细胞凋亡时细胞骨架的结构改变的研究

第一篇：细胞凋亡时细胞骨架的结构改变的研究

细胞凋亡时细胞骨架结构改变的研究

【摘要】细胞骨架是细胞重要的组成成分，维持着细胞正常形态和功能。凋亡时多种细胞骨架蛋白(如actin，myosin等)由于受凋亡因素作用，蛋白结构发生改变，进而引起凋亡细胞的形态改变。因而细胞骨架的改变在细胞凋亡发生过程中具有重要作用，提示可通过改变细胞骨架结构来诱导细胞凋亡，以达到治疗肿瘤及其他疾病的目的。【关键词】 细胞骨架

细胞凋亡

细胞骨架蛋白 0、引言

细胞骨架(cytoskeleton)是细胞内不同蛋白质纤维的聚合物和各种调控蛋白交错连接的网络结构，在维持真核细胞的形态、胞内运输、变形运动等方面发挥着重要的作用。细胞骨架主要有3个功能：细胞结构的空间组织作用；建立细胞内外环境中物理联系；协同细胞移动和改变细胞形态的作用。细胞骨架是动态结构，组成它的聚合物和调控蛋白处于连续不断地变化中，将细胞质蛋白和细胞器的活动整合为一个有机体。[1] 细胞凋亡是机体清除衰老、畸变或恶化细胞的一种主动、程序化的生理过程，是多细胞生物维系其结构稳定和内环境功能平衡及生长发育必须的最基本的生物学过程[2]

本文中就凋亡时细胞骨架蛋白的改变的研究进展作一综述。

1、细胞骨架的组成成分

细胞骨架聚合物控制着真核细胞的形态和动力学特征，包括3种主要形式：肌动蛋白丝(actin filament，AF)、微管(microtubule，MT)和中间丝(intermediate filament，IF)，三者被组装成网络结构来抵制细胞变形，但在响应外应力时能够重新组装，在维持细胞完整性方面发挥着重要功能。肌动蛋白丝和微管的聚合与解聚是细胞形态变化的直接因素，与此同时分子马达在细胞各种组分的装配过程中发挥重要功能。1.1微管

微管是由微管蛋白原丝组成的不分支的中空管状结构。直径约25 nm，是细胞骨架成分，与细胞支持和运动有关。纺锤体、真核细胞纤毛、中心粒等均系由微管组成的细胞器。微管有最复杂的聚合和解聚特征，在细胞内的压力下会弯曲，在分裂间期，许多细胞会集合放射状排列的微管以便利用其稳定性，这些微管担当起中心轮毅和细胞内运输功能。有丝分裂过程中，微管骨架会自发地重新排列形成纺锤体，把染色体排列在一条线上[3]。一条微管能在两种状态之问交换：延伸和收缩。其动力学不稳定性使得微管骨架能快速地重组[4] 1.2微丝

微丝(microfilaments，MF)是由肌动蛋自分子螺旋状聚合成的纤丝，又称肌动蛋白丝，是细胞骨架的主要成分之一。微丝对细胞贴附、铺展、运动、内吞、细胞分裂等许多细胞功能具有重要作用。它没有微管稳固，但绑定肌动蛋自丝的交联蛋自具有高度稳定性，装配形成的束状网络结构和树突状网络结构高度稳定。成束的微丝对伸出的丝状伪足起支持作用，丝状伪足使细胞具有趋化性以及参与细胞间的通讯，并能够产生像在吞噬过程中细胞形态的变化。肌动蛋白丝能响应细胞信号系统的作用发生连续的聚合和解聚。如吞噬细胞伸出的伪足是在细胞表面接受趋化性的受体传递下来的信号刺激后，在细胞活跃的边缘带聚合成的。成纤维细胞的收缩作用是在肌动蛋白束的装配过程中，细胞表面的跨膜蛋白与配体结合时触发的。当肌动蛋白纤维和一些解聚因子(比如切割蛋白家族成员)或与一些聚合因子相互作用时，会发生更加复杂的动力学变化[2] 1.3中间丝

中间丝是存在于真核细胞中介于微丝和微管之间，直径约10 nm的纤丝，是最稳定的细胞骨架成分，主要起支撑作用，因组成的蛋白质不同而有不同的命名。它们抵制拉力的能力比抵制压力要强的多，它们能被交联蛋白彼此或与肌动蛋白丝和微管交联在一起，通过和微管或肌动蛋白丝相互作用来形成细胞外应力响应结构，如上皮细胞中的中间丝组装成一个致密的网络抵御外力作用。近年来的研究表明，由核纤层蛋白聚合而成的中间丝，能维持真核细胞胞核结构的完整；核纤层蛋白被细胞周期蛋自依赖的激酶磷酸化从而促进有丝分裂开始时核膜的溶解 [5-6]。不同于微管及肌动蛋白丝，中间丝无极性，不能支持分子马达有方向性的运动。

2、凋亡时细胞骨架蛋白的改变 2.1.细胞凋亡的形态学改变

在细胞发生凋亡的过程中，其形态结构可发生一系列改变，如细胞与周围细胞群脱离，表面原有的微绒毛、细胞间连接消失，核糖体逐渐从粗面内质网上脱离，内质网囊腔扩胀，染色质固缩，核膜孔扩大及细胞出芽，凋亡小体形成。有研究显示，这些形态学改变与细胞骨架的变化关系密切[7]。

