细胞生物学研究的内容

第一节　细胞生物学研究的内容

一、细胞及细胞生物学

细胞(cell)最早于1665年由Robert Hooke发现，它是组成包括人类在内所有生物体的基本单位。这一基本单位的含义既包括了结构上的，也包括了功能上的，因此只有从细胞水平上研究生物体的生命现象才是对生命现象最本质上的揭示。随着细胞在体外培养的实施及包括分子生物学技术在内的物理、化学技术的进步，使细胞水平上的生物学研究日益成为生物学研究的主要方向，因而诞生了细胞生物学(cell biology)这一生命科学领域中最活跃、最富有发展前景的分支学科。它从细胞角度来研究生命的发生与分化、发育与生长、遗传与变异、健康与疾病、衰老与死亡等基本生物学现象，这些研究内容与现代医学中若干重大问题，如肿瘤的发生与转移、疾病状态下细胞的分子机制、细胞移植治疗等都有着密切的联系。事实上，这类问题的解决将取决于细胞生物学的不断进展;而这些纯粹以人体或医学为对象的细胞生物学研究或学科也被称为医学细胞生物学(medical cell biology)。

二、医学细胞生物学研究的主要任务

细胞是生命的基础，因此一切问题的真正解决，都必须在细胞水平上得到真正解决。就医学而言，目前所面临的主要任务是探索疾病发生的分子机制、疾病的诊断与治疗等。

(一)疾病的发病机制

人类疾病是细胞病变的综合反映，而细胞病变则是细胞在致病因素的作用下，组成细胞若干分子相互作用的结果;外在的致病因素(物理的、化学的或生物的)和内在的致病因素(遗传的)都可能通过这种或那种途径影响到细胞内的分子存在及其所形成的网络系统，而导致细胞发生分子水平上的变化，并进一步导致建立在这些分子基础上的亚细胞及细胞水平上的病变。在人类的疾病谱中绝大多数疾病的发病机制尚不清楚，因而还不能提出针对性的分子干预措施，相应的就不会有有效的临床治疗药物，因此从细胞水平深入研究疾病的发病机制对揭示疾病本质、探讨有效治疗方法具有重要的意义。

(二)疾病的诊断

疾病的诊断除了必要的病原学检查外，更主要的是有赖于疾病所带来的异常特征，整体水平、生化水平、细胞水平或分子水平的变化都可能是疾病诊断的依据。然而整体水平或生化水平的变化，往往是细胞已经发生了严重的，甚至是不可恢复的变化后才出现的，因此依靠这些特征进行诊断往往无助于疾病的治疗;而细胞或分子水平的变化往往是在疾病早期，甚至是在尚未对细胞代谢产生某种影响的情况下就已存在或已发生，因此通过细胞或分子水平的变化来进行诊断就很容易获得早期诊断，也就十分有利于疾病的早期治疗，而研究和探索疾病状态下细胞及分子水平的变化是现代医学最令人鼓舞的领域，并因此诞生了分子诊断学(molecular diagnostics)这一前沿学科。

(三)疾病的治疗

一方面，疾病的治疗有赖于对疾病机制的深入了解，只有这样才能筛选具有针对性的药物以获得最大的治疗效果并最大限度地减少毒副作用;另一方面，基因治疗已成为21世纪具一定潜力的治疗方法之一，而基因治疗是建立在分子生物学特别是细胞生物学基础上的:用特定的细胞携带特定的基因转入特定的患者细胞中再回输入患者体内，弥补患者细胞基因表达上的缺陷，提高细胞的抗病能力，降低细胞内毒性物质的作用，恢复细胞内已紊乱的新陈代谢，从而达到治疗目的;再一方面，细胞或经过修饰的细胞(例如干细胞)移植在现代疾病治疗学上具有重大的应用前景，被移植的细胞和一定的生物材料(或高科技材料)相结合也是现代医学组织工程学的基础;最后，通过细胞融合或细胞杂交技术生产某些生物大分子，后者则可用于疾病的治疗和诊断。

总之，作为生命科学领域的前沿学科之一，医学细胞生物学已处于探索和解决生命科学领域中所有重大问题的时代。在医学领域，21世纪的医学也将全面走向分子医学(molecular medicine)的时代，疾病的诊断和治疗都有赖于疾病细胞机制的最终揭示，其中细胞生物学的研究是不可缺少的。

三、细胞生物学的分支学科

与许多学科一样，随着学科的发展，细胞生物学也已形成了许多分支学科，概括起来有以下几个方面。

(一)细胞形态学

细胞形态学(cytomorphology)是研究细胞形态及其亚细胞结构的一门分支学科，着重于探讨亚细胞结构或细胞器的起源、形成机制及发展过程，从医学角度更侧重于在病理状态下细胞形态的改变及其在医学实践中的意义。

(二)细胞生理学

细胞生理学(cytophysiology)是研究细胞生命活动规律的分支学科，着重于细胞生物学行为的探讨。从生理学角度讲，它也是生理学研究从整体水平深入细胞水平的一个分支。

(三)细胞遗传学

细胞遗传学(cytogenetics)也是遗传学的一个分支学科，它从细胞角度研究遗传及其变异的规律;在临床医学尤其是疾病的发生发展中，细胞遗传学也有其特定的意义，如肿瘤的形成与发展等。

(四)细胞化学

细胞化学(cytochemistry)以化学的方法研究细胞的化学组成、分布及其相应的生物学功能。根据研究方法的不同，细胞化学又可分为免疫细胞化学、放射细胞化学等。

(五)细胞社会学

细胞社会学(cytosociology)从系统论的观点出发，研究整体和细胞群中细胞间的社会行为(包括细胞间的识别通讯、集合和相互作用等)以及整体和细胞群对细胞的生长、分化和死亡(如细胞死亡的社会控制)等活动的调节控制。

(六)分子细胞学

分子细胞学(molecular cytology)从细胞遗传信息流(DNA→RNA→蛋白质)的角度，研究细胞内遗传物质的结构和表达的调控;在医学领域，分子细胞学还研究遗传结构异常或表达调控失常与疾病的关系。

除以上各分支学科外，还建有若干研究领域及分支学科，如细胞生态学(cytoecology)、细胞能力学(cytoenergetics)、细胞动力学(cytodynamics)、细胞工程学(cytoengineering)以及癌细胞生物学(cancer cell biology)、生殖细胞生物学(reproductive cell biology)和神经细胞生物学(neural biology)等，这与细胞生物学学科的飞速发展及其众多领域的广泛应用有关。