作者：赵宗江
出版社：中国中医药出版社
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细胞生物学试读：
前 言
为落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》《关于医教协同深化临床医学人才培养改革的意见》，适应新形势下我国中医药行业高等教育教学改革和中医药人才培养的需要，国家中医药管理局教材建设工作委员会办公室（以下简称“教材办”）、中国中医药出版社在国家中医药管理局领导下，在全国中医药行业高等教育规划教材专家指导委员会指导下，总结全国中医药行业历版教材特别是新世纪以来全国高等中医药院校规划教材建设的经验，制定了“‘十三五’中医药教材改革工作方案”和 “‘十三五’中医药行业本科规划教材建设工作总体方案”，全面组织和规划了全国中医药行业高等教育“十三五”规划教材。鉴于由全国中医药行业主管部门主持编写的全国高等中医药院校规划教材目前已出版九版，为体现其系统性和传承性，本套教材在中国中医药教育史上称为第十版。
本套教材规划过程中，教材办认真听取了教育部中医学、中药学等专业教学指导委员会相关专家的意见，结合中医药教育教学一线教师的反馈意见，加强顶层设计和组织管理，在新世纪以来三版优秀教材的基础上，进一步明确了“正本清源，突出中医药特色，弘扬中医药优势，优化知识结构，做好基础课程和专业核心课程衔接”的建设目标，旨在适应新时期中医药教育事业发展和教学手段变革的需要，彰显现代中医药教育理念，在继承中创新，在发展中提高，打造符合中医药教育教学规律的经典教材。
本套教材建设过程中，教材办还聘请中医学、中药学、针灸推拿学三个专业德高望重的专家组成编审专家组，请他们参与主编确定，列席编写会议和定稿会议，对编写过程中遇到的问题提出指导性意见，参加教材间内容统筹、审读稿件等。
本套教材具有以下特点：
1.加强顶层设计，强化中医经典地位
针对中医药人才成长的规律，正本清源，突出中医思维方式，体现中医药学科的人文特色和“读经典，做临床”的实践特点，突出中医理论在中医药教育教学和实践工作中的核心地位，与执业中医（药）师资格考试、中医住院医师规范化培训等工作对接，更具有针对性和实践性。
2.精选编写队伍，汇集权威专家智慧
主编遴选严格按照程序进行，经过院校推荐、国家中医药管理局教材建设专家指导委员会专家评审、编审专家组认可后确定,确保公开、公平、公正。编委优先吸纳教学名师、学科带头人和一线优秀教师，集中了全国范围内各高等中医药院校的权威专家，确保了编写队伍的水平，体现了中医药行业规划教材的整体优势。
3.突出精品意识，完善学科知识体系
结合教学实践环节的反馈意见，精心组织编写队伍进行编写大纲和样稿的讨论，要求每门教材立足专业需求，在保持内容稳定性、先进性、适用性的基础上，根据其在整个中医知识体系中的地位、学生知识结构和课程开设时间，突出本学科的教学重点，努力处理好继承与创新、理论与实践、基础与临床的关系。
4.尝试形式创新，注重实践技能培养
为提升对学生实践技能的培养，配合高等中医药院校数字化教学的发展，更好地服务于中医药教学改革，本套教材在传承历版教材基本知识、基本理论、基本技能主体框架的基础上，将数字化作为重点建设目标，在中医药行业教育云平台的总体构架下，借助网络信息技术，为广大师生提供了丰富的教学资源和广阔的互动空间。
本套教材的建设，得到国家中医药管理局领导的指导与大力支持，凝聚了全国中医药行业高等教育工作者的集体智慧，体现了全国中医药行业齐心协力、求真务实的工作作风，代表了全国中医药行业为“十三五”期间中医药事业发展和人才培养所做的共同努力，谨向有关单位和个人致以衷心的感谢！希望本套教材的出版，能够对全国中医药行业高等教育教学的发展和中医药人才的培养产生积极的推动作用。
需要说明的是，尽管所有组织者与编写者竭尽心智，精益求精，本套教材仍有一定的提升空间，敬请各高等中医药院校广大师生提出宝贵意见和建议，以便今后修订和提高。国家中医药管理局教材建设工作委员会办公室中国中医药出版社2016年6月
编写说明
细胞生物学是一门正在迅速发展中的新兴学科，是现代生命科学前沿最活跃、最富有发展前景的分支学科之一。2004年9月由北京中医药大学牵头，22所兄弟院校参编的高等中医药院校第一部全国统编教材——《细胞生物学》，受到了广大师生的青睐和欢迎，推动了本科生和研究生教育的发展，促进了中医药科研工作的广泛开展，对提高高等中医药院校教学质量和高级中医药人才的培养具有重要的现实意义及学术价值。该教材2006年列入教育部普通高等教育“十一五”国家级规划教材。
本教材是在全国中医药行业“十二五”规划教材基础上修订的。修订过程中，得到了全国高等中医药教材建设研究会、中国中医药出版社领导诚心关爱，得到了北京中医药大学校领导、教学管理处、研究生部以及各参编单位相关领导的大力支持，对此，共致谢忱。
此次教材修订，各位编委齐心协力、分工协作，在短短6个月时间内圆满完成了任务，其中，第一章绪论由赵宗江、高碧珍修订；第二章细胞生物学技术由赵宗江、孙媛修订；第三章细胞的基本结构由张小莉、张凯修订；第四章细胞膜由宋强、许勇、吴勃岩、高碧珍修订；第五章细胞外基质由许勇、韩峻修订；第六章细胞核与细胞遗传由赵丕文、郭纯、赵宗江修订；第七章细胞骨架由黄佩蓓、吴勃岩、孙继贤修订；第八章线粒体由高碧珍、顾海、窦晓兵修订；第九章细胞内膜系统由吴勃岩、张帆、徐昌君、张凯修订；第十章核糖体由孙继贤、吴勃岩、张国红修订；第十一章细胞的信号转导由王志宏、赵丕文、王淳修订；第十二章细胞增殖和细胞周期由王淳、徐云丹、宋强修订；第十三章细胞分化由赵宗江、郭纯、许勇修订；第十四章细胞的衰老与凋亡由张帆、张小莉、李亚东修订；第十五章干细胞由窦晓兵、吴勃岩修订；第十六章细胞工程由汪涛、史海龙、黄佩蓓修订。
本教材数字化工作是在国家中医药管理局中医药教育教学改革研究项目的支持下，由中国中医药出版社资助展开的。该项目（编号：GJYJS 16026）由赵宗江、李亚东负责，其他编委会成员共同参与。