2.2 Caspase酶对细胞骨架的作用

细胞凋亡是受细胞内源性基因、酶类和多种信号转导途径控制,激活后呈一个“瀑布式”的信号转导过程。各种凋亡刺激信号如病毒感染、生长因子缺乏、Fas/Apo-1配体、TNF-Ⅱ/TNF-ⅡR等,启动凋亡的发生,由p53、Caspases、Fas相关死亡结构域蛋白(fas-associ-ated death-domain, FADD)及TNF-ⅡR相关死亡结构域蛋白(TNF-Ⅱrassociated death-domain,TRADD)等介导凋亡信号转导,由Bcl-2蛋白家族、细胞色素C及Caspases蛋白酶3个效应器所参与的调控、执行阶段,最后导致内源性核酸激酶激活,核细胞骨架重新组合,细胞骨架结构降解。

Caspase对细胞骨架的影响是通过裂解具有细胞骨架调节功能的蛋白质,如成簇黏附激酶(focaladhesion kinase, FAK), p21活性激酶(p21-activatedkinase,PAK2)等,达到间接地重组细胞骨架结构的作用,由此影响到细胞骨架蛋白发生结构及形态上的变化,导致细胞骨架结构破坏。研究显示,Caspase-3活化后,可使细胞肌动蛋白(actin)、层黏连蛋白(laminin,LN)、胞衬蛋白(fodrin)等多种作为细胞骨架的底物蛋白发生裂解,导致细胞从所黏附的基质或周围细胞群中脱离,同时细胞形态出现染色质浓缩、边集、细胞膜皱缩、凋亡小体形成等凋亡特征性改变。Kothakota等发现,由Fas和肿瘤坏死因子α(TNF-α)介导的人中性粒细胞凋亡过程中,Caspase-3激活后对其底物多聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶(PARP)的裂解作用晚于对丝的作用,凝溶胶蛋白(gelsolin)蛋白裂解后产生一个352个氨基酸的NH2-末端。该末端可在细胞内以Ca2+非依赖方式对肌纤蛋白细胞骨架产生快速解聚会诱导细胞变圆,从其所黏附平板上脱落,并出现核碎裂等现象。其他研究也显示,表达该末端片段的腺病毒载体可导致黑色素瘤细胞A7、M2和NIH3T3多种细胞的快速死亡。因此,裂解的凝溶胶蛋白可能是细胞凋亡过程中形态变化的重要因素。

近年来,用砷剂(常用As2O3)治疗白血病和某些肿瘤,取得良好的临床效果。其机制就是影响bcl-2蛋白家族表达,通过Fas/FasL依赖的途径激活Caspase-8。研究显示,As2O3能阻滞细胞的增殖,促进细胞凋亡,用As2O3诱导后细胞内Ezrin(一种能与细胞骨架发生相互作用的关键蛋白)、肌动蛋白和细胞骨架均减少,细胞形态发生改变,从而产生凋亡。[2] 2.3 细胞骨架蛋白的改变

2.3.1微丝和肌动蛋白(actin)的改变

F-actin的解聚是凋亡过程中所必须的，其解聚出现在凋亡小体形成之前。actin是Caspases蛋白水解酶的作用底物，当Caspases攻击actin时，可将其切断降解为15kD和31kD两个片段，使之不能重新聚合，并由于15kD片段的形成而引起细胞凋亡形态的改变。Caspases除了可直接切断actin外，还可通过切断微丝系统中的调节蛋白来引起actin的变化。β-catenin是细胞间粘附调节蛋白，凋亡时被Caspase-3切断，去除了其N-末端和C-末端区的蛋白，而残余蛋白产物不能与α-catenin结合，影响actin组建，从而破坏了相邻细胞间actin微丝连接结构。胆固醇氧化物也可干扰actin的重组，表现为F-actin的解聚，应力纤维消失，微丝完全靠近细胞边缘并成块状等凋亡形态。微丝网络的重组也是凋亡小体形成中所必须，在凋亡小体中可见完好的微丝网络。用微丝干扰因子可以阻断凋亡小体的形成。2.3.2 肌球蛋白(myosin)的改变

细胞皱缩和细胞膜发泡是凋亡的重要形态改变。这一形态改变受肌球蛋白轻链(myosin light chain，MLC)磷酸化调节。当MLC磷酸化增加时，膜发泡增加。MLC激酶抑制可阻断MLC磷酸化，同时MLC磷酸化受Rho信号途径调节。actin也参与了膜发泡，actin皮质环中的myosin II可使actin环产生向心力，内陷而引起actin和质膜连接较弱处形成突起发泡，因此当actin受破坏时，膜发泡也受到抑制。Lechler等在研究酵母I型myosins功能时，发现myosins直接参与actin聚合过程。actin的聚合依赖myosin动力区的磷酸化，此过程受cdc42调节。myosin I联系质膜与actin微丝，它的运动可使质膜突起并使微丝延长。2.3.3 凝胶素(gelsolin)的改变

gelsolin是凋亡的调节蛋白和效应蛋白。Gelsolin是Caspase-3的底物，在Fas刺激下，Caspase-3可切断gelsolin，形成39kD的N-末端和41kD的C-末端两个片段，其中N-末端片段产物作用于actin丝，引起actin解聚、细胞变圆，粘附力丧失，进而核碎裂等凋亡改变。2.3.4 Gas 2的改变

Gas 2(growth-arrest-specific 2peptide)是gas基因表达的蛋白产物，是微丝系统的组成成分是微丝相关蛋白，也是Caspases的死亡底物。凋亡时，Caspase-3特异地切断Gas 2的C端区，引起微丝的重排，继而细胞发生明显凋亡改变。2.3.5 Fodrin的改变

