细胞生物学

细胞分裂是指一个母细胞分裂并产生两个或多个子细胞的过程。对于单细胞生物而言，这是其繁殖的方式。在多细胞生物中，细胞分裂有助于生长、发育、组织修复以及生殖细胞（精子和卵子）的生成。细胞分裂是一个受到严格调控的过程，异常的细胞分裂可能导致疾病，尤其是癌症。

细胞周期是指细胞通过一系列事件进行生长、复制其基因组，并最终通过有丝分裂过程分裂为两个子细胞的过程。由于细胞中的DNA含量在周期中呈现特征性变化，因此可以利用称为细胞周期分析的技术，根据细胞DNA含量的差异，将处于细胞周期不同阶段的细胞群体分离开来。本视频将介绍通过DNA染色进行细胞周期分析的原理。我们将回顾一种通用的染色实验方案，该方案使用溴脱氧尿苷（BrdU，一种可掺入新合成DNA链中的胸苷类似物）和碘化丙啶（PI，一种可染色所有DNA的DNA染料），随后通过流式细胞术分析染色后的细胞。在流式细胞术中，将荧光标记细胞的单细胞悬液通过带有激光束的仪器，逐个检测每个细胞的荧光信号。接下来，我们将讨论如何解读流式细胞术散点图中的数据，最后介绍该技术的一些应用实例。...

有丝分裂是一种细胞分裂形式，其中细胞的遗传物质被平均分配到两个子细胞中。有丝分裂可分为六个阶段，每个阶段中细胞的组分（如染色体）均表现出明显的形态学特征。荧光活细胞成像技术的进步使得科学家能够深入研究这一过程，从而深入了解该过程的生物学调控机制，以及其在癌症等疾病中可能出现的异常情况。我们首先分解有丝分裂的各个阶段，并介绍利用活细胞成像技术对这一过程进行最佳可视化时需要考虑的一些重要因素。接着，我们逐步讲解开展活细胞有丝分裂成像实验的操作流程，并讨论多种分析方法，包括图像拼接、动态视频以及三维重建的生成。最后，我们探讨如何通过可视化有丝分裂过程来回答细胞生物学中的科学问题。...

细胞运动和迁移在正常生物学过程和疾病中均发挥重要作用。一方面，在发育过程中，细胞迁移能够形成复杂的组织和器官；但另一方面，肿瘤细胞也利用相似的机制进行移动和扩散，这一过程被称为癌症转移。使细胞运动成为可能的主要细胞结构之一是由肌球蛋白和肌动蛋白分子组成的细胞内网络， collectively 称为“肌动蛋白-肌球蛋白”（actomyosin），其可产生收缩力，从而牵引细胞向不同方向移动。在本视频中，JoVE...

细胞在化学信号引导下的迁移对于发育、免疫以及癌症等疾病状态至关重要。1961年，Stephen Boyden博士开发了一种简单的检测方法，用于定量细胞迁移，该方法现被称为transwell迁移实验或Boyden小室实验。该实验装置包含一个插入物，将多孔板的孔分隔为上室和下室。将待研究迁移能力的细胞接种于上室，化学趋化因子溶液则置于下室。经过孵育后，通过计数下室中的细胞数量，即可量化化学趋化因子诱导的细胞迁移。

细胞外基质（ECM）是由多种分子构成的网络结构，为细胞和组织提供结构支撑框架，并有助于细胞间的信号交流。为了更准确地模拟这种细胞外环境，已开发出三维细胞培养技术 体外 研究发现，尽管细胞在三维基质中迁移时的许多细胞过程与在刚性二维表面上移动所需的过程相似，包括黏附，但通过细胞外基质（ECM）迁移还要求细胞调节并侵入这一聚合物网状结构的ECM。...

细胞可以通过胞吞作用从细胞外环境摄取物质，并通过胞吐作用主动将分子释放到细胞外环境中。这些过程涉及一种称为囊泡的脂质膜包被小泡。了解胞吞和胞吐的分子结构及其作用机制，对于理解正常的细胞生理功能以及这些过程发生障碍时所引发的疾病状态至关重要。本视频将首先简要回顾胞吞和胞吐研究历史中的几项关键发现。接着，将探讨一些核心科学问题，随后介绍用于研究这些问题的主要方法，包括细胞标记、融合检测和荧光成像技术。最后，将介绍当今该领域科学家正在进行的前沿研究工作。...

细胞可通过内吞作用调节其细胞膜上特定蛋白质的数量，随后细胞表面蛋白被有效地隔离在细胞质中。一旦进入细胞内，这些表面蛋白可被降解或“回收”返回至细胞膜。细胞表面生物素化检测法为研究人员提供了一种研究这些现象的方法。该技术利用小分子生物素的衍生物，该衍生物可标记表面蛋白并随后通过化学方法切割。然而，如果表面蛋白已被内吞，则生物素衍生物将受到保护而免于被切割。因此，通过分析未被切割的、已内吞的生物素标记，科学家可以评估被内化的表面蛋白的含量。在本视频中，我们将回顾生物素标记实验背后的原理，深入探讨生物素衍生物的化学结构及其裂解机制。随后介绍该技术的通用实验方案，最后描述研究人员目前如何利用该方法研究不同细胞表面蛋白的动态变化。...

