细胞染色论文参考文献

细胞生物是指所有具有细胞结构的生物。这是我为大家整理的关于细胞生物学术论文，仅供参考!

细胞因子的生物学活性

关键字： 细胞因子

细胞因子具有非常广泛的生物学活性，包括促进靶细胞的增殖和分化，增强抗感染和细胞杀伤效应，促进或抑制其它细胞因子和膜表面分子的表达，促进炎症过程，影响细胞代谢等。

一、免疫细胞的调节剂

免疫细胞之间存在错综复杂的调节关系，细胞因子是传递这种调节信号必不可少的信息分子。例如在T-B细胞之间，T细胞产生IL-2、4、5、6、10、13，干扰素γ等细胞因子刺激B细胞的分化、增殖和抗体产生;而B细胞又可产生IL-12调节TH1细胞活性和TC细胞活性。在单核巨噬细胞与淋巴细胞之间，前者产生IL-1、6、8、10，干扰素α，TNF-α等细胞因子促进或抑制T、B、NK细胞功能;而淋巴细胞又产生IL-2、6、10，干扰素γ，GM-CSF，巨噬细胞移动抑制因子(MIF)等细胞因子调节单核巨噬细胞的功能。许多免疫细胞还可通过分泌细胞因子产生自身调节单核巨噬细胞的功能。许多免疫细胞还可通过分泌细胞因子产生自身调节作用。例如T细胞产生的IL-2可刺激T细胞的IL-2受体表达和进一步的IL-2分泌，TH1细胞通过产生干扰素γ抑TH2细胞的细胞因子产生。而TH2细胞又通过IL-10、IL-4和IL-13抑制TH1细胞的细胞因子产生。通过研究细胞因子的免疫 网络调节，可以更好地理解完整的免疫系统调节机制，并且有助于指导细胞因子做为生物应答调节剂(biologicalresponsemodifier’BRM)应用于临床 治疗免疫性疾病。图4-1 细胞因子与TH1、TH2的相互关系(略)

二、免疫效应分子

在免疫细胞针对抗原(特别是细胞性抗原)行使免疫效应功能时，细胞因子是其中重要效应分子之一。例如TNFα和TNFβ可直接造成肿瘤细胞的凋零(apoptosis)’使瘤细胞DNA断裂’细胞萎缩死亡;干扰素α、β、γ可干扰各种病毒在细胞内的复制，从而防止病毒扩散;LIF可直接作用于某些髓性白血病细胞，使其分化为单核细胞，丧失恶性增殖特性。另有一些细胞因子通过激活效应细胞而发挥其功能，如IL-2和IL-12刺激NK细胞与TC细胞的杀肿瘤细胞活性。与抗体和补体等其它免疫效应分子相比，细胞因子的免疫效应功能，因而在抗肿瘤、抗细胞内寄生感染、移植排斥等功能中起重要作用。

三、造血细胞刺激剂

从多能造血干细胞到成熟免疫细胞的分化发育漫长道路中，几乎每一阶段都需要有细胞因子的参与。最初研究造血干细胞是从软琼脂的半固体培养基开始的，在这种培养基中，造血干细胞分化增殖产生的大量子代细胞由于不能扩散而形成细胞簇，称之为集落，而一些刺激造血干细胞的细胞因子可明显刺激这些集落的数量和大小因而命名为集落刺激因子(CSF)。根据它们刺激的造血细胞种类不同有不同的命名，如GM-CSF、G-CSF、M-CSF、multi-CSF(IL-3)等。目前的研究表明，CSF和IL-3是作用于粒细胞系造血细胞，M-CSF作用于单核系造血细胞，此外Epo作用于红系造血细胞，IL-7作用于淋巴系造血细胞，IL-6、IL-11作用于巨核造血细胞等等。由此构成了细胞因子对造血系统的庞大控制 网络。某种细胞因子缺陷就可能导致相应细胞的缺陷，如肾性贫血病人的发病就是肾产生Epo的缺陷所致，正因如此，应用Epo 治疗这一疾病收到非常好的效果。目前多种刺激造血的细胞因子已成功地用于临床血液病，有非常好的 发展前景。

