程序性細(xì)胞死亡與發(fā)育生物學(xué)

1、程序性細(xì)胞死亡與發(fā)育生物學(xué)分子生物學(xué)發(fā)展到今日，研究方向逐漸聚集于發(fā)育生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)3個(gè)領(lǐng)域。發(fā)育生物學(xué)是一門飛速發(fā)展的學(xué)科，現(xiàn)已席卷整個(gè)生命科學(xué)領(lǐng)域。當(dāng)今，關(guān)于發(fā)育生物學(xué)機(jī)制的研究正在運(yùn)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)手段進(jìn)行探索，進(jìn)行對(duì)生命現(xiàn)象在本質(zhì)上的探討與機(jī)制的闡明，這樣，為生命科學(xué)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究提供了分子水平的分析。 早在l9世紀(jì)，發(fā)育生物學(xué)者就觀察到胚胎發(fā)育過程中，在胚體特定部位的特定細(xì)胞群體會(huì)在某一特定時(shí)間死亡，如進(jìn)化中退化器官的消失；肢體 (指 、趾 )復(fù)雜形態(tài)結(jié)掏的形成；性別分化等發(fā)生細(xì)胞有序死亡的過程。如果這一過程受阻，個(gè)體正常形態(tài)就難以形成或出現(xiàn)畸形。通過多年來生

2、物化學(xué)、分子生物學(xué)研究，現(xiàn)已明確，細(xì)胞死亡的調(diào)節(jié)和細(xì)胞分裂的調(diào)節(jié)一樣重要。多細(xì)胞生物的體內(nèi)平衡不僅取決于細(xì)胞分裂，而且也受細(xì)胞死亡的影響，這是通過一個(gè)進(jìn)化上保守的細(xì)胞自殺程序發(fā)生的生理過程。 1 程序性細(xì)胞死亡 (programmed cell deathPCD) 1972年，Kerr、wynie及Gurric等觀察到機(jī)體在正常生理狀態(tài)下的細(xì)胞形態(tài)學(xué)改變，首先提出程序性細(xì)胞死亡的概念。程序性細(xì)胞死亡這一特殊的細(xì)胞死亡類型是近些年來才引起科學(xué)界重視，是動(dòng)物體以一種與細(xì)胞有絲分裂相反方式來調(diào)節(jié)細(xì)胞群體在維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定的重要機(jī)制，它是一系列基因激活、表達(dá)及調(diào)節(jié)控制下的機(jī)體細(xì)胞有序死亡的過程。

3、現(xiàn)已確認(rèn)，無論是胚胎發(fā)育或是胚后發(fā)育，機(jī)體無時(shí)無刻不存在程序性細(xì)胞死亡的過程。 程序性細(xì)胞死亡是一種特殊的、積極主動(dòng)的生理過程，具有一定程序性，它的正常進(jìn)行對(duì)維持動(dòng)物體的正常發(fā)育，器官的正常形成，細(xì)胞與組織的正常功能維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，免疫系統(tǒng)的正常功能以及預(yù)防惡性腫瘤的發(fā)生均具有重要意義。正常生命個(gè)體的許多組織、器官中，正常的細(xì)胞死亡 (如組織細(xì)胞更新)是經(jīng)常發(fā)生的，它與經(jīng)典的細(xì)胞壞死 (cell necrosis)有本質(zhì)的區(qū)別。 1.1. 細(xì)胞壞死的細(xì)胞生物學(xué)特征細(xì)胞壞死或意外性細(xì)胞死亡(accidental cell death)是由某種外界因素的作用，如局部貧血、高熱、物理或化學(xué)損傷以

4、及生物侵襲等造成的急性死亡。細(xì)胞壞死呈成群細(xì)胞死亡，在病理組織學(xué)上，首先表現(xiàn)細(xì)胞膜通透性增加，細(xì)胞外形發(fā)生不規(guī)則變化，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張，核腫脹，染色質(zhì)不規(guī)則移位且稀疏呈網(wǎng)狀，進(jìn)而出現(xiàn)線粒體腫脹、染色質(zhì)固縮 。最后，細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞質(zhì)外溢，細(xì)胞溶解。在壞死細(xì)胞周圍常有炎癥反應(yīng)。1.2. 程序性細(xì)胞死亡的細(xì)胞生物學(xué)特征 曾有不少文獻(xiàn)稱，程序性細(xì)胞死亡即細(xì)胞捅亡(cell apoptosis)。凋亡一詞源自希臘ap0(脫離)和ptosis(下降)組合而成，指樹枝或花自然凋落現(xiàn)象。一般情況下，程序性細(xì)胞死亡與細(xì)胞凋亡有同等含義，可以通用，但二者又是不完全相同的概念，可歸納如下：程序性細(xì)胞死亡是一種功能性概念

