細胞的生命歷程_現代生物學導論

第四節(jié)　細胞的生命歷程

一、細胞的分裂

生物的生長發(fā)育、代代相傳、延續(xù)種族的基礎是細胞分裂。繁殖是生物或細胞形成新個體或新細胞的過程。

從一次分裂開始，到下一次分裂完成的整個過程，稱為細胞周期，分為DNA合成前期(G1期)，DNA合成期(S期)，DNA合成后期或有絲分裂準備期(G2期)，分裂期(M期或D期)。前三者合稱間期，是細胞進行生長的時期，合成代謝最為活躍，進行著包括DNA合成在內的一系列有關生化活動并且積累能量，準備分裂(圖3－16)。

DNA合成前期(G1期):DNA合成以前的準備期，染色體由一條DNA分子的染色單體組成。G1期細胞極其活躍地合成RNA、蛋白質和磷脂等。

DNA合成期(S期):合成DNA時期，染色體發(fā)生復制，DNA含量比G1期增加一倍。

DNA合成后期或有絲分裂準備期(G2期):G2期的每條染色體由兩條完全相同的染色單體組成，含一個完全相同的DNA分子。

分裂期(M期):是進行有絲分裂的時期。

圖3－16　細胞周期可劃分為四個階段

細胞分裂的類型包括無絲分裂、有絲分裂、減數分裂等，下面分別簡單介紹。

1.無絲分裂:是指間期核不經任何有絲分裂時期，直接分裂，形成差不多相等的兩個子細胞。

2.有絲分裂:又稱間接分裂，分為核分裂和胞質分裂。一個細胞經過一次有絲分裂，產生染色體數目和母細胞染色體數目相同的兩個子細胞。據核的變化，又分為前期、中期、后期和末期。

前期(prophase):核內的染色質凝縮成染色體，核仁解體，核膜破裂以及紡錘體形成。間期核的染色質是細長的細絲，分裂前期，染色質絲螺旋纏繞逐漸增粗，為念珠狀的細絲，繼續(xù)螺旋化縮短、變粗，成為分離的染色體，染色體縮至最短，核仁解體，其組成物質的一部分轉移到了染色體。前期最末，核膜破裂，和內質網結合，此時核液和細胞質混合起來，此外，前期終了前，核的兩極出現少量的微管細絲，開始形成紡錘體。

中期(metaphase):是染色體排到赤道面上，紡錘體完全形成的時期。核膜破裂，標志著前期的結束，各染色體的染色單體清晰可見，微管伸長，形成紡錘絲，有的通過兩極，有的從一極附著到染色單體的著絲點上。每個染色單體，各有一個著絲點，所有的紡錘絲形成了一個紡錘狀的構象，稱為紡錘體。紡錘絲在染色體的運動上起重要作用，由于微管的作用，染色體移動，到細胞中部，染色體的著絲點，都排在赤道面。

后期(anaphase):各個染色體染色單體分開，由赤道面移向細胞兩極的時期。后期時，染色體仍繼續(xù)縮短，達最短程度。染色體從著絲點分開，向兩極移動，到兩極集中。

末期(telophase):是形成二子核和胞質分裂的時期。到達兩極的子染色體，膨脹而失去輪廓，螺旋解開，變?yōu)槿旧|細絲，并形成新的核膜，核仁出現，形成了兩個子核。經過核分裂和胞質分裂，一個母細胞成為兩個子細胞，子細胞染色體的數目和母細胞的相同，為2N(圖3－17)。

圖3－17　細胞的有絲分裂模式圖

3.減數分裂

凡是進行有性生殖的動植物都有減數分裂的過程。兩個性細胞，即配子(精子或卵)融合為一，成為合子或受精卵，再發(fā)育成新的一代，稱為有性生殖。減數分裂包括兩次連續(xù)的分裂，但其DNA只復制一次，一個母細胞經過減數分裂以后，形成四個子細胞，這樣，每個子細胞染色體的數目(以N表示)比母細胞(2N)減少了一半，所以稱為減數分裂(meiosis)。