α-fodrin是膜相关骨架蛋白，在Fas和TNF引起的凋亡中被快速而特异地切断。Fodrin的被切是由Caspases介导的，实验证实α-fodrin的切割必须有Caspase-3参加。细胞色素C可引起Caspase-3活化，进而Caspase-3切断fodrin引起凋亡。Fodrin的切断可能与膜发泡有关。Fodrin蛋白在actin微丝的末端交叉连接，将其连在质膜上，被Caspases降解后，影响actin结构致质膜发泡。2.3.6 PAK2的改变

PAKs(p21-activated kinases)是一类丝氨酸-苏氨酸激酶，其活性受小GTP酶如Rac，cdc42等调节。PAKs分子量为62kD，Jarkat T细胞凋亡时由Caspase-3介导的PAK2蛋白水解。将PAK2切成34kD的C端区片段，该片段的活性作用引起凋亡细胞形态和膜的改变。2.3.7 微管和微管蛋白(tubulin)的改变

许多破坏微管的药物如Dolastatin，可直接引起Bcl-2磷酸化而导致Bcl-2失活，并攻击微管，抑制微管和tubu-lin的装配，抑制有丝分裂的纺锤体形成而引起细胞凋亡。也有些药物可活化一些酶类使bcl-2磷酸化如Taxol可活化CAMP依赖的蛋白激酶(PKA)引起细胞bcl-2磷酸化和凋亡。Taxol也可引起Caspase3的活化，启动凋亡。AS2O3的作用也日益引起重视。AS2O3有微管蛋白增强剂和微管蛋白抑制剂两种特征，在体外实验中，AS2O3能显著抑制GTP引起的聚合作用，并攻击微管蛋白，影响微管形成。资料显示，AS2O3连结tubulin的2个半胱氨酸残基，阻断GTP结合位点，干扰有丝分裂中微管的正常动力学。2.3.8 细胞角蛋白(cytokeratin)和波形蛋白(vimentin)的改变

凋亡早期，中间丝的主要蛋白cytokeratin和vimentin发生解聚和蛋白水解而断裂，其蛋白水解也是由Caspases介导的，中间丝由原来的长丝状解聚成短粗的聚集物，同时伴随膜磷脂酰丝氨酸(PS)的暴露和染色质凝集。胆固醇氧化也可引起vimentin的重排，vimentin丝在细胞边缘形成块状聚集物或在核与胞浆外周之间形成环状网架，这时vimentin丝与核的紧密关系完全或部分消失。[8]

3、细胞骨架改变诱导细胞凋亡 3.1 肌动蛋白可能是凋亡早期的调控物之一

肌球蛋白是构成细胞骨架的主要成分，其表达水平的变化与细胞形态变化密切相关。有研究表明，细胞凋亡时，肌动蛋白细丝发生断裂，肌动蛋白网络结构遭到破坏。这是细胞凋亡时形态改变的一个典型特征。那么，通过改变这一典型特征是否就能导致细胞凋亡呢?对此，White等作了深入的研究。他们用细胞松弛剂D抑制气管1HAEo细胞和主支气管上皮细胞肌动蛋白的延伸，或通过Jasp-akinol-ide促进肌动蛋白的聚集，发现改变肌动蛋白的整体性会导致细胞在5 h内出现典型的凋亡形态学改变。细胞松弛剂D会阻碍黏附蛋白的表达，尽管纤维黏连蛋白受体是聚合在一起的，其诱导的细胞凋亡与前述的Caspase-8裂解有关，而Jasplakinolide诱导的细胞凋亡并不破坏细胞的黏连蛋白，与前Caspase-8裂解无关。它们都不受Caspase家族抑制物z-VAD-fmk和Ac-DEVD-cho的抑制，但受死亡受体Fas(CD95)抑制物的抑制，诱导的凋亡与细胞内复杂信号紊乱有关。有研究显示，尽管两种方法诱导的细胞凋亡机制有所不同，但都引起了细胞肌动蛋白网络结构的改变，提示肌动蛋白可能是细胞凋亡早期的调控物之一。用酵母菌所做的实验研究表明，肌动蛋白与细胞凋亡关系密切，破坏肌动蛋白的药物能导致线粒体膜的去极化，诱导酵母菌的衰老。临床上也应用肌动蛋白稳定剂的药物来防止细胞凋亡和预防器官老化。

3.2 任何能使微管结构或功能改变的物质都能导致细胞凋亡

微管与其他细胞器的关系密切，临床常用的一些抗肿瘤药物尽管机制不同，却均可引起微管结构的损伤，导致细胞发生凋亡。它们大致可分为两类：一类是阻滞微管结构聚合，从而抑制肿瘤细胞的增殖。如长春新碱能影响细胞中纺锤体的形成，通过阻滞微管蛋白的聚合，使有丝分裂停止在中期，同时对细胞增殖周期的M期有延滞或阻滞作用。秋水仙碱能与粒细胞的微管蛋白结合，妨碍粒细胞的活动，抑制粒细胞浸润，抑制细胞有丝分裂和结缔组织细胞外基质的合成和分泌，其结构中的C环与微管蛋白结合，阻止其聚合成纺锤体，使细胞分裂停止与中期。另一类是促进微管聚合，并与微管结合，抑制其解聚的抗癌药。其代表药是紫杉醇(Paclitaxel)，它能特异地结合到微管的β位上，导致微管聚合成团块状或束条状，抑制微管网的解聚，而对正常的细胞基本无影响。因此，紫杉醇是第一种作用独特的微管稳定型抗癌药，它可明显减少G1期细胞群，增加G2期和M期细胞数，其作用具有时间和浓度依赖性。临床应用发现，紫杉醇对卵巢癌、乳腺癌、肺癌及恶性黑色素瘤有独特的疗效，倍受临床关注。[9] 3.3 细胞骨架结构与功能相关的蛋白