5、，描述在多細(xì)胞動(dòng)物體中，某些細(xì)胞死亡是個(gè)體發(fā)育過程中預(yù)定的，并受嚴(yán)格程序控制的正常組成部分；而細(xì)胞捅亡則是形態(tài)學(xué)概念，描述具有一整套形態(tài)學(xué)特征，它與壞死完全不同的細(xì)胞死亡形式。程序性細(xì)胞死亡僅存在于發(fā)育細(xì)胞，而細(xì)胞凋亡既存在于發(fā)育細(xì)胞，也存在于成體細(xì)胞，如腫瘤細(xì)胞等。程序性細(xì)胞死亡可能最后歸結(jié)于細(xì)胞凋亡，但細(xì)胞凋亡并不一定包括程序化。多種刺激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，有些是受程序性控制，而有的是對(duì)周圍環(huán)境變化所發(fā)生的反應(yīng)，如細(xì)胞毒藥物誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡則明顯是非程序性過程，因?yàn)樗恍枰獑?dòng)基因或合成物質(zhì)。究竟二者細(xì)胞死亡啟動(dòng)信號(hào)是否相同，具體死亡步驟是否一致，與細(xì)胞本身特性是否有關(guān)仍需進(jìn)行大量研究。2. 癌

6、基因與發(fā)育生物學(xué) 早在19世紀(jì)，就有人注意到惡性腫瘤的遺傳傾向。隨著分子生物學(xué)發(fā)展，從20 世紀(jì)60年代開始在DNA水平研究癌變的機(jī)制。癌基因(oncogene,ONC)的發(fā)現(xiàn)是近些年來生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的重大進(jìn)展，并獲1989年度諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)，一直是細(xì)胞分子生物學(xué)和腫瘤學(xué)的研究熱點(diǎn)。癌基因之所以能從狹小的腫瘤領(lǐng)域擴(kuò)展進(jìn)入發(fā)育生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)和免疫學(xué)的主要原因之一是其在細(xì)胞信息傳遞中發(fā)揮著重要作用。 2.1. 癌基因、細(xì)胞癌基因、原癌基因與抑癌基因的概念 癌基因，開始時(shí)是作為疾病攜帶的基因能引起靶細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，在腫瘤中分離并鑒定、且與腫瘤的生長(zhǎng)、分化、調(diào)控存在極其密切關(guān)系而得名。癌基因的本質(zhì)

7、是指一段具有促使細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化 (malignant transformation)的DNA棱苷酸序列，若缺少這一片段DNA棱苷酸序列就喪失致癌能力。 就現(xiàn)有的知識(shí)，對(duì)癌基因可作如下的概述：癌基因是一類以原癌基因（preoncogene)形式存在于正常細(xì)胞中，在進(jìn)化上高度保守，是維持細(xì)胞正常生命活動(dòng)所必需的。從進(jìn)化觀點(diǎn)看，可以說，最早的原癌基因是從6億年前，人與果蠅的共同祖先時(shí)代就已形成，在漫 長(zhǎng)的用進(jìn)廢退自然選擇中，這些原癌基因原封不動(dòng)地保存到今日。脊推動(dòng)物的許多癌基因，在進(jìn)化上都表現(xiàn)其高度保守性 。 隨著研究深入，發(fā)現(xiàn)在正常條件下，原癌基因是細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖、個(gè)體發(fā)育所必需的，如哺乳動(dòng)物胚胎期

8、間，某些胚胎細(xì)胞的原癌基因非?；钴S，從受精卵分裂增殖，直至胎兒形成的發(fā)育進(jìn)程中，細(xì)胞分裂增殖的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過惡性腫熘細(xì)胞的分裂速度。為了區(qū)別細(xì)胞癌基因和原癌基因，科學(xué)家將正常細(xì)胞中以非激活形式存在的細(xì)胞癌基固稱原癌基因，將已被激活的原癌基因稱細(xì)胞癌基因。按照癌基因的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)物的功能以及在細(xì)胞內(nèi)的位置，可分為酪氨酸激酶類、生長(zhǎng)因子類、核內(nèi)蛋 白類等。 目前，已發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞原癌基因已有100多種，其中約有半數(shù)既存在于逆轉(zhuǎn)錄病毒，也存在于細(xì)胞基因組中；另有半數(shù)只存在于細(xì)胞基因組中，癌基因通常以3個(gè)斜體小寫英文字母命名，細(xì)胞癌基因在其名稱前標(biāo)以小寫 c(cellular)，如 cmyc基因；病毒癌基因則在