本书既可作为本科生、七年制学生、硕士研究生和博士研究生的教材，也可供广大科研工作者参考。由于细胞生物学是一门发展迅速的学科，尽管各位编委根据学科发展及教学实践在修订过程中付出了大量的心血，由于水平有限，教材中的错谬之处在所难免，欢迎广大读者和专家提出宝贵意见，以便再版时加以改正。赵宗江2016年6月于北京中医药大学第一章绪 论第一节细胞生物学研究的内容和现状一、 细胞及细胞生物学
细胞（cell）是有机体结构和功能的基本单位，也是生命活动的基本单位。细胞学（cytology）是研究细胞生命现象的科学。其研究内容包括细胞的形态结构和功能、分裂和分化、遗传和变异以及衰老和病变等。随着近代物理、化学技术和分子生物学技术的成功应用，使细胞生物学研究从细胞整体层次和亚细胞层次深入到分子层次三个不同的水平，以动态的观点研究细胞和细胞器结构和功能、细胞生活史和探索细胞的基本生命活动，是现代生命科学前沿最活跃、最富有发展前景的分支学科之一，即所谓细胞生物学（cell biology）。细胞生物学是一门还在迅速发展中的新兴学科，从生命结构层次上看，细胞生物学介于分子生物学和发育生物学之间，它的研究内容和范畴又与二者相互衔接，相互渗透，同时与医学、农学、生物工程技术的发展均具有密切的关系。
因此，细胞生物学是一门承上启下的学科，与分子生物学一起共同成为现代生命科学的基础，其广泛渗透到了遗传学、发育生物学、生殖生物学、神经生物学和免疫生物学等的研究之中，与农业、医学、生物高新技术的发展有密切的关系，是当今生命科学中的前沿学科之一。二、 细胞生物学的主要研究内容
细胞生物学研究的内容十分广泛，从其发展的历程来看，各个不同时期都有它的研究重点，并与医学有着密切的关系。当今细胞生物学研究的内容，大致归纳为以下研究领域。（一）细胞核、染色体以及基因表达的研究
细胞核（nucleus）是遗传物质储存、复制和转录的场所，是细胞生命活动的控制中心。而染色体（chromosome）位于细胞核内，由核蛋白构成，是遗传物质基因的载体。遗传信息由DNA→mRNA→蛋白质传递过程中，在细胞质中翻译，在细胞核内转录，真核细胞多基因表达调控的环节，赋予真核细胞更为复杂的功能。目前，对真核基因表达转录前、转录、转录后水平和翻译、翻译后水平的调控的研究正方兴未艾，将有助于深入解释生命的本质。（二） 细胞膜与细胞器的研究
细胞膜（cell membrane）使细胞具有一个相对稳定的内环境，同时在细胞与环境之间进行物质能量交换，在信息传递过程中也起着决定作用，而细胞器是细胞内各种有一定形态的功能性结构，包括线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体和液泡等膜相结构以及核糖体、中心体、染色体和细胞骨架等非膜相结构。生命科学中的许多重大问题，都与细胞膜和细胞器有着重要的关系，二者的研究也是细胞生物学的主要研究内容。（三） 细胞骨架系统的研究
细胞骨架系统是由蛋白质与蛋白质搭建起的骨架网络结构体系，包括细胞质骨架和细胞核骨架，并随机体细胞的各种生理活动状态而发生动态改变，因而细胞骨架在时间和空间上受细胞内外因素的调控。目前，人们对细胞骨架的研究已由形态观察为主进入到分子水平。细胞骨架不仅在保持细胞形态、维持细胞内各结构成分的有序性排列方面起重要作用，而且与细胞的多种生命活动如细胞运动、细胞增殖分裂、细胞分化、细胞的物质运输、细胞信息传递、能量转换、基因表达等密切相关，它几乎参与细胞的一切重要生命活动。（四） 细胞增殖及其调控
细胞正常的增殖、分化与衰老维持着有机体自身的稳定，细胞周期的异常会导致这一系列过程的紊乱，细胞的增殖是通过细胞周期来实现的，所以研究细胞增殖的基本规律及细胞周期的调控机制，是控制机体生长和发育的基础。目前已经发现三类细胞周期调控因子，如细胞周期蛋白、细胞周期蛋白依赖性激酶和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制物，它们之间的相互作用调节着细胞周期的进程。随着研究的不断深入，将会发现更多的调控因子，并对调控机制有更深入的了解，继而有可能人工促进不再分裂的细胞增殖，障碍细胞及增殖失控细胞恢复正常有序的增殖，这方面的研究将具有重大的理论意义。（五） 细胞的生长和分化
细胞生长可以表现为细胞大小的增加，细胞干重、蛋白质及核酸含量的增加，细胞间质的增加也是细胞大小增加的一种形式。细胞生长受到细胞表面积与体积的比例、细胞核质比等因素的限制，当生长到达一定阶段，细胞便处于不稳状态。细胞分化完成后并不是所有的细胞都有生长的过程，大多数的组织器官都是通过不断的细胞分裂以增加细胞数量的方式来生长，只有很少数细胞（像神经元细胞）是通过增大细胞体积的方式来生长的，随着个体的不断发育，神经元细胞，特别是轴突的部分也要不断地伸长。
细胞分化是同一来源的细胞逐渐发生各自特有的形态结构、生理功能和生化特征的过程。其结果是在空间上细胞之间出现差异，在时间上同一细胞和它以前的状态有所不同。细胞分化是从化学分化到形态、功能分化的过程。（六） 细胞的衰老和凋亡
细胞衰老的研究是研究生物体寿命的基础。细胞总体的衰老导致个体的老化，但细胞的衰老与有机体的衰老又是不同的概念。目前的研究多集中于分子水平上，如探索衰老相关基因（senescence associated gene）、癌基因或抑癌基因等肿瘤相关基因与细胞衰老的关系、染色体端粒与细胞衰老的关系等。通过对细胞衰老的研究，可了解细胞衰老的规律，并对认识衰老和最终找到推迟衰老的方法都有重要的意义。
细胞凋亡（apoptosis）是由一系列基因控制并受复杂信号调节的细胞自然死亡现象。细胞凋亡可能是生物体正常生理发育与病理过程中的重要平衡因素。细胞凋亡与个体生长、发育以及疾病的发生与防治有着密切的关系，因此找出细胞凋亡的关键调控基因及其作用机制将具有重要的意义。（七） 细胞通讯和细胞信号转导
细胞信号转导是指细胞外因子通过与受体（膜受体或核受体）结合，引发细胞内的一系列生物化学反应以及蛋白间相互作用，直至细胞生理反应所需基因开始表达、各种生物学效应形成的过程。近年来研究发现，细胞内存在着多种信号转导方式和途径，各种方式和途径间又有多个层次的交叉调控，是一个十分复杂的网络系统。研究结果将成为疾病机制研究、药物的筛选及毒副反应研究的基础。所以阐明细胞信号转导的机制对有机体生命活动具有极其重要意义。（八） 干细胞及其应用
