一、 细胞凋亡的概念
（一） 细胞凋亡概念的提出
细胞凋亡(apoptosis)或称程序化细胞死亡，是多细胞有机体为调控机体发育，维持内环境稳定，由基因调控的细胞主动死亡过程。对凋亡概念的认识和研究可划分为形态、生化和基因3个阶段。本世纪六十年代，Kerr在形态学上描述了在结扎肝静脉后增生的肝实质发生退行性变时一种明显的细胞死亡方式，这种死亡细胞变圆固缩，散在分布。由于当时细胞死亡与坏死是同义词，Kerr将这种细胞死亡方式命名为固缩坏死(shrinkage necrosis)。然而，固缩坏死常发生在有生物学意义的背景中，并在形态学上与坏死明显不同。因此，1972年，Kerr等提出了细胞凋亡的概念。经过后来诸多学者的研究，对细胞凋亡的意义有更深入的认识，认为细胞凋亡是生物体普遍存在的现象，广泛发生于胚胎形成、器官发育、组织更新、受损和衰老细胞的清除、维持组织器官中细胞数目的恒定等生理和病理过程。 （二） 细胞凋亡的生物学意义
细胞凋亡是维持人体正常生理过程和功能活动所必须的，具有重要的生理学意义，主要表现在：① 细胞凋亡在生物界普遍存在；② 细胞凋亡是多细胞生物生命活动中不可缺少的内容，贯穿于全部寿命周期中；③ 细胞凋亡是生物在进化过程中形成的死亡方式。
细胞凋亡的生物学作用主要有：① 清除无用的细胞；② 清除发育不正常的细胞；③ 清除已完成任务的细胞；④ 清除有害的细胞。
二、 细胞凋亡的特征
(一) 形态学特征
1. 细胞核的变化
(1) 染质凝聚： 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质区聚集，形成浓缩的染质块。凋亡细胞中染质块聚集于核膜下，称边集；或聚集于核中央部，称中集。染质聚集部以外的低电子密度区为透明区，是由于核孔变大从而导致其通透性增大，细胞质中水分不断渗入而造成。
(2) 核碎片： 核碎片发生的过程有以下几个步骤，首先是透明区不断扩大，然后是染质进一步凝聚，核膜在核孔处断裂；随后核膜包裹分割染质，形成核碎片
2. 细胞质的变化
(1) 胞质浓缩：细胞脱水，细胞质明显浓缩，凋亡细胞体积为原细胞体积的70%左右。
(2) 细胞器：凋亡过程中，细胞器出现不同程度的改变。主要包括：
① 线粒体：凋亡早期细胞内线粒体增殖，接着增殖线粒体空泡化。细胞素c向胞质逸出是细胞凋亡早期常发生的一种现象，并认为细胞素c逸出与细胞凋亡有密切关系。
② 内质网：凋亡细胞内的内质网腔多数呈现扩大。增殖的内质网在凋亡细胞形成自噬体过程中提供包裹膜。
③ 细胞骨架：疏松有序的结构变得致密紊乱，主要成分肌球蛋白和肌凝蛋白的表达受到显著抑制，含量明显减少。
⒊ 细胞膜
密目式安全立网
凋亡的细胞失去原有的特定形状，如微绒毛、细胞突起及细胞表面皱褶的消失，细胞表面出泡；细胞膜电位下降，膜流动性降低；细胞膜上新出现一些生物大分子，如磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine)，这些生物分子的出现与凋亡细胞的清除有关。另一方面，某些生物大分子则从凋亡细胞的膜上消失，如与细胞间连接有关的蛋白质。
⒋ 凋亡小体形成
凋亡小体的形成可以通过两种方式。
(1) 通过发芽脱落机制：凋亡细胞内聚集的染质块，经核碎裂形成大小不等的染质块，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。
(2) 通过自噬体形成机制：凋亡细胞内线粒体、内质网等细胞器和其它胞质成分一起被内质网膜包裹形成自噬体，与凋亡细胞膜融合后，自噬体排出细胞外成为凋亡小体。