细胞膜骨架和肌动蛋白骨架的改变在细胞表面的形态改变中起关键作用。细胞骨架蛋白是Caspase和钙结合蛋白酶(Calpain)家族的作用底物，它的破坏对细胞骨架的影响很大，易导致细胞凋亡。肌动蛋白细胞骨架的解体是骨架蛋白经Caspase和Calpain家族蛋白水解作用后的结果。

PIN又称动力蛋白轻链(dyein light chain，DLC)，是动力蛋白复合物和肌球蛋白V的组分，广泛分布于生物体内，藻类的鞭毛，动物成年个体的各组织和整个胚胎均可表达，定位于细胞质和细胞核。PIN作为动力蛋白和肌球蛋白V的组分，参与微管和肌动蛋白为基础的分子驱动器作用，与两种运动蛋白的导向和调节作用有关。动力蛋白是多亚基ATP酶，由多个重、中、轻链组成的分子运动原，作用于细胞鞭毛。实验表明，PIN部分失去功能的果蝇，应起刚毛、翅膀发育等严重的多效性形态缺陷和雌性不育，当功能全部丧失，则引起大量的凋亡和胚胎死亡。胚胎期PIN的缺失导致细胞骨架排列紊乱，说明PIN活性对改变和维持细胞骨架结构和空间分布起到一定作用。PIN的表达可影响细胞发育和分化，与抑制细胞凋亡有关。动力蛋白通过动力激活蛋白连接肌动蛋白相关的细胞骨架，说明PIN可通过肌动蛋白细胞骨架调节细胞反应。

3.4死亡相关蛋白激酶信号通路将细胞骨架和细胞凋亡联系起来 死亡相关蛋白激酶(death-associ-ated protein kinase，DAPK)是受钙调蛋白控制的丝氨酸/苏氨酸激酶。它由多个结构组成，包括1个典型的激酶结构域、1个钙调蛋白连接区、8个锚蛋白的重复序列、1个细胞骨架连接区和1个死亡区。这个前凋亡激酶的作用与肿瘤抑制基因相似，能诱导细胞凋亡。肌浆球蛋白Ⅱ轻链是DAPK在体内作用的第一个底物，通过部分磷酸化作用，DAPK作为有效的肌动蛋白细胞骨架的控制物，能导致细丝和结合点错误连接。另外，DAPK能通过内外机制使整合素活性降低，诱导细胞凋亡。有一些蛋白可通过细胞与细胞之间的相互作用以控制DAPK，如激酶、磷酸酶、编码蛋白等。因此，这些也对细胞骨架和凋亡有一定影响[10-11]。

4、展望及存在问题

综上所述，细胞骨架与细胞凋亡密切相关。利用这一点，我们可通过改变细胞骨架诱导细胞凋亡，提高对抗肿瘤药物的敏感性，达到治疗肿瘤的目的。另一方面也可通过纠正细胞骨架的异常改变，阻滞细胞凋亡，治疗机体组织细胞过度凋亡所致的疾病，延缓衰老。

怎样才能使特定的细胞或细胞群骨架发生改变，怎样才能使发生特定改变的细胞骨架恢复正常，或通过细胞骨架对细胞凋亡进行精确的调控，很值得进行深入的研究。

【参考文献】

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[3] Jordan MA,Wilson L Microtubules as a target for anticancer drugs[J].Nature Rev Cancer, 2004.4(4):253-265 [4] Holy TE, Ieibler S.Dynamic instability of microtubules as an efficient way to search in space[J].Proc Natl Acad Sci, 1994, 91(12), 5682-5685.[5]陈兰英，唐剑，牛竞文，等，环六亚甲基双乙酞胺诱导人肝癌 SMMG-7721细胞分化过程中核基质一中问纤维系统的构型变化[J].《电子显微学报》，2007, 26(3): 212-217.[6] 陈兰英，杨海波，李祺福，等，姜黄素对人食管癌EC9706细胞凋亡的诱导作用[J]，《现代生物医学进展》，2008, 8(9)：1601一1604.[7] 吴波、马捷、孟奎 等.肝细胞凋亡的超微结构观察[J].《电子显微学报》，2000, 19(6): 791-797.[8]蔡军、姜叙诚，凋亡时细胞骨架结构的改变，《国外医学 生理、病理科学与临床分册》，2001年04期

[9] 王金惠、善亚君、从玉文.人体肝癌细胞急性低氧及低氧习服差异表达基因分析[J].《生理学报》, 2003, 55(3): 324-33 [10] 潘敏鸿、姜少军、吴波,等，海水浸泡对表皮细胞凋亡和增殖的影响[J].《医学研究生学报》, 2007, 20(9): 916-919.[11] 戴锴、田德英，瘦素通过调控细胞周期蛋白促进人肝癌细胞增殖[J].《医学研究生学报》，2007, 20(4): 339-342

第二篇：细胞凋亡总结

细胞凋亡 凋亡（apoptosis）一般是指机体细胞在发育过程中或在某些因素作用下，通过细胞内基因及其产物的调控而发生的一种程序性细胞死亡(programmed cell death)。一般表现为单个细胞的死亡，且不伴有炎症反应。