減數分裂只發(fā)生在生物的有性生殖過程中，形成的子細胞染色體數目為母細胞的一半。由兩次連續(xù)的分裂完成，一個母細胞形成四個子細胞，減數分裂過程中發(fā)生了同源染色體的配對、交叉、互換等現象(圖3－18)。

減數分裂產生的子細胞染色體數目減為母細胞的一半，細胞內只有一組染色體，由此形成的精細胞及卵細胞也是單倍體。精、卵結合形成受精卵又恢復了親代的染色體數目，這就使每一種生物的染色體數目保持了相對的穩(wěn)定性，也就是在遺傳上保持了物種的相對穩(wěn)定性;減數分裂過程中，發(fā)生同源染色體間的交叉，即遺傳物質的交換和重組，使后代出現了變異性。這對增強植物的適應力、繁衍種族，都具有重要意義。

圖3－18　減數分裂模式圖

二、細胞的分化

在個體發(fā)育中，細胞后代在形態(tài)結構和功能上發(fā)生差異的過程稱為細胞分化(cell differentiation)。細胞分化不僅發(fā)生在個體發(fā)育中，在人體中由多能造血干細胞分化為不同血細胞的細胞分化過程，在每個人的一生中都在進行著。卵細胞分裂的不對稱性和細胞間的相互作用是細胞分化的兩個基本機制。受精卵能夠分化出各種細胞、組織，形成一個完整的個體，所以把受精卵的分化潛能稱為全能性。隨著分化發(fā)育的進程，細胞逐漸喪失其分化潛能。從全能性到多能性，再到單能性，最后失去分化潛能成為成熟定型的細胞。

干細胞是一類具有分裂和分化能力的細胞，多能干細胞可以分化出多種類型的細胞，但它不可能分化出足以構成完整個體的所有細胞，所以多能干細胞的分化潛能稱為多能性。單能干細胞來源于多能干細胞，具有向特定細胞系分化的能力，也稱為祖細胞。

一些科學家認為成熟動物細胞不具備全能性，其原因并非在細胞核而在細胞質，如大量的核移植實驗證實，分化細胞的核仍保留完整的基因組DNA。我國發(fā)育生物學家童第周1978年成功地將黑斑蛙成熟的細胞核移入去核的受精卵細胞內，培育出了蝌蚪。上世紀60年代的爪蟾和80年代小鼠的核移植，90年代末多莉羊的誕生，都證明了分化細胞具有完整的DNA。

目前認為細胞分化的本質是細胞內基因選擇性表達特異性功能蛋白質的過程。近年，細胞分化及其調控機制的研究主要集中在編碼特異蛋白質的基因的選擇性表達規(guī)律及其調控方面。圍繞干細胞的研究及其組織工程中的廣闊的應用前景，極大地促進了細胞分化領域的研究。

三、細胞衰老和凋亡

1.細胞衰老

衰老死亡是生物體或人體的必然歸宿，也是細胞的必然歸宿。對單細胞生物來說。細胞的衰老和機體的衰老是統(tǒng)一的;而對多細胞機體來講，細胞衰老不等于機體衰亡，機體衰亡也并不意味著所有細胞衰老。如表皮的更新正是由于一些細胞的衰老，換來了另外一些細胞的新生，在剛剛死亡機體中，許多細胞依然存活。如血管里的白細胞還在做變形運動，氣管的上皮細胞纖毛還在擺動。

細胞的衰亡，即使機體中重要器官的細胞衰亡，如肝細胞衰亡，并不直接引起機體的衰亡，只表現為機體局部生理生化功能改變。腦神經細胞和心肌細胞由于高度特化的細胞，不能增殖，又由于它們在人體生命活動中所占的重要地位，故它們的衰老將嚴重影響到機體的衰老。

在細胞成熟和行使功能后期，細胞逐步走向衰老。細胞衰老(cell aging)一般是指細胞在形態(tài)與生化成分上的改變，進而發(fā)生生理功能障礙的現象。這是一個緩慢行進、隨細胞年齡增高而加劇的過程。

