高 琦，聞曉波

（黑龍江八一農墾大學動物科技學院，黑龍江 大慶 163319）

專論與綜述

細胞死亡

高 琦，聞曉波*

（黑龍江八一農墾大學動物科技學院，黑龍江 大慶 163319）

由于在多細胞生物中，細胞發(fā)生死亡是機體活動的關鍵過程，它可以維持體內穩(wěn)態(tài)、消除潛在的突變細胞對機體損傷的危險。因此，為更深入地了解生物體在發(fā)展發(fā)育過程中體內細胞的死亡情況，本文根據近些年來國內外報道的細胞死亡研究情況，對細胞死亡的種類分別進行了概述，為細胞死亡方式的研究提供借鑒。

細胞死亡；自殺；他殺；意外死亡；非典型性死亡；衰老死亡

細胞死亡在動植物發(fā)育過程中占有重要地位，它會持續(xù)到機體死亡時刻。生物體的組織不發(fā)生萎縮，正是因為機體存在某些機制，使細胞的生長和死亡處于一個平衡的狀態(tài)。細胞死亡是機體中不可停止的現(xiàn)象，機體正常組織中自發(fā)的細胞死亡具有維持組織形態(tài)和機能的作用。早在1970年，就已提出在動物細胞中存在程序性死亡，但是20年后人們才普遍接受這種說法，之后人們在線蟲基因的研究中發(fā)現(xiàn)了第一個與細胞程序性死亡相關的基因和調控機制。

如今，我們知道機體主要發(fā)生5類細胞死亡方式，包括細胞自殺、他殺、意外死亡、非典型性死亡和衰老死亡。自殺主要是由機體自身所決定，在細胞受到內外因子刺激時，將自主啟動基因調控機制進行自殺保護；在機體免疫系統(tǒng)識別病原微生物時，淋巴細胞、粒細胞和巨噬細胞等會立即清除外源物和病變細胞，以維持機體內環(huán)境穩(wěn)態(tài)；當機體受外界理化和生物因素的損傷時細胞會發(fā)生意外死亡，引起機體的炎癥反應，影響機體正常功能；當細胞因某種原因不能發(fā)生典型死亡時，會進行不依賴半胱氨酸家族蛋白酶的非典型性細胞死亡；隨著時間的推移，細胞的增殖與分化能力逐漸衰退，衰老死亡的細胞將被免疫系統(tǒng)清除，以待新細胞分化供機體使用。

1 細胞自殺

1.1 細胞凋亡 細胞凋亡（apoptosis），在古希臘語中的意思為“從樹上掉落下來的樹葉”。細胞經歷凋亡后，其形態(tài)學變化為細胞皺縮，細胞骨架瓦解，核包膜裂解，核染色質濃縮形成新月形分布在核膜附近，細胞形成凋亡小體，并馬上被鄰近的吞噬細胞吞噬清除而不產生炎癥反應。細胞凋亡之所以成為人們研究的熱點，正是因為細胞凋亡在很大程度上與臨床疾病的治療密切相關。這種關系不僅表現(xiàn)在凋亡機制闡明了許多免疫病的發(fā)病機理，而且通過凋亡機制可以研究出疾病治療的新方法，特別是細胞凋亡與腫瘤及艾滋病之間的關系倍受人們重視。

1.2 細胞自噬 自噬（autophagy），在古希臘語中的意思為“自己吃自己”。自噬是自體消化的分解代謝過程，細胞內的組分會被溶酶體靶定并進行降解。自噬是功能缺失的蛋白或細胞器被內質網或高爾基體脫落下來的膜包裹而成的雙層自噬小體，利用細胞內的溶酶體與之融合，將多余的、不需要的或功能障礙的蛋白或細胞器降解掉，產生的能量得以循環(huán)利用，以供細胞存活。

雖然自噬是機體自發(fā)的，但最近大量的研究發(fā)現(xiàn)可通過某些操作改變機體的內源性過程，從而利用自噬對疾病進行治療，這也是患外科疾病患者的福音。越來越多的研究表明，人類可以通過新型的抗癌藥物靶向誘導某些特定分子使癌細胞發(fā)生自噬，進而對癌癥疾病進行治療，這也是癌癥治療的新方向。

1.3 失巢凋亡 失巢凋亡（anoikis），在古希臘語中的意思為“失去家的”或“無家可歸的”。失巢凋亡屬于細胞程序性死亡，可誘導細胞與細胞外的基質發(fā)生分離。細胞在失去生長粘附的依靠或粘附在一個不恰當?shù)幕|上時會發(fā)生失巢凋亡，因此應避免不恰當?shù)钠鞴僖浦?。失巢凋亡的作用在于防止分離的細胞重新粘附在錯誤位置的基質上而進行異常發(fā)育。