干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞，在一定条件下，它可以分化成各类细胞。干细胞分为胚胎干细胞和成体干细胞两类。胚胎干细胞为全能干细胞，而成体干细胞是多能干细胞或单能干细胞。干细胞的发育受多种内在机制和微环境因素的影响，目前人类胚胎干细胞已可以在体外培养；成体干细胞也可以分化为其他类型的细胞和组织，为干细胞的广泛应用提供了基础。尽管出于社会伦理学方面的原因，人类胚胎干细胞的研究工作在全世界范围内引起了很大的争议，但人类胚胎干细胞的研究是当前生物工程领域的核心问题之一，对于医学基础研究或临床应用等方面，均具有重要的意义。（九） 细胞工程
细胞工程是细胞生物学与遗传学的交叉领域，是生物工程的重要方面。它是通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培养等方法，按照人们的设计蓝图改造细胞的某些生物学特性，进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。目前细胞工程涉及的主要技术领域有细胞培养、细胞融合、细胞拆合、染色体操作及基因转移等。近年在世界范围兴起的用哺乳动物体细胞克隆而获得无性繁殖胚胎与个体，是细胞工程最具有创新性的工作之一。三、 细胞生物学的分支学科（一） 细胞形态学
细胞形态学（cytomorphology）是研究细胞显微和亚显微形态和结构以及生物大分子结构的科学。着重研究细胞亚微结构，细胞器的起源、发展过程及细胞的功能。（二） 细胞化学
细胞化学（cytochemistry）是以化学方法研究细胞化学成分的定位、分布及其生理功能的科学。细胞化学的内容包括在光镜和电镜水平酶化学反应，尤其是电镜酶细胞化学，使酶的定位更加精确。其发展方向是不断引入新的化学显色方法，将细胞超微结构与局部化学成分联系起来，使细胞组分着色对比清晰，便于对细胞精细结构进行定量测定。（三） 细胞遗传学
细胞遗传学（cytogenetics）主要是根据细胞染色体遗传学发展起来的，是研究细胞遗传及其变异规律的科学。它对阐明遗传和变异机制，建立动植物育种理论以及发展生物进化学说均有一定的意义；对人类染色体病的诊断、治疗和预防也有特定的意义。（四） 细胞生理学
细胞生理学（cytophysiology）是研究细胞生命活动规律的科学。研究细胞如何从周围环境中摄取营养，经过代谢获得能量，以进行生长、分裂或其他功能活动，并研究细胞如何对各种环境因素产生反应，而表现感应性和运动性活动等。（五） 细胞社会学
细胞社会学（cell sociology）是从系统论的观点研究整体和细胞群中细胞间的社会行为的科学，包括细胞识别、通讯和相互作用以及研究整体和细胞群对细胞生长、分化和死亡等活动的调节控制作用。（六） 分子细胞学
分子细胞学（molecular cytology）是从分子水平研究细胞与细胞器的核酸、蛋白质等大分子物质的组成结构以及细胞内遗传物质的结构和表达的调控的科学。因为生物学功能性的变化，实际上都是细胞的分子结构或特性改变的结果，所以分子细胞学是细胞生物学中一个很重要的分支学科。
此外，其他分支学科还有细胞生态学（cytoecology）、细胞能力学（cytoenergetics）和细胞动力学（cytodynamics）等。第二节细胞生物学的发展简史一、 细胞生物学发展的萌芽时期
1665年英国学者胡克（Robert Hook）用自己制造的显微镜（放大倍数为40~140倍）观察了软木薄片，首次描述了细胞的结构，并借用拉丁语“cellar”来称呼他所看到的类似蜂巢的极小的“小室”，实际上只是观察到了植物死细胞的细胞壁，后来演变成了“cell”一词并沿用至今。
此后不久，荷兰人列文虎克（A.van Leeuwenhoek）于1677年用自己制作的显微镜，观察原生动物、人类精子、鲑鱼的红细胞及牙垢中的细菌等。看到了活的细胞，这些发现奠定了细胞生物学的基础，对细胞生物学的建立做出了重要的贡献。二、 细胞学说的创立时期
自1665年胡克首次发现了细胞壁结构以后的200年间，19世纪以前许多学者的工作都着眼于细胞的显微结构方面，从事形态上的描述，而对各种有机体中出现细胞的意义一直没有做出理论的概括，直到进入19世纪30年代，在许多科学家工作的基础上，德国人施莱登（Matthias Jacob Schleiden）、施旺（Theodar Schwann）和魏尔肖（R. Virchow）共同创立了“细胞学说（Cell Theory）”，即一切植物、动物都是由细胞组成的；细胞是一切动植物生命活动的基本单位；一切细胞来源于原有细胞的分裂。把细胞作为生命的基本单位，以及作为动植物界生命现象的共同基础的这种概念，立即得到了普遍的认同。恩格斯将细胞学说誉为19世纪自然科学的三大发现之一。三、 经典细胞学时期
该时期应用固定、染色技术，在光学显微镜下观察细胞的形态和细胞分裂活动。由于显微镜装置的改进，分辨率的提高，发明了固定液、石蜡切片技术和染色技术，以E.van.Beneden、Richard Altmann为代表的众多科学家，相继发现了中心体、染色体、线粒体、高尔基体。并发现了细胞的有丝分裂和减数分裂。
1839年著名的显微解剖学家捷克人普金耶（Joannes Evangelista Purkinje）首先用protoplasm这一术语描述细胞物质，提出了细胞的原生质（protoplasm）这一概念，并认为这是细胞内化学成分的总称。1861年舒尔策（Max Schultze）提出了原生质理论，认为有机体的组织单位是一小团原生质，这种物质在一般有机体中是相似的。1880年Hanstein提出“原生质体”（protoplanst）的概念，即细胞是由细胞膜包围的一团原生质，分化为细胞核和细胞质。这一概念显然比细胞（cell）更确切了。
1841年波兰人R.Remak发现鸡胚血细胞的直接分裂（无丝分裂），1879年德国人W. Flemming观察了蝾螈细胞的有丝分裂，于1882年提出了mitosis 这一术语。后来德国人E. Strasburger（1876~1880）在植物细胞中发现有丝分裂，认为有丝分裂的实质是核内丝状物（染色体）的形成及其向两个子细胞的平均分配。1883年比利时人E.van Beneden和1886年德国人E.Strasburger分别在动物与植物细胞中发现减数分裂，至此发现了细胞分裂的主要类型。