細胞在體外培養(yǎng)條件下，即使條件適宜，細胞也不能無限制地進行分裂，而是有一定界限。細胞的分裂能力，與個體年齡有關，從胎兒肺得到的成纖維細胞可傳代50次，而從成人得到的肺成纖維細胞只能傳代20次。各類細胞的壽命各不相同，一般來說，能夠保持持續(xù)分裂能力的細胞相對不容易衰老，分化程度高又不分裂的細胞壽命大多有限。

細胞衰老主要是細胞生理生化的變化，也反映在細胞形態(tài)結構和功能上，比如細胞內水分的減少，蛋白質水合能力下降，衰老細胞水分減少，細胞皺縮，體積縮小，核膜內折，染色體固縮化，端粒縮短;隨年齡增大，數量減少，體積增大，內容物呈網狀化并形成多囊體，mtDNA缺失突變;質膜的流動性下降，磷脂減少，不飽和脂肪酸下降;膜脂過氧化，對刺激反應性下降;色素生成隨衰老而增加，并在溶酶體或線粒體中沉積。

衰老細胞DNA、蛋白質和脂類等成分損傷，代謝能力降低，主要表現為DNA復制與轉錄受抑制，個別基因異常激活，端粒DNA丟失，線粒體DNA特異缺失，DNA氧化、斷裂、缺失和交聯(lián)，甲基化程度降低;mRNA和tRNA含量降低;蛋白質含量下降，蛋白質糖基化、氨甲?；?、脫氨基等修飾，使蛋白質穩(wěn)定性、抗原性、可消化性下降，自由基使肽斷裂、交聯(lián)而變性。氨基酸由左旋變右旋;酶分子的活性中心被氧化，Ca²⁺、Zn²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺等丟失，酶分子二級結構、溶解度、等電點改變，酶失活;不飽和脂肪酸被氧化，引起膜脂間或與脂蛋白間交聯(lián)，膜流動性下降。

近二十年來，關于細胞衰老機制的研究取得了重大進展，主要學說有強調衰老是由于細胞中的各種錯誤積累引起的差錯學說(Error theories)和強調衰老是遺傳決定的自然演進過程的遺傳學說(Genetic/Programmed theories)。

(1)差錯學說

細胞衰老是細胞成分因內外環(huán)境受損，缺乏完善修復能力，使“差錯”積累，導致細胞衰老。根據“差錯”的“主因”的不同，又可分不同學說。

①代謝廢物積累(waste product accumulation)

代謝產物超量積累危害細胞，引起衰老。脂褐質沉積是典型例子:脂褐質是長壽蛋白和DNA、脂類形成的巨交聯(lián)物。脂褐質結構致密，在溶酶體不能水解也不能外排，在細胞內沉積，阻礙物質交流和信號傳遞，使細胞衰老。老年性癡呆(AD)是由β－淀粉樣蛋白沉積引起。

②大分子交聯(lián)(cross linking)

過量的大分子交聯(lián)是衰老的主要因素，如DNA交聯(lián)和膠原交聯(lián)均可損害其功能，引起衰老。在臨床方面膠原交聯(lián)和動脈硬化、微血管病變有密切關系。

③自由基學說(free radical theories)

自由基是指在原子核核外層軌道上具有不成對電子的分子或功能基團。如AB兩個原子各提供一個電子通過共價鍵形成分子A∶B，這兩個電子是配對的，如發(fā)生均裂，A和B各帶走一個電子形成A和B，即自由基。

自由基產生的因素有外源性因素，比如由環(huán)境輻射、光解、化學物質等引起的，內源因素是自由基主要來源，途徑有:①線粒體呼吸鏈電子泄漏產生;②過氧化物酶體的多功能氧化酶催化底物羥化;③機體血紅蛋白、肌紅蛋白可經非酶促反應產生自由基。

自由基含未配對電子，具高度活性，易與細胞內的生物大分子發(fā)生反應，并發(fā)生傷害。自由基與核酸分子中的堿基發(fā)生加成反應，OH加到堿基雙鏈上，破壞堿基產生基因突變;自由基可加成到膜脂及不飽和脂肪酸雙鏈，引起脂質過氧化，并產生新的自由基;自由基常攻擊肽鏈上的脯氨酸殘基，造成蛋白質斷裂。同時，自由基還引起蛋白質交聯(lián)、破壞蛋白質高級結構;自由基的氧化也常損傷細胞骨架蛋白，如肌動蛋白與氧化型谷胱甘肽(GSSG)之間形成二硫鍵，導致分子表面電荷改變，引起大分子聚集。

