋白酶消化、传代。HUVECs呈多角形,单层铺路石样紧密排列。

1.3 CCK-8法检测细胞存活率

将细胞以5000个/孔接种于96孔板中,每孔加100 μl 培养液置培养箱过夜,弃去培养液后,对照组(5孔)每孔加入100 μl 培养液,实验组(每组5孔)加入含不同浓度(10-8、10-7、10-6和10-5 mol/L)Ang Ⅱ100 μl 培养液置培养箱培养48 h,终止培养前向每孔加入CCK-8 20 μl培养1 h,酶联免疫检测仪在450 nm下测定各孔OD值,以药物组与对照组OD值百分比代表细胞增殖率。每组设5复孔,重复3次。

1.4 衰老细胞鉴定

细胞长至亚融合后,无血清同步12h,加入终浓度为10-6 mol/L Ang Ⅱ,持续刺激48 h,第12 h、24 h各补充Ang Ⅱ 1次即为Ang Ⅱ诱导的HUVECs衰老模型。对照组为不含Ang Ⅱ上述培养液培养48 h。

1.4.1 β-半乳糖苷酶染色:

根据细胞衰老β-半乳糖苷酶染色试剂盒操作方法,将原培养板里的培养液弃去,PBS清洗细胞1次,每孔加入SA-β-gal染色固定液1 ml,室温固定15 min。吸除固定液后PBS洗3次,每次3 min。每孔加入染色工作液1 ml,37 ℃无CO2条件下孵育过夜。用保鲜膜将六孔板封住以防止蒸发。荧光显微镜下每组标本随机选取5个视野,胞浆蓝染者为阳性细胞即衰老细胞,计算阳性细胞占观察细胞总数的百分比。

1.4.2 细胞周期分析:

收获的细胞冷乙醇 4 ℃固定过夜。取 5×106细胞, 1000 r/min 离心弃乙醇, PBS洗2遍; 加入碘化丙啶(PI) 染液, 4 ℃避光孵育30 min。过筛后立刻上机检测进行细胞流式周期分析。

1.5 双抗体夹心ELISA检测上清中IL-6、TNF-α浓度

按照上述方法诱导细胞衰老后,取细胞培养液上清离心,再收集上清置于-20 ℃保存,然后按人IL-6、人TNF-α ELISA试剂盒说明书操作,置于酶标仪在450 nm处测定吸光度,每组设3复孔,重复2次。

1.6 统计学分析

采用SPSS 15.0软件进行统计学分析。数据以均数±标准差undefined表示,计量资料比较采用t检验,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 细胞存活率

CCK-8法检测表明,经不同浓度Ang Ⅱ培养HUVECs 48 h后,10-8和10-7mmol/L Ang Ⅱ组细胞存活率与对照无明显差异(P>0.05);10-6和10-5 mmol/L Ang Ⅱ组存活率有统计学差异(P<0.01)。10-5 mmol/L Ang Ⅱ在48 h即引起细胞生长停滞,增殖率降低,从而可能因浓度过高而导致细胞凋亡或坏死,不能诱发细胞衰老;10-8和10-7 mmol/L Ang Ⅱ在48 h内仍未引起明显的细胞生长停滞,从而可能因浓度过低不至于引起细胞衰老;10-6 mol/L Ang Ⅱ组细胞存活率为(77.15±1.85)%,故本实验选用10-6 mol/L Ang Ⅱ建立HUVECs衰老模型。

2.2 衰老细胞鉴定

2.2.1 SA-β-gal活性:

SA-β-gal化学染色阳性细胞的胞浆和胞核呈蓝染。染色后对照组几乎不表达β-gal,Ang Ⅱ诱导组β-gal阳性细胞数明显增加,约80%细胞染色阳性(图1)。

2.2.2 细胞周期分析:

细胞增殖能力下降是衰老的另一个生物学标志,而细胞周期可以反映细胞的增殖能力。流式细胞术分析结果显示,对照组HUVECs的各期比例正常,Ang Ⅱ诱导大部分细胞停滞于G0/G1期,S期及G2/M期趋于消失,与对照组比较,各周期的细胞比例差异有统计学意义(P<0.01)。见表1。表明诱导组细胞生长逐渐停滞,细胞增殖能力明显下降。

注:与对照组比较,**P<0.01

2.3 Ang Ⅱ对HUVECs培养液中IL-6、TNF-α分泌的影响

正常对照组有一定基础量的IL-6、TNF-α分泌,经Ang Ⅱ诱导后IL-6、TNF-α分泌显著增加(P<0.01),但IL-6较对照组上升超过2倍,而TNF-α仅为 1倍左右。

注:与对照组比较,**P<0.01

3 讨论

在过去的几十年,我们对AS发病机制的理解经历了一场革命[7],由先前被认为主要是管道问题、退行性疾病,转变为一种多因素导致的炎症反应性疾病[8,9]。衰老是AS的独立危险因素,AS的发生率随增龄急剧上升[10]。而炎性衰老是衰老研究领域的一个新成员,目前血管紧张素系统在血管衰老机制研究中逐渐被重视,Ang Ⅱ信号级联反应随衰老增加,最终促进AS的发展,抑制Ang Ⅱ的活性已被证明能降低心血管疾病的发病率和病死[11]。最近研究表明,Ang Ⅱ可通过丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinases,MAPK)激活导致血管内皮细胞衰老[12]。故本文用Ang Ⅱ诱导HUVECs为衰老模型[13],研究体外细胞复制衰老过程中IL-6、TNF-α分泌的变化。

