细胞凋亡的定义

 

 

 

 

细胞凋亡又称为细胞程序性死亡，是细胞在特定生理或病理条件下，主动启动的一种自杀式死亡过程。与细胞坏死不同，细胞凋亡是一个高度有序、受基因调控的细胞自我消亡过程。

它就像一场生命的优雅谢幕，既避免了坏死带来的炎症反应，又确保了细胞组织的正常更替。

 

 

 

 

细胞凋亡的主要过程

 

 

 

 

细胞凋亡一般包括3个阶段：

1

 

定型阶段

 

靶细胞接到死亡指令，开始程序死亡。

 

2

 

实施阶段

 

细胞内出现了一系列的形态和生化变化。

• 早期凋亡：细胞膜结构发生改变，磷脂酰丝氨酸外翻。

• 早中期凋亡：细胞质密度增加，线粒体膜电位消失，通透性改变，释放细胞色素c。

• 中晚期凋亡：细胞凋亡的信号转导。

• 晚期凋亡：DNA降解为180-200bp片断。

 

3

 

吞噬阶段

 

凋亡小体被周围的吞噬细胞消化吞噬，凋亡完成。

 

 

 

 

 

细胞凋亡的特点

 

 

 

 

①染色质聚集、分块、位于核膜上，胞质凝缩，最后核断裂，细胞通过出芽的方式形成许多凋亡小体；

②凋亡小体内有结构完整的细胞器，还有凝缩的染色体，可被邻近细胞吞噬消化，因始终有膜封闭，没有内溶物释放，故不会引起炎症；

③凋亡细胞中仍需要合成一些蛋白质；

④核酸内切酶活化，导致染色质DNA在核小体连接部位断裂，形成约180-200bp整数倍的核酸片段，凝胶电泳图谱呈梯状；

⑤凋亡通常是生理性变化

 

 

 

 

细胞凋亡的检测

 

 

 

 

为了研究和检测细胞凋亡，科学家们发展出了多种方法。各种细胞凋亡检测方法各有优劣，适用于不同的研究场景。因此，在选择检测方法时，需要根据实验目的、样本类型以及实验条件进行综合考虑。

1

基于细胞形态学的方法

①电子显微镜检测：电镜形态学观察是迄今为止判断凋亡最经典、最可靠的方法，被认为是确定细胞凋亡的金标准。

图 BBR 和 DDP 诱导下 OVCAR3 细胞的凋亡形态

②细胞核染色检测：细胞凋亡时，细胞膜通透性增强，染色质发生固缩，故经 DAPI、Hoechst 系列等荧光染料染色后可快速检测细胞凋亡。

图 PC-3 细胞凋亡过程中核染色质的形态学变化

 

 

2

基于生物学功能的方法

①线粒体膜电位的检测：线粒体膜电位的下降被认为是细胞凋亡过程中最早发生的生物学变化。一旦线粒体膜电位被破坏，细胞凋亡将不可逆转。

目前常用一些亲脂性阳离子染料如 JC-1(BTK037、BTK038)检测线粒体膜电位的变化：

• 线粒体膜电位较高时，JC-1 在基质中汇聚形成聚合物，可以产生红色荧光 (Ex/Em=585/590nm)；

• 线粒体膜电位较低时，JC-1 不能聚集在线粒体基质中，以单体形式存在产生绿色荧光 (Ex/Em=510/527nm)。

图JC-1法检测 KRA-533 刺激下

不同细胞的线粒体膜电位变化

②细胞膜表面磷脂酰丝氨酸 (PS) 的检测：在正常细胞中，磷脂酰丝氨酸 (PS) 位于细胞膜内侧；细胞凋亡早期，PS 会外翻到细胞膜外侧。

Annexin V (膜联蛋白 V) 是一种 Ca²⁺ 依赖性磷脂结合蛋白，可与 PS 特异性结合，因此 Annexin V 常作为检测细胞早期凋亡的灵敏指标之一。

Annexin V 经 FITC 标记后可发绿色荧光。碘化丙啶 (Propidium Iodide, PI) 染色液是一种不能穿透细胞膜的红色荧光染料，可对凋亡晚期细胞及坏死细胞染色。经 Annexin V-FITC 和 PI 联合染色后，正常细胞基本无荧光 (Annexin V^-/PI^-)，早期凋亡细胞呈绿色荧光 (Annexin V⁺/PI^-)，晚期凋亡细胞及坏死细胞则呈绿色和红色荧光 (Annexin V⁺/PI⁺)。

图不同浓度臭椿酮诱导 A375 细胞的凋亡情况

 

 

3

基于生化标记的方法

①凋亡分子标记检测：Caspase (cysteinyl-aspartic acid proteases) 蛋白家族在介导细胞凋亡过程中具有重要的作用。

可用贝茵莱Caspase 3活性检测试剂盒 (货号：BTK073)、Caspase 1活性检测试剂盒 (货号BTK072)检测其活性。

②DNA 片段原位检测 (TUNEL 法)：细胞凋亡时，相关 DNA 内切酶被激活，进而切断核小体间的基因组 DNA，产生 180-200 bp 的 DNA ladder，暴露的 3’-OH 在末端脱氧核苷酸转移酶 (Terminal Deoxynucleotidyl Transferase, TdT) 的催化下加上特异荧光探针标记的 dUTP，借助荧光显微镜或流式细胞仪即可检测细胞凋亡的发生。

图TUNEL 法检测苦参碱刺激下 HepG2 细胞凋亡情况

 

 

文献参考：

Berberine in combination with cisplatin induces necroptosis and apoptosis in ovarian cancer cells；

Stem Extract from Momordica cochinchinensis Induces Apoptosis in Chemoresistant Human Prostate Cancer Cells (PC-3)；

Small Molecule KRAS Agonist for Mutant KRAS Cancer Therapy；

Ailanthone Induces Cell Cycle Arrest and Apoptosis in Melanoma B16 and A375 Cells；

ZnO Nanoparticles Induced Caspase-Dependent Apoptosis in Gingival Squamous Cell Carcinoma through Mitochondrial Dysfunction and p70S6K Signaling Pathway；

Effect of Momordica charantia protein on proliferation, apoptosis and the； AKT signal transduction pathway in the human endometrial carcinoma Ishikawa H cell line in vitro；

Matrine promotes liver cancer cell apoptosis by inhibiting mitophagy and PINK1/Parkin pathways. Cell Stress Chaperones。

 

 

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