随着显微镜原理和装置的发展，显微镜的分辨率大大提高，并发明了石蜡切片技术和建立了若干重要的染色方法，相继发现了各种重要的细胞器。如1883年比利时人E. van. Beneden和德国人T. Boveri发现中心体。1890年德国人Richard Altmann描述了线粒体的染色方法，他推测线粒体就像细胞的内共生物，并认为线粒体与能量代谢有关。1898年意大利人C.Golgi用银染法观察高尔基体。四、 实验细胞学时期
在相邻学科的渗透下，细胞学研究应用了实验的方法，其特点是从形态结构的观察深入到生理功能、生物化学、遗传发育机理的研究。由于实验研究不断同相邻学科结合、相互渗透，导致了细胞生理学、细胞遗传学、细胞化学等一些重要分支学科的建立和发展。五、 细胞生物学时期
20世纪50年代以来，随着电子显微镜的广泛应用，对细胞超微结构诸如线粒体、高尔基体、细胞膜、核膜、核仁、染色质、染色体、内质网、核糖体、溶酶体、核孔复合体与细胞骨架体系等，进行了深入研究，为细胞生物学学科早期的形成奠定了良好的基础。20世纪60年代以来，由于生物化学与细胞学的相互渗透与结合，催化了细胞生物化学这门学科的诞生，使人们对细胞结构与功能相结合的研究水平达到了前所未有的水平，逐渐认识到细胞是各生物学科的共同基础。20世纪70年代以来，由于分子生物学技术引进细胞学的研究，为细胞生物学这门学科的最后形成与创建打下了坚实的基础。
20世纪80年代以来，科学家们在分子水平上探索细胞的基本生命规律，把细胞看成是物质、能量、信息过程的结合，并在分子水平上深入探索和研究其生命活动规律，形成了细胞生物学的主要发展方向即分子细胞生物学。总之，细胞生物学是随着现代自然科学技术的发展而不断发展的，特别是透射电子显微镜、扫描电子显微镜与扫描隧道显微镜的发明，为细胞生物学学科的建立以及将来向纵深发展起着重要的推动作用。六、 我国细胞生物学的发展概况
我国1977年自然科学规划会议制订了第一个细胞生物学发展规划，细胞生物学的研究机构进行了充实和调整，如原中国科学院实验生物研究所改建为细胞生物学研究所，新建了中国科学院发育生物学研究所。有条件的高等院校纷纷建立了细胞生物学研究所、研究室和教研室。在高等院校及科研院所开设了细胞生物学课程，建立了学位制度，开始培养细胞生物学专业的硕士、博士研究生，从而形成了一支从事细胞生物学的科学研究队伍。
全国细胞生物学发展规划制订以后，一些细胞生物学中的重要领域，如细胞毒作用、细胞骨架、核骨架、细胞免疫、染色体分子生物学、细胞周期及其调控等，相继开始进行了研究工作。随着新技术、新方法的不断引进，如重组DNA技术、杂交瘤技术、免疫荧光技术、流式细胞技术、PCR技术、原位分子杂交及转基因技术等，并在研究工作中加以应用，为缩短研究周期，提高研究水平创造了条件。
随着国家及部门的细胞生物学及相关学科的重点实验室的建立，以及国家自然科学基金、攀登计划、“863计划”及“973计划”等对细胞生物学学科的大力资助和支持，有力地推动了我国细胞生物学研究的迅猛发展，同时也反映了现代生命科学的发展趋势。第三节细胞生物学与医学科学
细胞生物学是研究细胞结构和生命活动基本规律的科学，是生命科学的重要基础。医学是生命科学的重要分支学科，是以人体为对象，研究人体疾病发生、发展以及转归的规律，从而对疾病进行诊断、治疗和预防，以达到增强人体健康、延年益寿为目的的科学。细胞生物学研究课题及其成果当然与医学的理论和实践是密切相关的。一、 细胞生物学是医学科学的基础理论
医学分为基础医学与临床医学。细胞是构成人体生命系统的基本结构和功能单位。以细胞为研究对象的细胞生物学与医学科学有着密不可分的关系。细胞生物学研究涉及基础医学的解剖学、组织学与胚胎学、免疫学、生物化学、遗传学、生理学、病理学及分子生物学等几乎所有医学的基础课程。如生物化学中的蛋白质、核酸、糖蛋白等生物大分子的代谢与调节、基因的表达和调控、细胞信号的转导、细胞的异常增殖等；生理学中的物质运输、细胞信号转导等；病理学的细胞衰老与死亡、炎症、癌变等，这些都与细胞生物学中相关物质的化学组成、结构和功能、相关细胞器的生命活动息息相关。因此，学习与掌握细胞生物学的基本理论与基本知识，可以为学好基础医学课程打下坚实的基础。
同时，细胞生物学也是临床各科的重要基础。疾病是机体在一定的条件下，受病因损害作用后，因自稳调节紊乱而发生的异常生命活动过程。当细胞结构与功能损伤时，导致人体组织、器官结构和功能的损伤，引起疾病的发生。细胞生物学的理论知识直接用于医学对疾病的认识、治疗和预防。如SARS冠状病毒（SARS Coronavirus，SARS-CoV）导致的非典型肺炎，SARS病毒是有包膜的正链RNA病毒，主要侵害人的肺部细胞，使人发生呼吸困难而死亡。S蛋白是SARS冠状病毒的主要膜蛋白，通过与人体细胞上的受体结合介导病毒的侵入，病毒侵犯人体免疫系统，免疫系统释放大量的细胞/趋化因子，一方面这些因子可以参与抗病毒的反应，另一方面也能造成细胞的损伤和组织功能障碍。该病来势凶猛，可爆发流行，传染性强，病死率较高。再如艾滋病（acquired Immune defciency syndrome，AIDS）是由HIV感染所致，主要侵犯T淋巴细胞，淋巴细胞被大量破坏，导致人体免疫力降低，发生各种难以治愈的感染和肿瘤，最终导致患者死亡。非典型肺炎和艾滋病发病是因为它们的病原体进入人体细胞而造成的。说明了人体的某些特定细胞的受损，会影响人的生命活动。二、 细胞生物学的发展推动了医学科学的发展