1．细胞凋亡的意义 细胞凋亡普遍存在于生物界，既发生于生理状态下，也发生于病理状态下。由于细胞凋亡对胚胎发育及形态发生（morphogenesis）、组织内正常细胞群的稳定、机体的防御和免疫反应、疾病或中毒时引起的细胞损伤、老化、肿瘤的发生进展起着重要作用，并具有潜在的治疗意义，至今仍是生物医学研究的热点。细胞凋亡过多可引起疾病发生，如：①爱滋病的发展过程中，CD4+T细胞数目的减少；②移植排斥反应中，细胞毒性T细胞介导的细胞死亡；③缺血及再灌注损伤，导致心肌细胞和神经细胞的凋亡增多；④神经系统退化性疾病（Alzheimer病、Parkinson's病）的重要原因是细胞凋亡的异常增加。神经细胞的凋亡参与老化及Alzheimer病的发生。Alzheimer氏病是一种常见的老年病，患者在临床上表现为进行性的智力减退。⑤暴露于电离辐射可引起多种组织细胞的凋亡。细胞凋亡过少也可引起疾病发生：在肿瘤的发生过程中，诱导凋亡的基因如p53等失活、突变，而抑制凋亡的基因如bCL-2等过度表达，都会引起细胞凋亡显著减少，在肿瘤发病学中具有重要意义；针对自身抗原的淋巴细胞的凋亡障碍可导致自身免疫性疾病；某些病毒能抑制其感染细胞的凋亡而使病毒存活。

2．细胞凋亡的形态变化 电镜下细胞凋亡的形态学变化是多阶段的，可分为 ①细胞浆浓缩，核糖体、线粒体等聚集，细胞体积缩小，结构更加紧密； ②染色质逐渐凝聚成新月状附于核膜周边，嗜碱性增强。细胞核固缩呈均一的致密物，进而断裂为大小不一的片段：

③胞膜不断出芽、脱落，细胞变成数个大小不等的由胞膜包裹的凋亡小体(apoptotic bodies)。凋亡小体内可含细胞浆、细胞器和核碎片，有的不含核碎片；④凋亡小体被具有吞噬功能的细胞如巨噬细胞、上皮细胞等吞噬、降解： ⑤凋亡发生过程中，细胞膜保持完整，细胞内容物不释放出来，所以不引起炎症反应。左图 典型凋亡小体：染色质呈新月状，并可见细胞器 右图 凋亡细胞：凋亡细胞(↑)与邻近细胞分离 细胞凋亡 光镜下凋亡一般累及单个或少数几个细胞，凋亡细胞呈圆形，胞浆红染，细胞核染色质聚集成团块状。由于凋亡细胞迅速被吞噬，又无炎症反应，因此，在常规切片检查时，一般不易发现，但在某些组织如反应性增生的次级淋巴滤泡生发中心则易见到。病毒性肝炎时，嗜酸性小体形成即是细胞凋亡。

3．细胞凋亡的机制 细胞凋亡是一系列依赖能量的分子水平变化的终点，细胞凋亡过程包括以下4个阶段，即：诱导启动、细胞内调控、实施和凋亡细胞的吞噬搬运阶段。

（1）诱导启动 引起凋亡的信号可以来自细胞外，通过跨膜传导对细胞内的调控分子起作用；也可以直接作用于细胞内的靶分子。一些跨膜作用的抑制因子(如生长因子、某些激素、细胞因子、某些病毒蛋白等)具有抑制凋亡的作用，有利于细胞的生存。当这些因子缺乏时，会激发细胞凋亡。另外一些跨膜作用的刺激因子通过受体与配体的结合而激活细胞凋亡程序，其中最重要的是肿瘤坏死因子受体家族。此外，尚有多种其它凋亡诱导因子。在胚胎发育过程中，形态发生蛋白、生长因子、分化因子对细胞凋亡可起促进作用，又可起抑制作用。

（2）细胞内调控 细胞内的某些特异蛋白与细胞死亡信号相连接，这些特异蛋白对细胞的死亡与否起决定作用。BCL-2蛋白家族(BCL-2 family of proteins)是调节线粒体通透性的主要成分，通过形成同源(BCL-2/BCL-2, Bax/Bax)和异源(BCL-2/Bax)二聚体对细胞凋亡进行调控。BCL-2同源二聚体抑制细胞凋亡，Bax同源二聚体促进细胞凋亡。此外，细胞表面受体Fas(CD95)，属TNFR家族，当免疫细胞产生的Fas的配体与T细胞表面的Fas结合时，也启动了死亡程序。这种Fas-Fas配体介导的凋亡在清除免疫反应(如自身免疫病)中被激活的淋巴细胞非常重要。细胞凋亡后的梯状DNA 足叶乙甙诱导白血病细胞凋亡后的梯状DNA

（3）凋亡的实施 细胞凋亡的实施是通过蛋白水解的一系列连锁反应实现的。各种组织的细胞凋亡都要激活caspase家族。Caspase成员作为酶原的形式存在于细胞内，经裂解激活后，迅速启动序列性酶解死亡程序，裂解细胞骨架和细胞核蛋白基质并激活了核酸内切酶。在内源性核酸内切酶作用下，DNA进行有控降解，产生长度为180～200 bp整倍数的DNA片段，这正好是缠绕组蛋白多聚体的长度，提示染色质DNA恰好是在核小体与核小体连接部被切断。DNA琼脂糖凝胶电泳出现ladder也成为检测凋亡发生的重要标志。