衰老的自由基學說由美國科學家Harman1955年提出，核心內容是:①衰老是自由基對細胞成分的有害攻擊所造成;②該學說提出的自由基是氧自由基;③維持體內適當水平的抗氧化劑和自由基清除劑可延長壽命和推遲衰老。

正常細胞內存在清除自由基的防御系統(tǒng)，包括:①酶系統(tǒng):超氧化物歧化酶(SOD)，過氧化氫酶(CAT)，谷胱甘肽過氧化物酶(GSH－PX);②非酶系統(tǒng):VE、醌類物質等電子受體。將銅鋅超氧化物歧化酶基因導入果蠅，使轉基因株具3個拷貝的SOD基因，其壽命比野生型延長三分之一。為衰老的自由基學說提供了證據。

線粒體是自由基濃度最高的細胞器，氧化磷酸化過程中，1%～4%的氧轉為活性氧(ROS)。mtDNA裸露，易受傷害發(fā)生突變，mtDNA復制的聚合酶γ沒校正功能，復制錯誤頻率高。mtDNA突變使呼吸鏈受損，自由基堆積，循環(huán)腦、心、骨骼肌的氧負荷最大，是最易衰老的組織。

外源理化因子，內源自由基均可損傷DNA，使體細胞突變。輻射可致年輕的哺乳動物出現衰老癥狀，與個體正常衰老相似。正常機體存在DNA修復機制，可使損傷DNA修復。隨著年齡增加，修復能力逐漸下降，使DNA錯誤累積，最終細胞衰老死亡。DNA的修復并不均一，轉錄活躍基因被優(yōu)先修復，在同一基因中轉錄區(qū)被優(yōu)先修復，徹底的修復僅發(fā)生在細胞分裂的DNA復制時期，這使干細胞能永葆青春。

真核生物基因組中存在大量重復序列，主要基因的選擇性重復是基因組的保護機制，也是決定細胞衰老的因素。重復基因的一個拷貝受損或關閉后，其他拷貝被激活，直到最后一份拷貝用完，細胞因缺少某種重要產物而衰亡。小鼠肝細胞重復基因的轉錄靈敏度隨年齡增加而降低，哺乳動物rRNA基因數隨年齡增加而減少。

(2)遺傳學說

衰老是遺傳決定的自然演進過程，一切細胞均有內在的預定程序決定其壽命，而細胞壽命又決定種屬壽命的差異，外部因素只能使細胞壽命在限定范圍內變動。

①程序性衰老(programmed senescence)

生物的生長、發(fā)育、衰老和死亡都由基因程序控制，衰老是某些基因依次開啟或關閉的結果。小鼠肝中，胚胎早期表達的胞質丙氨酸轉氨酶為A型，隨后停止表達，在衰老時表達B型。其他類似的衰老標志物(markers):如肝中的衰老標志蛋白也是在老年期表達。衰老還與神經內分泌系統(tǒng)退行性變化及免疫系統(tǒng)的程序性衰老有關。

②細胞衰老的端粒假說

細胞增殖次數與端粒有關。體細胞染色體端粒DNA隨細胞分裂次數增加而縮短。細胞DNA復制一次端?？s短一段，至Hayflick點時，啟動DNA損傷檢測點，不可逆退出細胞周期，走向衰亡。人成纖維細胞端粒每年縮短14～18bp，染色體的端粒具細胞分裂計數器功能。端粒長度與端粒酶活性有關，端粒酶是一種反轉錄酶，由RNA和蛋白質組成，所含的RNA是合成端粒DNA的模板，而所含的反轉錄亞基則催化端粒DNA的合成。生殖細胞、干細胞和腫瘤細胞端粒酶活性較高，正常體細胞端粒酶活性低，呈抑制狀態(tài)。