四、炎症反应的促进剂

炎症是机体对外来刺激产生的一种病理反应过程，症状表现为局部的红肿热痛，病理检查可发现有大量炎症细胞如粒细胞、巨噬细胞的局部浸润和组织坏死，在这一过程中，一些细胞因子起到重要的促进作用，如IL-1、IL-6、IL-8、TNFα等可促进炎症细胞的聚集、活化和炎症介质的释放’可直接刺激发热中枢引起全身发烧’IL-8同时还可趋化中性粒细胞到炎症部位’加重炎症症状.在许多炎症性疾病中都可检测到上述细胞因子的水平升高.用某些细胞因子给动物注射’可直接诱导某些炎症现象’这些实验充分证明细胞因子在炎症过程中的重要作用.基于上述理论研究结果’目前已开始利用细胞因子抑制剂治疗炎症性疾病’例如利用IL-1的受体拮抗剂(IL-1receptor antagonist’IL-lra)和抗TNFα抗体治疗败血性休克、类风湿关节炎等，已收到初步疗效。

五、其它

许多细胞因子除参与免疫系统的调节效应功能外，还参与非免疫系统的一些功能。例如IL-8具有促进新生血管形成的作用;M-CSF可降低血胆固醇IL-1刺激破骨细胞、软骨细胞的生长;IL-6促进肝细胞产生急性期蛋白等。这些作用为免疫系统与其它系统之间的相互调节提供了新的证据。

细胞衰老的分子生物学机制

摘要：细胞衰老(cellular aging)是细胞在其生命过程中发育到成熟后，随着时间的增加所发生的在形态结果和功能方面出现的一系列慢性进行性、退化性的变化。细胞衰老是基因与环境共同作用的结果，是细胞生命活动过程的客观规律。为研究细胞衰老分子生物学机制，本文就此展开研究。

关键词：细胞衰老;分子生物学;机制研究

细胞的衰老和死亡与个体的衰老和死亡是两个不同的概念，个体的衰老并不等于所有细胞的衰老，但是细胞的衰老又是同个体的衰老紧密相关的。细胞衰老是个体衰老的基础，个体衰老是细胞普遍衰老的过程和结果。

细胞衰老是正常环境条件下发生的功能减退，逐渐趋向死亡的现象。衰老是生界的普遍规律，细胞作为生物有机体的基本单位，也在不断地新生和衰老死亡。生物体内的绝大多数细胞，都要经过增殖、分化、衰老、死亡等几个阶段。可见细胞的衰老和死亡也是一种正常的生命现象。我们知道，生物体内每时每刻都有细胞在衰老、死亡，同时又有新增殖的细胞来代替它们。

衰老是一个过程，这一过程的长短即细胞的寿命，它随组织种类而不同，同时也受环境条件的影响。高等动物体细胞都有最大增殖能力(分裂)次数，细胞分裂一旦达到这一次数就要死亡。各种动物的细胞最大裂次数各不相同，人体细胞为50～60次。一般说来，细胞最大分裂次数与动物的平均寿命成正比。通过细胞衰老的研究可了解衰老的某些规律，对认识衰老和最终找到延缓或推迟衰老的方法都有重要意义。细胞衰老问题不仅是一个重大的生物学问题，而且是一个重大的社会问题。随着科学发展而不断阐明衰老过程，人类的平均寿命也将不断延长。但也会出现相应的社会老龄化问题以及呼吸系统疾病、心血管系统疾病、脑血管病、癌症、关节炎等老年性疾病发病率上升的问题。因此衰老问题的研究是今后生命科学研究中的一个重要课题。

1 细胞衰老的特征

科学研究表明，衰老细胞的细胞核、细胞质和细胞膜等均有明显的变化：①细胞内水分减少，体积变小，新陈代谢速度减慢;②细胞内酶的活性降低;③细胞内的色素会积累;④细胞内呼吸速度减慢，细胞核体积增大，核膜内折，染色质收缩，颜色加深。线粒体数量减少，体积增大;⑤细胞膜通透性功能改变，使物质运输功能降低。形态变化总体来说老化细胞的各种结构呈退行性变化。

衰老细胞的形态变化表现有：①核：增大、染色深、核内有包含物;②染色质：凝聚、固缩、碎裂、溶解;③质膜：粘度增加、流动性降低;④细胞质：色素积聚、空泡形成;⑤线粒体：数目减少、体积增大;⑥高尔基体：碎裂;⑦尼氏体：消失;⑧包含物：糖原减少、脂肪积聚;⑨核膜：内陷。

