細胞的死亡類型

在活組織中，單個細胞受其內在基因編程的調節，通過主動的生化過程而自殺死亡的現象，稱程序化細胞死亡（programmed cell death PCD也稱細胞凋亡(apoptosis). 早在1972年，Kerr等在研究青蛙尾巴退化時，發現了一種既不同于細胞衰老死亡又不同干壞死的細胞死亡方式，即細胞凋亡，并從形態學上詳細描述了其特征。然而直到近年來發現它的發生機制由基因調控，先與細胞識別和信號傳遞有關，才引起人們的重視。

細胞凋亡常為單個散在分布的細胞。早期形態學改變為染色質固縮，常聚集于核膜呈境界分明的顆粒狀或新月形小體，細胞漿濃縮。繼后胞核和細胞外形皺折，核裂解，質膜包繞其裂解碎片，細胞膜突出形成質膜小泡（即細胞“出泡”現象），脫落后形成凋亡小體其內可保留完整 的細胞器和致密的染色質。組織中的凋亡小體很快被巨噬細胞或鄰近細胞攝取消化，因此不出現明顯的炎細胞浸出。

細胞凋亡出現時核小體之間連接部雙股螺旋斷裂形成多個180～200bp的寡核苷酸碎片，在含溴化乙淀的瓊脂糖凝膠電泳上呈典型的“梯狀”條帶。這一過程是激活的鈣離子依賴的核酸內切酶介導的。盡管目前對細胞凋亡的研究逐漸深入，研究方法已從細胞水平進入分子水平，但對其本身相關的基因知之較少。

體內的細胞注定是要死亡的，有些死亡是生理性的，有些死亡則是病理性的，有關細胞死亡過程的研究，近年來已成為生物學、醫學研究的一個熱點，到目前為此，人們已經知道細胞的死亡起碼有兩種方式，即細胞壞死與細胞凋亡（apoptosis）。細胞壞死是早已被認識到的一種細胞死亡方式，而細胞凋亡則是近年逐漸被認識的一種細胞死亡方式。 細胞凋亡是細胞的一種基本生物學現象，在多細胞生物去除不需要的或異常的細胞中起著必要的作用。它在生物體的進化、內環境的穩定以及多個系統的發育中起著重要的作用。細胞凋亡不僅是一種特殊的細胞死亡類型，而且具有重要的生物學意義及復雜的分子生物學機制。 凋亡是多基因嚴格控制的過程。這些基因在種屬之間非常保守，如Bcl-2家族、caspase家族、癌基因如C-myc、抑癌基因P53等，隨著分子生物學技術的發展對多種細胞凋亡的過程有了相當的認識，但是迄今為止凋亡過程確切機制尚不*清楚。而凋亡過程的紊亂可能與許多疾病的發生有直接或間接的關系。如腫瘤、自身免疫性疾病等，能夠誘發細胞凋亡的因素很多，如射線、藥物等

細胞衰老是客觀存在的。同新陳代謝一樣, 細胞衰老是細胞生命活動的客觀規律。對多細胞生物而言, 細胞的衰老和死亡與機體的衰老和死亡是兩個不同的概念, 機體的衰老并不等于所有細胞的衰老, 但是細胞的衰老又是同機體的衰老緊密相關的。 細胞衰老是正常環境條件下發生的功能減退，逐漸趨向死亡的現象。       

衰老是生物界的普遍規律，細胞作為生物有機體的基本單位，也在不斷地新生和衰老死亡。生物體內的絕大多數細胞，都要經過增殖、分化、衰老、死亡等幾個階段?？梢娂毎乃ダ虾退劳鲆彩且环N正常的生命現象。我們知道，生物體內每時每刻都有細胞在衰老，死亡，同時又有新增殖的細胞來代替它們。例如，人體內的紅細胞，每分鐘要死亡數百萬至數千萬之多，同時，又能產生大量的新的紅細胞遞補上去。 衰老是一個過程，這一過程的長短即細胞的壽命，它隨組織種類而不同，同時也受環境條件的影響。高等動物體細胞都有zui大分裂次數，細胞分裂一旦達到這一次數就要死亡。各種動物的細胞zui大分裂數各不相同，人細胞為50～60次。一般說來，細胞zui大分裂數與動物的平均壽命成正比。細胞衰老時會出現水分減少、老年色素——脂褐色素累積、酶活性降低、代謝速率變慢等一系列變化。 通過細胞衰老的研究可了解衰老的某些規律，對認識衰老和zui終找到推遲衰老的方法都有重要意義。細胞衰老問題不僅是一個重大的生物學問題，而且是一個重大的社會問題。隨首科學發展而不斷闡明衰老過程，人類的平均壽命也將不斷延長。但也會出現相應的社會老齡化問題以及心血管病、腦血管病、癌癥、關節炎等老年性疾病發病率上升的問題。因此衰老問題的研究是今后生命科學研究中的一個重要課題。