阻止失巢現(xiàn)象的發(fā)生對阻礙癌細胞演進和轉移至關重要，對于人類來說癌細胞抵抗失巢的機制是治療癌癥的主要研究方向之一。在人的癌癥方面，許多失巢凋亡的調節(jié)因子和機制已被明確，識別失巢凋亡的關鍵調節(jié)因子對癌癥治療的發(fā)展至關重要。

2 細胞他殺

2.1 吞噬死亡 當巨噬細胞和嗜中性粒細胞在哺乳動物體內吞噬入侵的病原微生物時，起到對機體防御保護的作用。被吞噬后，溶酶體酶將其降解掉。吞噬作用決定了進化的保守性，同時也在胚胎發(fā)育、組織重建和宿主防御中起重要作用。吞噬作用攝取相對較大的微粒，一般大于0.5μm，例如微生物病原體和凋亡細胞，它們都需要被吞噬細胞受體識別，激活細胞內的信號通路，使細胞骨架重排，實現(xiàn)顆粒的內化。

因此，免疫細胞宿主防御最終的目標是通過吞噬作用中和病原體微粒，從而促進機體中有害物質的清除。

2.2 免疫殺傷 在機體中，B細胞、T細胞和NK細胞等淋巴細胞能介導機體發(fā)生體液免疫、細胞免疫和對腫瘤細胞以及病毒感染細胞的殺傷作用等免疫學功能。自然殺傷（Natural killer，NK）細胞在1975年被發(fā)現(xiàn)，是最早被認定的淋巴細胞，它可以自發(fā)的殺傷癌細胞?；罨蟮腘K細胞能合成和分泌多種細胞因子，從而發(fā)揮調節(jié)免疫反應和造血的功能以及直接殺傷靶細胞的作用。T細胞不需通過產生抗體而直接起作用，被稱作細胞免疫。T細胞與靶細胞發(fā)生特異性結合，通過破壞靶細胞的細胞膜，直接殺傷細胞。B細胞是通過在體液里產生抗體而起作用，其產生的免疫作用被稱為體液免疫。在大多數(shù)情況下，抗原在刺激B細胞產生抗體時，需要T細胞的協(xié)助，使其成為活化的B細胞，進而發(fā)揮體液免疫的功能。

目前，有望通過淋巴細胞的機制來改變機體的免疫反應，為治療癌癥和炎癥疾病提供一個新策略。

3 細胞意外死亡

3.1 細胞壞死 細胞壞死通常是由于急性病理變化或機體的劇烈損傷而引起的一類非自發(fā)細胞死亡，其特征一般包括細胞腫脹，細胞器腫大，染色質彌漫性降解呈絮狀，因溶酶體膜破裂而破壞胞膜的完整性，從而導致細胞內容物釋放引起機體的炎癥反應。

目前，越來越多的研究表明，對發(fā)生壞死性細胞死亡程序機制的研究，可以用于防止組織損傷和殺傷腫瘤細胞等疾病的治療。

3.2 有絲分裂障礙 有絲分裂障礙被認為是在對腫瘤放療時發(fā)生細胞死亡的機制。其發(fā)生是由染色體異常有絲分裂所導致的。異常的有絲分裂使染色體分離和細胞分裂異常，從而導致形成異常核和多倍核形態(tài)的巨細胞。誘導有絲分裂障礙產生的重要機制包括兩方面，（1）當細胞的DNA發(fā)生損傷和細胞周期檢驗點發(fā)生突變時，有絲分裂發(fā)生障礙。（2）當中心體發(fā)生擴增時也會使有絲分裂發(fā)生障礙。

在今后的研究中，我們可以通過對輻射的細胞進行動力學評估，探索細胞有絲分裂發(fā)生障礙與基因表達之間的關系。深入了解輻射誘導有絲分裂產生障礙中所包含的信號通路，提高腫瘤放射性治療的效力。

3.3 并入死亡 并入死亡是細胞入侵到其它細胞內而發(fā)生的死亡。大多數(shù)的動物細胞都需要附著細胞外基質而存活。我們都知道，如果上皮細胞與基質分離，則細胞會發(fā)生死亡，稱之為失巢死亡。但在2007年Overholtzer等人研究的報道中發(fā)現(xiàn)，與基質分離的上皮細胞具有另一個死亡的備用通路，即為細胞與細胞之間的侵入死亡，也稱并入死亡。在研究中指出，大多數(shù)侵入鄰近細胞的細胞會因溶解酶而裂解死亡，少數(shù)被侵入的細胞則會發(fā)生裂解死亡。