③長壽基因(longevity genes)

各種動物都有相當恒定的平均壽命和最高壽命，成人早衰癥病人平均39歲時出現衰老，47歲左右死亡，患嬰幼兒早衰癥的小孩在1歲時出現明顯衰老，12～18歲夭折。

由此看物種壽命主要取決于遺傳物質，DNA鏈上可能存在“長壽基因”或“衰老基因”決定個體壽限。細胞衰老時，衰老相關基因(SAG)表達活躍，人1號、4號及X染色體上發(fā)現SAG。線蟲均壽命3.5d，age－1突變，提高均壽命65%，最大壽命110%，該突變型有較強的抗氧化酶活性。早老綜合癥患者體內解旋酶基因存在突變，該基因位于8號染色體短臂，稱WRN基因。淀粉樣蛋白前體基因(APP)突變，導致基因產物β淀粉樣蛋白易于在腦組織中沉積，引起老年癡呆癥。

2.細胞凋亡

死亡是生命的普遍現象，但細胞死亡并非與機體死亡同步。正常組織中，常發(fā)生“正?！钡募毎劳觯蔷S持組織機能和形態(tài)所必需的。細胞死亡的方式通常有兩種:細胞壞死(necrosis)、細胞凋亡(apoptosis)。

細胞壞死是細胞受到急性強力傷害時立即出現的早期反應。包括胞膜直接破壞，大量水進入細胞，線粒體外膜腫脹而密度增加。核染色質呈絮狀，蛋白質合成減慢。如及時去除傷害因素，以上早期反應尚可逆轉。若傷害外因持續(xù)存在，則發(fā)生不可逆的變化。Ca²⁺升高、引起一系列變化，如細胞骨架破壞，溶酶體釋放，pH下降，最后細胞膜和細胞器破裂，DNA降解，細胞內容物流出，引起周圍組織炎癥反應(圖3－19)。

圖3－19　細胞壞死與凋亡的形態(tài)區(qū)別

細胞凋亡(cell apoptosis)是指為維持內環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細胞自主的有序的死亡。細胞凋亡與細胞壞死不同，細胞凋亡不是一件被動的過程，而是主動過程，它涉及一系列基因的激活、表達以及調控等作用，它并不是在病理條件下的自體損傷現象，而是為更好地適應生存環(huán)境而主動爭取的一種死亡過程。

1965年澳大利亞科學家發(fā)現，結扎鼠門靜脈后，電子顯微鏡觀察到肝實質組織中有一些散在的死亡細胞的溶酶體并未被破壞，顯然不同于細胞壞死。這些細胞體積收縮、染色質凝集從其周圍的組織中脫落并被吞噬機體無炎癥反應。1972年Kerr最先提出這一概念，他發(fā)現結扎大鼠肝的左、中葉門靜脈后，其周圍細胞發(fā)生缺血性壞死，但由肝動脈供應區(qū)的實質細胞仍存活，只是范圍逐漸縮小，其間一些細胞不斷轉變成細胞質小塊，未伴有炎癥，后在正常鼠肝中也偶然見到這一現象。與細胞壞死的區(qū)別是:①染色質聚集、分塊，位于核膜上，胞質凝縮，最后核斷裂，細胞通過出芽的方式形成許多凋亡小體;②凋亡小體內有結構完整的細胞器，還有凝縮的染色體，可被鄰近細胞吞噬消化，因始終有膜封閉，沒有內溶物釋放，故不會引起炎癥;③線粒體無變化，溶酶體活性不增加;④內切酶活化，DNA有控降解，凝膠電泳圖譜呈梯狀;⑤凋亡通常是生理性變化，而細胞壞死是病理性變化。

在“細胞凋亡”一詞出現之前，胚胎學家已觀察到動物發(fā)育過程中存在著細胞程序性死亡(programmed cell death，PCD)現象，近年來PCD和細胞凋亡常被作為同義詞使用，但兩者實質上是有差異的。首先，PCD是一個功能性概念，描述在一個多細胞生物體中，某些細胞的死亡是個體發(fā)育中一個預定的，并受到嚴格控制的正常組成部分，而凋亡是一個形態(tài)學概念，指與細胞壞死不同的、受到基因控制的細胞死亡形式;其次，PCD的最終結果是細胞凋亡，但細胞凋亡并非都是程序化的。