细胞生物学是研究生命活动规律的基本学科，其各项研究成果与医学的理论和实践密切相关。也可以说，细胞生物学的发展推动医学科学的发展和进步；反过来，医学的实践又为细胞生物学的研究提供了经验，二者相辅相成，相互促进。例如细胞分化是由单个受精卵产生的细胞在形态结构、生化组成和功能等方面形成明显的稳定性差异的过程。干细胞可以在体外培养、传代，且保持其无限增殖能力和多向分化潜能，使人们看到了彻底修复和再生人体器官的前景。干细胞经特定因子刺激后可发育成特化的细胞，用于治疗由细胞功能障碍或组织受损引起的疾病，即细胞治疗；利用胚胎干细胞，克隆人体组织器官，以治疗为目的的克隆技术，即治疗性克隆。目前干细胞已成为生命医学研究领域的热点。细胞治疗是近十年来在分子生物学、分子免疫学、细胞生物学等基础上发展起来的一种治疗疾病的方法。干细胞可以治疗许多疾病，例如利用干细胞制造脑部神经元来治疗帕金森症，制造胰岛细胞来根治糖尿病，制造心肌细胞来修补心脏，制造软骨细胞来复原关节，并开始应用于多种疾病的临床试验研究，展示了广阔的临床应用前景。
总之，细胞生物学与医学科学相互联系、相互渗透，起着先导和纽带作用。医学科学的诸多问题最终要从细胞、亚细胞和分子水平上加以解决。因此，细胞生物学的不断进展势必推动医学科学的蓬勃发展，反之，医学科学在实践中提出的新问题，又极大地丰富了细胞生物学的研究内容，推动细胞生物学向更深层次发展。第二章细胞生物学技术
细胞生物学的发展与物理学、化学和数学的新理论、新方法及新技术的应用息息相关。细胞生物学技术概括起来主要有显微镜技术、细胞化学技术、细胞组分分析技术和分子生物学技术等，在学习细胞生物学的同时应该对这些实验技术有所了解，本章简要介绍如下。第一节显微镜技术
显微镜是观察细胞形态结构的主要工具。根据光源不同，可分为光学显微镜和电子显微镜两大类。前者以可见光（紫外线显微镜以紫外光）为光源，后者则以电子束为光源，它们分别用于细胞的显微和亚显微结构层次的研究。一、 分辨率
分辨率（resolution）是区分邻近两个物点最小距离的能力。分辨距离越小，分辨率就越高。一般规定：显微镜或人眼在25cm明视距离处，能清楚地分辨被检物体细微结构最小间隔的能力，称为分辨率。分辨率的大小决定于光的波长和镜口率以及介质的折射率，用公式表示为：
R=0.61λ/NA
NA=N·sin（α/2）
式中：λ=照明光源的波长；n=介质折射率；α=镜口角（标本对物镜镜口的张角），NA=镜口率（numeric aperture）。镜口角总是要小于180°，所以sin（α/2）的最大值必然小于1（表2-1）。表2-1 介质的折射率
制作光学镜头所用的玻璃折射率为1.65~1.78，所用介质的折射率越接近玻璃的越好。对于干燥物镜来说，介质为空气，镜口率一般为0.05~0.95；油镜头用香柏油为介质，镜口率可接近1.5。
普通光线的波长为400~700nm，因此显微镜分辨率数值是0.2μm，人眼分辨率是100μm，所以一般显微镜设计的最大放大倍数通常为1000倍。
1926年德国科学家Busch发现，高速运动的电子在电场或磁场的作用下，会发生折射，并且能被聚焦，高速运动的电子流具有波动性及可折射性，这就是电子显微镜的理论基础。在此基础上经过Ruska、Knoll等科学家的不断努力，于1938年试制成功了第一代实用电子显微镜。目前电镜的极限分辨率为0.2nm左右，比一般光学显微镜的极限分辨率提高了大约1000倍，比人眼分辨率提高了100万倍左右。
扫描探针显微镜（scanning probe microscope，SPM）是20世纪80年代发展起来的一项能观察物体形貌的新型显微镜，目前比较普遍应用的有扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope，STM）和原子力显微镜（atomic force microscope，AFM）。它们的制作原理与光镜和电镜完全不同，如扫描隧道显微镜就是利用量子力学中的隧道效应原理制作成的，是目前分辨率最高的一类显微镜。扫描隧道显微镜具有原子尺度的高分辨率，其横向分辨率达0.1~0.2nm，纵向分辨率达0.001nm。如此高分辨率的显微镜将在细胞分子生物学及纳米生物学的研究领域中发挥重要的作用。二、 光学显微镜技术（一） 普通光学显微镜
光学显微镜（light microscope）主要由机械部分、照明部分和光学部分三部分组成（图2-1）。机械部分是显微镜的支架，它包括镜筒、镜柱、镜座、物镜转换器及调焦装置。光学显微镜是以日光为光源，其照明部分包括反光镜、聚光器及光阑，可对入射光线进行集光并调节其强弱。光学部分包括物镜和目镜，是光学放大系统，光镜的总放大倍数为物镜和目镜放大倍数的乘积，一般约1000倍，由于受光波衍射效应的限制，光镜的分辨率为0.2μm。
生物样品经过固定、包埋、切片和染色处理后才能观察到其微细结构。在光学显微镜下所见的结构，称为显微结构（microscopic structure）。图2-1 显微镜（二） 荧光显微镜
荧光显微镜（fl uorescence microscope）是以紫外线为光源来激发生物标本中的荧光物质，产生能观察到的各种颜色荧光的一种光学显微镜，利用它可研究荧光物质在组织和细胞内的分布（图2-2）。
生物样标本中，某些细胞内的天然物质如叶绿素，经紫外线照射后能发出可见光线，即荧光（fl uorescence），这种由细胞本身存在的物质经紫外线照射后发出的荧光称自发荧光。另一些细胞内成分经紫外线照射后不发荧光，但若用荧光染料进行活体染色或对固定后的切片进行染色，则在荧光显微镜下也能观察到荧光，这种荧光称诱发荧光。如吖啶橙能对细胞DNA和RNA同时染色，显示不同颜色的荧光，DNA呈绿色荧光，RNA呈红色荧光。荧光染料和抗体能共价结合，被标记的抗体和相应的抗原结合形成抗原抗体复合物，经激发后发射荧光，可观察了解抗原在细胞内的分布。
与普通显微镜相比，荧光显微镜主要有以下特点：（1）荧光显微镜一般采用弧光灯或高压汞灯作为紫外线发生的光源。（2）使用互补滤光片——激发滤光片和阻断滤光片。①激发滤光片位于荧光光源和待测标本之间，产生短波的单色光激发标本发出荧光。②阻断滤光片位于目镜和标本之间，作用是阻断短波的激发光，只透过长波的荧光光线，以防伤害到观察者的眼睛。（三） 相差显微镜
普通光学显微镜观察染色的生物标本结构，主要是利用光线通过染色标本时其波长和振幅的差别，来观察标本的微细结构。而活细胞和未经染色的生物标本，当光线通过时，光的波长和振幅变化不大，所以普通光学显微镜无法观察到。但光线在通过生物标本时除了波长和振幅的变化外，还有相位的差异，这种相位的差异，人眼无法分辨，只有将相位差转变成振幅差时，才能被人眼分辨出来。