在未來的癌癥治療中，可以通過使癌細胞與基質分離，形成并入死亡的條件進行癌細胞的消除，以達到癌癥的治療目的。

3.4 興奮性中毒 機體中過多的谷氨酸酯分泌會導致細胞興奮性中毒，產生神經退行性疾病。谷氨酸酯能激活谷氨酸酯受體增加神經細胞內Ca2+的濃度，當鈣蛋白酶被過度激活時，會表現(xiàn)為細胞興奮性中毒，而誘導神經細胞發(fā)生壞死。主要被谷氨酸酯激活的親離子受體包括NMDA、AMPA和KA受體。

在退行性疾病中，谷氨酸酯誘導神經細胞發(fā)生興奮性中毒，其對機體有害。抑制興奮性中毒需要從保護神經細胞的研究上著手。因此我們需要在此類疾病中抑制谷氨酸酯及其類似物質等神經遞質對機體的過度刺激，防止神經細胞發(fā)生受損和死亡的病理過程。

4 非典型性細胞死亡

4.1 壞死性凋亡 壞死性凋亡被認為是一個在細胞不能正常死亡時而發(fā)生的促進細胞死亡途徑。壞死性凋亡是由于半胱氨酸家族蛋白酶受到TNF受體的抑制而發(fā)生的細胞死亡。Vandenabeele和袁鈞瑛是第一個對壞死性凋亡的形態(tài)學和生物學特性進行描述的科學家，其形態(tài)學上的變化特點是細胞和細胞器腫脹、破裂，細胞內容物釋放。

在多種多樣的病理情況下都會誘發(fā)細胞壞死性凋亡。然而，當壞死性凋亡的信號通路發(fā)生失調時，會導致炎癥反應性疾病的發(fā)生。壞死性凋亡還涉及因失血引起的腦損傷、神經退行性疾病、多發(fā)性硬化癥和急性心衰等疾病。

4.2 細胞焦亡 細胞焦亡是由微生物感染引起的細胞死亡方式，其依賴于Caspase-1，同時伴有大量促炎癥因子的釋放。研究表明，發(fā)生焦亡的細胞在形態(tài)學上與細胞凋亡和壞死的特征相類似，焦亡的細胞表現(xiàn)為細胞核濃縮、染色質DNA斷裂以及TUNEL染色陽性。但不同的是，細胞焦亡喪失其膜的完整性，胞內內容物釋放，誘發(fā)機體產生炎癥反應。許多研究表明，細胞焦亡廣泛存在于感染性疾病、神經系統(tǒng)性疾病和動脈粥樣硬化疾病中，并起到重要的作用。在細胞焦亡的發(fā)生機制、調控機制和檢測方面都需要進行更深入的研究，實現(xiàn)其在相關疾病發(fā)生發(fā)展中的應用，為疾病的防治提供新方法。

4.3 細胞脹亡 在1910年，細胞脹亡就已經被Recklinghausen所發(fā)現(xiàn)，但由于當時的研究技術不夠發(fā)達，因此對這種細胞死亡方式的研究被迫中止。1995年，Majno和Joris對細胞漲亡重新進行了研究，將其與細胞凋亡進行比較，把具有明顯腫脹特征的細胞死亡方式命名為細胞脹亡（Oncosis）。細胞脹亡的形態(tài)學變化為細胞腫脹、體積增大，胞膜起泡，胞漿空泡化，內質網、線粒體腫脹，核染色質凝集，從而破壞細胞膜的完整性，使內容物釋放產生炎癥反應。

細胞脹亡發(fā)生在很多疾病當中，例如急性心肌梗死、嚴重的腎臟與肝臟功能衰竭和中風。細胞內容物釋放產生的炎癥反應導致機體組織損傷和器官功能障礙。因此，通過對不同類型的細胞脹亡進行研究，有利于了解阻止其發(fā)生的有效措施，改善因細胞脹亡而導致機體發(fā)病的情況。

4.4 副凋亡 副凋亡的發(fā)生不依賴于caspase激酶。它的形態(tài)學變化類似于壞死樣病變，主要表現(xiàn)為胞質空泡化，線粒體和內質網腫脹，包膜起泡，但不發(fā)生DNA斷裂和核染色質凝集。副凋亡對caspase的抑制劑不敏感。在機體發(fā)育過程中會發(fā)生副凋亡，而且在神經退行性疾病中會導致神經細胞的死亡。