（4）凋亡细胞的吞噬搬运 凋亡细胞碎片的表面有标志分子(血小板反应素、粘附糖蛋白)有利于临近的巨噬细胞以及其他细胞的识别、吞噬和处理。凋亡细胞的吞噬搬运过程非常有效而迅速，凋亡细胞很快消失，不留痕迹，也无炎症反应。

4．细胞凋亡与坏死的区别 凋亡 坏死

1机制 基因调控的程序化（programmed）细胞死亡，主动进行（自杀性）意外事故性（accident）细胞死亡，被动进行（他杀性）

2诱因 生理性或轻微病理性刺激因子诱导发生，如生长因子缺乏 病理性刺激因子诱导发生，如缺氧、感染、中毒 死亡范围 多为散在的单个细胞 多为聚集的大片细胞

3形态特征 细胞固缩，核染色质边集，细胞膜及各细胞器膜完整，膜可发泡成芽，形成凋亡小体 细胞肿胀，核染色质絮状或边集，细胞膜及各细胞器膜溶解破坏，溶酶体酶释放，细胞自溶

4生化特征 耗能的主动过程，有新蛋白合成，DNA早期规律降解为180-200bp片段，琼脂凝胶电泳呈特征性梯带状 不耗能的被动过程，无新蛋白合成，DNA降解不规律，片段大小不一，琼脂凝胶电泳不呈梯带状

5周围反应 不引起周围组织炎症反应和修复再生，但凋亡小体可被邻近细胞吞噬 引起周围组织炎症反应和修复再生

细胞自噬

细胞自噬的生理功能

1及时清除细胞中随时产生的“垃圾”（如破损或衰老的细胞器、长寿命蛋白质、合成错误或折叠错误的蛋白质等），2维持细胞自稳状态.无论是肿瘤细胞还是正常细胞，保持一种基础、低水平的自噬活性是至关重要的

3.同时，自噬的产物，如氨基酸、脂肪酸等小分子物质，又可为细胞提供一定的能量和合成底物.可以说，细胞自噬就是一个“备用仓库”.鉴于上述作用，在正常生理情况下，细胞自噬可以帮助细胞在缺乏营养的恶劣环境中生存.自噬也可为肿瘤细胞带来几大好处：

（1）首先，肿瘤细胞本身就具有高代谢的特点，对营养和能量的需求比正常细胞更高，但肿瘤微环境往往不能如意，如肿瘤发生初始期到血管发生之前、肿瘤长大发生血管崩塌时、肿瘤细胞脱离原发灶游走时等都会出现营养不足或供应中断，而此时提高自噬活性可以有助于度过这一危机

（2）（2）当化疗、放疗后，肿瘤细胞会产生大量的破损细胞器、损坏的蛋白质等有害成分，此时提高自噬活性可及时清除这些有害物质，并提供应急的底物和能量为修复受损DNA赢得时间和条件.(3)另外，抑制细胞自噬可以导致细胞更容易发生凋亡，然而，细胞自噬在肿瘤的生成和癌症的发展中到底扮演怎样的角色，目前还没有取得广泛一致的意见.细胞自噬可以抑制细胞发生癌变，可能产生于以下几种机制

(1)细胞自噬的抑制会加重坏死细胞的局部炎症反应，从而导致肿瘤的生长(2)而细胞自噬可以清除坏死的细胞器，调整内源性的压力，从而稳定基因组,减少细胞向癌细胞的转变.(3)细胞自噬既可以加强细胞检验点的检查作用，又起到了稳定基因组的作用，从而减少了细胞的癌变

第三篇：生物细胞凋亡总结

课程报告

都在说二十一世纪是生命科学的世纪，很荣幸能够进入生物科学这个行业。

关于对自己所学专业，可能最初是兴趣让我来到这个专业，不是太清楚为什么会对这个专业有这么大的热情，但真的很喜欢它。生物技术，最官方的定义是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的科学技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。生物技术是人们利用微生物、动植物体对物质原料进行加工，以提供产品来为社会服务的技术。它主要包括发酵技术和现代生物技术。现代生物技术综合基因工程、分子生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、胚胎学、免疫学、有机化学、无机化学、物理化学、物理学、信息学及计算机科学等多学科技术，可用于研究生命活动的规律和提供产品为社会服务等。

再我自己看来生物技术其实是一个既可以看做一个基础学科也可以看做是一个很新兴的，综合性的学科。其实生物技术这是一个很综合性的学科，现在和很多领域接轨，对我们而言这是机遇和挑战。

对我自己而言，我想在生物技术这方面有所建树，最主要的还是在科研方面能攻克一些难题，虽然可能现在想法不是太成熟但是我相信经过几年的磨练与努力我能够攻破这些难题。希望能够在大一下就能够进入实验室，学一些基础的实验技能为以后自己做项目打下基础。

然后关于自己的专业，现在我们所学的知识其实普遍落后，教科书的编排更新不及时，可能我们学到的东西可能学校外面已经开始产业化了，测序技术已经开始第四代了，而我们可能毕业前一年才开始学习切片制作，学习的东西很古老，再就是我们这个专业，并没有像其他几大理科领域一样有清晰的逻辑和量化，这导致了很多小领域只有开头和结果而没有一个可复制的过程，而没有可复制的过程就代表着无法带领这个行业产业化，因此，这个行业在没有开源的情况下就无法支撑这个领域下的大多数学生的温饱，就只能节流，这样就导致了本专业的人才无法继续从事与本专业有关行业，转而从事其他行业，从而导致人才流失，最终专业发展缓慢。而谈到生物技术不得不说到它和其他行业接轨这一问题，的确，和其他领域接轨形成交叉学科是一个理想的出路，如合成生物学，生物信息学，的确给生物注入了一股生机。但是我们都知道越巨大的事物迈步子很大也很缓慢，何况在人才流失的情况下。