9、其名稱前標(biāo)以小寫v(virus)。 與癌基因發(fā)現(xiàn)的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)在正常細(xì)胞中存在一類能抑制正常細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化和腫瘤發(fā)生的基因，稱抑癌基因(lurnor suppresser gene) 或抗癌基因 (antioncogene)，此種基因丟失或失活都可導(dǎo)致正常細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化和腫瘤發(fā)生。60年代末，已有實(shí)驗(yàn)證明，正常細(xì)胞與癌細(xì)胞在體外培養(yǎng)條件下融合，其雜交細(xì)胞的致癌性降低或消失，究其機(jī)理，可能是 由于正常細(xì)胞中存在阻抑癌變的基因。抑癌基因在維持基因穩(wěn)定誘導(dǎo)程序性細(xì)胞死亡，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)，抑制蛋白酶活性等有重要作用。癌基因與抑癌基因的種類很多，已知，癌基因約有百來種，而抑癌基因當(dāng)前只有l(wèi)0多種被發(fā)現(xiàn)，推

10、論二者的數(shù)量可能相當(dāng)，它與程序性細(xì)胞死亡的關(guān)系千變?nèi)f化，二者功能大相逕庭。 2.2. 與發(fā)育有關(guān)的細(xì)胞癌基因及其功能 如上所述細(xì)胞癌基因是正常細(xì)胞的固有基因成份，同時(shí)具高度進(jìn)化保守性，因此，必定有其重要生理功能。隨著對(duì)癌基因產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、功能及其在細(xì)胞中定位等問題的深入了解，越來越清楚認(rèn)識(shí)到原癌基因在維持生長(zhǎng)、繁殖、分化和發(fā)育等基本生命活動(dòng)中起著關(guān)鍵性作用，但其機(jī)制尚不清楚。在已報(bào)道的百來種癌基因中，已發(fā)現(xiàn)有20多種與動(dòng)物個(gè)體發(fā)育有關(guān)。隨著對(duì)癌基因研究的不斷進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)與發(fā)育有關(guān)的癌基因越來越多，雖然有相當(dāng)一部分還不明確其信息傳遞、基因調(diào)控中的具體功能，但在應(yīng)用免疫組化用標(biāo)記的特異性抗體 (抗原)

11、對(duì)組織細(xì)胞內(nèi)抗原(抗體)的分布進(jìn)行定位，在組織原位顯示抗原 (抗體 )的技術(shù)；原位雜交 (一種核酸雜交技術(shù)，可用來測(cè)定基因或特定核苷酸序列在核酸分子的所在部位，檢測(cè)重組體DNA)；核酸雜交（指來源不同的單鏈DNA或單鏈RNA，通過堿基配對(duì)形成異質(zhì)雙鏈核酸分子的過程，包括DNA與DNA、DNA與RNA、RN與RNA之間的雜交 )；基因定點(diǎn)突變 (即基因突變，指基因內(nèi)一個(gè)或多個(gè)位點(diǎn)上的堿基替換或由于堿基的摻入或缺失造成移碼所導(dǎo)致的突變)和轉(zhuǎn)基因動(dòng)物(基因組中含有外源基因的動(dòng)物)等方法已揭示出這些基因在胚胎發(fā)育中定點(diǎn)、定時(shí)的表達(dá)，表明其對(duì)胚胎正常發(fā)育的重要作用，但許多細(xì)節(jié)有待進(jìn)一步研究。細(xì)胞周期 (

12、cell cycle)是細(xì)胞周而復(fù)始的分裂過程。真核細(xì)胞的細(xì)胞周期包括G1期 (合成前期)、S期(合成期 )、G2期(合成后期)和M期(有絲分裂期 )。每個(gè)細(xì)胞期都有其特殊功能，各細(xì)胞期之間都有轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這種細(xì)胞周期性的反復(fù)進(jìn)行說明它是受控制的過程。細(xì)胞周期的有序運(yùn)行是細(xì)胞增殖過程的主要保證，這種有序運(yùn)行是受一系細(xì)胞分裂周期基因(cell division cyelegene，coc)順序表達(dá)的調(diào)控。 各種細(xì)胞因子如生長(zhǎng)因子、控制因子、分化因子相互協(xié)調(diào)并影響細(xì)胞周期的進(jìn)行。 目前，已發(fā)現(xiàn)和證實(shí)了許多具有調(diào)節(jié)發(fā)育途徑的相關(guān)基因，它們能確實(shí)引導(dǎo)細(xì)胞及其子代細(xì)胞進(jìn)入特異性分化傳導(dǎo)途徑。某些癌基因可直接

