病理學/細胞結構/細胞核
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細胞核(nucleus)是遺傳信息的載體,細胞的調節中心,其形態隨細胞所處的周期階段而異,通常以間期核為準。
細胞核外被核膜。核膜由內外二層各厚約3nm的單位膜構成,中間為2~5nm寬的間隙(核周隙);核膜上有直徑約50nm的微孔,作為核漿與胞漿間交通的孔道,其數目因細胞類型和功能而異,多者可佔全核表面積的25%;在肝細胞核據估算約有2000個核孔。
核漿主由染色質構成,其主要成分為脫氧核糖核酸(DNA),並以與蛋白質相結合的形式存在,後者由組蛋白與非組蛋白組成。染色質的NDA現在已可用多種方法加以鑒定和定量測定。
核內較粗大濃縮的、鹼性染料深染的團塊狀染色質為異染色質,呈細顆粒狀彌散分布的、用普通染色法幾乎不著色的染色質則為常染色質。一部分異染色質也可以上述兩種狀態存在。從生化角度看,異染色質不具遺傳活性,相反,常染色質則大部分具遺傳活性。
間期核的染色質模式還反映細胞的功能狀態。一般而言,大而淡染的核(濃縮染色質少)提示細胞活性(如蛋白質和酶的合成)較高;小而深染的核(濃縮染色質較多)則提示細胞活性有限或降低。
(一)細胞損傷時細胞核的改變
1、核大小的改變 核的大小通常反映著核的功能活性狀態,功能旺盛時核增大,核漿淡染,核仁也相應增大和(或)增多。如果這種狀態持續較久,則可出現多倍體核或形成多核巨細胞。多倍體核在正常情況下亦可見於某些功能旺盛的細胞,如肝細胞中可見約20%為多倍體核。在病理狀態下,如晚期肝炎及實驗性肝癌前期等均可見多倍體的肝細胞明顯增多。
核的增大除見於功能旺盛外,也可見於細胞受損時,最常見的情況為細胞水腫。這主要是細胞量匱乏或毒性損傷所致,是核膜鈉泵衰竭導致水和電解質運輸障礙的結果。這種核腫大又稱為變性性核腫大。
相反,當細胞功能下降或細胞受損時,核的體積則變小,染色質變緻密,如見於器官萎縮時。與此同時核仁也縮小。
2.核形的改變 光學顯微鏡下,各種細胞大多具有各自形狀獨特的核,可為圓形、橢圓形、梭形、桿形、腎形、印戒形、空洞形以及奇形怪狀的不規則形(圖1-1)等。在電鏡下由於切片極薄,切面可以多種多樣,但均非核的全貌。核的多形性和深染特別多見於惡生腫瘤細胞,稱為核的異型性(atypia)。
3.核結構的改變 細胞在衰亡及損傷過程中的重要表徵之一是核的改變,主要表現為核膜和染色質的改變。
核濃縮(karyopyknosis):染色質在核漿內聚集成緻密濃染的大小不等的團塊狀,繼而整個細胞核收縮變小,最後僅留下一緻密的團塊,是為核濃縮。這種濃縮的核最後還可再崩解為若干碎片(繼發性核碎裂)而逐漸消失。
核碎裂(karyorrhexis):染色質逐漸邊集於核膜內層,形成較大的高電子密度的染色質團塊(圖1-2)。核膜起初尚保持完整,以後乃在多處發生斷裂,核逐漸變小,最後裂解為若干緻密濃染的碎片。
核溶解(karyolysis):變緻密的結成塊狀的染色質最後完全溶解消失。即核溶解。核溶解變可不經過核濃縮或核碎裂而一開始即獨立進行。在這種情況下,受損的核很早就消失。
上述染色質邊集(即光學顯微鏡下所謂的核膜濃染)、核濃縮、核碎裂、核溶解等核的結構改變為核和細胞不可復性損傷的標誌,提示活體內細胞死亡(壞死)。