相差显微镜（phase contrast microscope）就是通过在物镜后焦面上添加一个相板和聚光镜上增加一个环状光阑，将通过标本不同区域的光波的光程差（相位差）转变为振幅差（明暗差），使活细胞或未经染色的标本内各种结构清晰可见。
观察活的培养细胞的结构常用倒置相差显微镜（inverted phase contrast microscope），它与一般相差显微镜不同的是光源和聚光镜装在载物台的上方，相差物镜在载物台的下方。利用这种装置可清楚地观察到贴附在培养瓶底上的细胞活动，如细胞分裂、细胞迁移运动等过程。图2-2 荧光显微镜光路图解来自光源的光通过紫外激发装置，紫外诱发样品上的荧光物质发射荧光然后通过过滤板，除去紫外光，而允许荧光通过，并最后成像（四） 暗视野显微镜
暗视野显微镜（dark fi eld microscope）是利用暗视野聚光器代替普通光学显微镜上的聚光器，或用中央遮光板遮去中央光束的照明法，使照明光线不能直接进入物镜，因而视野的背景是暗的，只有经过标本散射的光线才能进入物镜被放大，在黑暗背景中呈现明亮的图像。这种显微镜虽然对物体内部结构看不清，但却可以提高分辨率，能观察到0.004~0.2μm以上的微粒子的存在和运动。因此适合用来观察活细胞内某些细胞器如线粒体、细胞核以及液体介质中未染色的细菌、真菌、霉菌及血液中的白细胞等的运动。（五） 激光扫描共焦显微镜
激光扫描共焦显微镜（laser scanning confocal microscope，LSCM）是20世纪80年代伴随计算机技术而发展起来的一种新型的显微镜。它是在荧光显微镜成像基础上加装了激光扫描装置，利用计算机进行图像处理，应用激光激发荧光，得到细胞内部微细结构的荧光图像。激光扫描共聚焦显微镜利用特定波长的激光经照明针孔形成点光源，对标本内物镜焦平面上的一点照射，检测器仅仅收集来自于该聚焦平面的荧光。这样，去除了荧光信号的互相干扰，分辨率较普通荧光显微镜提高约1.4倍，大大改善了成像质量。激光扫描共聚焦显微镜可毫无损伤地检测未经染色处理的活体组织细胞。
由于检测的焦平面厚度只有几百纳米，直径十几微米的细胞可被分成几十层分别成像，因此，又被称为细胞“CT”。分层扫描后的三维重建，有利于了解细胞的表面抗原、功能蛋白、细胞骨架、亚细胞结构的分布以及与功能的关系。这种三维的形态研究以及形态研究与代谢、功能研究的结合，是任何其他研究工具所不能比拟的。利用该2＋技术可以观察细胞内Ca的分布、胞质中的细胞骨架纤维的网状结构、细胞核内染色体的排列等图像。三、 电子显微镜技术（一） 透射电子显微镜
透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM）的成像原理与光镜显微镜不同（图2-3），它是用电子束作光源，用电磁场作透镜。电子束的波长要比可见光和紫外光短得多，并且电子束的波长与发射电子束的电压平方根成反比，也就是说电压越高波长越短。当电子束透射样品时，由于样品不同部位对入射电子具有不同散射度，而形成不同电子密度（即浓淡差）的高度放大图像，最后显示在荧光屏上或记录在照相感光胶片上。因为电子波的波长远比光波的波长短，所以电镜的分辨本领比光学显微镜显著提高，其分辨率可达0.2nm。由于电子束的穿透力很弱，因此用于电镜的标本须制成厚度50nm左右的超薄切片。这种切片需要用超薄切片机（ultramicrotome）制作。电子显微镜的放大倍数最高可达近百万倍，由电子照明系统、电磁透镜成像系统、真空系统、记录系统以及电源系统五部分构成。图2-3 光镜、透射电镜和扫描电镜主要原理示意图（引自 B.Alberts et al，1989）表2-2 不同光源的波长
目前已能在电镜照片上直接看到生物大分子的粗糙轮廓。透射式电镜主要用于观察和研究细胞内部细微结构。进行透射电子显微镜观察时最基本的制片技术是超薄切片术，切片厚度是40~50nm。切片可以单染，也可以双重染色，以增大反差。同时，也可以通过负染色技术控制电镜的分辨率，通过冷冻蚀刻技术观察细胞断裂面处的结构。（二） 扫描电子显微镜
扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）中电子枪发射出的电子束，经过几组电磁透镜将电子束缩小为约0.5nm的电子探针并冲击样品表面，激发出次级电子，即二次电子。二次电子的信号被收集、转换和放大后送至阴极射线管，在某一点上成像。在电子束行进的途中有一组电子偏转系统，可使电子探针在样品表面按一定顺序扫描，且这一扫描过程与阴极射线管的电子束在荧光屏上的移动同步，这样，当电子探针沿着标本表面一点一点移动时，标本表面各点发射的二次电子所带的信息量加在阴极射线管的电子束上，在荧光屏上就扫描出一幅反映样品表面形态的立体图像。通过照相可把图像记录下来。
一般扫描电镜的分辨率为3nm，近年研制的低压高分辨扫描电镜分辨率可以达到0.7nm，可以观察核孔复合体等更精细的结构。扫描电子显微镜扫描样品在干燥前需要用戊二醛和锇酸等临界温度和压力都较低的有机溶剂作媒介进行固定。干燥后在观察前还需喷镀一层金属薄膜，增加样品的导电性能，防止电荷积累，保持样品表面不皱缩、不塌陷，以得到良好的二次电子信号。第二节细胞化学技术
细胞化学技术（cytochemistry）是在保持细胞结构完整的基础上，利用某些化学物质可与细胞内某种成分发生化学反应，而在局部形成有色沉淀的原理，对细胞的化学成分进行定性、定位和定量的研究，目的是研究细胞乃至细胞器的结构与代谢变化的一种技术。该技术包括酶细胞化学技术、免疫化学技术、放射自显影技术等内容。一、 酶细胞化学技术
酶（enzyme）是一种生物体内高效催化各种化学反应的特异性的生物催化剂，主要由蛋白质构成。生命活动离不开酶的催化作用，通过酶的催化作用调节机体内物质代谢有条不紊地进行。酶促反应具有高效性、高度特异性及可调节性。细胞内有很多酶，它们在细胞内的分布都有其特定部位。