13、表達(dá)生長(zhǎng)因子樣活性物質(zhì)，許多生長(zhǎng) 因子可促進(jìn)一些癌基因的表達(dá)。某些癌基因位于細(xì)胞核內(nèi)，其表達(dá)產(chǎn)物是一類DNA結(jié)合蛋 白，在不分裂的靜止細(xì)胞中，這些癌基因不表達(dá)或表達(dá)很低，而在細(xì)胞增殖信號(hào)作用下，其表達(dá)明顯異高。雖然對(duì)發(fā)育過程中的癌基因蛋白進(jìn)行了一系列研究，但目前還沒有系統(tǒng)的結(jié)論和解釋，還有許多癌基因的功能還不是很清楚的。應(yīng)該知道，不論是胚胎組織或成體組織，細(xì)胞癌基因的表達(dá)均呈現(xiàn)嚴(yán)格的細(xì)胞類型和時(shí)相特異性，目前，對(duì)其了解也很少，故是當(dāng)前重大究課題之一。3. 發(fā)育生物學(xué)與程序性細(xì)胞死亡 發(fā)育生物學(xué)最主要目的是闡明生命現(xiàn)象本質(zhì)遺傳和發(fā)育是個(gè)體發(fā)育過程的兩個(gè)方面，直至19世紀(jì)末，二者常常沒有明確的界定

14、。遺傳和發(fā)育畢竟是有所差異，由于著眼點(diǎn)和思路有所分歧，從而各自發(fā)展出一套研究方法。發(fā)育過程中由于是在一定時(shí)間，按一定模式，“循序而進(jìn)”的變化，即使在離體條件下也不例外，因此，就存在“程序”問題，這既有發(fā)育問題，也有遺傳問題?？梢哉f，發(fā)育的研究進(jìn)入遺傳領(lǐng)域，是從性狀發(fā)育到基因的調(diào)控，來了 解整個(gè)胚胎發(fā)育過程中的程序控制。這種發(fā)育過程的時(shí)間、空間程序，取決于基因括動(dòng)在時(shí)間和空間的調(diào)控。因此，遺傳和發(fā)育既是事物發(fā)展的兩個(gè)方面，就應(yīng)聯(lián)系起來；可以說，沒有遺傳就沒有發(fā)育，沒有發(fā)育也無所謂遺傳。因此，分道揚(yáng)鑣已久的遺傳和發(fā)育的研究呈現(xiàn)分久必合的趨勢(shì)，只有這樣才能較全面地看問題。 早期胚胎學(xué)偏重于胚胎結(jié)構(gòu)和

15、發(fā)育形態(tài)的描述20世紀(jì)50年代開始逐步進(jìn)入發(fā)育分子生物學(xué)時(shí)期，已對(duì)胚胎發(fā)育中的基因調(diào)控和細(xì)胞分化機(jī)理進(jìn)行研究。 細(xì)胞基因功能已被認(rèn)識(shí)，生物化學(xué)家研究基因與蛋白質(zhì)間的聯(lián)系及細(xì)胞代謝過程中酶的作用；電鏡、同位素和分子雜交等技術(shù)的的廣泛應(yīng)用，使發(fā)育生物學(xué)從敘述性胚胎學(xué)進(jìn)入發(fā)育分子體系中重要組成部分。 發(fā)育生物學(xué)是程序性細(xì)胞死亡主要材料來源，同時(shí)，程序性細(xì)胞死亡叉為發(fā)育生物學(xué)開辟了新的研究領(lǐng)域。 發(fā)育是一系列相互作用過程，又是復(fù)雜性不斷增加的一系列過程，胚胎學(xué)與生物化學(xué)結(jié)合起來、使人們對(duì)發(fā)育現(xiàn)象有了更深入的認(rèn)識(shí)，從而使DNA、RNA、蛋白質(zhì)、酶等成為胚胎發(fā)育研究的中心課題。實(shí)驗(yàn)證明在整個(gè)發(fā)育過程的不同