線蟲(Caenorhabditis elegans)是研究個體發(fā)育和細胞程序性死亡的理想材料。其生命周期短，細胞數量少，成熟的成蟲若是雌雄同體則有959個體細胞，約2000個生殖細胞。若是雄蟲則有1031個體細胞和約1000個生殖細胞。神經系統(tǒng)由302個細胞組成。這些細胞來自于407個前體細胞，這些前體細胞中有105個發(fā)生了程序死亡。控制線蟲細胞凋亡的基因主要有3個Ced－3、Ced－4和Ced－9，Ced－3和Ced－4的作用是誘發(fā)凋亡。在缺乏Ced－3、Ced－4的突變體中不發(fā)生凋亡，有多余細胞存在。Ced－9抑制Ced－3、Ced－4的作用，使凋亡不能發(fā)生，Ced－9功能不足導致胚胎因細胞過度凋亡而死亡。

2002年10月7日，英國人悉尼·布雷內(Sydney Brenner)、美國人羅伯特·霍維茨(H．Robert Horvitz)和英國人約翰·蘇爾斯頓(John E．Sulston)因在器官發(fā)育的遺傳調控和細胞程序性死亡方面的研究，獲諾貝爾生理與醫(yī)學獎(圖3－20)。

圖3－20　2002年諾貝爾生理與醫(yī)學獎獲得者

形態(tài)學觀察細胞凋亡的變化是多階段的，細胞凋亡往往涉及單個細胞，即便是一小部分細胞也是非同步發(fā)生的。首先出現的是細胞體積縮小，連接消失，與周圍的細胞脫離，然后是細胞質密度增加，線粒體膜電位消失，通透性改變，釋放細胞色素C到胞漿，核質濃縮，核膜核仁破碎，DNA降解成為約180～200bp片段;胞膜有小泡狀形成，膜內側磷脂酰絲氨酸外翻到膜表面，胞膜結構仍然完整，最終可將凋亡細胞遺骸分割包裹為幾個凋亡小體，無內容物外溢，因此不引起周圍的炎癥反應，凋亡小體可迅速被周圍專職或非專職吞噬細胞吞噬。

細胞凋亡的一個顯著特點是細胞染色體的DNA降解，這是一個較普遍的現象。這種降解非常特異并有規(guī)律，所產生的不同長度的DNA片段約為180～200bp的整倍數，而這正好是纏繞組蛋白寡聚體的長度，提示染色體DNA恰好是在核小體與核小體的連接部位被切斷，產生不同長度的寡聚核小體片段。實驗證明，這種DNA的有控降解是一種內源性核酸內切酶作用的結果，該酶在核小體連接部位切斷染色體DNA，這種降解表現在瓊脂糖凝膠電泳中就呈現特異的梯狀圖譜，而壞死呈彌漫的連續(xù)圖譜。細胞凋亡的生化改變不僅僅是DNA的有控降解，在細胞凋亡的過程中往往還有新的基因的表達和某些生物大分子的合成作為調控因子。如我們實驗室發(fā)現的TFAR－19就是在細胞凋亡時高表達一種分子，再如在糖皮質激素誘導鼠胸腺細胞凋亡過程中，加入RNA合成抑制劑或蛋白質合成抑制劑即能抑制細胞凋亡的發(fā)生。

細胞凋亡的機制是一個非常復雜的問題，許多問題還沒有完全清楚。但是有一點是可以肯定的，細胞凋亡是受遺傳基因控制的。細胞凋亡的過程大致可分為以下幾個階段:接受凋亡信號→凋亡調控分子間的相互作用→蛋白水解酶的活化(Caspase)→進入連續(xù)反應過程?？陀^上說對細胞凋亡過程中信號傳遞系統(tǒng)的認識還是不全面的。對哺乳動物細胞凋亡的基因凋控過程目前還不十分清楚，研究表明與細胞增殖有關的原癌基因和抑癌基都參與對細胞凋亡的調控，其中研究較多的有bcl－2 c－myc、p53、Ice、Fas/APO－1等基因。