一、衰老

1、衰老和老化

    衰老是生物或生物的一部分在自然死亡前的一個生命階段。常涉及溶酶體的活動 。衰老不同于老化，老化的特點是機體對環境的適應能力減弱，但并不立即造成死亡，如一株松樹處于不同的樹齡時的年高度增加量，可以表現它存在著進行性的老化，幼樹時高度的年平均增長量約為55厘米，25年樹齡時降至40厘米，50年時約30厘米。而衰老的結果是導致死亡，這是自然界生命發展的必然規律。植物的衰老是指成熟的細胞、組織、器官和整株植物自然地終止生命活動的一系列衰退過程高等植物的衰老可分為兩大類型，即器官的衰老（如種子、果實、花、葉等）和個體的衰老。

2、衰老的生理生化變化

(1)蛋白質含量下降；

(2)核酸含量下降：DNA和RNA的含量都降低,且RNA含量下降的更快,RNA含量下降應是其合成能力減弱和RNA水解酶活性增強綜合所致.

(3)光合速率下降：在葉片衰老過程中，葉綠體的基質被破壞，類囊體膨脹裂解。葉綠素含量迅速下降，導致光合速率下降。葉綠素含量少，而類胡蘿卜素比葉綠素降解較晚，所以衰老后期葉片多失綠變黃。

(4)呼吸速率下降：葉片衰老時，呼吸作用迅速下降，后來又急劇上升，再迅速下降，有驟變現象，這種現象和乙烯出現高峰有關，因為乙烯可加速膜通透性使呼吸加強。此外，衰老時呼吸過程的氧化磷酸化逐步解偶聯，產生的ATP量減少，細胞合成過程所需能量不足，加速了衰老的發展。

(5)生物膜結構變化：膜失去流動性，磷脂含量下降，選擇通透性功能喪失，膜結構逐步解體。一些具有膜結構的細胞器在衰老期間膜結構發生衰退、破裂甚至解體，從而喪失了生理功能并放出各類水解酶及有機酸，加速了細胞衰老解體。

(6)激素明顯變化：對衰老有促進作用的激素（如脫落酸和乙烯）含量隨衰老進程逐漸上升。

3、影響衰老的外界因素

（1）光照：黑暗、強光和紫外光可促進衰老；長日照利于生長，短日照加速衰老。

（2）溫度

(3）水分

（4）礦質營養：氮肥不足，葉片易衰老；鈣離子有穩定膜的作用，減少乙烯釋放，延緩衰老。

（5）氣體：主要為氧氣和二氧化碳。

    4、對植物衰老發生原因的幾種假說

（1）自由基損傷假說：該假說認為植物衰老是由于植物體內產生過多的自由基，對生物大分子有坡破壞作用，進而造成器官和個體的衰老和死亡。

（2）DNA損傷假說：該假說認為植物衰老是由于基因表達在蛋白質合成過程中引起誤差積累所造成的。當錯誤產生超過一定值后，機能失常，導致衰老。

（3）植物激素調節假說：植物的衰老是由一種或多種植物激素綜合控制的，且激素之間的平衡也起重要作用。

二、細胞死亡

細胞死亡有兩種不同的形式：一種是由于某些外界因素而造成的細胞的非正常死亡，稱為壞死性死亡或細胞壞死；另一種是細胞編程性死亡（programmed cell death, PCD）或稱細胞凋亡。

1、細胞壞死

細胞壞死是細胞的一種隨機無序的被動死亡過程。引起壞死的原因是多方面的，如物理因素（高溫、低溫、放射線等）、化學因素（強酸、強堿）、病毒毒素等。它們有的是直接引起細胞蛋白質的變形，有的則是破壞細胞內的酶系統，是組織細胞的新陳代謝*停止，從而導致細胞的壞死。

壞死早期出現核固縮，染色質分布不規則，無膜被核碎片出現；后期核溶解消失，膜通透性增高，細胞器腫脹，質膜、線粒體、溶酶體破裂，細胞內含物外泄。

細胞壞死往往是某一區域內一群細胞或一塊組織受損。

2、細胞編程性死亡：

    細胞編程性死亡是生物體內廣泛存在的一種由細胞特定基因控制的，通過主動生化過程的一種細胞自殺現象，以清除不需要的細胞。

    他的特征是：細胞核DNA斷裂成寡聚核苷酸片段；染色質固縮，聚集于核膜邊緣，呈顆粒塊狀或新月形小體；核皺縮變形，裂解成膜圍繞的碎片；細胞質濃縮；內質網膨脹成泡狀；線粒體較其他細胞器消失晚；胞泡形成，zui后形成凋亡小體而被體內其他細胞吞噬。