Ang Ⅱ是诱导细胞衰老的一种常用物质,我们以目前公认的衰老标志物:SA-β-gal和细胞的增殖能力为主要观察指标,对Ang Ⅱ诱导HUVECs衰老的可能性进行观察。阮云军等[14]用过氧化氢诱导血管平滑肌细胞衰老,观察到G1期细胞比例和SA-β-gal染色阳性细胞百分比增加。本实验结果表明Ang Ⅱ诱导HUVECs 48 h后出现了衰老的表型,SA-β-gal活性和停滞在G0/G1期的比例明显升高,说明Ang Ⅱ已成功诱导HUVECs衰老模型,可用于细胞衰老机制的研究。

炎症贯穿于AS发生和发展的全过程,大量炎症因子对AS的形成和发展发挥了至关重要的作用[15]。IL-6影响多种细胞的生长、分化或基因表达,活化的内皮细胞可以产生大量的IL-6,IL-6也刺激内皮细胞的增生,增加内皮细胞的血管生成能力[16];IL-6可以直接损伤内皮细胞,增加内皮细胞的通透性[17];还可以上调内皮细胞黏附分子的表达,增加内皮细胞及血液中淋巴细胞黏附能力[18]。TNF-α具有广泛的生物学活性,其在AS和炎症中发挥作用。循环中的TNF-α的水平同年龄相关AS的危险成正相关[14]。TNF-α可以抑制一氧化氮合酶的生成,诱导血管内皮细胞的凋亡及刺激内皮细胞表达黏附分子,导致内皮功能障碍[19];并且还可以刺激炎症因子生成,直接发挥促炎作用[20],从而加速AS的形成和发展。周建军等[21]研究表明TNF-α可能通过影响线粒体功能而诱导血管内皮细胞衰老。老年人血清中IL-6和TNF-α水平的升高与疾病、 残疾和死亡率有关。对大量人群的研究表明血清IL-6水平可作为老年人功能残疾的可靠标志, 也可作为老年人炎性衰老的预测指标[22]。从对健康老年人研究发现, 衰老与高炎症反应状态相关。高炎症反应状态的原因是循环中促炎症细胞因子介质, 包括IL-1、IL-6、TNF-α和前列腺素2(PGE2) 水平的升高[23,24]。本研究表明,Ang Ⅱ诱导组比正常对照组IL-6、TNF-α分泌明显增加(P<0.01),但IL-6较对照组上升>2倍,而TNF-α仅为 1倍左右,与文献报道一致。

炎症细胞因子网络贯通于炎症和衰老网络,探讨炎性衰老的炎症因子网络调控新机制,是研究炎性衰老的新策略[25]。有研究表明,促炎细胞因子能诱导细胞衰老。DNA损伤激活核因子-κB(NF-κB)等信号通路产生促炎细胞因子(IL-1、IL-6、IL-8等),从而阻滞细胞周期,诱导和维持细胞衰老表型[26]。促炎细胞因子(如TNF-α、IFN-β、IFN-γ等)通过产生活性氧和激活ATM/p53/p21(WAF1/Cip1)信号通路诱导上皮细胞衰老[27]。综上所述,Ang Ⅱ可以诱导HUVECs衰老,其机制可能与IL-6、TNF-α分泌增加有关,但其具体的分子机制有待进一步研究。

摘要：目的 研究血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)诱导的人脐静脉内皮细胞(HUVECs)衰老及对白介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)分泌的影响,进一步探讨AngⅡ在动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)发生、发展过程中所发挥的作用。方法 体外培养HUVECs,采用CCK-8法检测细胞存活率,用Ang Ⅱ(终浓度10-6mol/L)干预,分为实验对照组、AngⅡ诱导组。以衰老相关β-半乳糖苷酶活性和细胞的增殖能力2种衰老标志物为主要观察指标,其中衰老相关β-半乳糖苷酶活性采用免疫化学染色方法,流式细胞术检测细胞周期来反映细胞的增殖能力;酶联免疫吸附法(ELISA)检测培养液中IL-6、TNF-α浓度。结果 与对照组相比,AngⅡ诱导组存活的细胞数为对照组的(77.15±6.83)%;(81.80±0.92)%的细胞呈现β-半乳糖苷酶阳性染色,流式细胞仪检测细胞周期停滞于G0-G1[(89.4±3.4)%],证实细胞衰老;IL-6、TNF-α分泌增加(P均<0.01)。结论 AngⅡ可以诱导HUVECs衰老,其机制可能与IL-6、TNF-α分泌增加有关。

细胞衰老与凋亡教案 篇2

2、意义：细胞的自然更新、被病原体感染的细胞的清除，也是通过细胞凋亡完成的。完成正常发育，维持内部环境的稳定，抵御外界各种因素的干扰。

3、与细胞坏死的区别：细胞坏死是在种.种不利因素影响下，由于细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞损伤和死亡。

细胞凋亡是一种正常的自然现象。

细胞衰老与凋亡教案

细胞衰老：疾病之源 篇3

衰老细胞在我们的衰老过程中起着关键性作用。衰老细胞虽然已经不能分裂，但它们仍然会排出许多引发炎症反应的蛋白质和其他化合物。发炎是一种会损害健康细胞的免疫反应。当我们日渐衰老时，越来越多的细胞进入衰老期，炎症反应也就成为常态，成为一种长期慢性的症状。几乎我们知道的每一种与年龄相关的疾病都与炎症相关。迄今为止，研究人员已经发现了炎症与肌肉萎缩症、白内障、青光眼、阿尔茨海默病、帕金森综合征、骨质疏松症、关节炎、心力衰竭、高血压、癌症以及各种脏器和皮肤疾病之间存在关联的证据。

