細(xì)胞是一個(gè)由細(xì)胞膜封閉的基本生命單元,內(nèi)含一系列明確無誤的互相分隔的反應(yīng)腔室,這就是由細(xì)胞膜為界限的各種細(xì)胞器,是細(xì)胞代謝和細(xì)胞活力的形態(tài)支柱。細(xì)胞內(nèi)的這種嚴(yán)格分隔保證各種細(xì)胞器分別進(jìn)行著無數(shù)的生化反應(yīng),行使各自的獨(dú)特功能,維持細(xì)胞和機(jī)體的生命活動(dòng)。細(xì)胞器的改變是各種病變的基本組成部分。
一、細(xì)胞核
細(xì)胞核(nucleus)是遺傳信息的載體,細(xì)胞的調(diào)節(jié)中心,其形態(tài)隨細(xì)胞所處的周期階段而異,通常以間期核為準(zhǔn)。
細(xì)胞核外被核膜。核膜由內(nèi)外二層各厚約3nm的單位膜構(gòu)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(shù)目因細(xì)胞類型和功能而異,多者可占全核表面積的25%;在肝細(xì)胞核據(jù)估算約有2000個(gè)核孔。
核漿主由染色質(zhì)構(gòu)成,其主要成分為脫氧核糖核酸(DNA),并以與蛋白質(zhì)相結(jié)合的形式存在,后者由組蛋白與非組蛋白組成。染色質(zhì)的NDA現(xiàn)在已可用多種方法加以鑒定和定量測(cè)定。
核內(nèi)較粗大濃縮的、堿性染料深染的團(tuán)塊狀染色質(zhì)為異染色質(zhì),呈細(xì)顆粒狀彌散分布的、用普通染色法幾乎不著色的染色質(zhì)則為常染色質(zhì)。一部分異染色質(zhì)也可以上述兩種狀態(tài)存在。從生化角度看,異染色質(zhì)不具遺傳活性,相反,常染色質(zhì)則大部分具遺傳活性。
間期核的染色質(zhì)模式還反映細(xì)胞的功能狀態(tài)。一般而言,大而淡染的核(濃縮染色質(zhì)少)提示細(xì)胞活性(如蛋白質(zhì)和酶的合成)較高;小而深染的核(濃縮染色質(zhì)較多)則提示細(xì)胞活性有限或降低。
。ㄒ)細(xì)胞損傷時(shí)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(tài),功能旺盛時(shí)核增大,核漿淡染,核仁也相應(yīng)增大和(或)增多。如果這種狀態(tài)持續(xù)較久,則可出現(xiàn)多倍體核或形成多核巨細(xì)胞。多倍體核在正常情況下亦可見于某些功能旺盛的細(xì)胞,如肝細(xì)胞中可見約20%為多倍體核。在病理狀態(tài)下,如晚期肝炎及實(shí)驗(yàn)性肝癌前期等均可見多倍體的肝細(xì)胞明顯增多。
核的增大除見于功能旺盛外,也可見于細(xì)胞受損時(shí),最常見的情況為細(xì)胞水腫。這主要是細(xì)胞量匱乏或毒性損傷所致,是核膜鈉泵衰竭導(dǎo)致水和電解質(zhì)運(yùn)輸障礙的結(jié)果。這種核腫大又稱為變性性核腫大。
相反,當(dāng)細(xì)胞功能下降或細(xì)胞受損時(shí),核的體積則變小,染色質(zhì)變致密,如見于器官萎縮時(shí)。與此同時(shí)核仁也縮小。
2.核形的改變光學(xué)顯微鏡下,各種細(xì)胞大多具有各自形狀獨(dú)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(guī)則形(圖1-1)等。在電鏡下由于切片極薄,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于惡生腫瘤細(xì)胞,稱為核的異型性(atypia)。
3.核結(jié)構(gòu)的改變細(xì)胞在衰亡及損傷過程中的重要表征之一是核的改變,主要表現(xiàn)為核膜和染色質(zhì)的改變。
核濃縮(karyopyknosis):染色質(zhì)在核漿內(nèi)聚集成致密濃染的大小不等的團(tuán)塊狀,繼而整個(gè)細(xì)胞核收縮變小,最后僅留下一致密的團(tuán)塊,是為核濃縮。這種濃縮的核最后還可再崩解為若干碎片(繼發(fā)性核碎裂)而逐漸消失。
核碎裂(karyorrhexis):染色質(zhì)逐漸邊集于核膜內(nèi)層,形成較大的高電子密度的染色質(zhì)團(tuán)塊(圖1-2)。核膜起初尚保持完整,以后乃在多處發(fā)生斷裂,核逐漸變小,最后裂解為若干致密濃染的碎片。