FM染料是一类在研究囊泡循环过程中具有重要作用的荧光分子。由于其化学结构特性，这些分子能够插入磷脂双分子层膜的外层。在插入膜后，它们通过内吞作用形成的囊泡被内化进入细胞，并在这些囊泡重新循环回到细胞膜时被释放。由于这些染料在膜内的疏水环境中强烈荧光，而在细胞外环境中荧光较弱，因此可通过FM荧光强度的变化来追踪囊泡在整个循环过程中的动态活动。本视频介绍了在旨在研究囊泡再循环的实验中使用FM染料的方法。我们首先回顾FM染料的生物化学特性，以及这些特性如何使其适用于此类实验。随后，我们概述了在这些研究中使用FM染料的一般实验方案，最后讨论了一些近期利用这些独特分子的研究工作。...

在细胞中，关键分子要么通过连接单个单元（如氨基酸或核苷酸）而合成，要么被分解为较小的组分。相应地，负责这些过程的反应分别称为合成代谢和分解代谢。这些反应通常需要或产生能量，能量一般以一种名为ATP的“高能”分子形式存在。这些过程共同构成了“细胞代谢”，是健康、活细胞的重要特征。JoVE关于细胞代谢的导论简要回顾了该领域的丰富历史，从早期对光合作用的研究到近期关于所有细胞能量生成的发现。接着讨论了代谢研究科学家提出的一些关键科学问题，以及他们用于解答这些问题的常用方法。最后，我们将探讨当前研究人员如何研究伴随代谢紊乱或暴露于环境应激因素后发生的代谢改变。...

在萤火虫中，荧光素酶能将一种称为荧光素的化合物转化为氧化荧光素，并在此过程中产生光，即“生物发光”。该反应需要来自ATP的能量才能进行，因此研究人员利用荧光素酶与荧光素的相互作用来测定细胞中的ATP水平。鉴于ATP作为细胞能量“货币”的作用，ATP生物发光检测可为细胞代谢及整体细胞健康状况提供重要信息。在本视频中，JoVE 将讨论细胞呼吸作用，重点回顾葡萄糖代谢如何产生 ATP。随后介绍 ATP 生物发光检测法的原理以及该技术的通用实验方案。最后，概述研究人员目前如何利用 ATP...

活性氧是一类化学性质活泼的含氧分子，能够氧化其他分子。由于其具有反应活性，不受控制的活性氧生成会带来多种有害效应，包括对DNA及其他生物分子的结构造成损伤。然而，活性氧也可作为生理信号传导的介质。越来越多的证据表明，活性氧在从转录因子激活到介导炎症毒性以杀灭外来病原体并保护机体等多种生理过程中均发挥着重要作用。在本视频中，我们将深入探讨活性氧（ROS）、代谢与疾病之间的关联。在阐明其重要性之后，我们将讨论一种常用于检测细胞内活性氧水平的方法学原理及实验方案：利用非荧光探针，该探针在被氧化后会转变为荧光信号。最后，我们将回顾该技术在细胞生物学研究中的一些当前应用。...

细胞坏死、细胞凋亡和自噬性细胞死亡是细胞死亡的几种方式，这些机制可由不同刺激诱导产生，例如细胞损伤、营养水平低下或信号蛋白。尽管细胞坏死被认为是一种“意外的”或非预期的细胞死亡形式，但已有证据表明，细胞凋亡和自噬均为细胞自身所编程和“计划”的死亡过程。在本介绍性视频中，JoVE...

细胞凋亡的一个重要特征是核酸酶介导的细胞核DNA断裂。这些酶由caspase蛋白家族激活，后者是执行细胞死亡程序的关键蛋白。TUNEL检测法正是利用这一特性来识别凋亡细胞。在该检测中，末端脱氧核苷酸转移酶催化将带有标记的dUTP核苷酸添加到断裂DNA的游离3’末端。通过使用携带可产生荧光或显色信号的化学标签的dUTP，可以特异性地鉴定出凋亡细胞。JoVE关于TUNEL检测的视频首先介绍了该技术如何用于检测凋亡细胞。随后，我们将逐步讲解在组织切片上进行TUNEL检测并利用荧光显微镜观察结果的一般实验流程。最后，将介绍该检测方法在当前研究中的若干应用。...

使用膜联蛋白V（annexin V）和碘化丙啶（propidium iodide, PI）染色可帮助研究人员区分不同类型的细胞死亡，即坏死或凋亡。该技术依赖于两个组分。第一个组分是膜联蛋白V，它是一种能够结合特定磷脂（称为磷脂酰丝氨酸）的蛋白质。磷脂酰丝氨酸通常仅存在于细胞膜内侧朝向胞质的脂层中，但在细胞凋亡早期会“翻转”至膜的外侧。第二个组分是DNA结合染料PI，它仅在细胞膜破裂时才能进入细胞——这是坏死和晚期凋亡的共同特征。本视频文章首先回顾了膜联蛋白V（annexin...