不过另一方面，我们也不会想要完全停止衰老，因为衰老机制似乎也存在一些好处。比如，有致癌倾向的细胞通常会加速衰老，以阻止细胞继续分裂形成肿瘤，同时它们还会释放出一些化合物来“提醒”周围细胞修复受损组织。衰老细胞在受伤康复和胚胎发育中也发挥着很重要的作用。

药物抗衰老：初见曙光

看来衰老细胞是让我们生病的罪魁祸首。那么我们能够将它们“驱逐”出去吗？2011年，美国梅奥医学中心的达雷恩·贝克和他的同事进行了这方面的尝试。他们通过基因修改，让老鼠体内的衰老细胞携带某种靶向药物能够分辨的标志，带有标志的衰老细胞会被药物当作目标加以摧毁。

贝克的团队让老鼠从3个月大的时候开始，每隔几天服用一次这种靶向药物，他们发现这种方法可以明显延缓与年龄相关的疾病的发作，如脊柱后凸和白内障等。另外，服药老鼠在进入老年期后比未服用这种药物的同伴看上去更强壮、更年轻，皮毛更丰满，皱纹也更少。另外，贝尔的团队还发现，这种药物治疗方法对于那些已经开始衰老的老鼠也有明显效果。

但是，让啮齿动物延缓衰老是一回事，而能让人类延缓衰老又是另外一回事。我们不能在人类身上也进行这样的基因修改——给人体内的衰老细胞做上“记号”然后加以“驱逐”。而且众所周知，我们无法让这些细胞重新焕发青春活力并再次拥有分裂的能力，因为衰老是无法逆转的。

那么目前，科学家们有什么方法能够减缓衰老呢？

方案一：定期清除衰老细胞

一个更好的选择也许是定期清除衰老细胞，使它们对身体的破坏可以得到限制。坎皮西说：“从老鼠实验中我们知道，衰老细胞是要经历相当一段时间才能慢慢积累起来的。例如，你可以每隔五年通过服用某种药物将它们从身体里清除出去。人们可以在50岁左右的时候开始接受这种治疗，这个年龄段的人，体内积累起来的衰老细胞会越来越多，也许某些衰老细胞已经开始对身体造成不利影响了。”

2015年初，美国梅奥医学中心詹姆士·柯克兰的研究小组在对衰老细胞的工作原理展开研究后发现，与正常细胞不同的是，衰老细胞不会死亡，这表明它们拥有与癌细胞很相似的某种生存机制。但与癌细胞不同的是，它们不会增殖分裂。研究人员还发现，虽然衰老细胞比较顽固，不易被杀死，但有两种抗癌药物却可以迫使衰老细胞“自杀”死亡。

以上这些药物在啮齿动物身上效果明显。相当于人类80岁高龄的老年老鼠服用后，心脏功能要比未服用药物的老鼠更健康。老鼠本来已经衰老的腿经过放射治疗，肌肉萎缩速度明显降低，经过7个月的治疗之后，这些老鼠在跑步机上的表现要比未治疗的老鼠强得多。

柯克兰研究小组如今正在用猴子对这种药物进行测试。柯克兰说：“研究结果尚未公布，但有迹象表明，我们能够有选择性地杀死猴子体内的衰老细胞。人类临床试验也已在计划之中。最初的试验对象将是绝症患者或与衰老有关的严重病症患者。这类药物还可注射到骨关节炎患者的衰老细胞聚集的受损关节内。”

方案二：阻止衰老细胞释放有害化学物质

用药物延缓衰老的另一方案是阻止衰老细胞释放有害化学物质。现有的一些药物就可以做到这一点。雷帕霉素，又名纳巴霉素，是器官移植后用于防止组织排斥的一种药物，如今研究人员发现它还有另一种神奇作用——可延长老鼠10%的寿命。

坎皮西的研究团队不久前在人类衰老细胞样本上测试了雷帕霉素的效果，他们发现，雷帕霉素可以让其产生的导致炎症的蛋白质减少。不过有一个问题是，雷帕霉素之所以应用于器官移植手术，是因为它可以削弱机体的免疫系统，从而达到避免移植排斥的作用。但免疫系统的削弱，同时也意味着疾病易感性的增加。除此之外，这种药物还会增加患糖尿病的风险。

尽管这一发现并不完美，但也给科学家提供了新的思路，一些研究团队正在努力寻找更安全的替代方案。坎皮西和她的同事正在药物数据库的大量资料中进行筛选，希望能够找到与雷帕霉素具有同样效果的药物。她说：“我们已经找到了一些候选药物，虽然我们很看好这些药物，但很难断定它们是否能够进入临床实践。”另外，美国的另一个相关研究团队发现了一种与雷帕霉素很相似的药物，这种药物似乎能够增强免疫系统（而非削弱）。目前还不清楚这种药物是否比雷帕霉素更安全，她打算通过进一步的测试来确定这一点。