2 分子水平的变化

①从总体上DNA复制与转录在细胞衰老时均受抑制，但也有个别基因会异常激活，端粒DNA丢失，线粒体DNA特异性缺失，DNA氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降低;②mRNA和tRNA含量降低;③蛋白质含成下降，细胞内蛋白质发生糖基化、氨甲酰化、脱氨基等修饰反应，导致蛋白质稳定性、抗原性，可消化性下降，自由基使蛋白质肽断裂，交联而变性。氨基酸由左旋变为右旋;④酶分子活性中心被氧化，金属离子Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+等丢失，酶分子的二级结构，溶解度，等电点发生改变，总的效应是酶失活;⑤不饱和脂肪酸被氧化，引起膜脂之间或与脂蛋白之间交联，膜的流动性降低。

3 细胞衰老原因

迄今为止，细胞衰老的本质尚未完全阐明，难以给明确的定义，只能根据现有的认识，从不同的角度概括细胞衰老的内涵。细胞衰老是各种细胞成分在受到内外环境的损伤作用后，因缺乏完善的修复，使“差错”积累，导致细胞衰老。根据对导致“差错”的主要因子和主导因子的认识不同，可分为不同的学说，这些学说各有其理论基础和实验证据[1]。

3.1差错学派 有以下七种学说，有代谢废物积累学说、大分子交联学说、自由基学说、体细胞突变学说、DNA损伤修复学说、端粒学说、生物分子自然交联说等。其中最主要的自由基学说和端粒学说。

3.1.1自由基学说 自由基是一类瞬时形成的含不成对电子的原子或功能基团，普遍存在于生物系统。其种类多、数量大，是活性极高的过渡态中间产物。正常细胞内存在清除自由基的防御系统，包括酶系统和非酶系统。前者如：超氧化物歧化酶(SOD)，过氧化氢酶(CAT)，谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)，非酶系统有维生素E，醌类物质等电子受体。机体通过生物氧化反应为组织细胞生命活动提供能量，同时在此过程中也会产生大量活性自由基。自由基的化学性质活泼，可攻击生物体内的DNA、蛋白质和脂类等大分子物质，造成损伤，如DNA的断裂、交联、碱基羟基化。实验表明DNA中OH8dG(8-羟基-2‘-脱氧鸟苷)随着年龄的增加而增加。OH8dG完全失去碱基配对特异性，不仅OH8dG被错读，与之相邻的胞嘧啶也被错误复制。大量实验证明实，超氧化物岐化酶与抗氧化酶的活性升高能延缓机体的衰老。Sohal等(1994、1995)，将超氧化物岐化酶与过氧化氢酶基因导入果蝇，使转基因株比野生型这两种酶基因多一个拷贝，结果转基因株中酶活性显著升高，平均年龄和最高寿限有所延长。

英国学者提出的自由基理论认为自由基攻击生命大分子造成组织细胞损伤，是引起机体衰老的根本原因，也是诱发肿瘤等恶性疾病的重要起因。自由基就是一些具有不配对电子的氧分子，它们在机体内漫游，损伤任何于其接触的细胞和组织，直到遇到如维生素C、维生素E、β-胡萝卜素、OPC(原花青素)之类的生物黄酮等抗氧化剂将其中和掉或被机体产生的一些酶(如SOD)将其捕获。自由基可破坏胶原蛋白及其它结缔组织，干扰重要的生理过程，引起细胞的DNA突变。此外还可引起器官组织细胞的破坏与减少[2]。例如神经元细胞数量的明显减少，是引起老年人感觉与记忆力下降、动作迟钝及智力障碍的又一重要原因。器官组织细胞破坏或减少主要是由于自由基因突变改变了遗传信息的传递，导致蛋白质与酶的合成错误以及酶活性的降低。这些的积累，造成了器官组织细胞的老化与死亡。

生物膜上的不饱和脂肪酸易受自由基的侵袭发生过氧化反应，氧化作用对衰老有重要的影响，自由基通过对脂质的侵袭加速了细胞的衰老进程[3]。 自由基作用于免疫系统，或作用于淋巴细胞使其受损，引起老年人细胞免疫与体液免疫功能减弱，并使免疫识别力下降出现自身免疫性疾病。

3.1.2端粒学说 染色体两端有端粒，细胞分裂次数多，端粒向内延伸，正常DNA受损。

3.2遗传学派 认为衰老是遗传决定的自然演进过程，一切细胞均有内在的预定程序决定其寿命，而细胞寿命又决定种属寿命的差异，而外部因素只能使细胞寿命在限定范围内变动。

参考文献：

[1]郭齐，李玉森，陈强，等.脱氧核苷酸钠抗人肾脏细胞衰老的分子机制[J].中国老年学杂志，2013，33(15)：3688-3690.

