4.13: 导论细胞死亡

矛盾的是，细胞死亡有助于塑造生物体的生命。就像任何整个生物体一样，细胞可能会因衰老、意外伤害或病原体浸润后而死亡，细胞可以牺牲自身以防止感染传播。在这些情况下，细胞可以遵循不同的死亡途径，如细胞凋亡、自噬或坏死。所有这些类型都显示出特定的形态特征。细胞凋亡或程序性细胞死亡导致膜起泡？和核碎片化。自噬也受到调节，导致形成包围细胞成分的大液泡。最后，坏死，这是 "计划外的"或意外，以细胞裂解结束。

本视频将讨论导致这些通路鉴定的重要发现，探讨研究人员仍在询问的有关细胞死亡的问题，讨论他们用来回答这些问题的工具，最后回顾一些示例实验。

首先，让我们回顾一下帮助破译不同细胞死亡途径的一些关键研究人员。

用于描述这些路径的现代术语可以追溯到古希腊的医生希波克拉底。他使用了 apoptisis 一词，意思是 "脱落，"来描述骨头 ？切碎？骨折后观察。来到现代，第一次明显提到 ？necrosis？发生在 1859 年，当时鲁道夫·维尔乔 （Rudolf Virchow） 在他的《细胞病理学》汇编中用这个术语来描述"晚期组织分解"。

在接下来的十年里，随着显微镜和组织学的进步，1877 年，Carl Weigert 和 Julius Cohnheim 能够在细胞水平上研究坏死。他们提供了与此类死亡相关的形态学特征的见解，例如细胞核的丢失。

将近 70 年后，克里斯蒂安·德·杜夫 （Christian de Duve） 发现了"自噬"，？细胞成分被称为自噬体的膜结合细胞器吞噬和分解的过程，自噬体与另一种类型的细胞器溶酶体融合以进一步破坏其内容物。我们现在知道，自噬实际上在细胞中起着双重作用，要么促进生存，要么诱导死亡。

1972 年，John Kerr、A. R. Currie 和 Andrew Wyllie 观察到另一种具有特殊形态的细胞死亡类型。由于这个过程涉及碎片 "脱落"死细胞，他们给它起了古希腊名字 apoptosis。后来，细胞凋亡被认为是程序性细胞死亡的一种形式。1977 年，当 H. R. Horvitz 和 John Sulston 正在研究秀丽隐杆线虫的发育时。他们注意到，在不同的蠕虫中，特定细胞会同时发生细胞凋亡。

由于这发生在发育的早期，因此暗示基因可能指导细胞凋亡。Horvitz 的小组在 1980 年代证实了这一假设，当时他们观察到在某些 ced 或 ？C. elegans 中发生突变的细胞死亡？在这些蠕虫的发育过程中，基因并没有死亡。后来，Horvitz 表明 ced-3 基因编码一种称为 caspase 的蛋白质降解酶。现在，我们知道有几种 caspase ，它们在细胞死亡中起主要作用。

细胞死亡领域的这些进展为研究人员开辟了新的探索之路。让我们看看其中的一些。

人们一直对找出触发细胞死亡的因素感兴趣。为了识别它们，研究人员目前正在将细胞暴露于辐射、化学物质和信号分子中，然后寻找死亡程度或类型的变化。

其他科学家对阐明每种细胞死亡机制所涉及的生化途径感兴趣。目前，我们知道细胞凋亡遵循 caspase 是关键酶的途径，而自噬涉及自噬体形成所必需的蛋白质。然而，这些途径中有一些成分是未知的，研究人员正在努力找出解释它们的方法。此外，研究人员还在研究是否存在 ？串扰？发生在细胞死亡途径之间。如果存在串扰，则相同的信号可以考虑细胞凋亡和自噬。

最后，一个流行的研究领域涉及理解为什么某些细胞（如癌细胞）会变得不朽。科学家们一直在寻找癌细胞中的突变，并评估它们是否会影响编码与死亡途径有关的因子的基因。

这些都是复杂的问题，但幸运的是，研究人员可以使用各种工具来回答这些问题。

台盼蓝测定是一种常用的筛选工具，用于评估化合物对细胞死亡的影响。该测定依赖于不能进入活细胞的染色剂，因为它们具有选择性膜，？但很容易进入死细胞，因为它们的膜已经破裂。该检测可识别细胞死亡，但无法确定特定的细胞死亡途径。

因此，科学家们设计了 caspase 活性测定等技术。由于 caspase 在细胞凋亡过程中被激活，科学家们可以为这些酶添加底物，当它们被 caspase 激活时，这些酶会发出荧光。这有助于鉴定凋亡细胞。

同样，使用 TUNEL 检测可以很容易地识别细胞凋亡过程中发生的 DNA 片段化，该检测依赖于标记 ？切口？受损 DNA 末端。由于这种方法相对容易执行，因此它是该领域常用的测定方法。

当科学家想要确定其群体中发生的细胞死亡机制时，他们可以将膜联蛋白 V 和碘化丙啶 （PI） 染料与流式细胞术分析配对。膜联蛋白 V 与膜中的磷脂酰丝氨酸残基结合，而 PI 则通过受损的膜进入并与 DNA 结合。通过研究所得数据，科学家可以分离经历不同死亡途径的细胞。

最后，科学家可以使用活细胞成像来实时查看细胞死亡过程。这是一种包罗万象的技术，可用于根据独特的形态特征识别自噬、坏死或凋亡细胞。

如您所见，有几种方法可以检测细胞死亡，其中一些不是特异性的，另一些可以帮助识别凋亡细胞，还有一些可以区分不同的通路。

现在，让我们看看科学家如何使用这些技术来更多地研究细胞死亡。

饮食在健康中起着重要作用，并可能影响不同组织中的细胞死亡。在这种体外检测中，研究人员将小鼠神经元暴露于棕榈酸（一种存在于乳制品和肉类中的饱和脂肪酸），然后使用 caspase 检测来评估细胞凋亡。他们发现棕榈酸处理的细胞表现出半胱天冬酶活性增加和细胞死亡。

其他研究人员正在使用这些检测来确定药物如何诱导不同的死亡机制。在这里，带有荧光标记癌细胞的转基因小鼠被注射了抗癌药物阿霉素。然后，科学家们对活体动物的细胞进行成像，并通过寻找癌细胞形态的变化，确定药物治疗同时触发了细胞凋亡和坏死。

最后，一些科学家正在研究是否可以逆转细胞死亡。在这个实验中，研究人员将人类癌细胞暴露于乙醇中，并通过各种检测证实这种治疗导致它们走上细胞凋亡途径。洗掉乙醇后，受影响的细胞能够通过称为 ？anastasis.？这为癌症在药物治疗后如何复发提供了见解。

您刚刚观看了 JoVE 对细胞死亡途径的介绍。该视频回顾了从古代到 20 世纪细胞死亡研究的丰富历史，然后讨论了一些当前的问题。我们还解释了检测细胞死亡的流行方法，并展示了如何使用这些技术来更好地了解环境、疾病和细胞死亡之间的联系。一如既往，感谢您的观看！