自由基、炎症与衰老 篇4

1自由基与炎症

自由基是指单独存在的、具有配对价电子的离子、原子、分子基团, 共同特征是最外层电子轨道上具有不配对电子, 主要特点是性质活泼和反应性强。自由基是机体内的一种不可或缺的具有双刃剑性质的活性元素, 对生物体既有益又有害。通常生物体内存在一套完整的抗氧化体系, 抗氧化系统能够清除自由基, 使自由基的生成与清除处于动态平衡状态, 维持自由基的代谢平衡。正常情况下, 自由基在抗菌、消炎和抑制肿瘤等方面具有重要意义。但是, 当机体受到某些疾病或外源性物质攻击后, 自由基代谢异常, 从而诱发脂质过氧化反应, 并可致组织细胞发生氧化应激性损伤[5]。

在正常代谢过程中细胞呼吸链产生高反应活性的自由基, 尤其是ROS自由基。为应对氧化毒性, 细胞通过多种抗氧化机制阻止ROS的形成或中和其代谢过程中所产生的ROS。当ROS的生成量超过细胞抗氧化清除的能力, 细胞因ROS过量堆积而引起异常炎症反应[6]。

在免疫激活和效应阶段, 消灭外来或改变的自身抗原的同时, 机体出现炎症状态。氧化和炎症在维持机体稳态的免疫反应过程中密切相关。适度的ROS有利于免疫系统执行防御功能, ROS既可作为化学武器消灭恶性细胞和病原体, 又能调节免疫反应过程中抗体、细胞因子等表达。免疫细胞的细胞膜具有脆弱的结构特征, 因此比其他细胞更易遭受氧化应激的损伤[7]。氧自由基是炎症反应的效应器, 氧自由基的过度产生能通过PRRs和非PRRs途径诱发炎症反应[8]。

自由基与慢性炎症反应有着密切的关系。慢性炎症反应过程可导致氧化应激的增强和胞内抗氧化能力的降低, 过量生成的自由基可作用于细胞的膜脂, 损害蛋白的结构和功能, 导致DNA的突变。自由基所致的氧化应激可以通过不同的机制增加细胞因子的产生, 含氧衍生物作为第二信使激活转录因子NF-κB和激活蛋白1 (AP-1) , 细胞膜上的还原型辅酶H (NADPH) 氧化酶复合物的氧化作用产生ROS放大氧化应激反应, 从而进一步刺激炎症细胞的激活, 因此氧化应激和炎症反应之间形成螺旋上升的恶性循环[9]。炎症状态与氧化应激状态密切相关, NF-κB是联系炎症和氧化应激的关键[9]。AP-1参与调控广泛的生理过程包括细胞的增殖、凋亡、存活和分化[10]。ROS和胞内氧化还原状态特别是巯基的平衡态可直接影响AP-1的活性[11]。 AP-1基因的表达同样可受到细胞因子的调控[12]。NF-κB是一种非常特殊的转录因子, 可以被多种病理因素激活, 参与调控众多炎症因子基因表达, 是多种促炎症基因转录的必需因子[13]。同时, NF-κB对参与炎性反应放大与持续 (即级联瀑布样效应) 的多种酶 (如iNOS、 COX-2等) 基因的表达也具有重要的调控作用[14]。NF-κB的适度活化对于机体抵御各种因素的危害具有重要意义, 但同时由于NF-κB的过度活化活化又可诱导细胞因子如IL-1β、黏附分子、免疫受体、炎症相关酶类的表达, 从而形成炎症反应的恶性循环[15]。氧自由基可加快巨噬细胞迁移, 引起炎症和促纤维化细胞因子的释放, 从而进一步刺激ROS产生[16]。过多的ROS可通过激活对氧化还原状态敏感的转录因子NF-κB和AP-1来促进促炎细胞因子的表达, 从而进一步上调与炎症有关的基因产物如VCAM- 1、ICAM-1及MCP-1的表达, 加剧炎症反应。因此, 氧化应激诱导细胞因子的产生很可能会进一步提高氧化应激强度, 从而形成恶性循环。

氧化应激与肿瘤坏死因子-α (TNF-α) 的关系十分复杂, TNF-α 可诱导氧自由基的产生, 促进中性粒细胞“氧化爆发”, 产生氧自由基等ROS介质并导致组织损伤, 而ROS也可以增加TNF-α 的水平。 TNF-α可以激活NF-κB通路介导的炎症介质的转录和表达, 通过NF-κB通路诱导多种炎症介质在血管内皮细胞和系膜细胞中的表达, 形成一个自分泌增强的回路, 并借此加重炎症损伤程度, 促进炎症的发生和发展[17]。

自由基所致的氧化应激与炎症通过调控转录水平进而相互影响, 形成自由基-氧化应激-炎症-氧化应激-自由基的恶性循环。氧化应激是炎症过程中的伴随现象, 通过氧化加重炎症反应, 炎症通过炎症介质促进氧化。