16、時(shí)期和胚胎的不同部分形成了各種蛋白質(zhì)和各種酶，在各個(gè)發(fā)育階段都有新的蛋白質(zhì)和新的酶合成。 由于分子生物掌的滲入，使我們認(rèn)識(shí)到，不論是低等真核生物或是高等生物，各個(gè)發(fā)育階段的形態(tài)發(fā)生均有準(zhǔn)確的時(shí)聞、空間結(jié)構(gòu)排列和發(fā)育間期，其過程都受基因組中的DNA 調(diào)控，并且按照特定的時(shí)間和空間程序（temperal and special sequence）依次表達(dá)，從而認(rèn)識(shí)形態(tài)發(fā)生的空間結(jié)構(gòu)、所需時(shí)間和間期在各類細(xì)胞具有其特殊模式過程的實(shí)質(zhì)?，F(xiàn)已確認(rèn)，除少數(shù)例外，在胚胎發(fā)育過程中，有絲分裂把DNA均等分配到子代細(xì)胞中，幾乎所有的新生細(xì)胞都接受了完整的基因組信息。最初的胚胎細(xì)胞具基因等階性（genomic e

17、quivalence），即每一個(gè)細(xì)胞均有相同的基因組，并具有發(fā)育成任何類型細(xì)胞的潛能。隨著發(fā)育進(jìn)程，雖然每一個(gè)細(xì)胞均含有一套完整遺傳指令，但在每一特定類型的細(xì)胞只使用其中一小部分遺傳信息，每一類型細(xì)胞只表達(dá)一套特異蛋白質(zhì)。不同細(xì)胞類型，表達(dá)不同基因?；蚪M的哪些部分將被使用，哪些部分不使用，是在細(xì)胞決定（determination）時(shí)將特殊的“使命”賦于細(xì)胞并進(jìn)入順序性分化過程。生物代代相傳，雄性生殖細(xì)胞中的遺傳信息（核內(nèi)DNA及胞質(zhì)DNA）和雌性卵細(xì)胞攜帶信息（母體信息，胞質(zhì)決定）賦于有機(jī)體自我復(fù)制能力，按照相同時(shí)間和空間順序構(gòu)建世代相同的結(jié)構(gòu)和模式。3.1. 胚胎發(fā)育進(jìn)程中的細(xì)胞死亡和無用

18、組織的消失 從低等到高等動(dòng)物的發(fā)育都存在程序性細(xì)胞死亡現(xiàn)象，它對(duì)胚胎發(fā)育起到重要調(diào)節(jié)作用，具有廣泛意義的生物學(xué)現(xiàn)象。在畜禽胚胎發(fā)生、發(fā)育和成熟過程中，細(xì)胞的生長(zhǎng)和死亡交替發(fā)生，無時(shí)無刻不存在程序性細(xì)胞死亡過程，使體內(nèi)細(xì)胞的增殖和死亡處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。個(gè)體發(fā)育過程中，細(xì)胞死亡不是任意的，組織消失過程是有選擇性的。預(yù)定死亡的細(xì)胞在特定部位、特定時(shí)間退化，而整個(gè)胚體仍然保持活力并繼續(xù)生長(zhǎng)發(fā)育，因此，必然是整個(gè)發(fā)育程序中精確調(diào)控的一部分。發(fā)生程序性死亡的細(xì)胞，部分是進(jìn)化過程中退化的細(xì)胞、組織或器官；部分是胚胎發(fā)育某一特定階段發(fā)揮作用的細(xì)胞群。在個(gè)體發(fā)育過程中，胚胎組織所產(chǎn)生過量細(xì)胞的大部分都將死亡，只

19、有一部分存留下來形成成熟的組織，因此，胚期的細(xì)胞死亡和無用組織的消失是構(gòu)成胚體正常形態(tài)、結(jié)構(gòu)所不可缺少的。胚體外形輪廓的形成也是由局部細(xì)胞有選擇性地死亡才能成形，目前，對(duì)這一問題的機(jī)制雖有所了解 ，但真正的機(jī)制還不清楚。近年來研究發(fā)現(xiàn)，小鼠胚胎著床前 （即從一個(gè)受精卵到囊胚期的卵裂過程）的發(fā)育階段也有程序性細(xì)胞死亡發(fā)生，即在卵裂的同時(shí)，也有細(xì)胞碎片形成，而且細(xì)胞碎片的多少則是判斷胚胎質(zhì)量?jī)?yōu)劣的一個(gè)重要標(biāo)志。本文提供部分的實(shí)例供參考。3.1.1. 線 蟲 發(fā) 育 中 的 程 序 性 細(xì) 胞 死 亡 ： 線 蟲（Nenlaiode）由于其解剖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、身體透明、遺傳操作容易，特別是其每一個(gè)體或繁殖