核溶解(karyolysis):變致密的結(jié)成塊狀的染色質(zhì)最后完全溶解消失。即核溶解。核溶解變可不經(jīng)過核濃縮或核碎裂而一開始即獨(dú)立進(jìn)行。在這種情況下,受損的核很早就消失。
上述染色質(zhì)邊集(即光學(xué)顯微鏡下所謂的核膜濃染)、核濃縮、核碎裂、核溶解等核的結(jié)構(gòu)改變?yōu)楹撕图?xì)胞不可復(fù)性損傷的標(biāo)志,提示活體內(nèi)細(xì)胞死亡(壞死)。
4.核內(nèi)包含物(intranuclear inclusions) 在某些細(xì)胞損傷時(shí)可見核內(nèi)出現(xiàn)各種不同的包含物,可為胞漿成分(線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)斷片、溶酶體、糖原顆粒、脂滴等),亦可為非細(xì)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(xiàn):①胞漿成分隔著核膜向核內(nèi)膨突,以致在一定的切面上看來,似乎胞漿成分已進(jìn)入核內(nèi),但實(shí)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(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)被封入形成中的子細(xì)胞核內(nèi),以后出現(xiàn)于子細(xì)胞核中,稱為真性胞漿性包含物。
圖1-1 惡性腫瘤細(xì)胞的奇異形核
圖中央為一巨大的瘤細(xì)胞核,核膜曲折凹陷,使核呈奇異形(纖維肉瘤的電鏡照片)×23000
圖1-2 細(xì)胞核染色質(zhì)邊集中毒性肝炎的肝細(xì)胞×8000
圖1-3 核內(nèi)假包含體
垂體嗜酸性細(xì)胞瘤的瘤細(xì)胞,左側(cè)瘤細(xì)胞核內(nèi)可見一卵圓形包含體,有膜包繞,內(nèi)含細(xì)胞器和胞漿分泌顆粒×8400
非胞漿性(異物性)核內(nèi)包含物的種類繁多,性質(zhì)各異。在真性糖尿病時(shí),肝細(xì)胞核內(nèi)可有較多糖原沉積。在常規(guī)切片制作過程中,糖原被溶解,核內(nèi)出現(xiàn)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(shí),核內(nèi)亦可出現(xiàn)絲狀或顆粒狀真性包含物,其中有時(shí)含有相應(yīng)的重金屬(如鉛中毒時(shí))。此外,在某些病毒性疾病如DNA病毒感染時(shí),可在電鏡下檢見核內(nèi)病毒顆粒,如聚積成較大集團(tuán)(如巨細(xì)胞包含體病),則亦可在光學(xué)顯微鏡下檢見,表現(xiàn)為較大的核內(nèi)包含物。
5.核仁的改變 核仁(nucleolus)為核蛋白體RNA轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)化的所在。除含蛋白的均質(zhì)性基質(zhì)外,電鏡下核仁主由線團(tuán)狀或網(wǎng)狀電子致密的核仁絲(nucleolonema)和網(wǎng)孔中無結(jié)構(gòu)的低電子密度的無定形部(pars amorpha)組成。核仁無界膜,直接患浮于核漿內(nèi)。
形態(tài)上和生物上核仁由3種不同的成分構(gòu)成:①原纖維狀成分,內(nèi)含蛋白質(zhì)及與其相結(jié)合的45S-rRNA;②細(xì)顆粒狀成分,主要由12S-rRNA構(gòu)成,為核仁的嗜堿性成分;③細(xì)絲狀成分,僅由來自胞漿的蛋白質(zhì)構(gòu)成,穿插于整個(gè)核仁內(nèi)。3種核仁成分的空間排列狀態(tài)可反映細(xì)胞的蛋白合成活性,例如:
殼狀核仁:原纖維狀成分集中位于核仁中央,細(xì)顆狀成分呈殼狀包繞于外層。這種細(xì)胞的合成活性甚低。
海綿狀核仁:這種核仁的原纖維狀與細(xì)顆狀成分呈海綿狀(或線團(tuán)狀)排列。這種細(xì)胞的合成活性升高。大多數(shù)所謂的“工作核”具有這種核仁。