2自由基与衰老

在正常情况下, 细胞内自由基的产生与清除处于动态平衡状态, 随着年龄的增长, 这种平衡渐渐遭到破坏, 结果自由基的浓度超过了 “阈值”, 链式的自由基反应使得DNA、蛋白质, 尤其是多不饱和脂肪酸等大分子物质发生变性和交联, 损伤细胞器、细胞膜等结构, 导致生物体的氧化应激伤害, 最终出现衰老与死亡[18]。 因此, Har- man[1-2]提出自由基衰老学说, 可以概括为线粒体产生的ROS过量/ ROS的防御能力减弱之间矛盾的激化, 最终导致衰老。1994年, Barja等[19]指出单位耗氧量产生的ROS越少, 寿命越长。使用药物或营养素、限食 (calorie restriction, CR) 、运动是延缓衰老的有效措施[20], 都能增加抗氧化能力和降低ROS的产生, 成为自由基衰老学说的有力支撑[21-23]。 自由基衰老学说基本反映了生物衰老的普遍规律, 但目前新的研究证据对该学说提出了严峻挑战。Harman认为细胞代谢率越低, 产生的ROS越多, 引起衰老, 但Ristow等[24]在研究老化的模式生物线虫时发现, CR延缓衰老是通过诱导线粒体代谢率和增加ROS的产生来实现的。 Sesso等[25]经过长达8年的随机调查得出这样的结论:抗氧化剂维生素C和维生素E不能有效地预防心血管疾病, 维生素E甚至增加了缺血性中风的患病概率, 自由基理论似乎被动摇了, 然而2011年, 权威杂志报道, 低浓度ROS能诱导性启动许多保护机制, 例如激活细胞氧化还原敏感元件以及相关信号通路, 从而稳定地、全面地、长效地提高机体抗氧化能力, 最终祛病延寿[26]。因此, 一般而言, 低浓度抗氧化剂起抗氧化作用, 高浓度时则起促氧化作用。

3炎症与衰老

随着年龄的增长, 机体中出现一种促炎症反应状态进行性升高状态 (a chronic progressive increase in pro-inflammatory status ) , Franceschi等[27]首次将这个现象命名为炎性衰老。炎性衰老对应的英文名词最先是inflamm-ag- ing[27], 后来的文献出现inflam- maging[28]、inflamm-ageing[29]和inflammageing[30]等。夏世金等[31]首先将 “inflamm-aging”翻译成中文名词“炎性衰老”, 并率先在国内开展了一系列炎性衰老机制与干预的研究[32-36]。

炎性衰老与多种老年病密切相关[37]。老年人体内促炎因子与抗炎因子出现消长变化, 最终表现为促炎反应的过度, 炎症稳态失衡而致炎性衰老[38]。Salvioli等[39]研究表明:促炎症细胞因子在慢性炎症所致的机体的炎症衰老中发挥着重要的作用。老年人血清中白介素-6 (IL-6) 和TNF-α 水平的升高与疾病、残疾和死亡率有关。大量人群研究表明:血清IL-6水平可作为老年人功能残疾的可靠标志, 也可作为老年人炎性衰老的预测指标。从健康老年人实验可知, 衰老与高促炎症反应状态相关, 高促炎症反应状态产生的原因是循环中促炎症介质, 包括IL-1、IL-6、TNF-α和前列腺素E2 (PGE2) 水平的升高[40]。 衰老与炎症是紧密联系的事件, 因此有学者建议把慢性炎症作为衰老的生物标志物[41]。最近研究发现, 下丘脑是小鼠整体炎症的主要部位, IKK-β、NF-κB等炎症关键分子明显激活[42]。

促炎细胞因子能诱导细胞衰老。促炎细胞因子 (如TNF-α、IFN- β、IFN-γ等) 通过产生ROS和激活ATM/p53/p21 (WAF 1/Cip1) 信号通路诱导上皮细胞衰老[43]。趋化因子受体CXCR2通过p53通路诱导成纤维细胞衰老, DNA损伤激活NF- κB等信号通路产生促炎细胞因子 (IL-1、IL-6、IL-8等) , 从而阻滞细胞周期, 诱导和维持细胞衰老表型[44]。 分泌TNF和IFN-γ的CD4+Th1细胞能抑制侵袭性β细胞瘤的生长, 其机制是引起细胞衰老, 上调衰老标志蛋白p16的表达[45]。

NF-κB是炎症信号通路的分子开关。研究发现:长寿基因SIRT1可以与NF-κB的Rel/p65亚基结合, 使K310去乙酰化而抑制NF-κB的转录活性, NF-κB能调控衰老[46], SIRT1可通过调控NF-κB发挥干预衰老的作用[47]。去乙酰化酶SIRT6在调节TNF-α的分泌中起关键的作用, 能明显增加雄性小鼠的寿命[48]。 上述结果表明, 干预炎症对延缓衰老具有重要的意义。

4自由基、炎症、衰老三者之间的关系

总之, 自由基可以导致炎症稳态失衡, 后者又引起自由基过量产生;自由基稳态失衡可以导致衰老, 而衰老又引起自由基代谢平衡破坏;衰老进程中出现炎症稳态失衡, 而炎症又可导致衰老。自由基炎症衰老自由基互为因果, 关系错综复杂。

细胞的衰老与凋亡 说课稿 篇5

题 目：《细胞的衰老与凋亡》

学科名称：高中生物

教 材：人教版必修1第六章第3节

适用年级：高一

设计人 ：李姗姗

第6章 第3节 细胞的衰老和凋亡

——李姗姗

一、教材分析

本节教材的主要内容分为四个部分：个体衰老与细胞衰老的关系，细胞衰老的特征，细胞衰老的原因，细胞的凋亡。

个体衰老与细胞衰老的关系这部分知识点相对比较简单，教师通过一系列的问题情境，引导学生从单细胞生物的衰老与细胞衰老的关系，到多细胞生物的衰老与细胞衰老的关系，进行深入探讨。