(二) 生化特征
1．染质片段化 内源性核酸内切酶将核小体间的连接DNA降解，形成长度为180~200bp整倍数的寡核苷酸片段，组蛋白和其它核内蛋白质不降解，核基质也不改变，凝胶电泳呈现“梯状”条带。形成梯状条带的内源性核酸内切酶有多种，常见的有核酸内切酶Ⅰ(DNaseⅠ)、核酸内切酶Ⅱ(DNaseⅡ)、Nuc-18等。细胞凋亡的染质片段化有以下几个特点：① 染质DNA的降解是在细胞凋亡的早期，由于内源性核酸内切酶的活化与表达而造成；② 细胞凋亡时，染质DNA的片段大小是有规律的，形成长度为180~200bp整倍数的寡核苷酸片段，凝胶电泳呈现“梯状”条带；③ 染质的断裂大多是单链断裂，内源性核酸酶仅在一个位点上切割单链，很少有一个位点上切割双链的情况。④ 染质DNA断裂的位置，大部分位于核小体间的连接部位，因此容易造成核小体间散布着一系列的单链缺口。
2．胞浆Ca2+ 浓度变化 胞浆Ca2+与细胞凋亡关系密切。胞浆Ca2+老年人手环可能通过以下途径诱导细胞凋亡，一是胞内Ca2+库释放，胞外Ca2+内流促使胞浆Ca2+ 浓度持续升高，从而启动细胞凋亡；二是Ca2+的释放打破了细胞内结构的稳定，使得细胞凋亡效应系统的关键成分开始和细胞结构正常时不能接触到的基质接触，从而触发细胞凋亡。
3．胞浆pH变化 胞浆pH([pH]i)的变化影响细胞凋亡。细胞凋亡伴随胞浆pH降低，胞浆酸
化。胞浆酸化主要是激活酸性DNaseⅡ，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。
(三) 细胞凋亡与坏死的比较 细胞凋亡与坏死的主要特征比较见表8-1。
表8-1 细胞凋亡与坏死的特征比较
特征 | 凋亡 | 坏死 |
定义 | 细胞受内在基因调控发生的主动性自杀过程 | 由于病理性损伤发生的被动死亡过程 惯性聚合 |
诱导因素 | mor 生理性或病理性 | 病理性 |
形态特征 出泡 质膜完整性 细胞大小 炎症反应 内容物释放 | 有(泡内有细胞器) 保存 变小，细胞固缩形成凋亡小体 无 无 | 有(泡内无细胞器) 破坏 变大，细胞肿胀、溶解 有 有 |
生化特征 蛋白质合成 基因转录 DNA断裂 凝胶电泳 调节 | 在某些情况下需要 在某些情况下需要 裂为180~200bp核苷酸片段 阶梯状条带 受高度调节 | 不需要 不需要 随意不规则断裂 拖带 不受调节 |
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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 凋亡小体常迅速被巨噬细胞清除；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。
三、 细胞凋亡的检测方法
(一) 形态学检测
1.普通光学显微镜
(1) 苏木素经济社会体制比较-伊红染(HE染法)多媒体网络教学系统：苏木素(hematoxylin)为碱性染料，可使细胞内嗜碱性的核染质和核蛋白体染成蓝紫：伊红(eosin)为酸性染料，可使胞质内嗜酸性的普通蛋白 和胶原纤维等物质染成粉红。因此在普通光镜下细胞核呈蓝紫，胞浆呈红。凋亡细胞在组织中呈现单个散在分布。表现为核染质致密、核碎裂。而细胞坏死时由于细胞膜通透性增加，细胞膜破裂，因此细胞不完整，溶酶体膜破裂，使周围组织坏死，呈均质红染的无结构物质，核染消失。
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