當前的研究表明，很多種自然的產物包括姜黃素、南蛇藤醇、15d-PGJ2、蛇孢菌素A和紫杉醇可以通過誘導癌細胞發(fā)生副凋亡使細胞死亡，從而起到抗癌的效果。目前對副凋亡的形態(tài)學和生物學及誘導細胞發(fā)生副凋亡機制的研究能在很大程度上幫助抗癌，通過副凋亡來抑制人類癌癥和惡性腫瘤的發(fā)生。

5 衰老性細胞死亡

5.1 細胞老化 細胞老化是細胞隨機體年齡的增長而發(fā)生的退行性變化。發(fā)生老化的細胞其蛋白質合成減少，攝取營養(yǎng)物質和修復損傷能力發(fā)生下降，細胞和細胞核變形，細胞皺縮、體積減小，線粒體、高爾基體呈囊泡狀，胞質色素沉積，各臟器重量減輕、間質增生硬化、功能代謝下降、儲備能力減弱。

老化不是由外因所引起的，而是由細胞內在所決定的。細胞發(fā)生老化時，其代謝、代償?shù)裙δ芟陆?，而且老化的細胞因不具備恢復能力，而使生物體患病率和死亡率升高。生物體及其細胞在生長、發(fā)育、老化及死亡的過程中，發(fā)生老化是必然的，任何細胞形成后，老化也隨之開始。

5.2 細胞角質化 機體表皮細胞按照基底細胞、棘層細胞、顆粒層細胞和角質層細胞的順序進行形態(tài)學改變，并向表層皮膚逐漸變化，最后形成角質化細胞，這種表皮細胞的分化過程被稱為細胞角質化。

動物皮膚可以對機械壓力和化學物質的抵抗，也可以屏蔽微生物的侵染。當機體維持穩(wěn)態(tài)時，表皮的細胞角質層在蛻皮的過程中不斷地脫落。當前相關研究的熱點是通過對角質化細胞的研究，形成皮膚屏障保護機體。

5.3 沃勒變性 當神經纖維的軸突被切斷或壓碎后，在與神經細胞失去連接的遠端末梢側神經纖維上所發(fā)生的細胞變性現(xiàn)象，稱為沃勒變性。沃勒變性是英國生理學家沃勒所發(fā)現(xiàn)的，因此稱之為沃勒變性Wallerian degeneration（WD）定律。

目前應對WD的表型、分子特性和WD分子學功能方面進行更深入的了解。關于這個領域的最終目標是確定軸突死亡基因是否能激活神經系統(tǒng)疾病，并通過設計藥物作用靶點抑制軸突的死亡，從而探索通過阻斷軸突死亡而減輕神經性疾病患者痛苦的可行性。

6 討論

上世紀中期，科學家發(fā)現(xiàn)生物體是由細胞組成的，在動物發(fā)育過程中細胞死亡起到了至關重要的作用。在多核生物體中，細胞死亡是一個關鍵性的活動過程，它的發(fā)生能維持機體組織器官的穩(wěn)態(tài)，清除潛在危害的細胞，從而消除機體可能發(fā)生的疾病。相反，異常細胞死亡信號通路的不正常發(fā)生可能導致機體發(fā)育過程中產生具有毀滅性的損傷和疾病，例如癌癥、自身免疫性疾病和退行性疾病。因此，在多核生物生命體中，調節(jié)細胞死亡信號通路對機體至關重要。

如今，腫瘤疾病困擾著許多患者，在一些關于癌癥的研究中，將特異性癌細胞和正常增殖細胞識別比較并進行靶向治療對研究人員和臨床醫(yī)生而言是研究的熱點。很多細胞死亡的方式，例如凋亡、自噬和壞死等，都可以用于抗癌的治療策略。但由于癌細胞具有逃逸機體免疫系統(tǒng)的能力，因此對癌癥的治療仍處于初級階段。由于細胞死亡的信號通路具有互相交聯(lián)的特性，因而給我們提供了很多分子治療的靶點，從而使我們有可能通過改變癌細胞的分子機制來殺死癌細胞，達到治療的目的。目前，關于細胞的死亡仍處于研究階段，隨著生命科學的不斷發(fā)展，相信在不久的將來，一定會通過細胞死亡的相關機制來達到抵抗人類各種疾病發(fā)生的目的。

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10．3969/J.ISSN．1671-6027．2016．07.001

高琦（1993～），黑龍江省哈爾濱市人，在讀研究生，主要從事動物病毒分子免疫學的科研工作。

★通訊作者：聞曉波，副教授，碩士研究生導師