醫學細胞生物學（簡體書）

《全國高等醫學院校規劃教材：醫學細胞生物學》集成和昇華精品課程建設、國家級臨床醫學專業綜合改革試點等高等教育質量工程建設和教學改革研究的新成果，將細胞生物學與醫學知識有機地融合在一起，在敘述理論的同時注重引入臨床病例分析作為延伸，進一步解釋與人類疾病密切相關的分子細胞生物學過程。插入相應的臨床相關知識，是本教材主要特色之一。按照“簡明精練、好教易學、注重實踐、特色鮮明、新穎實用，質量一流”的總體要求，嚴格把握內容深淺度，並適度反映細胞生物學領域的新知識、新成就。《全國高等醫學院校規劃教材：醫學細胞生物學》共15章，包括緒論，細胞的統一性與多樣性，細胞膜與細胞表面，細胞連接、細胞黏附和細胞外基質，小分子物質的跨膜運輸，胞質溶膠、蛋白酶體和核糖體，細胞內膜系統與囊泡運輸，線粒體，細胞骨架，細胞核，細胞通信與信號轉導，細胞增殖與細胞週期，細胞分化，細胞衰老與細胞死亡，幹細胞與癌細胞。《全國高等醫學院校規劃教材：醫學細胞生物學》可作為醫學院校各專業本科生、研究生教材，也可作為師範、農學等相關專業本科生的教材，以及教師、臨床醫師獲得細胞生物學系統知識的有益讀物。

楊保勝等編著的《醫學細胞生物學》注重與臨床結合，突出“醫學”細胞生物學特點。在敘述理論的同時注重引入臨床病例分析作為延伸，插入相應的臨床相關知識(本教材主要特色)，進一步解釋與人類疾病密切相關的分子細胞生物學過程。但其目的不是描述大量疾病，與臨床聯系的目的只是舉例說明某些異常的分子細胞生物學過程，激發醫學專業學生學習該門課程的積極性，培養學生自主學習的興趣和能力。

前言第一章 緒論第一節 細胞生物學概述一、細胞生物學及其研究內容二、細胞生物學發展簡史第二節 醫學細胞生物學概述一、醫學細胞生物學研究的主要任務二、醫學細胞生物學在現代醫學教育中的地位第三節 細胞生物學的主要研究技術與方法一、顯微鏡技術二、細胞化學技術和分析細胞學技術三、細胞培養與細胞顯微操作技術四、分子細胞遺傳學技術複習題第二章 細胞的統一性與多樣性第一節 細胞的分子基礎一、細胞的小分子物質二、細胞的大分子物質第二節 細胞的起源一、由無機小分子演變為有機小分子物質二、由有機小分子演變為生物大分子物質三、由生物大分子演變為原始細胞第三節 細胞的基本概念一、細胞是生命活動的基本單位二、細胞的基本共性第四節 原核細胞、古核細胞和真核細胞一、原核細胞二、古核細胞三、真核細胞複習題第三章 細胞膜與細胞表面第一節 細胞膜的組成和結構一、細胞膜的化學組成二、細胞膜的分子結構第二節 細胞膜的特徵和功能一、膜的流動性二、膜的不對稱性三、細胞膜的基本功能第三節 細胞表面一、細胞外被二、胞質溶膠三、細胞表面特化結構第四節 細胞膜和細胞識別一、細胞識別現象二、細胞識別的分子機制三、細胞識別所引起的效應複習題第四章 細胞連接、細胞黏附和細胞外基質第一節 細胞連接一、緊密連接二、黏著連接三、通訊連接第二節 細胞黏附一、鈣黏著蛋白二、選凝素三、免疫球蛋白超家族四、整聯蛋白第三節 細胞外基質一、膠原二、糖胺聚糖和蛋白聚糖三、層粘連蛋白和纖連蛋白四、彈性蛋白複習題第五章 小分子物質的跨膜運輸第一節 膜轉運蛋白與物質轉運一、載體蛋白二、通道蛋白第二節 被動運輸……第六章 胞質溶膠、蛋白酶體和核糖體第七章 細胞內膜系統與囊泡運輸第八章 線粒體第九章 細胞骨架第十章 細胞核第十一章 細胞通信與信號轉導第十二章 細胞增殖與細胞週期第十三章 細胞分化第十四章 細胞衰老與細胞死亡第十五章 幹細胞與癌細胞主要參考文獻中英文索引

第一章 緒論
關鍵知識點