说到这里，可能真的学习这个专业我们更多的是在学习了基础课程后，自己学习最新更新的知识，在老师的指导下自己收集资料自己进行实验，再完成项目。

很多人对生物技术这个专业有很多的误解，我们在完成自己研究项目的同时也有义务科普大众。毕竟这也是吸引人才的重要途径，同时也是解决本专业人才流失的好方法。

我自己有一个不成熟的想法，很久之前曾了解到俄罗斯的“永生计划”它的设计活体意识转移到机器人身上，对此几乎大多数人是不看好，不支持的。而对于这个“永生计划” 我有一个想法，癌细胞是无限增殖，如果我们能够完全弄清楚癌细胞的增殖过程及机理，并能够运用到人体衰老细胞中，对衰老细胞进行基因修饰添加经过改良的癌细胞中能够无限增殖的基因，或许“永生”并非不可能。同样的癌细胞的无限增殖基因或许也能在器官移植这一领域有所贡献，也是利用无限增殖，让器官细胞增殖，成长成完整的细胞。或许研究出癌细胞无限增殖的机理并提取其这个基因对人类会有很大贡献。

至于疑惑这个方面就是在教材更新换代不及时的情况下，我们是否只能通过课外阅读这些方式来扩展自己的知识面，还有就是技术的更新我们是否能够跟的上，倘若有同学本科毕业便想进入行业工作，最新的技术他们又要从何学习。最后关于实验室，毕竟如果想要真的从事生物研究该如何合理利用现有资源来完成自己的项目。

最后我个人的话最想获得的是关于癌细胞无限增殖机理方面的指导，和我不成熟构想的可实施率。

以上是我个人对本专业的认识及理解，以及对未来设想。

谢谢老师阅读，有不正确的地方请老师批评指正。

第四篇：细胞凋亡实验技术总结

细胞凋亡实验技术总结 一形态学检测

1、光学显微镜和倒置显微镜观察法

未染色细胞:凋亡细胞体积变小、变形，膜完整但出现发泡现象，晚期出现凋亡小体。贴壁细胞出现皱缩，变圆，脱落。染色细胞:姬姆萨染色，瑞氏染色等。凋亡细胞染色质浓缩，边缘化，核膜裂解，染色质分割成块状，形成凋亡小体。

2、荧光显微镜检测法-荧光染料

例如，碘化丙啶(PI)是一种核酸染料，它不能透过完整的细胞膜，但在凋亡中晚期的细胞和死细胞，PI 能够透过细胞膜而使细胞核红染。选用536nm 激发光，细胞核呈红色荧光。

3、电子显微镜

收集细胞，2.5%戊二醛4°C 固定24h，1%四氧化锇后固定，丙酮梯度脱水，经包埋剂浸透后环氧树脂包埋，超薄切片，醋酸铀和枸橼酸铅双重染色，透射电镜观察。凋亡Ⅰ期的细胞核内染色质高度盘绕，出现许多称为气穴现象的空泡结构。Ⅱa 期细胞核的染色质高度凝聚、边缘化;细胞凋亡的晚期，细胞核裂解为碎块，产生凋亡小体。

4、激光扫描共焦显微镜技术

FITC-AnnexinV+PI双染，观察凋亡过程中细胞膜PS表面的变化，并区分正常细胞(An-PI-)，早期凋亡细胞(An+PI-)，晚期凋亡细胞及坏死细胞(An+PI+)，细胞收集过程中出现的损伤细胞(An-PI+)。

二、细胞凋亡的生化及分子生物学检测

1、DNA 断裂检测法

如使用琼脂糖凝胶电泳检测，细胞凋亡时，核染色质凝聚，染色质DNA 在核小体单位之间的连接处断裂。凋亡早期可形成50~300kbp 的DNA 大片段，晚期核酸内切酶在核小体之间剪切核DNA，产生大量长度在180~200bp 整数倍的寡核苷酸片段。

2、膜联蛋白V 法

磷脂酰丝氨酸(PS)位于正常细胞膜的内侧，但在细胞凋亡的早期，PS 可从细胞膜的内侧翻转到细胞膜表面。Annexin-Ⅴ(膜联蛋白-V)是一种分子量为35-36KD 的Ca2+ 依赖性磷脂结合蛋白，与PS高亲和力。将Annexin-Ⅴ进行荧光素或生物素标记，以标记了的Annexin-Ⅴ作为探针，利用流式细胞仪、荧光显微镜以及共聚焦激光扫描显微镜检测细胞凋亡的发生。

3、细胞凋亡的酶Caspase检测

检测Caspase活力可用免疫杂交技术分析酶原的加工和底物水解的产物，或用人工底物检测酶活力，也可对活化的Caspase做亲和标记。例如分析底物的水解产物，PARP(多聚ADP-核糖聚合酶)第一个被认识的caspase-3底物，它的相对分子质量为116000，水解后形成相对分子质量为85000 及相对分子质量为25000 的两个片段，用抗相对分子质量为85000 片段的抗体检测细胞是否发生凋亡。

4、线粒体膜势能变化的检测

线粒体跨膜电位的存在，使一些亲脂性阳离子荧光染料可结合到线粒体基质，其荧光的增强或减弱反映了线粒体内膜电负性的增高或降低流式细胞仪检测细胞的荧光强度或荧光显微镜观察，拍照正常细胞中, Rh123 能够依赖线粒体跨膜电位进入线粒体基质，荧光强度减弱或消失。而凋亡时，线粒体膜完整性破坏，线粒体膜通透性转运孔开放，引起线粒体跨膜电位的崩溃, Rh123 重新释放出线粒体, 从而发出强黄绿色荧光。

