细胞凋亡的主要特征

更新于 2026年10月22日 版权声明
二、细胞凋亡的主要特征

(一)形态学特征

1.细胞膜 细胞凋亡往往首先出现的是表面微绒毛消失,细胞突起及细胞表面皱褶的消失,与周围细胞脱接触,随后胞质脱水、胞膜空泡化(blebbing),细胞表面出泡,称为出芽(budding)。细胞膜上新出现一些生物大分子,如磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine)的外翻,这些生物分子的出现与凋亡细胞的清除有关。

2.细胞核

(1)染色质浓缩凝聚:核DNA在核小体连接处断裂成核小体片段,并向核膜下或中央部异染色质区聚集,形成浓缩的染色质块。凋亡细胞中染色质块聚集于核膜下,称为染色质边集(margination);或聚集于核中央部,称染色质中集。

(2)核碎片:染色质进一步凝聚,核膜在核孔处断裂;随后核膜包裹分割染色质,形成核碎片。

3.细胞质

(1)胞质浓缩:细胞脱水固缩(condensation),细胞质明显浓缩。

(2)细胞器:主要包括如下。①线粒体空泡化;②内质网:凋亡细胞内的内质网腔多数呈现扩大;③疏松有序的细胞骨架结构变得致密紊乱。

4.凋亡小体形成 凋亡细胞内聚集的染色质块,经核碎裂形成大小不等的染色质块,然后整个细胞通过发芽、起泡等方式形成一个球形的膜包小体,内含胞质、细胞器和核碎片,脱落形成凋亡小体(apoptosis body),这是凋亡细胞最显著的形态学变化。(https://www.daowen.com)

尽管典型的凋亡细胞有其显著的形态学特征,但在组织学上要清楚地识别凋亡并非易事,主要是因为:①凋亡细胞常散在单个分布;②大多数凋亡小体体积很小,光学显微镜下不易辨别;③凋亡过程进行很快,凋亡小体形成后很快被邻近细胞吞噬;④相邻的细胞缺乏炎症反应;⑤细胞死亡的组织学标准,如固缩和核碎裂都可以在凋亡和坏死的某阶段中出现,使凋亡和坏死有时难以区分。因此,判断凋亡的存在除根据形态特征外,常需结合一些生化检测手段。

(二)生化特征

1.内源性核酸内切酶激活引起DNA的片段化断裂 内源性核酸内切酶(endonuclease)是细胞内能切割DNA链间磷酸二酯键的蛋白分子,它是凋亡过程中DNA切割成片段的执行者。常见的有核酸内切酶Ⅰ(DNaseⅠ)、核酸内切酶Ⅱ(DNaseⅡ)、Nuc-18等。

DNA链上大约每隔200个核苷酸就有一个核小体(nucleosome)。核小体之间的连接区最易受核酸内切酶攻击而发生断裂,因此核酸内切酶激活后引起的细胞核DNA降解片段常呈180~200bp或为其倍数。作DNA凝胶蛋白电泳时,这些片段可以呈现典型的“梯状条带”(ladder pattern)(图9-1)。染色质DNA规律性的片段化断裂是细胞凋亡的结局,也是细胞凋亡发生的判断指标之一。另外,由于凋亡细胞核内DNA断裂,因此可用末端脱氧核苷酸转移酶介导的切口末端标记法(terminal deoxynucleotidyl transferase mediated dUTP nick end labeling,TUNEL)标记断端,使凋亡细胞染色,这成为在组织细胞形态方面判断凋亡发生的重要方法之一。

图示

图9-1 细胞凋亡时DNA片段化断裂

2.胞质Ca2+超载 胞质Ca2+与细胞凋亡关系密切。胞内Ca2+库释放,胞外Ca2+内流促使胞质Ca2+浓度持续升高,从而启动细胞凋亡。而且,Ca2+的释放打破了细胞内结构的稳定,从而触发细胞凋亡。

3.胞质pH变化 细胞凋亡伴随胞质pH降低,胞质酸化。胞质酸化主要是激活酸性DNase Ⅱ,启动细胞凋亡。pH降低也增强了一些酸性功能蛋白,如谷氨酰胺转移酶、酸性鞘磷脂酶等在细胞凋亡中的作用。

4.其他生化改变 凋亡发生时,线粒体内膜跨膜电位降低,呼吸链受损,活性氧(reactive oxygen species,ROS)增多,ATP生成减少。线粒体通透性转换孔开放和线粒体膜通透性增高,因而线粒体内多种促凋亡因子,如细胞色素C、凋亡诱导因子(apoptosis inducing factor,AIF)、凋亡蛋白酶激活因子(apoptotic protease activating factor,Apaf)等释放进入细胞质。

✍AI写作