細胞生物學在分子、亞細胞、細胞和細胞社會的不同水平，用動態和系統的觀點來探索和研究細胞形態結構與功能，細胞增殖、分化、衰老與凋亡，信號轉導，基因表達與調控，細胞起源與進化等。
細胞是組成生物體的形態結構和生命活動的基本單位。細胞學說的提出對生命科學的發展具有重大意義，掀起了對多種細胞廣泛地觀察和研究的熱潮。
醫學細胞生物學是從醫學的角度，在分子、亞細胞、細胞和細胞社會水平上研究細胞結構和功能與疾病關系的學科。
醫學細胞生物學研究的熱點包括：染色體及基因表達、生物膜與細胞器、細胞骨架體系、細胞增殖及其調控、細胞分化及其調控、細胞的衰老與凋亡、細胞信號轉導等。
細胞生物學的許多新的發現和重要的進展，都是與不斷創新的研究技術及工具分不開的。主要研究方法和技術包括：顯微鏡技術、細胞化學技術和分析細胞學技術、細胞培養與細胞顯微操作技術、研究基因與蛋白質的技術等。
關鍵詞：細胞學說；冷凍斷裂蝕刻復型；免疫熒光技術；放射自顯影術；細胞培養；細胞雜交；顯微操作；熒光原位雜交；RNA干擾；基因靶向技術
第一節 細胞生物學概述
細胞（cell）是生物體形態結構和生命活動的基本單位，要了解生物體的生命活動規律就必須從細胞入手。
一、細胞生物學及其研究內容
細胞生物學（cellbiology）是研究細胞基本生命活動規律的科學，它以“完整細胞的生命活動”為著眼點，在分子、亞細胞、細胞和細胞社會的不同水平，用動態和系統的觀點來探索和研究細胞形態結構與功能，細胞增殖、分化、衰老與凋亡，信號轉導，基因表達與調控，細胞起源與進化等。
（一）細胞生物學的主要分支學科
與許多學科一樣，隨著學科的發展，細胞生物學也已形成了許多分支學科，概括起來主要有：①細胞形態學，著重于探討亞細胞結構或細胞器的起源、形成機制及發展過程。②細胞生理學，著重于細胞生物學行為的探討，如肌肉細胞收縮、腺細胞分泌等。③細胞化學，主要研究細胞結構化學成分的定位、分布及其生理功能。④細胞遺傳學，是從染色體的結構、功能及染色體與其他細胞器的關系來研究遺傳和變異規律的學科。⑤分子細胞學，從細胞遺傳信息流的角度，研究細胞內基因組的結構及其表達的調控。⑥細胞社會學，從系統論的觀點出發，研究整體和細胞群中細胞間的社會行為，包括細胞識別、通信及其相互作用對細胞生長、分化和死亡等活動的調控。⑦分子細胞生物學，是細胞生物學與生物化學、遺傳學相結合，完整系統地從分子水平深入研究細胞的結構和功能的學科，分別從基因表達調控和蛋白質修飾、細胞信號轉導和物質運輸、細胞運動的分子基礎、細胞增殖及其調控、細胞分化與干細胞和細胞凋亡等方面，結合最新研究發展動向，對細胞生物學的前沿領域進行系統地研究。
除上述分支學科外，細胞生物學還包括染色體生物學、膜生物學、細胞生態學、細胞能力學、細胞動力學、細胞工程學、基因組學和蛋白質組學等。按照所研究的細胞分類，又可分為癌細胞生物學、生殖細胞生物學、神經細胞生物學和干細胞生物學等。這些分支學科極大地豐富了細胞生物學的研究內容，促進了細胞生物學的發展。
（二）細胞生物學的研究內容
細胞是細胞生物學研究的對象。細胞學（cytology）是研究細胞的結構、功能及其生活史的科學。隨著科學技術的進步，細胞生物學研究內容在不斷擴展，主要表現在以下幾個方面：①在細胞形態學方面，不再限于光學顯微鏡下可見的細胞顯微結構的簡單描述，而是觀察和分析細胞內各部分的亞顯微結構和分子結構。②在功能方面，不再限于細胞內各部分生理變化的純粹描述，而是把代謝活動和形態結構結合起來探索細胞生命活動的過程。③在研究水平上，已從細胞整體和亞細胞水平深入到分子水平，而且將細胞的整體活動水平、亞細胞水平和分子水平三方面有機地結合在一起來研究。④在研究方法上，以動態的觀點來探索細胞的各種生命活動，不僅僅是孤立地研究某個細胞器、生物大分子和小分子物質的單個生命活動現象，而是研究它們之間及其與環境間的整體發展變化過程。