细胞衰老的特征是本节的重点。细胞衰老的特点很多，为了帮助学生掌握，采用图片展示、问题引导等方法，让学生通过思考，自己总结出衰老细胞的特征。

细胞衰老的原因这部分内容教材安排的是选学内容，课程标准对此没有特别要求，但却是学生比较关心的问题，对于这部分的内容将采用学生自学，然后讨论归纳的教学方法。

学习了细胞衰老，学生展开如何延缓衰老、延长寿命的话题，引入细胞死亡。强调细胞死亡的两种形式，通过对比与资料展示使学生了解细胞坏死与细胞凋亡的区别，最后举例探讨细胞凋亡的生物学意义。

二、教学目标

知识：1.掌握个体衰老与细胞衰老的关系，并描述细胞衰老的特征

2.了解细胞衰老的原因有哪些

3.简述细胞凋亡与细胞坏死的区别

能力：培养相似概念自主对比分析的思维能力

情感：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

2.培养关注社会问题、关心老人、孝敬老人的崇高美德

三、教学重难点

1.个体衰老与细胞衰老的关系，细胞衰老的特征 2.细胞凋亡的含义

3.细胞凋亡与细胞坏死的区别

四、学情分析

高中生智力水平接近成人高峰状态，意志动机的主动性、目的性增强，能掌握自己的行为。在课上能较长时间集中注意力，并能自主支配注意力方向。相比与初中，高中生自我意识进一步增强，要求别人了解、理解和尊重自己。在生物课程的学习中，学生对一些与现实生活紧密结合的知识兴趣浓厚。这节课处于高一第一学期的末尾，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，结合现实生活中的例子加以说明，可以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。

五、教法分析

根据对教材的理解和分析,我采用的教学模式为“引导—发现”式, 融合讨论法、比较法、归纳法等多种教学方法，并配以多媒体辅助教学.。另外，我还将采取学生活动的教学方法，让学生真正的参与活动，而且在活动中得到认识和体验，产生践行的愿望。培养学生将课堂教学和自己的行动结合起来，充分引导学生全面的看待发生在身边的现象，发展思辩能力，注重学生的心理状况。结合本节课的内容，主要采用了以下的教学方法：

1、直观演示法：利用图片的投影等手段进行直观演示，比如在讲到细胞衰老的特征时，可用图片进行比较，以此来激发学生的学习兴趣，活跃课堂气氛，促进学生对知识的掌握。

2、集体讨论法：针对课堂上提出的问题，组织学生进行集体和分组讨论，促使学生在学习中解决问题，培养学生解决问题的能力以及团结协作的精神。比如在比较细胞凋亡与坏死的区别时可以让学生先进行小组讨论，再进行总结，而不是单一地接受教师传授的观点。

3、活动探究法：引导学生通过活动形式获取知识，以学生为主体，使学生的独立探索性得到了充分的发挥，培养学生的自学能力、思维能力、活动组织能力。如促使学生在课余时间以小组形式通过上互联网、进行问卷调查、走访政府有关部门等方式搜集有关社会老龄化的资料，完成后每组交一份活动报告。

六、教学过程设计 1.导入新课

通过观看电影《童梦奇缘》中刘德华扮演的光仔，从13岁到83岁个阶段的照片集锦，让学生清楚看到衰老随着时间推移的脚步，产生学习兴趣。

细胞作为生物体结构和功能的基本单位，生物体会经历衰老的生命历程，有一定的寿命，细胞自然也有自己的寿命，从而让学生了解到细胞也有其衰老过程，并有一个初步概念。2.个体衰老与细胞衰老的关系 a.单细胞生物的个体衰老：

（课件展示草履虫图片，学生自主讨论对于单细胞生物，个体衰老与细胞衰老的关系）

教师最后做出总结：单细胞生物 细胞衰老=个体衰老 b.多细胞生物的个体衰老：

（展示资料《人体各种细胞的寿命》，学生思考问题老年人体内有无幼嫩细胞，年轻人体内有无衰老细胞，并讨论对于多细胞生物，个体衰老与细胞衰老的关系）

教师总结：多细胞生物

细胞衰老≠个体衰老

个体衰老以细胞衰老为基础，体内多数

细胞的衰老就表现出个体的衰老。

3.细胞衰老的特征

（课件展示老人与幼儿的对比图片，学生根据生活经历，讨论人体衰老都有哪些特征，教师根据学生讨论得出的人体衰老特征，详细分析各个衰老特征是由何种细胞衰老特征产生的）

最后，引领学生对细胞衰老的特征进行总结。4.细胞衰老的原因：

（学生自主学习课本122页内容，讨论回答课件展示问题：

1.细胞衰老原因的两大学说是什么？

2.自由基的定义，并概括自由基学说的内容

3.端粒的定义，并概括端粒学说的内容）

根据学生的回答，总结上述问题，及细胞衰老各学说的主要内容。5.细胞的衰老与凋亡：

课件展示胎儿手发育和蝌蚪发育成青蛙尾部消失的图片，引出细胞凋亡概念，并对此概念举例讲解。

课件展示细胞凋亡与细胞死亡对比图片，结合上述讲解内容，学生自主对比总结细胞衰老与凋亡的区别。教师根据学生的回答，进行最后的补充与总结。6.课堂小结

1.个体衰老与细胞衰老有什么关系？ 2.细胞衰老的特征是什么？ 3.细胞衰老的原因有哪些？ 4.细胞凋亡的含义是什么？它与细胞坏死有什么区别?（学生根据所学自主复习，整理回答，根据学生回答总结本节课内容，习题练习加强巩固）7.课后作业布置

