第7节　细胞核

细胞核（nucleus）是细胞内最重要的结构，细胞核内包含所有的遗传信息，控制着细胞的代谢、生长、分化及增殖。电子显微镜可以观察到间期细胞核的核被膜、核孔、染色质及核骨架等微细结构。正常情况下，细胞核的形状与细胞的形态相关，如立方柱状形及圆形的细胞其胞核多为球形；梭形细胞的核多为卵圆形或杆状；扁平细胞的胞核则为扁平状；在分化程度低的恶性肿瘤中，其细胞核形态不规则甚至呈脑回样的畸形核。

细胞核内主要的化学成分为核酸及蛋白质，在细胞分裂的间期，蛋白质及核酸以染色质与核仁的方式存在，而在细胞分裂的中期，则以染色体的形式存在。胞核内的核酸有两种，即脱氧核糖核酸（DNA）（可与嗜碱性染料结合）及核糖核酸（RNA），包括rRNA、mRNA及tRNA；胞核内的蛋白质分为组蛋白即碱性蛋白质及非组蛋白性蛋白质，包括DNA聚合酶与RNA聚合酶以及核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶。另外，细胞核内还含有少量的脂类和无机盐，如钙、镁离子。

细胞间期的胞核有三个组成部分，即核被膜、核质、核仁。

核被膜（nuclear envelope）的结构复杂，最早由F. Anderson提出的核被膜结构，是细胞质与细胞核之间的一层界膜，构成胞核与胞质之间的屏障。核被膜包括内外两层膜、核孔、核周间隙、内致密层及环状物质（核孔及环状物质一起又称为核孔复合体）。内外两层核膜呈平行排列，每层厚度为6～7nm，两层核膜之间的腔隙为核周间隙，该间隙宽度随细胞的功能状态及病理变化而改变，因此核周间隙的变化差异较大，可以在15～60nm之间。内层核膜的内侧为致密层或称纤维层，胞核内的异染色质多附着于纤维层上。外层核膜的表面有核糖体附着，电镜下可见到外层核膜常与粗面内质网相连续，即核周间隙与内质网池相通，构成了细胞核与细胞质之间物质交换的通路。

核孔（nuclear pore）在核被膜上相隔一定的距离均匀分布，为选择性双向通道。在核孔处的内外两层核膜之间融合成一个个环形的孔，核孔的直径一般为40～80nm，大的核孔直径可达120nm。核孔数目与细胞代谢的旺盛程度及细胞增殖速度相关，蛋白合成旺盛及分化程度较低的细胞核孔较多，核孔多的细胞往往核仁比较大，常染色质也比较多，一般一个细胞的核膜上有4000个左右核孔，约占细胞核表面积的15%左右。核孔的主要作用是调节细胞核与细胞质之间的物质运输，是细胞基因复制、转录及翻译的重要部位，也是沟通细胞内信号传递、参与细胞增殖、分化等调控的必要部位。从细胞核孔转运至细胞质内的主要物质是胞核内的各种RNA，而从胞质转运进入细胞核的生物大分子物质则主要是参与基因复制、转录的各种酶及蛋白因子。这些大分子运输的途径主要是通过核孔复合体的主动运输及被动扩散完成。此外，增殖活跃的细胞，核孔也明显增多，以提高其代谢活性。

染色质（chromatin）的超微结构，在间期细胞核阶段，染色质在电镜下为不同电子密度的颗粒状或团块状物质。根据间期细胞核内染色质不同的形态又分为异染色质及常染色质，根据染色质的状态可推测其功能活跃程度。当细胞进入分裂期进行有丝分裂时，核膜消失，染色质在胞质中聚集呈一定数目的棒状结构形成染色体（chromosome）。

异染色质（heterochromatin）为高电子密度的絮状团块，多分布在内层核膜下及核仁附近，电镜下可见沿着核膜内侧面形成一薄层高电子密度的颗粒物，称为核周染色质，也有一些散在分布于核质内，部分异染色质围绕核仁分布称为核仁相随染色质。在高分辨率的电镜下可观察到异染色质由直径10～25nm的原纤维缠绕而成，这些原纤维主要由DNA及组蛋白和其他蛋白质结合在一起构成。一般认为异染色质为高度卷曲的染色质，在间期细胞核中是不活泼、不转录的DNA部分，此处的DNA与组蛋白紧密结合，处于相对静止的状态。