    PCD中的細胞死亡是單個特定的細胞死亡，一般不伴有臨近組織的破壞。且在核基因的控制下，細胞結構發生高度有序的解體及內含物的降解，大量礦質元素及有機營養物質能在衰老細胞解體后有序地向非衰老細胞轉移和循環利用。，動物中都是被其他細胞吞噬利用，植物中則有些細胞PCD過程的產物是主要用于本身細胞壁的構建.

細胞編程性死亡的意義：清除多余的細胞、完成功能的不必要的細胞以及有潛在危險的細胞；保持細胞群體數量的恒定；產生死后執行功能的死細胞（例如導管分子）；在細胞分化和過敏性反應和抗病、抗逆中起作用，可通過局部細胞死亡保證有機體安全；

細胞編程性死亡在植物發育中的作用：在生殖器官的發育中保證功能細胞的發育和生殖過程的完成（如雌雄異花和雌雄異株植物的性別決定）；在胚胎發育中保證受精卵發育成正常胚胎（如無胚乳的種子胚發育中的胚乳細胞）；在種子萌發中保證幼苗的形成（具有胚乳種子植物的種子萌發中的糊粉層細胞）；植物體發育中保證有關器官的建成和組織分化（如管狀分子的分化和根冠細胞的死亡）；在免疫反應和抗病中的作用。

三、發展

 2002年諾貝爾醫學和生理學桂冠就授予了發現調控器官生長和蠕蟲細胞程序性死亡的關鍵基因的科學家：英國科學家Sydney Brenner, John E. Sulston和美國科學家H.Robert Horvitz。Horvitz發現了線蟲中控制細胞死亡的關鍵基因并描繪出了這些基因的特征，它揭示了這些基因怎樣在細胞死亡過程中相互作用，并證實了相應的基因也存在于人體中;Sulston描述了線蟲組織在發展過程中細胞分裂和分化的具體情況，還確認了在細胞死亡過程中發揮控制作用的基因的zui初變化情況；科學家發現了控制PCD的基因有兩類，一類是抑制細胞死亡的另一類是啟動或促進細胞死亡的，兩類基因相互作用控制細胞正常死亡；

瑞典大學農業科學院(SLU)的科研小組zui近成功地分離了一個全新的調節植物晶胚中細胞死亡的基因。該研究小組發現了植物晶胚細胞的程序性死亡過程，并且發現了*個調節這個細胞死亡的基因。

    美國威斯康辛國家靈長類研究中心的科學家托馬斯·茲瓦卡近來在研究胚胎干細胞時發現：胚胎干細胞中大量存在caspase酶，這是一類從內部破壞細胞的蛋白質。他們的存在通常被認為是細胞編程性死亡存在的標志。按照通常的理論，在細胞中發現這些“死亡”物質，應該意味著這些細胞已經或者即將死亡了。但是，他在實際研究中發現，真正死掉的干細胞并沒有幾個，大多數干細胞仍然很好地存活著。茲瓦卡推測，胚胎干細胞的自我更新過程可能從細胞死亡過程進化而來，兩個過程的某些部分可能相同。這一現象可能迫使許多研究人員重新檢驗自己的工作。

四、展望：

    細胞不斷的進行著衰老和死亡的過程，通過之一機制消除著受損和多余的細胞，保持了有機體細胞數量的相對穩定的增長，一部分細胞衰老死亡而其功能又活性更強的新生細胞代替，一定程度上增強了有機體的活性。近十幾年來，細胞編程性死亡的研究受到了更多的重視并取得了許多進展，就植物而言，通過細胞的編程性死亡可以保證器官發育、可產生出執行重要功能的死細胞。在我看來，研究細胞的衰老和死亡機理（尤其是細胞編程性死亡）也許可以幫助人們研究出藥物，促使進入人體或植株的細菌在自身基因的調控下因為發生編程性死亡而無法作用于有機體，從而降低病害的可能性；也許也可能在研究衰老死亡的機理上找到體細胞與癌細胞的不同從而找到控制癌細胞大量增殖的方法，發現防治腫瘤的治療方法；也可能通過破壞細胞控制死亡的基因使分泌或產生對人類有用物質的細胞脫離細胞衰老死亡的軌道為人類產生更多的有用物質。