酶细胞化学技术（enzyme cytochemistry）就是用组织化学的分析方法证明组织细胞中酶的存在，研究酶的定性、定位和定量的一种技术。自Klebs于1868年首次采用这一方法显示组织中的过氧化物酶以来，已近150年的历史，至今能用此技术显示的酶有200多种，已广泛应用于组织细胞代谢、细胞类型判定、细胞定位等研究。早期的酶细胞化学工作是在光学显微镜上进行的，称为酶组织化学（enzyme histochemistry）。自20世纪60年代开始用电镜观察酶的分布，称电镜酶细胞化学（electron microscopic enzyme cytochemistry）。
酶组织化学反应主要经过酶促反应和显色反应两步。操作时将具有酶活性的组织切片或细胞涂片放入含有相应酶作用底物和辅助剂并具有所需pH值的孵育液中，在适宜温度下进行孵育反应。根据酶催化反应的性质，可将酶细胞化学反应分为水解酶、氧化还原酶、裂解酶、转移酶、合成酶和异构酶六大类，电镜酶细胞化学中应用较多的是水解酶和氧化还原酶等。二、 免疫细胞化学方法
免疫细胞化学（immunocytochemistry）又称免疫组织化学（immunohistochemistry），是用标记的抗体（或抗原）追踪抗原（或抗体），经过组织化学的呈色反应后，用显微镜或电子显微镜观察，在原位上确定细胞或组织结构的化学成分或化学性质。凡能作抗原或半抗原的物质，如蛋白质、多肽、核酸、酶、激素、磷脂、多糖、受体及病原体等都可用特异性抗体在组织或细胞内用免疫组织化学手段检出或研究。免疫组织化学抗体与抗原特异性结合的信号有荧光素、酶标或金属颗粒标记等。根据这些显示手段，大致可分为免疫荧光技术、免疫酶标技术及免疫金属标记技术，其中以免疫酶标技术最为常用。
光镜水平的免疫标记工作开始于20世纪40年代，电镜水平上进行细胞内抗原定位工作始于20世纪70年代，随着新一代的包埋介质和标记物的问世及冷冻切片技术的应用，使电镜的免疫细胞化学技术大大推广，并应用于细胞生物学、组织学和病理学等多方面的研究工作中。三、 放射自显影技术
放射自显影技术（radioautography；autoradiography）是利用放31432125射性同位素（如H、C、P、I）所发射的带电粒子，来标记生物分子，并引入机体或细胞中，从而显示出标本中放射性物质所在的位置和所含的数量，这种方法称为放射自显影。该技术创立于20世纪20年代，最初是应用于临床的人体放射自显影。当时采用X光片作为感光材料。于1946年由Belanger和Leblond采用核子乳胶作为感光材料，用光镜对含放射性同位素的组织切片进行放射性同位素示踪研究，即光镜放射自显影技术。随后于1956年Liquer和Milward将放射自显影技术与电镜技术相结合，创立了电镜放射自显影术，该技术由细胞水平向亚细胞水平发展，开拓了新的应用范围。14
由于有机大分子均含有碳、氢原子，故实验室一般常选用C和314314H标记。C和H均为弱放射性同位素，半衰期长，C半衰期为3335730年，H为12.5年。一般常用H胸腺嘧啶脱氧核苷（H-TDR）来333显示DNA，用H尿嘧啶脱氧核苷（H-UDR）显示RNA；用H氨基酸33125研究蛋白质，研究多糖则用H甘露糖、H岩藻糖；用I标记示踪，以了解甲状腺素的合成和运送过程等。
放射自显影技术能揭示细胞分子水平的动态变化，使之成为显微镜下可见的形态，并可以进行定位和定量分析。它是研究机体细胞代谢状态和动态变化过程的重要手段，是生物学和医学科学研究中广泛应用的一项技术。第三节细胞组分分析方法
利用光学显微镜和电子显微镜技术可以确定细胞及其内部各细胞器或大分子的分布，但要对细胞或细胞内的组分进行深入了解，必须对这些组分进行生物化学分析。这种细胞组分分析应首先从组织中分离纯化出细胞，再从细胞中分离出有关组分，进而进行相关的分析研究。一、 流式细胞术
流式细胞计量术（流式细胞术）（fl ow cytometry）是用流式细胞仪（flow cytometer，FCM）集激光、光电测量、计算机技术为一体，运用荧光化学、免疫荧光技术进行细胞测量和分选的一门技术（图2-4）。其原理是悬浮在液体中的分散细胞一个个地依次通过测量区，当每个细胞通过测量区时产生电信号，这些信号可以代表荧光、光散射、光吸收或细胞的阻抗等。这些信号可以被测量、存贮、显示，于是细胞的一系列重要的物理特性和生化特征就被快速地、大量地测定出来。
标本来源可以是血液、尿液、细胞培养液、胸水、腹水、灌洗液、新鲜实体瘤及活检组织标本、石蜡固定标本等。可同时测定细胞大小，2+DNA、RNA含量，细胞表面抗原表达，癌基因蛋白，pH、Ca等。由于其应用广泛，已成为当前细胞生物学、免疫学、肿瘤学、血液学、遗传学、病理学、临床检验学特别是血液病诊疗的重要工具。
流式细胞术是对悬液中的细胞或细胞器进行快速测量，测量速度可达每秒钟数千个乃至数万个。可与显微镜相互补充。显微镜可以研究组织的结构、细胞定位和荧光在细胞中的分布；而多数流式细胞术是一种“零分辨率”的仪器，它只能测量一个细胞的总核酸、总蛋白等，而不能测量出细胞某一特定部位的核酸与蛋白。但流式细胞术在对细胞群体或组成群体的亚群进行定量分析时，具有其他手段无法比拟的优越性，能对细胞进行分选，也可以检测细胞及其组分的多种参数，包括结构参数和功能参数。图2-4 流式细胞仪分选示意图（引自宋今丹等，1993）当一个细胞通过激光束时，细胞所发出的荧光被检测器测出，仪器使带有荧光细胞的小水滴充电。液滴下流 两个高压电极时，充电的小水滴就偏向相反电荷的极侧，不带电的小水滴不偏向，这样就将所需细胞从样品中分选出来二、 细胞分级分离术
细胞分级分离（cell fractionation）方法是研究细胞内细胞器和其他各种组分的化学性质和功能的一种主要方法。可分为匀浆、分级分离和分析三个步骤。匀浆是在低温条件下，将组织材料置于匀浆液中，采用物理或化学方法破碎悬浮液中的组织内细胞，如低渗超声震荡、研磨等方法，将细胞膜破坏，却又使所要研究的细胞器及其他成分保留下来。然后用不同方法及不同转速的离心机（高速或超速离心机）将细胞匀浆离心，在离心力的作用下，将细胞内各种细胞器及化学成分区分开来，最后对所获得的成分进行分析，以深入了解其化学组成及功能等方面的信息。
