简述细胞检测：细胞周期，增殖和死亡

一、细胞周期和增殖

        细胞周期是真核细胞复制和分裂的过程。细胞周期由两个特定、独特的阶段组成：（1）间期： 由G1期（Gap 1），S期（合成），和G2期（Gap 2）组成;（2）有丝分裂期：M期（有丝分裂）。在间期，细胞生长（G1 期），累积复制必需的的能量，复制细胞DNA（S 期），并准备分裂（G2 期）. 在这时间点上，细胞进入M期，其被分成两个严格调控的阶段：有丝分裂和胞质分裂。在有丝分裂，亲本细胞的染色体被分到两个姐妹细胞。在胞质分裂，细胞质分裂发生，导致两个特异子细胞的形成。细胞周期的每个阶段都是被严格调控的，检查点的存在是为了检测潜在的DNA损伤，并允许在细胞分裂前修复。如果损伤不能修复，细胞则会凋亡。细胞也能可逆地停止分裂并暂时进入静止或衰老状态—G0期。第一检查点是在G1期的末端，决定细胞是进入S期并分裂，还是延迟分裂，还是进入G0期。第二检查点在G2期的末端，如果细胞具备所有必需原件，则触发有丝分裂。

细胞周期示意图

 

1.细胞增殖和活力的复杂性

       目前，有许多方法和试剂盒用于测量细胞增殖，线粒体功能的许多方面，也可以剪接地测量细胞活力。然而，实验的过度分析，信息的不正确解读，这些在已发表文献越来越频繁出现。在细胞增殖实验中，输出应该给你一个直接和准确的测量值，即细胞群体中积极分裂的细胞数，无论是培养中的细胞还是组织。与此相反，细胞活力测定实验是设计来指示细胞群体中“健康”细胞的数量，通常使用新陈代谢活跃细胞的特殊指示剂，经常与线粒体功能有关。与增殖实验不同，使用的测量值不会区分静止/衰老与积极分裂的细胞。

 

2.增殖实验注意事项

       直接或间接地测量DNA合成的实验，本质上是细胞周期的敏感阶段。根据实验结果，有可能需要同步化细胞，无论是通过血清剥夺使其积累在G1期（这也影响细胞活力）还是化学抑制DNA合成阻断在S期，都需要胸腺嘧啶，阿糖胞苷胞嘧啶，羟基脲或氨基蝶呤

 

 

二、细胞凋亡

        因为细胞凋亡是程序性细胞死亡途径，它是由许多有序，连续的步骤严格调控。例如，起始子caspase-8或-9的激活需要先激活效应子caspases-3 和 -7，这过程先于DNA断裂。这意味着你实验中的时间是至关重要的，并且通常需要许多时间点的测试，以有意义的方式观测合适的改变。总体而言，下文讨论的凋亡性细胞死亡的许多方面都可以评估。

细胞的物理变化

        凋亡的特征在于一些特定的细胞变化，包括细胞核和细胞质浓缩和碎裂，质膜泡和形成凋亡小体。虽然不能准确量化的，这些变化可以通过光学显微镜在基础水平下显微可视，并可用电子显微镜或时间推移显微镜在一个更基础的水平下可视。

 

1．细胞死亡机制

        程序性细胞死亡在生物细胞和系统的维护中具有重要作用。虽然以下介绍的概述简略且简化，但是有几篇优秀的综述详细阐述了这些通路和通路的复杂性. 程序性细胞死亡的“经典”方式，细胞凋亡，其特征是通过激活抑制子和效应物caspases，形成细胞皱缩，染色质压缩，膜出泡，线粒体完整性丧失和DNA片段化。它是一个严格调控和控制的主动过程，最终导致细胞分解，同时避免炎症反应。一旦分解，细胞碎片（凋亡小体）被运送到吞噬体。凋亡可以分成外源性（细胞表面受体的活化，例如肿瘤坏死因子α，其导致caspase -8的活化） 和内源性，这可以通过caspase-9的激活来区分。细胞凋亡的许多方面在线粒体中被几个家庭蛋白调节，包括SMACs（小线粒体来源的caspases的激活子），IAPs（凋亡蛋白抑制物），以及Bcl-2家族，以及膜的极性和完整性。

        坏死是与急性细胞应激相关的细胞死亡的一种方式，可以由毒素，感染或损伤引起。不像细胞凋亡，该过程是不可逆的，并且对细胞和机体总是有害的。细胞坏死期间，细胞表面受体的激活导致细胞质膜完整性丧失，凋亡蛋白不受控制地释放到细胞。这导致炎症反应广泛激活，阻止吞噬体去除死细胞，并导致坏死组织堆积。然而，细胞凋亡和坏死的成因和影响的区别是复杂的，有报道表明病原体导致的细胞死亡（称作坏死）。

        除了坏死和凋亡，程序性细胞死亡还有其他更特异的方式。失巢凋亡（Anoikis）是程序性细胞死亡的一种方式，其与细胞外基质的细胞分离有关。细胞焦亡（Pyroptosis）是一种促炎方式的细胞死亡，其与微生物感染有关，而且是唯一与caspase-1激活有关的细胞死亡方式。

 

2.测定细胞凋亡和其他形式的细胞死亡

        评估细胞死亡已成为生物研究必不可少的一个组成部分，新技术以很快的速度在更新。虽然判断细胞死亡经典形式是细胞凋亡，也有额外的细胞死亡途径需要考虑，包括坏死，失巢凋亡和细胞焦亡。因此，你试图回答的以下问题，疾病，组织，细胞系或细胞死亡的诱因，都是最终实验设计的重要组成部分。然而，在即将死亡细胞中发生的过程是极其复杂的，涉及死亡途径交叉，所以区分不同途径经常不是直接的。

Caspase结构