常染色质（euchromatin）一般位于胞核的中间部分是核中RNA转录的部位，分布于异染色质之间为舒展状细丝呈低电子密度的亮区。常染色质是间期细胞核中代谢活跃的非卷曲部分，此处的DNA与非组蛋白结合，在一定程度上控制着间期细胞的代谢活动。因此在基因转录及蛋白质合成活跃的细胞中常染色质非常丰富。

核仁（nucleolus）的主要功能是合成核糖体及rRNA，在电镜下可见由细丝成分、颗粒成分及核仁相随染色质三部分组成，为无界膜的球形疏松丝网状结构。核仁在细胞核内无固定位置，可以根据细胞的功能需要而移动，蛋白质合成功能较低的细胞，核仁比较小且多位于细胞核中间；在蛋白质合成旺盛及增殖活跃的细胞中可以有多个核仁，而且核仁巨大畸形，甚至核仁移动到核膜附近，以利于核仁内的RNA向胞质转运，此现象称为核仁边集。

细胞核的形态在正常情况下有圆形、椭圆形及梭形等，有时核膜可以略凹陷，但肿瘤细胞特别是低分化恶性肿瘤细胞的胞核形态怪异多变，奇形怪状的胞核甚至呈脑回样，形态极不规则。在病理情况下还可见到核内包含体（intranuclear inclusion），该包含体有真假之分，核内假包含体是因为核膜内陷后由于切片效应导致细胞质成分陷入核内而形成，假包含体由核被膜包绕，内有被包裹的各种细胞器，这种现象在肿瘤组织中常见，肿瘤细胞核的形态不规则以及核膜内陷均增加了胞核与胞质的接触面积，有利于核与胞质的物质转运以提高代谢活性。细胞核内的真包涵体没有核膜包裹，多为脂质包含物或糖原包涵物，前者以脂滴的形式存在，后者可见核内出现糖原颗粒蓄积成簇状分布。神经细胞核内包涵体病，可见细胞核内出现团状成束的丝状包含物；若细胞被病毒感染则核内包含物呈密集规律的晶格或细丝状线性排列的病毒，不同种类的病毒有不同形态的包涵物，如腺病毒、麻疹病毒均为DNA病毒，都在细胞核内复制装配完成。

细胞核的病理改变主要是核固缩、核碎裂及核溶解。这些变化出现在细胞变性坏死的过程中。电镜下核固缩表现为核膜皱缩凹陷，核周间隙增宽，核周袋形成。在细胞损伤的早期，染色质向细胞核周边集是可以恢复的，但随着损伤作用加重造成DNA解聚断裂，染色质将进入不可逆的病理改变，细胞核体积皱缩，染色质明显聚集成团块结构，随后发生染色质严重浓缩、崩解成碎块，细胞核的内容物逐渐溶解，最终细胞死亡时可见细胞核内容物完全溶解消失。当细胞发生程序性细胞死亡（凋亡，apoptosis）时，电镜下可见细胞核有其特征性的形态改变。在凋亡发生的早期，可见胞核的电子密度均匀性增高，而后染色质逐渐出现凝聚并向核周边集，典型的细胞凋亡形态为染色质凝聚浓缩成高电子密度、轮廓界限清晰的黑色团块状物质，形成经典的新月形、花瓣形或围绕核膜形成环状的结构，进而碎裂崩解散落到细胞质内。

细胞核体积的变化在病理诊断上有一定意义，正常细胞核的大小约为细胞的1/3，分化程度低的恶性肿瘤细胞及各种幼稚的干细胞均为增殖活跃的细胞，其胞核体积大，甚至占据细胞质的2/3以上，即核质比（NP）倒置，NP倒置时可促使细胞分裂增殖（图2-7-1～图2-7-14）。

续图