七、板书设计

第3节 细胞的衰老和凋亡

一、个体衰老与细胞衰老的关系： 1.单细胞生物 细胞衰老≒个体衰老 2.多细胞生物 细胞衰老≠个体衰老

个体衰老的过程是组成个体的细胞普遍衰老的过程

二、细胞衰老的特征：

1.细胞水分减少，细胞萎缩，体积变小，细胞新陈代谢速率减慢

2.细胞内多种酶的活性降低

3.细胞内色素积累

4.细胞膜通透性改变，物质运输功能降低

5.细胞内呼吸速率减慢，细胞核体积增大，核膜内折，染色质收缩，染色加深

三、细胞衰老的原因：

1.自由基学说

2.端粒学说

四、细胞凋亡：

1.概念

2.意义

炎症与干细胞衰老 篇6

【关键词】Th17细胞；炎症性肠病；病理学

【中图分类号】R392.12 【文献标识码】A 【文章编号】1004-7484（2012）09-0369-01

人类的炎症性肠病（inflammatory bowel diseases，IBD）主要包括克罗恩病（Crohn’s disease，CD）和溃疡性结肠炎（Ulcerative colitis，UC），其症状表现为肠道反复、慢性的炎症[1]。尽管目前IBD的病因还不清楚，但有证据表明遗传及环境因素参与了该病的进程，二者共同作用促进了肠道黏膜的炎症的发生。实验室模型的结果表明，IBD相关的组织损伤与免疫细胞及非免疫细胞之间的相互作用有关，而且在此作用过程中细胞因子起关键的作用。细胞因子谱的研究表明，CD疾病中分泌的细胞因子主要以Th1型为主，而UC中可见大量的Th2型细胞因子[2]。近年来的研究证实，CD和UC疾病中肠道黏膜往往有大量的Th17细胞[3]。本文将就Th17细胞在IBD疾病过程中的病理学作用进行回顾和展望。

1 Th17的发现

传统的观点将CD4+的辅助性T细胞（helper T, Th）分为Th1和Th2两个细胞群，二者在分泌的胞因子类型及蛋白的表达上均存在着差异。在免疫应答类型上，Th1细胞介导细胞免疫应答；Th2细胞通过分泌IL-4及IL-13启动B细胞免疫应答，即体液免疫应答，二者协同作用，抵抗病原体感染。

Th细胞的发育始于胸腺，其分化依赖于与活化的抗原递呈细胞（antigen presenting cells, APCs）接触。Th细胞与分泌IL-12的APC接触后，分化为分泌IFN-γ的Th1细胞；而当Th细胞与分泌IL-4的APC接触后，则分化为以分泌IL-4、IL-5和IL-13的Th2细胞。在Th17细胞被发现前，Th1细胞一直被认为是介导自身免疫应答的唯一细胞。然而，动物实验的研究结果表明，注射IFN-γ和IL-12可以预防自身免疫性疾病；而IFN-γ和IL-12可以驱动Th细胞向Th1分化。该结果提示，可能有Th1以外的细胞参与了自身免疫应答反应。

一系列的研究发现，缺乏IL-23的小鼠不易发生自身免疫性疾病；而表达IL-23但缺乏IL-12的小鼠会发生严重的自身免疫病。该实验结果表明，IL-23而非IL-12是介导自身免疫应答的关键因子。一系列的研究又表明IL-23可以促进IL-17的分泌，而分泌IL-17的细胞是一群独特的Th细胞亚群，即Th17[4]。而且这群细胞在自身免疫性疾病及炎症的过程中起重要作用。

2 Th17相关细胞因子在CD和UC疾病中的病理学作用

Th17分化受STAT3调控，STAT3不仅调节Th细胞的IL-17、 IL-21分泌及IL-23受体的表达，而且还调控Th17分化过程中的另外3个关键调控因子（RoRgt、IRF4和Batf）。RoRgt仅仅表达于淋巴细胞，是Th17细胞发育中的关键调控因子。敲除RoRgt基因，小鼠体内无Th17细胞。

许多细胞因子在Th17的分化中起重要作用，如TGF β、IL-6、IL-23、IL-21和IL-1β。IL-6和TGF β在Th17细胞的早期发育中起关键作用，IL-6能激活STAT3信号通路，促进Th17相关细胞因子、IL-23及RoRgt的表达。TGF β可以诱导CD4+ T细胞高表达FoxP3和RoRgt，从而诱导其分化为Treg或Th17。IL-6可以封闭FoxP3对RoRgt抑制作用，从而提高RoRgt的表达，促进CD4+ T细胞向Th17的分化。IL-23、IL-21和IL-1β对于Th17的分化也有重要的作用。

Th17细胞可以分泌多种细胞因子，如IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22、IL-26及IL-9等。单细胞水平的研究表明，并不是所有的Th17细胞都能分泌上述所有的细胞因子。临床研究表明，CD和UC患者的肠道中IL-17A、IL-17F、IL-22及IL-26均高表达。IBD基因谱研究表明，Th17相关基因STAT3和IL-23R的多态性与其发病具有相关性。进一步的研究显示，在IBD患者黏膜中CCL20高表达，而CCL20具有趋化CCR6+ Th17的作用，同时CCL20的表达受到IL-21的正向调控[5]。