[2]胡玉萍，吴建平.细胞衰老与相关基因的关系[J].中外健康文摘，2012，09(14)：35-37.

[3]孔德松，魏东华，张峰，等.肝纤维化进程中细胞衰老的作用及相关机制的研究进展[J].中国药理学与毒理学杂志，2012，26(05)：688-691.

单细胞多组学ATAC+基因表达是10x Genomics推出的单细胞多组学解决方案，可以同时获得同一细胞的基因表达和染色质可及性图谱，从而更好地分辨终末分化细胞和发育轨迹上的细胞类型，揭示调控元件、开放染色质和基因表达之间复杂的相互作用。 一、 10x Genomics单细胞多组学ATAC+基因表达技术原理 为同时获得同一细胞的转录组和表观组，10x Genomics单细胞多组学ATAC+基因表达技术首先利用Tn5转座酶对细胞核悬液进行核DNA转座，Tn5转座酶优先切割开放染色质区域中的核DNA。然后利用Chromium平台进行单细胞基因表达（GEX）和ATAC文库制备，该过程将单个细胞核、反应试剂与单个凝胶珠（Gel Bead）包裹成液滴（GEM）。凝胶珠同时包括带有特异性条形码（10x Barcode）、唯一分子标识符（UMI）的poly(dT)序列和带有10x Barcode的Spacer序列，poly(dT)序列能够捕获具有poly(dA)尾的mRNA用于生成基因表达（GEX）文库，Spacer序列能够将条形码添加到转座的DNA片段上生成ATAC文库。对得到的两种文库进行测序，并将来自同一细胞两种文库的测序数据通过10x Barcode匹配，即可实现同时对同一细胞的转录组和表观组进行关联。 二、 10x Genomics单细胞多组学ATAC+基因表达技术优势 1.一个细胞，两种解读 10x Genomics单细胞多组学ATAC+基因表达技术可以充分利用样品，从一个细胞中得到转录组和表观组两种信息，可以最大限度地获取有限样品的多层见解。 美国斯坦福大学医学院利用10x Genomics单细胞多组学ATAC+基因表达技术从来自同一患者的结直肠癌细胞系COLO320-DM（癌基因 MYC 在ecDNA上扩增）和COLO320-HSR（癌基因 MYC 在串联染色体扩增子（HSRs）上扩增）的总共72,049个细胞中获得了配对的转录组和染色质可及性图谱。单细胞ATAC-seq和单细胞RNA-seq数据的细胞聚类显示了COLO320-DM和COLO320-HSR细胞系的独立聚类。相对于染色体HSR  MYC 扩增的COLO320-HSR，在ecDNA  MYC 扩增的COLO320-DM中RNA表达以及 MYC 的可及性评分是高度异质性的，表明调控元件的可变活性可以解释细胞间致癌基因表达的差异。 2. 两种聚类结果结合更精细鉴定细胞类型 10x Genomics单细胞多组学ATAC+基因表达技术能够同时利用转录组和表观组两套数据数据进行细胞聚类，更好的表征复杂细胞群的细胞异质性，发现隐藏的见解。此外，利用基因表达标记能够更容易地解释表观遗传特征。 麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所的研究人员利用单细胞多组学ATAC+基因表达技术获得了来自成年小鼠皮肤34,774个细胞的高质量表观基因组和转录组图谱，基于这两种数据的分析发现，不仅可以区分不同谱系的细胞类型，还可以区分密切相关类型的细胞，例如αhigh CD 34+与αlow CD 34+。基于RNA的的细胞簇也可以通过染色质可及性特征来区分，进一步确认它们的身份，例如根据谱系决定因子的活性对聚类进行了注释揭示了全转录激活因子Dlx3和Sox9以及阻遏物Zeb1和Sox5等。一些细胞状态可以通过染色质或基因表达特征以更高的分辨率识别，例如根据聚类特征对细胞簇进行分组揭示了毛囊永久部分和再生部分之间更明显的染色质可及性差异；相反对应颗粒层的细胞在基因表达水平上作为一个独特的簇更容易区分。 3. 转录组和表观组关联发现新的基因调控作用 10x Genomics单细胞多组学ATAC+基因表达技术能够将调控元件与基因表达结合起来，探索驱动细胞分化，发育和疾病的基因调控相互作用。 华盛顿大学的研究人员将单细胞多组学ATAC+基因表达技术应用于8周龄雄性小鼠的肾脏组织，获得了11,296个细胞的转录组和染色质可及性图谱，并发现了1260个远端位点与321个基因的关联。