第五篇：细胞的衰老和凋亡说课稿

《细胞的衰老和凋亡》说 课 稿

老师、同学们，大家好！我叫XX，来自XX班。今天我要进行说课的内容是细胞的衰老和凋亡

首先，我对本节内容进行分析

1.说教材

1.1说教材的地位和作用

《细胞的衰老和凋亡》是教材高中生物必修本第6单元第3节内容。在此之前，学生们已经在第一节和第二节的学习中学习了细胞的增殖和分化, 细胞的分裂、分化、衰老、死亡是生命的必然。因此，细胞的衰老和凋亡是生命活动中必不可少的过程。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，而细胞的衰老及凋亡是细胞必须经过的阶段，因此，本节内容在细胞的生命历程中具有不容忽视的重要的地位。

1.2说教学目标

根据本教材的结构和内容分析，结合着高一年级学生的认知结构及其心理特征，我制定了以下的教学目标：

1.2.1认知目标：描述细胞衰老的特征

简述细胞凋亡与细胞坏死的区别

1.2.2能力目标：进行与社会老龄化相关的问题的资料搜集和分析 1.2.3情感、态度、价值观目标：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

1.3说教学的重、难点

1.3.1教学重点：

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

1.3.2细胞坏死与细胞凋亡在形态学和生物化学上有着明显的区别，对于高一的学生来讲比较容易混淆，因为我把教学难点定为：细胞凋亡的含义以及细胞坏死的区别

1.4课时安排：1课时 1.5教具：多媒体课件 2.教材处理

2.1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，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。

2.2教学策略

由于细胞的衰老和凋亡与人的衰老和寿命有关，学生易感兴趣。可以通过调查人体衰老的特征，讨论如何延缓衰老，延长寿命，引出个体衰老与细胞衰老的关系。个体衰老与细胞衰老有关，但二者又不能划等号。可围绕这一问题创设问题情境，让学生展开讨论，并为讲述细胞衰老的特征作铺垫。比如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。细胞衰老的原因一直是研究的热点和难点，至今有多种学说，学生接受起来有一定的难度，教科书处理为选学内容，因此在讲到这一部分时点到即可，可适当引导学生自己进行阅读，有兴趣的也可以在课后通过其他途径进行学习。最后从生物的寿命引入，探讨细胞的死亡。强调细胞死亡有两种形式。1.细胞坏死，它是由某些外界因素造成细胞急速死亡，是一种被动性死亡；2.细胞凋亡，这是一种由特定基因控制的主动性死亡。并对他们的区别加以强调。

对学生进行关爱他人、关注社会问题的情感教育，应鼓励学生课下完成教材中的“资料搜集和分析——社会老龄化的相关问题”的活动。

2.3教学方法 2.3.1说教法

我们都知道生物是一门培养人的实践能力的重要学科。因此，在教学过程中，不仅要使学生“知其然”，还要使学生“知其所以然”。我们在以师生既为主体，又为客体的原则下，展现获取理论知识、解决实际问题方法的思维过程。

考虑到高一年级学生的现状，我主要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。

当然教师自身也是非常重要的教学资源。教师本人应该通过课堂教学感染和激励学生，充分调动起学生参与活动的积极性，激发学生对解决实际问题的渴望，并且要培养学生以理论联系实际的能力，从而达到最佳的教学效果。同时也体现了课改的精神。

基于本节课内容的特点，我主要采用了以下的教学方法： 2.3.1.1直观演示法：

利用课本上的图片和现实生活中的实例进行直观演示，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。

2.3.1.2活动探究法 引导学生通过创设情景等活动形式获取知识，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。比如在第一部分讲到个体衰老时，可让学生运用自己的经验来说说老人身上与我们相比有哪些不同，培养学生的总结组织能力等。

2.3.1.3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。

2.3.2说学法

我们常说：“现代的文盲不是不懂字的人，而是没有掌握学习方法的人”，因而，我在教学过程中特别重视学法的指导。让学生从机械的“学答”向“学问”转变，从“学会”向“会学”转变，成为真正的学习的主人。在本课的学习中，教师指导学生在自主学习的基础上，通过小组讨论，分析比较，归纳对比等方法完成学习任务，在学习过程中，教师可以将学生分为若干学习小组，让成员间协作学习，进行讨论，从而创设一个自主的良好的学习氛围，让每个学生积极参与其中，认真思索，充分体现主体作用。

3.说教学流程

（1）课前准备：对学生进行分组，布置学生进行预习，并对课本上的“问题探讨”进行思考及小组内部讨论

（2）以小组为单位，说说小组对“问题探讨”的讨论结果（3）由“问题探讨”引入个体衰老与细胞衰老的关系（4）总结细胞衰老的特征

（5）运用讲授法讲解细胞凋亡和细胞坏死的含义，并引导学生进行比较讨论，从而加深两者间区别的理解

（6）练习巩固，并引导学生进行课后进行书本中的关于社会老龄化相关问题的资料搜集和分析

4.教学设计 4.1课前准备 4.2导入新课：

由上节课学过的知识和教材开头的情景设置导入新课。

导语设计的依据：一是概括了旧知识，引出新知识，温故而知新，使学生能够知道新知识和旧知识之间的联系。二是使学生明确本节课要讲述的内容，以激发起学生的求知欲望。这是生物教学非常重要的一个环节。