20、每一代細(xì)胞譜系的高度精確性，已成為發(fā)育生物學(xué)研究的模式動(dòng)物。對(duì)線蟲發(fā)育的基因調(diào)控較為清楚，是研究真核生物發(fā)育遺傳學(xué)，細(xì)胞生物學(xué)，神經(jīng)生物學(xué)的一個(gè)好材料。圖3 線蟲 雌雄同體、胎生線蟲的形態(tài)。生殖腺有兩個(gè)臂，每條臂含有卵子和精子，精卵都儲(chǔ)存在受精巢內(nèi)。胚胎在子宮的最后部位發(fā)生。 線蟲生命周期很短（3.5d），胚胎發(fā)生持續(xù)期約12h（在25）或18h（16）。線蟲通常是兩性的，既能產(chǎn)卵，又能產(chǎn)生精子。線蟲體細(xì)胞數(shù)目有限，在胚胎期有1090個(gè)體細(xì)胞，到成蟲時(shí)只有959個(gè)體細(xì)胞組成，說明，有131個(gè)體細(xì)胞在發(fā)育過程中發(fā)生程序性細(xì)胞死亡。神經(jīng)系統(tǒng)由302個(gè)神經(jīng)細(xì)胞組成，這些細(xì)胞來自407個(gè)前體細(xì)胞，推測(cè)

21、前體細(xì)胞有105個(gè)細(xì)胞發(fā)生程序性死亡。線蟲在發(fā)育過程中，哪些注定要死亡的細(xì)胞十分確定，因此，就為程序性細(xì)胞死亡研究提供了許多方便。線蟲發(fā)育過程中的程序性細(xì)胞死亡是一種重要的生物學(xué)觀察，具有復(fù)雜的生物學(xué)機(jī)制及意義。線蟲細(xì)胞在胚胎發(fā)育和胚后發(fā)育期存在兩種細(xì)胞死亡類型，即程序性細(xì)胞死亡和病理性細(xì)胞死亡，對(duì)其深入研究，有利于程序性細(xì)胞死亡分子機(jī)制的深入認(rèn)識(shí)，和促進(jìn)人體與高等動(dòng)物體細(xì)胞程序性死亡的研究和探索。3.1.2. 脊椎動(dòng)物胚期泌尿器官發(fā)育與程序性細(xì)胞死亡：哺乳動(dòng)物和其它高等脊椎動(dòng)物在胚胎發(fā)育階段，泌尿器官和生殖器官均起源于中胚層，二個(gè)系統(tǒng)均明顯出現(xiàn)暫時(shí)性生存的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)在成體已消失，但它反映

22、了動(dòng)物進(jìn)化歷史的過程。高等動(dòng)物成體階段結(jié)構(gòu)常在胚胎發(fā)育較晚階段出現(xiàn)，而那些早期出現(xiàn)的，較原始的，而且最終將消失的器官、組織，在它們消失前，常對(duì)進(jìn)化較高級(jí)器官的形成起著重要的作用。 脊椎動(dòng)物泌尿器官起源于體節(jié)旁側(cè)的間介中胚層，由它陸續(xù)發(fā)生前腎中腎后腎的分化過程。腎的3個(gè)發(fā)育過程有順序誘導(dǎo)作用，即前腎誘導(dǎo)中腎形成，中腎又誘導(dǎo)后腎形成，并且各組成細(xì)胞之間又有相互誘導(dǎo)作用。前腎是原始的腎，在脊椎動(dòng)物發(fā)育中很早發(fā)生，但除原始魚類外，在所有脊椎動(dòng)物體內(nèi)都己退化。雖然，前腎在發(fā)育過程中非常早退化，但它的管道系統(tǒng)卻保留下來，對(duì)中腎、后腎及生殖系統(tǒng)的發(fā)育起著主要誘導(dǎo)作用。前腎發(fā)生時(shí)，前腎管從前腎向后生長(zhǎng)，直通肛