离心方法可归纳为以下两种：①沉降速度法。它包括差速离心法和速率区带离心法。该法主要根据颗粒大小、形状不同进行分离。②等密度离心。有离心自成密度梯度离心法和预制梯度离心法二种。该法是以颗粒密度差为基础进行分离的，与颗粒的大小、形状基本无关。（一） 差速离心法
差速离心法（differential centrifugation）是指由低速到高速逐级分离的方法。如对所需逐级分离的细胞匀浆先用低速离心沉淀大的颗粒，然后将未沉淀的悬浮液颗粒小心吸出，再以更高的转速使较大的颗粒沉淀，这样逐步增加转速，可分级提取出不同大小、形状的细胞内各成分。如可用于全血分离，先将血细胞与血浆分开，再从血浆中提取蛋白质，或从乙肝阳性血浆中提取表面抗原等。但该法分辨率不高，即在同一数量级内不同沉降系数的各种颗粒不易分开。故本方法一般用于其他分离方法前的粗制品的提取。（二） 密度梯度离心法
密度梯度离心（density gradient centrifugation）是一种带状离心法，可达到更精细的离心效果。每一物质都有自身的密度，在离心过程中，当颗粒密度（Pp）等于介质密度（Pm）时，颗粒就悬浮于介质中不移动，这就是等密度离心法的基本原理。其基本要点是使离心溶液形成密度梯度来维持重力的稳定性以抑制对流。为造成连续或不连续增高的密度梯度，其密度范围与待分离组分的密度要大致相等。这需要向溶液中加入第三种成分，如甘油、蔗糖和盐类（CsCl等）。待分离的组分密度在梯度密度范围内，经一定时间的离心后，不同密度的组分分别集中在某一密度带中而得到分离。密度梯度离心有蔗糖密度梯度离心和CsCl密度梯度离心。第四节细胞培养技术一、 体外细胞培养技术
细胞培养（cell culture）是指从活体中取出小块组织分离的细胞，在一定条件下进行培养，使之能继续生存、生长，甚至增殖的一种方法。其开始于上世纪初，到上世纪60年代，技术发展成熟，至今已成为生物、医学研究和应用中广泛采用的技术方法。利用动物细胞培养生产具有重要医用价值的酶、生长因子、疫苗和单抗等，已成为医药生物高技术产业的重要部分。由于动物细胞体外培养的生物学特性、相关产品结构的复杂性和质量以及一致性要求，动物细胞大规模培养技术仍难于满足具有重要医用价值生物制品的规模生产的需求，迫切需要进一步研究和发展细胞培养工艺。目前，世界众多研究领域集中在优化细胞培养环境、改变细胞特性、提高产品的产率并保证其质量和一致性上。
细胞培养具有实验周期短、技术要求相对简便、取材容易等优点，所以它应用较为广泛，涉及细胞生物学、生物化学、临床检验学等各个领域，特别在细胞生物学研究方面有很广阔的应用前途，是一项十分重要的技术。近年来细胞生物学一些细胞工程技术的建立和一系列理论的研究，如细胞周期与调控、基因表达与调控、细胞全能性的揭示、癌变机理与抗衰老的研究、细胞杂交等都是与细胞培养技术分不开的。
体外培养的动物细胞可分为原代细胞（primary culture cell）和传代细胞（subculture cell）。原代细胞是指从机体取出后立即培养的细胞，如将实体组织（肝、肾等）剪碎并用胰酶消化后的细胞悬液直接进行肝细胞和肾小管上皮细胞的培养，这些细胞称为原代细胞。通过各种传代培养方法，还可以得到各种细胞系、细胞株和细胞克隆等细胞的传代培养物。二、 细胞融合技术（一） 细胞融合
细胞融合（cell fusion）又称细胞杂交（cell hybridization）。它是细胞彼此接触时，两个或两个以上细胞合并形成一个细胞的过程。在自然情况下体内或体外培养的细胞发生融合的现象，称为自然融合，如受精过程是一种典型的自然细胞融合现象。在体外可用人工方法促使相同或不同细胞间发生融合，称为人工诱导融合。它是20世纪60年代发展起来的一项新技术。
两个细胞融合后，可形成双核或多核的细胞，含两个不同亲本细胞核的细胞称为异核体（heterokaryon）；含同一亲本细胞核的细胞称为同核体（homokaryon）；自发的动物细胞融合的发生频率很小。用灭活的病毒，如仙台病毒，或用乙二醇处理，可人工促使细胞融合。若细胞融合后的异核体进行有丝分裂，则可产生杂种细胞（hybrid cell），并且可以通过筛选培养等方法，筛选出所需的各种杂种细胞。在种内杂交的例子中，凡是亲本细胞亲缘关系比较近的，则所得的杂交细胞的核型比较稳定，在连续培养中染色体丢失的速度很慢。但在人和鼠杂交细胞中，人的染色体丢失得很快。（二） 单克隆抗体技术
单克隆抗体技术是细胞杂交技术的成功应用，正常淋巴细胞（如小鼠脾细胞）具有分泌抗体的能力，但不能在体外长期培养，瘤细胞（如骨髓瘤）可以在体外长期培养，但不分泌抗体。于是英国科学家Kohler和Milstein 1975年利用杂交瘤技术，将B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞杂交融合，杂交后的细胞既具有B细胞分泌特异抗体的功能，又具有小鼠骨髓瘤细胞在体外可无限增殖的特性，因此可以不断地从细胞培养上清液中获取单克隆抗体。
单克隆抗体技术可以从产生各种不同抗体的各种杂交瘤混合细胞群体中筛选出产生特异抗体的杂交瘤细胞株，因而可以用不纯的抗原分子制备纯一的单克隆抗体。单克隆抗体技术与基因克隆技术相结合为分离和鉴定新的蛋白质和基因开辟了一条广阔的途径，同时单克隆抗体对抗原的定位、纯化是一种很好的手段，作为诊断试剂为疾病的研究和防治开辟了新的途径。第五节分子生物学方法
20世纪70年代以来，随着分子生物学各种技术的迅速发展，细胞生物学领域应用分子生物学方法，如原位分子杂交技术、PCR反应技术等研究生物大分子的结构和功能，本节予以简单介绍。一、 原位分子杂交技术
原位杂交组织化学（in situ hybridization histochemistry，ISHH）或称原位核酸分子杂交（简称原位杂交）（in situ hybridization，ISH），是应用特定标记的已知核酸探针与细胞涂片或组织切片上的组织或细胞中待测的核酸按碱基配对的原则进行特异性结合，形成杂交体，然后再应用与标记物相应的检测系统，在核酸原有的位置进行细胞内定位的方法。
原位杂交的基本原理是将含有互补碱基序列的DNA或RNA探针，
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]