4.核內包含物(intranuclear inclusions) 在某些細胞損傷時可見核內出現各種不同的包含物,可為胞漿成分(粒線體、內質網斷片、溶酶體、糖原顆粒、脂滴等),亦可為非細胞 本身的異物,但最常見的還是前者。這種胞漿性包含物可在兩種情況下出現:①胞漿成分隔著核膜向核內膨突,以致在一定的切面上看來,似乎胞漿成分已進入核內,但實際上大多仍可見其周圍有核膜包繞,其中的胞漿成分常呈變性性改變(如髓鞘樣結構,膜碎裂等)。這種包含物稱為胞漿性假包含物(圖1-3);②在有 絲分裂末期,某些胞漿結構被封入形成中的子細胞核內,以後出現於子細胞核中,稱為真性胞漿性包含物。
圖1-1 惡性腫瘤細胞的奇異形核
圖中央為一巨大的瘤細胞核,核膜曲折凹陷,使核呈奇異形(纖維肉瘤的電鏡照片)
圖1-3 核內假包含體
垂體嗜酸性細胞瘤的瘤細胞,左側瘤細胞核內可見一卵圓形包含體,有膜包繞,內含細胞器和胞漿分泌顆粒×8400
非胞漿性(異物性)核內包含物的種類繁多,性質各異。在真性糖尿病時,肝細胞核內可有較多糖原沉積。在常規切片製作 過程中,糖原被溶解,核內出現或大或小的空洞(糖尿病性空洞核)。在鉛、鉍、金等重金屬中毒時,核內亦可出現絲狀或顆粒狀真性包含物,其中有時含有相應的 重金屬(如鉛中毒時)。此外,在某些病毒性疾病如DNA病毒感染時,可在電鏡下檢見核內病毒顆粒,如聚積成較大集團(如巨細胞包含體病),則亦可在光學顯 微鏡下檢見,表現為較大的核內包含物。
5.核仁的改變 核仁(nucleolus)為核蛋白體RNA轉錄和轉化的所在。除含蛋白的均質性基質外,電鏡下核仁主由線團狀或網狀電子緻密的核仁絲(nucleolonema)和網孔中無結構的低電子密度的無定形部(pars amorpha)組成。核仁無界膜,直接患浮於核漿內。
形態上和生物上核仁由3種不同的成分構成:①原纖維狀成分,內含蛋白質及與其相結合的45S-rRNA;②細顆粒狀成分,主要由12S-rRNA構成,為核 仁的嗜鹼性成分;③細絲狀成分,僅由來自胞漿的蛋白質構成,穿插於整個核仁內。3種核仁成分的空間排列狀態可反映細胞的蛋白合成活性,例如:
殼狀核仁:原纖維狀成分集中位於核仁中央,細顆狀成分呈殼狀包繞於外層。這種細胞的合成活性甚低。
海綿狀核仁:這種核仁的原纖維狀與細顆狀成分呈海綿狀(或線團狀)排列。這種細胞的合成活性升高。大多數所謂的「工作核」具有這種核仁。
高顆粒性核仁:由海綿狀核仁轉化而成,原纖維狀成分幾乎消失,核仁主要由顆粒狀成分構成,故組織學上呈強嗜鹼性,細胞的合成活性旺盛。這種核仁常見於炎症和腫瘤細胞。
低顆粒性核仁,與上述高顆粒性核仁相反,這種核仁的細顆粒狀成分銳減,故電鏡下原纖維狀成分顯得突出,電子密度較低。這種核仁常見於再生時,因此時細顆粒成分(rRNA)過多地被胞漿所利用。
分離性核仁:超微結構上3種核仁成分清楚地互相分離,原纖維狀和細顆粒狀成分減少。這種核仁變小,無活性,常見於核仁轉錄過程被抗生素、細胞抑制劑、缺氧和蠅菌素中毒等所完全阻斷時。
由此可見,核仁的大小和(或)數目的多少常反映細胞的功能活性狀態:大和(或)多的核仁是細胞功能活性高的表現,反之則細胞功能活性低。
參考
細胞的超微結構及其基本病理過程 | 細胞膜 |
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