23、門前的消化管。中腎從未分化的生腎組織發(fā)生，它受前腎管的誘導(dǎo)向中腎方向分化，中腎的腎小管與中腎管相通，至此，前腎管改稱為中腎管。在發(fā)育時(shí)，如果前腎管被破壞，則從破壞處后段就沒有中腎的分化。后腎是成體終生腎，它的形成依賴中腎管。在中腎管后端產(chǎn)生輸尿管芽，它朝生腎組織的前方生長(zhǎng)，形成后腎管或稱輸尿管。當(dāng)輸尿管芽與生腎組織接觸后，即誘導(dǎo)形成后腎。如果中腎管后端被破壞，則不形成輸尿管芽，也就不能誘導(dǎo)后腎的發(fā)生。輸尿管芽作為后腎發(fā)育的誘導(dǎo)者，當(dāng)它伸入間質(zhì)，使間質(zhì)誘導(dǎo)分化并增殖，同時(shí)，輸尿管芽被誘導(dǎo)而分支。 上述的發(fā)育過程中, 無用組織的消失過程是有選擇性的, 預(yù)定死亡的細(xì)胞在特定時(shí)間和部位退化而消失, 而

24、整個(gè)動(dòng)物體仍繼續(xù)生長(zhǎng)發(fā)育, 有實(shí)驗(yàn)將大鼠胚胎發(fā)育13d的后腎間質(zhì)分離出來培養(yǎng), 可見未誘導(dǎo)的間質(zhì)出現(xiàn)程序性細(xì)胞死亡所特有的形態(tài)特征, 如核碎片、核質(zhì)凝集、細(xì)胞核內(nèi)DNA降解為200bp的小片段。3.1.3. 性腺細(xì)胞發(fā)育與程序性細(xì)胞死亡：在小鼠妊娠第7天的雌雄兩性胚胎，均可鑒定出原始生殖細(xì)胞（primordial germ Cell, PGC），經(jīng)過一段時(shí)間增殖和遷移到達(dá)性腺，開始發(fā)育成卵子或精子。原始生殖細(xì)胞在胚胎發(fā)育過程中的死亡，具有程序性細(xì)胞死亡的典型特征。在妊娠第12天以前的兩性小鼠胚胎，都未見到生殖細(xì)胞程序性死亡現(xiàn)象，雌性胚胎第13天時(shí)，可見卵原細(xì)胞發(fā)生程序性細(xì)胞死亡；第15天及17

25、d可見卵母細(xì)胞的程序性細(xì)胞死亡。在雄性胚胎第13天至第17天都可見到生殖細(xì)胞程序性死亡。兩性小鼠生殖細(xì)胞死亡，都未見到致密的核、染色質(zhì)密度增加、著色深、斷裂及邊緣化等現(xiàn)象及細(xì)胞碎片被鄰近的體細(xì)胞吞噬過程。生殖細(xì)胞發(fā)生程序性細(xì)胞死亡的分子生物學(xué)機(jī)制有待深入研究。3.2. 發(fā)育過程的細(xì)胞分化細(xì)胞分化（cell differentiation）指胚胎細(xì)胞分裂后未定型的細(xì)胞，在形態(tài)、生理生化和功能上向?qū)Ｒ恍院吞禺愋苑较蚍只倪^程。細(xì)胞分化是發(fā)育生物學(xué)的核心問題，是多細(xì)胞生物體形態(tài)發(fā)生的基礎(chǔ)，是個(gè)體細(xì)胞之間產(chǎn)生穩(wěn)定性差異的過程。細(xì)胞分化在胚胎期達(dá)到最大限度，一個(gè)細(xì)胞一旦分化為穩(wěn)定類型之后，就不能逆轉(zhuǎn)到未

26、分化狀態(tài)。每一種動(dòng)物個(gè)體都是由許多分化的細(xì)胞和組織構(gòu)成的，細(xì)胞要分化必須先獲得決定(determination），決定是將特殊的 “使命”賦予細(xì)胞并使其進(jìn)入程序性分化過程。細(xì)胞首先要獲得初步?jīng)Q定，繼之進(jìn)行初步分化。隨著初步分化而決定趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定的決定更有利于細(xì)胞分化，所以，二者是相輔相成交錯(cuò)進(jìn)行的過程。大量研究證實(shí)，鼠、兔、牛、豬等哺乳動(dòng)物8-16細(xì)胞以前的細(xì)胞是全能性的細(xì)胞，也是早期胚胎決定的時(shí)間。細(xì)胞決定主要表現(xiàn)在細(xì)胞分化為滋胚層和內(nèi)細(xì)胞團(tuán)。 細(xì)胞分化實(shí)質(zhì)是不同類型細(xì)胞合成不同種類的特異性蛋白質(zhì)，即當(dāng)細(xì)胞分化時(shí)，某一類型細(xì)胞僅有某些基因被激活，導(dǎo)致各類細(xì)胞合成其特有的蛋白質(zhì)，以執(zhí)行其不同

