人教版教材《分子与细胞》“细胞的衰老和凋亡”一节提到,“在成熟的生物体中,细胞的自然更新、被病原体感染的细胞的清除,也是通过细胞凋亡完成的。”
细胞坏死与细胞凋亡有何不同?被病原体感染的细胞的清除是如何通过细胞凋亡完成的?
1 细胞凋亡与细胞坏死的区别细胞死亡分两种情况:细胞凋亡和细胞坏死。细胞凋亡多发生于生理情况下,故可称为生理性死亡(部分病理刺激也可诱导凋亡)。细胞凋亡是受相关基因调控的,是细胞主动发生的选择性自然死亡过程,故又称为编程性细胞死亡。它是多细胞生物体的一种重要的自稳机制,是平衡细胞增殖、调节机体细胞数量衡定的一种方式,可主动地清除多余的特异性或分化能力与机体不相适应的、以及已经完成功能又不再应用的细胞;清除有潜在危险的细胞,如自身反应性淋巴细胞、DNA损伤又得不到修复有癌化危险的细胞等。故细胞凋亡是调节生物体正常发育不可缺少的一种机制,此种调节一旦失败会导致机体疾病、畸形甚至死亡。细胞坏死是区别于细胞凋亡的另一种细胞死亡方式,由多种致病因子如局部缺血,物理、化学和生物因子的作用而产生的急性损伤所致,故称为病理性死亡。细胞凋亡与细胞坏死在形态学和生物化学上的主要区别可总结为:
细胞凋亡 |
细胞坏死 |
诱因为生理因素 |
诱因为非生理因素造成的损伤 |
凋亡过程中需要能量 |
坏死过程中不需要能量 |
有新的基因转录和蛋白质合成 |
无基因调控 |
DNA呈梯度降解 |
DNA无序降解 |
细胞膜内陷分割形成凋亡小体,胞质不外泄 |
细胞肿胀、溶解,胞质内容物释放 |
细胞器完整,染色质均一凝集 |
细胞器破裂,染色质不均一 |
不发生炎症反应 |
发生严重炎症反应 |
凋亡细胞内最具特征性的变化,是细胞核内的DNA被核酸内切酶以核小体为单位剪切降解为许多大小不一呈梯度变化的寡核苷酸片段。细胞凋亡最大的特点是细胞死亡时仍能维持细胞膜的完整性,以此避免细胞内物质的渗漏和由此引起的炎症反应。
2 通过细胞凋亡清除被病原体感染细胞的过程杀伤性T细胞(cytotoxic T cell,CTL或Tc)可高效、特异性地杀伤肿瘤细胞和被病毒、胞内寄生菌等感染的宿主细胞(靶细胞),而不损伤正常组织。Tc的效应过程包括:①效-靶细胞结合。在外周淋巴组织增殖、分化的Tc,在趋化因子的作用下向感染灶或肿瘤部位聚集。Tc识别并与相应靶细胞结合,在细胞接触部位形成紧密、狭小的空间,使Tc选择性作用于靶细胞。②Tc的极化。Tc结合靶细胞后,Tc内某些细胞器极化,细胞器重新定向,从而保证Tc分泌的效应分子有效作用于所接触的靶细胞。③致死性攻击。Tc主要通过下列两条途径杀伤靶细胞。穿孔素/颗粒酶途径——穿孔素是储存于胞质颗粒中的细胞毒素,穿孔素单体可插入靶细胞膜,多个穿孔素聚合成直径为16nm的孔道,使水、电解质迅速进入细胞,导致靶细胞崩解。颗粒酶是一类蛋白酶,可随Tc脱颗粒而分泌到细胞外,循穿孔素在靶细胞膜上所形成的孔道进入靶细胞,通过激活凋亡相关的酶系统而介导靶细胞凋亡。Tc每次裂解一个靶细胞后,又指向另一个表达相同特异性抗原的靶细胞,从而高效、连续、特异性地杀伤靶细胞,而不损伤其他正常细胞。Fas/FasL途径——Fas及其配体FasL是有关细胞凋亡的膜表面分子。Tc可表达膜型FasL以及可溶型FasL,FasL与靶细胞表面的Fas受体结合,通过激活胞内胱天蛋白酶(caspase)参与的信号转导途径,诱导靶细胞凋亡。