44%的位点关联到最近的TSS，21%则关联到第二近的TSS。相关性最高的关联在远曲小管细胞标记基因 Slc12a3 和其TSS下游36 kb的位点之间，并与其最后一个外显子重叠，该位点的可及性对远曲小管细胞的特异性稍高。远端顺式调控元件和它们的靶基因之间的联系对于解释不同细胞类型的差异表达是有用的。例如， Slc6a 18 （2型近端小管S3细胞的标志基因）的细胞类型特异性表达并不通过细胞类型特异性启动子可及性来反映，它的TSS与16 kb以外的一个位点相关，该位点的可及性与 Slc6a18 表达相关。 三、 10x Genomics单细胞多组学ATAC+基因表达应用领域 由于单一组学的局限性，单细胞ATAC-seq测序技术出现之后不久，单细胞ATAC-seq与单细胞RNA-seq两种技术同时应用的策略便被采用。目前，这种策略已经已被大量应用于器官发育、疾病和癌症发生机制研究等不同领域，累计发表文章将近50篇。而直接利用单细胞多组学ATAC+基因表达技术进行同一细胞转录组和表观组的方法也已被应用于新生和成年小鼠大脑皮层、塞米松治疗的肺癌细胞、小鼠肾脏、小鼠胚胎发育阶段的前脑和小鼠皮肤等组织。2020年12月，首个利用10x Genomics单细胞ATAC+基因表达技术研究ecDNA中枢驱动分子间协同癌基因表达的研究也被报道。 1. 案例：单细胞多组学ATAC+基因表达分析揭示小鼠皮肤谱系决定机制 发表时间：2020年11月 发表单位：麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所等 发表期刊：Cell 影响因子：38.637 1） 研究背景 细胞分化和功能在基因调控的多个层面上受到调控，包括通过染色质可及性的变化来调控基因表达。然而，分化是一个异步过程，妨碍了现在对导致细胞命运决定调控事件的理解。 2） 材料方法 单细胞多组学ATAC+基因表达技术（SHARE-seq），小鼠皮肤、肺和脑组织。 3） 研究结果 a. 多组学分析不仅可以区分不同谱系的细胞类型，还可以区分密切相关类型的细胞；基于RNA的细胞簇也可以通过染色质可及性特征进一步确认身份；一些细胞状态可以通过染色质或基因表达特征以更高的分辨率识别。 b. 在成年小鼠皮肤中鉴定出63,110个peak-gene关联，少数单个峰与4个或更多基因相关。高peak-gene相关的调控染色质区域（DORC）与超级增强子重叠。 c. DORC与已知的跨谱系决定关键调控基因强烈富集。即使在密切相关的细胞群之间DORCs也存在显著差异，表明DORCs具有高度的细胞类型特异性。 d. DORCs通常在其相关基因表达开始前变得可及，这与谱系启动一致。增强子激活预示靶基因表达的长期假设，并暗示染色质可及性是谱系启动的标志。 e. 染色质可及性的全基因组变化反映了谱系启动的细胞状态，染色质潜力可能在比RNA速度更大的时间尺度上预测未来的细胞状态，特别是在分化期间。 参考文献： 1. King L. Hung, Kathryn E. Yost,Liangqi Xie, et al. EcDNA hubs drive cooperative intermolecular oncogene expression.[J].bioRxiv, 2020.11.19.390278. 2. Ma Sai, Zhang Bing, LaFaveLindsay M et al. Chromatin potential identified by shared single-cell profiling of RNA and chromatin.[J] .Cell, 2020, 183: 1103-1116.e20. 3. Cao Junyue, Cusanovich DarrenA, Ramani Vijay et al. Joint profiling of chromatin accessibility and gene expression in thousands of single cells.[J] .Science, 2018, 361: 1380-1385.