27、的功能。實(shí)驗(yàn)證明，細(xì)胞中基因并不都與細(xì)胞分化有直接關(guān)系，細(xì)胞分化主要是奢侈基因（luxrygene，亦稱可調(diào)節(jié)基因、可誘導(dǎo)基因，是在特殊類型細(xì)胞中為特化功能蛋白質(zhì)編碼的基因）中某種特定基因有選擇地表達(dá)的結(jié)果，導(dǎo)致產(chǎn)生一種類型的分化細(xì)胞。 一種類型細(xì)胞在不同發(fā)育階段可以有不同形態(tài)和功能，這是在時(shí)間上的分化；同一種細(xì)胞后代，由所處環(huán)境不同而有相異的形態(tài)和功能，這是空間上的分化。單細(xì)胞生物僅有時(shí)間上的分化，多細(xì)胞生物既有時(shí)間上的分化，且在同一個(gè)體上的各個(gè)細(xì)胞所處位置不同，而產(chǎn)生功能上的分工，就有空間變化，表現(xiàn)在一個(gè)生物體內(nèi)部與外部、前端與后端、背面和腹面等部位。 生物體的一生是一個(gè)生長(zhǎng)、發(fā)育過程，它

28、不僅有生長(zhǎng)，既有量的變化，而且也有質(zhì)的變化，表現(xiàn)在生物體的細(xì)胞分化、形態(tài)發(fā)生、成熟和衰老等生命過程。胚胎發(fā)育進(jìn)程中的顯著特征是細(xì)胞始終處于細(xì)胞周期（ G1、S、G2、M）循環(huán)之中，直至決定其最后命運(yùn)的時(shí)空開關(guān)打開后才進(jìn)入細(xì)胞分化階段。此時(shí)，總能觀察到癌基因的表達(dá)，這表明癌基因?qū)?xì)胞周期和細(xì)胞分化有極重要的關(guān)系。然而，當(dāng)胚胎細(xì)胞和成體組織的干細(xì)胞趨向成熟時(shí)，活躍的癌基因表達(dá)通常即行喪失。 由于分子生物學(xué)的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)發(fā)育與遺傳在分子層次有內(nèi)在聯(lián)系。當(dāng)前，對(duì)細(xì)胞分化的研究已從單純形態(tài)學(xué)研究進(jìn)入細(xì)胞和分子層次。從分子層次看，細(xì)胞分化意味著細(xì)胞內(nèi)某些特異性蛋白質(zhì)的優(yōu)先合成，如紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白、漿細(xì)胞內(nèi)

29、的-球蛋白以及肌肉的肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白。為了誘發(fā)這種合成，特定細(xì)胞內(nèi)的某些基因必須在一定時(shí)間內(nèi)被激活，即各種細(xì)胞表達(dá)的時(shí)空關(guān)系。這種時(shí)空關(guān)系早已由生物體的遺傳性規(guī)定了嚴(yán)格的程序和模式。因?yàn)?，通過遺傳的調(diào)節(jié)機(jī)制，決定任何一個(gè)組成細(xì)胞在何時(shí)、何處、何種情況上表達(dá)哪一個(gè)基因。由于基因表達(dá)需要一定條件，細(xì)胞分化也有其環(huán)境因素。一般說，低等動(dòng)物及植物較易接受外界環(huán)境的影響，而高等動(dòng)物則因其胚胎發(fā)育的外環(huán)境及其成體發(fā)育的內(nèi)環(huán)境比較恒定，因此，細(xì)胞分化更多地直接由基因所支配。由于有關(guān)細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)性問題，目前4.結(jié)語了解尚不夠深入，許多問題有待今后進(jìn)一步研究。發(fā)育生物學(xué)是21世紀(jì)的前沿學(xué)科之一。當(dāng)前，發(fā)育分子生物學(xué)的主要研究方向是基因表達(dá)的時(shí)空調(diào)節(jié)、發(fā)育過程中細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑、癌基因的激活和抑癌基因的失活等問題。在發(fā)育進(jìn)程中，除了細(xì)胞內(nèi)的DNA、RNA和蛋白質(zhì)合成有一定規(guī)律外，在形態(tài)發(fā)生上也有一定程序，發(fā)育