二、細胞生物學發展簡史
從發現細胞至今已有300多年的歷史，在這期間人類對生物體的認識從宏觀世界逐步進入到微觀世界，這段歷程可大致分為四個歷史性階段。
（一）細胞發現與細胞學說的建立時期
1665年，英國的物理學家R.Hooke用自己設計并制造的顯微鏡觀察櫟樹軟木塞切片時發現其中有許多小室，狀如蜂窩，稱為“cella”，這是人類第一次發現細胞，不過R.Hooke發現的只是死的細胞壁。1831年，R.Brown從蘭科植物的葉片表皮細胞中發現了細胞核。
1835年，有人在低等動物根足蟲和多孔蟲的細胞中發現細胞的內含物細胞質。這樣，細胞的基本結構和形態逐漸為人所知。
在總結前人工作的基礎上，德國植物學家M.Schleiden結合自己的研究成果，于1838年發表了著名論文《論植物的發生》，指出細胞是一切植物結構的基本單位。1839年，T.Schwann發表了名為《動植物結構和生長一致性的顯微研究》的論文，明確指出，動物及植物結構的基本單位都是細胞。1858年，R.Virchow提出“細胞來自細胞”，也就是說，細胞只能來源于細胞，而不能從無生命的物質自然發生。這是細胞學說的一個重要發展，也是對生命的自然發生學說的否定。1880年，A.Weissmann更進一步指出，所有現在的細胞都可以追溯到遠古時代的一個共同祖先，這就是說細胞是連續的、歷史性的，是進化而來的。細胞學說（celltheory）至此而產生，其主要內容概括起來有以下幾點：①生物都是由細胞和細胞產物所組成；②新細胞只能由原來的細胞經分裂而產生；③所有細胞在結構和化學組成上是基本相同的；④生物體是通過其細胞的活動反映其功能。細胞學說的提出對生命科學的發展具有重大意義，恩格斯把細胞學說、能量轉化與守恒定律和生物進化論譽為19世紀自然科學上的三大發現。
（二）細胞學的經典時期
細胞學說的建立，掀起了對多種細胞廣泛地觀察和描述的熱潮，同時，一些主要的細胞器和細胞分裂活動相繼被發現，這一時期（1875～1900）習慣上被稱為細胞學的經典時期。
1840年J.E.Purkinje和1846年H.vonMohl首次分別將動物和植物細胞的內含物稱為“原生質”。1861年M.Schultze提出原生質理論，認為有機體的組織單位是一小團原生質，這種物質在一般有機體中是相似的。
1841年R.Remak發現雞胚血細胞的直接分裂，其后W.Flemming和E.Strasburger分別在動物細胞中和植物細胞中發現有絲分裂；1883年E.vanBeneden和1886年E.Strasburger分別在動物與植物細胞中發現減數分裂，至此發現了細胞分裂的主要類型。
這一時期一些重要細胞器也相繼被發現，如1883年E.vanBeneden和T.Boveri發現中心體，1894年R.Altmann發現線粒體，1898年C.Golgi發現了高爾基體等。
（三）實驗細胞學時期
實驗細胞學時期（1900～1953）是從O.Heriwing和R.Heriwing兄弟的工作開始的。
他們用實驗的方法發現了動物的受精現象，此后，人們廣泛應用實驗的手段研究細胞的特性、形態結構及功能，使細胞生物學有了前所未有的發展，隨之產生了細胞遺傳學、細胞生理學及細胞化學等分支學科。
在前人發現受精現象的基礎上，1883年E.vanBeneden發現了蛔蟲的卵和精子的染色體數只有體細胞的一半，由此推測染色體與遺傳有關。1910年T.H.Morgan證明基因是決定遺傳性狀的基本單位，而且其直線排列在染色體上，建立了基因學說。至此，細胞學與遺傳學結合起來，奠定了細胞遺傳學的基礎。
