细胞凋亡的主要特性

    细胞凋亡是属于生命活动过程中的一种自然生理现象，是细胞保持功能正常的反映．也是细胞数量呈现恒定的需要。但是，有时细胞凋亡又是细胞内外受到不利或有害环境因子诱发的一种极端反应方式。“apoptosis”一词出自希腊，意思是指细胞死亡犹如秋天树叶凋落。也就是说，细胞凋亡是通过细胞内固有的生理生化反应或某些酶催化发生的细胞死亡，是由基因控制的一种主动死亡现象，一般对机体生长发育有利。

    1．细胞的两种死亡方式

    我们已经知道细胞的死亡至少有两种方式，即细胞凋亡与细胞坏死(图12-5)。细胞凋亡(apoptosis)，或程序化细胞死亡(programmed cell death，PCD)，是细胞通过内在的程序来决定细胞的死亡，常常是生理性的，例如衰老的细胞可通过凋亡途径得以清除。另一种细胞坏(necosis)的死亡现象也早已被认识．常常是病理性的。例如某些病菌侵染以及部分强烈的物理、化学因素(如紫外线、pH值、化学药物)等有害因子作用下细胞发生的坏死。细胞坏死是由环境控制的一种被动死亡现象，是被迫的结果，它会使机体发生炎症反应，严重时可影响其生长发育和新陈代谢。鉴于上述两种细胞死亡的原因与机理有明显的不同，因此，二者在细胞形态学和生物化学等方面的差异也是显而易见的(表12-1)。

    晚近的研究逐渐了解了细胞凋亡与细胞坏死之间的转换分子，例如细胞的ATP浓度是决定细胞凋亡或细胞坏死的调控因素，多聚ADP核糖聚合酶[poly(ADP—rib0se)poly—merases，PARP]的激活导致ATP大量消耗，结果引起细胞坏死而不是凋亡。受体相互作用蛋白3(RIP3)作为细胞凋亡与细胞坏死相互转换的分子开关，是TNF诱导的细胞凋亡与细胞坏死相互转换的分子开关。

   
    2．形态学特点

    细胞凋亡的发生以单个细胞为单位，细胞膜泡样变但仍完整，细胞皱缩，细胞质、细胞器溶酶体完整固缩。细胞核逐渐固缩，染色质固缩成为匀质的高密度的块，形成凋亡小体(apoptotic body)，最终固缩的细胞碎裂成致密小块，被邻近的正常细胞和巨噬细胞所吞噬．不引起局部的炎症反应。而坏死常同时发生在成群细胞，细胞膜失去完整性，水分大量进人细胞，细胞与细胞器、细胞核发生肿胀，最终细胞破裂，溶酶体破裂，酶漏出溶解周围组织引起严重的炎症反应。在显微镜下，可看到细胞膜皱缩，细胞器、核固缩，以及细胞碎裂成大小不等的颗粒(见图12-5)；在电子显微镜下，可看到细胞膜空泡形成和染色质固缩(图12-6)，即细胞膜皱缩，细胞器、核固缩及细胞碎裂的颗粒或碎片。

    3．生物化学特点

    细胞凋亡可以受多种因素刺激诱导下，由特定基因自主调控有规则地使细胞程序化死亡，除了形态学变化外，还有特征性的生物化学变化，这些反应的底物都是参与细胞凋亡的重要分子(表12-2)。

   (1)蛋白酶的激活    细胞内蛋白酶与细胞凋亡密切相关，细胞内外的信号诱导细胞凋亡，其结果是细胞内部的组分发生解构，而蛋白酶发挥重要作用。目前知道的凋亡相关蛋白酶主要有半胱天冬酶家族[cysteine aspartate-specific proteinase，caspase或cysteine—de—Dendent asDartate—directed proteases；又称白介素1转换酶家族(interleukin l convertingenzyme，ICE)]、裂解素(fragmentin)、颗粒酶(granzyme)、丝氨酸蛋白酶(serine protease)、钙依蛋白酶(calcium—dependent protease；calpains)、泛素依赖的蛋白酶解(ubiquitin dependent proteolysis)、组织蛋白酶D(cathepsin D)和组织蛋白酶B(cathepsin B)等。这些蛋白酶都有相对的底物特异性。其中半胱天冬酶是细胞最主要的凋亡相关酶，一旦被信号途径激活，能将细胞内的蛋白质降解，使细胞不可逆地走向凋亡。

    (2)脱氧核糖核酸内切酶激活在细胞发生凋亡时，脱氧核糖核酸内切酶(DNA endonuclease．DNase)被激活，选择性降解染色质DNA，先形成50～300kb的大片段，并进而在核小体连接处断裂，形成大小为180～200bp或其整倍数的阶梯状DNA片段(DNAl  adder，又称apoptosis DNA fragmentation)(图12-7)。这些DNA片段可从细胞中提取出来，通过琼脂糖凝胶电泳，溴化乙锭染色呈现为梯状条带，据此可以判断细胞凋亡的产生。细胞内源性核酸内切酶有多种，常见的有核酸内切酶I(DNase I)、核酸内切酶Ⅱ(DNaseⅡ)、Nuc-18等。

    利用TUNEL检测(末端脱氧核糖核苷酸转移酶介导的dUTP切口末端标记检测)技术可以检测凋亡的细胞中内源核酸内切酶切割DNA产生的大量3’-OH末端，在末端脱氧核糖核苷酸转移酶的作用下通过催化duTu的聚合而结合在裸露的3’-OH上，经荧光素标记后，在显微镜下进行观察，TUNEL反应阳性的细胞发出亮绿色的荧光，而正常的或坏死的细胞很少产生3’-OH末端，因此呈阴性。

来源：北纳细胞网www.bncc.org.cn