3 Th17相关细胞因子在肠道中的促炎及抗炎作用

由于Th17相关的细胞因子在IBD中大量表达，对于这些细胞因子在控制肠道炎症中的作用的研究也越来越受到重视。一系列的研究显示，在不同的模型中Th17分泌的一些细胞因子有时表现为促炎，有时表现为抗炎作用。比如，在口服葡聚糖硫酸钠诱导肠炎的模型中，IL-17A敲基因小鼠比野生型更易患肠炎。葡聚糖硫酸钠可以引起上皮细胞的损伤，肠道菌群侵入黏膜，中性粒细胞、巨噬细胞的大量渗入肠道黏膜引发强烈的炎性反应。因此，在这个模型上，IL-17A可能通过诱导肠道高表达紧密连接蛋白claudins及粘蛋白mucin，增強肠道的屏障功能，从而抑制了炎症的发生。过继输注实验中，供体鼠的CD4+ T 细胞IL-17A基因缺失，受体鼠接受了供者的T细胞后，更易产生急性肠炎。而在此模型中，CD4+ T 细胞IL-17A基因缺失并不能提高T细胞迁移及侵润能力，却能增强Th1细胞的功能，该结果提示，IL-17A可能通过抑制Th1细胞的功能，发挥其抗炎作用[6]。

和IL-17A敲基因小鼠类似，IL-22敲基因小鼠在葡聚糖硫酸钠诱导模型中，也更易患肠炎。IL-22可以激活STAT3，促进上皮细胞生长、杯状细胞重建、促进粘液和抗菌物质的产生，从而提高了肠道屏障的完整性。过继输注T细胞诱导肠炎的模型中，IL-22也具有组织保护的作用。

在三硝基苯磺酸直肠灌注诱导肠炎的小鼠模型中，IL-17RA基因的缺失反而可以抑制肠炎的发生，起到组织保护的作用。注射IL-17RA IgG1也可以缓解三硝基苯磺酸诱导的肠炎。由于IL-17RA受到 IL-17A和IL-17F的共同作用，因此上述结果提示，IL-17F而不是IL-17A是肠炎的致病因子。进一步的动物实验结果显示，IL-17F敲基因小鼠具有抵抗葡聚糖硫酸钠诱导的肠炎的作用。尽管IL-17F促进肠道炎症的具体机制还不清楚，但已有一些数据表明，IL-17F可以促进TNF、IL-1、IL-6等细胞因子及趋化因子的释放。而这些细胞因子、趋化因子可以放大肠道对病原体刺激的反应、。

尽管上述结果暗示IL-17A具有抗炎作用，但依然不能排除在某些特定条件下，IL-17A可能协同IL-17F或其它一些由Th17分泌的细胞因子，促进肠道炎症的发生。Leppke等研究表明输注了IL-17A、 IL-17F或IL-22敲基因小鼠的T细胞后，RAG1-裸鼠发生严重的肠炎。而肠道不分泌IL-17的RORγ-裸鼠在输注上述细胞后，并不发生肠炎。

RAG敲基因小鼠输注CD8+ T细胞也会发生严重的肠炎，其症状與输注CD4+ T细胞类似。对该模型中小鼠肠道淋巴结中的CD8+ T细胞的分析显示，存在着一群IL-17A和IFN-γ双阳性的细胞。更为明显地是，给小鼠输注来源于IL-17A或IFN-γ缺失小鼠的CD8+ T细胞，不产生严重的肠道炎症。

以上结果表明，小鼠的Th1和Th17相关细胞因子共同作用，导致了肠道炎症的发生。IL-21在肠道的Th1和Th17细胞增殖过程中起关键作用，因此IL-21可能是控制肠道炎症的靶分子。DSS和TNBS肠炎模型中，IL-21的表达水平显著升高；注射IL-21受体的中和蛋白，可以缓解肠道炎症并降低Th-17相关细胞因子的表达水平。IL-21敲基因小鼠对DSS和TNBS引起的肠道炎症起保护作用，而且这种保护作用与肠道内IL-17A和IL-17F的低表达有关，该结果再次证明了IL-21在维持Th17细胞介导的免疫应答中的作用。IL-21可以通过多种途径发挥其促进肠道炎症的生理学功能。比如，IL-21抑制调节性T细胞（Treg）在外周的分化，并增强CD4+ T细胞对Treg抑制效应的抵抗力[7]。

综上所述，Th17细胞相关的细胞因子在肠道炎症中起重要的作用，Th17很可能成为肠道炎症治疗的靶点。

参考文献：

[1] Kaser A, Zeissig S, Blumberg RS. Inflammatory bowel disease. Annu Rev Immunol. 2010, 28: 573-621.

[2] Reinisch W, de Villiers W, Bene L. et al. Fontolizumab in moderate to severe Crohn’s disease: a phase 2, randomized, double-blind, placebocontrolled, multiple-dose study. Inflamm Bowel Dis. 2010, 16:233-242.

[3] Annunziato F, Cosmi L, Santarlasci V. et al. Phenotypic and functional features of human Th17 cells. J Exp Med. 2007, 204:1849-1861.

[4] Burton PR, Clayton DG, Cardon LR et al. Association scan of 14,500 nonsynonymous SNPs in four diseases identifies autoimmunity variants. Nat Genet. 2007, 39(11):1329-1337.

[5] Hirahara K, Ghoreschi K, Laurence A. et al.Signal transduction pathways and transcriptional regulation in Th17 cell differentiation. Cytokine Growth Factor Rev. 2010, 21(6):425-434.

[6] Yang XO, Chang SH, Park H. et al.Regulation of inflammatory responses by IL-17F. J Exp Med. 2008, 205:1063-1075.