20世紀初R.Harrison和A.Carrel創立了組織培養技術，為細胞生理學的研究開辟了一條重要途徑。1943年A.Claude用高速離心機從活細胞內把核和各種細胞器（如線粒體、葉綠體）分離出來，分別研究它們的生理活性，這對研究細胞器的功能和化學組成及酶在各種細胞器中的定位起了很大的作用。從此，細胞生理學逐步發展起來。
1924年J.Feulgen用DNA的特殊染色方法――Feulgen反應結合顯微分光測定的方法開始對細胞的DNA進行定量分析。其后，1940年J.Bracket用甲基綠-派洛寧染色方法測定細胞中的RNA，T.Casperson用紫外光顯微分光光度法測定DNA在細胞中的含量。這些結合放射自顯影術、超微量分析的方法對細胞內核酸和蛋白質代謝活動的研究起了很大促進作用，細胞化學的研究也迅速發展起來。
（四）分子生物學的興起和細胞生物學的誕生
20世紀50年代以來，電子顯微鏡與超薄切片技術相結合，對細胞的認識從宏觀進入到微觀，1953年J.D.Watson和F.H.C.Crick等提出DNA分子雙螺旋結構模型，并于1962年贏得了諾貝爾獎。F.Crick于1953年又提出了遺傳中心法則，標志著分子生物學這一新興學科的問世。分子生物學、生物化學、遺傳學等學科的概念和技術與細胞學之間相互滲透與結合，使人們對細胞結構與功能的研究水平達到了新的高度。20世紀70年代以后，細胞生物學這一學科得以形成并確立。
20世紀70年代轉基因技術和單克隆抗體技術的建立、80年代各種模式生物的確立及對其大量突變株的分析、90年代以來基因靶向技術的廣泛應用及DNA測序技術與生物芯片技術的快速發展，都極大地促進了人們在分子水平上對細胞基本生命活動規律的探索。特別是人類基因組計劃（HGP）及隨后“組學”的興起和快速發展，拓展了對生物分子進行研究的視野，使人們能夠“認識”并能以實驗手段加以研究的基因和蛋白質的種類增多，從而也使得對基因調控因子或信號通路的研究趨于迅速細化的網絡式系統。自20世紀80年代以來，人們開始賦予細胞生物學以“分子細胞生物學”或“細胞分子生物學”等名稱。綜觀近50多年來榮獲諾貝爾生理學或醫學獎與化學獎的課題內容，很多都是與細胞生物學密切相關（表1-1）。
人們對生命的認識過程是從個體→細胞→分子逐漸深入，這也是細胞生物學學科發展的基本趨勢。但如果從生命的層次或從生物進化的角度來看，細胞則是產生和決定生命活動的樞紐層次。從20世紀50年代初DNA雙螺旋模型的建立至2003年人類基因組計劃的完成，分子生物學從建立發展到空前繁榮的程度。同時，也為深入了解細胞的生命活動打下了基礎。而多莉羊的誕生、人胚胎干細胞的建系和誘導性多潛能干細胞技術的建立等，則可以看成是生命科學研究從分子水平回歸到細胞水平、深入探索生命奧秘的幾個最新的重要標志，顯示出細胞生物學的發展進入了一個新的階段。這個新階段的基本特點可大致歸納如下。
1）以細胞（及其社會），特別是活體細胞為研究對象。
2）以細胞重大生命活動為主要研究內容。
3）在揭示細胞生命活動分子機制方面，以細胞信號調控網絡為研究重點。
4）以在多層次上特別是納米尺度上揭示細胞生命活動本質為目標。
5）多領域、多學科的交叉研究成為細胞生物學研究的重要特征。
總的特點是從細胞靜態的分析到細胞生命活動的動態綜合，這在很大程度上也反映了生命科學研究的趨勢，因此從這個意義上講，也許用“細胞科學”來描述細胞生物學的發展趨勢會更恰當一些。