總之，細胞的凋亡是一種生理現象，是一把雙刃劍。一方面是機體發(fā)育的正常過程，另一方面如果細胞凋亡過速，則會導致慢性退行性病變;如果細胞不凋亡就有可能導致癌變或對化療的不敏感。進一步研究線粒體在細胞凋亡中的作用，有助于深入了解細胞凋亡的機制與對疾病的防治。在許多情況下，有機體的發(fā)育并無壞處，相反是機體調節(jié)細胞群比例，增加效率的表現。在此還需說明一點，即凋亡不一定是由細胞衰老所致，衰老的細胞最終會凋亡，但有實驗表明同一種細胞用同一方法誘導時，年輕的細胞比衰老的細胞更容易引起凋亡，這可能與細胞本身的代謝程度和敏感性有關。

四、偏離正常軌道的細胞——癌細胞

癌細胞是正常細胞轉化成不受控制的惡性增殖的細胞，他們的形態(tài)和功能都與正常細胞截然不同，而且具有廣泛侵襲性和轉移能力。癌細胞大小形態(tài)不一，通常比它的源細胞體積要大，核質比顯著高于正常細胞，可達1∶1，正常的分化細胞和之比僅為1∶4～6。核形態(tài)不一，并可出現巨核、雙核或多核現象。核內染色體呈非整倍態(tài)，某些染色體缺失，而有些染色體數目增加。正常細胞染色體的不正常變化，會啟動細胞凋亡過程。但是癌細胞中，細胞凋亡相關的信號通路產生障礙，也就是說癌細胞具有不死性。其細胞周期失控，就像寄生在體內的微生物，不受正常生長調控系統(tǒng)的控制，能持續(xù)地分裂與增殖。具有遷移性，細胞粘著和連接相關的成分(如ECM、CAM)發(fā)生變異或缺失，相關信號通路受阻，細胞失去與細胞間和細胞外基質間的聯(lián)結，易于從腫瘤上脫落。許多癌細胞具有變形運動能力，并且能產生酶類，使血管基底層和結締組織穿孔，使它向其他組織遷移。

正常細胞為什么會轉化為癌細胞?癌細胞為什么不受機體的約束而惡性增殖?這都是與一定的內在因素或外在條件相關聯(lián)的。內在因素現在認為主要是與癌基因活動有關，外在條件主要是與一些能激活癌基因的物理和化學等因素有關。癌基因的激活引起正常細胞的癌變已有大量的證據說明，關于癌癥的詳細內容將在后面相關章節(jié)進行詳細介紹。

綜上所述，細胞增殖、分化、凋亡與衰老是細胞最重要的生命活動現象，它們既相互聯(lián)系又相互制約，并受到一系列基因的調控。一切動植物生長發(fā)育都是依靠細胞增殖、分化、凋亡來實現的。細胞癌變往往是由于細胞增殖、分化、凋亡失控所致。受精卵如何有條不紊地發(fā)育為復雜的成體，一直是人們企圖揭開的奧秘。而細胞分化及凋亡的研究，將是解決這一重大問題的基礎。人們已經通過促進細胞凋亡來為癌癥治療提供依據及手段。不論是細胞增殖與分化，還是細胞凋亡的研究，核心問題依然是其調控機制的研究。

思考題:

1.自然界的細胞有哪些共同點?

2.原核細胞和真核細胞的主要區(qū)別是什么?

3.真核細胞有哪些細胞器?它們的作用分別是怎樣的?

4.什么是膜的流動鑲嵌模型?

5.細胞跨膜運輸有哪些主要種類?

6.請敘述Na⁺、K⁺泵的主要作用機理。

7.質子泵有哪些主要種類?

8.什么是有絲分裂，它有哪些特點?

9.減數分裂的主要特點有哪些?

10.細胞衰老與死亡的主要原因有哪些?

11.什么是細胞凋亡?它有什么樣的特點?

12.腫瘤細胞有哪些特點?