細胞為什么要“自殺”？

秋天到來的時候，樹葉由綠轉黃，從樹梢上飄落下來。這一幕對于生活在溫帶的人們來說是再熟悉不過的了，即便是為樹葉凋零而落淚的文人也知道這些樹并沒有生病，更沒有死，它們明年春天還會發芽。樹葉的凋零是一個生理過程，是樹木抵御寒冬的一種策略。有時氣溫驟降，比如提前下了一場大雪，樹葉也會紛紛掉落。這時如果你足夠細心，就會發現這些落葉和正常凋零的樹葉是不同的，因為它們還沒來得及經歷凋零的程序，就在短時間內被凍傷或凍死了。

細胞的凋亡

樹葉的凋零是看得見的器官水平的變化，在細胞水平也有一個類似的凋零現象，人們把它形象地稱為細胞凋亡（apoptosis）。細胞凋亡是一個主動的，按部就班的過程，它涉及到一系列基因的表達、酶促反應以及亞細胞水平的變化。也就是說，細胞凋亡是一種程序性死亡（programmed cell death）。與程序性死亡相對的是意外死亡，比如我們把一只活著的蝦扔到熱油鍋里，蝦身上的細胞什么程序也來不及運行就都死掉了。

乍一看，細胞給自己準備一套精密復雜的“自殺”程序似乎有些不可思議。生物不都是在千方百計地生存嗎？為什么又要處心積慮地去死呢？然而，這里的死只是細胞的死亡，而不是生物體的死亡。能夠控制身體細胞的死亡對于多細胞生物來說是至關重要的。

最原始的多細胞生物只是一堆單細胞聚集在一起，彼此之間沒有分工。當細胞之間有了分工和協作，機體就需要能夠控制這些細胞的行為——包括必要的時候讓它們死掉。如果這些細胞還像單細胞生物那樣自顧自地生長，那么它們到頭來還是聚在一起的一堆細胞，而不會是一個“有機”的整體。在發育過程中很多不需要的細胞都是以凋亡的方式被清除的，比如一些臟器的空腔就是因為里面原來的細胞死掉了才空出來的；再比如蝌蚪有尾巴，而青蛙沒有尾巴，從蝌蚪到青蛙的變態過程中尾巴上的細胞也是通過凋亡處理掉的。還有我們人類胚胎的一定時期也有尾巴，我們尾巴的消失也是通過類似的機制。形象一點說，沒有細胞凋亡的“雕琢”，我們就不可能成為千姿百態的動物，而只能是一個肉球。

生物體的細胞總是處于新舊更替中，老去的細胞大多也是通過凋亡結束生命的。在凋亡的過程中細胞內的一些蛋白會被降解，染色體被切割成短片段，而細胞膜則一直保持完整，并且膜表面會出現特定的標志，告訴吞噬細胞這是一個凋亡了的細胞。吞噬細胞將凋亡的細胞吞噬消化，細胞的內容物不會泄漏，不會造成“環境污染”。相反經歷壞死（necrosis）的細胞細胞膜會破裂，細胞內容物泄漏，進而會引起炎癥反應，表現為局部腫脹、發熱、疼痛，并對身體造成一定的傷害。機體的細胞時刻處于新生和死亡的動態平衡之中，我們體內每天都有數以百億計的細胞死去，但我們并不會因此感到任何不舒服，這就是因為它們是通過細胞凋亡這種安全的途徑死掉的。

我們已經看到從胚胎發育到生物體正常生活都離不開細胞凋亡，也就是說細胞凋亡是一種為了生存的死亡。

既然細胞凋亡在生命活動中如此重要，凋亡的異常也就會造成一些疾病。例如老年癡呆癥、帕金森氏癥等就是因為一些本來不該凋亡的神經細胞凋亡了；相反如果一些細胞中的凋亡途徑被抑制，開始無節制的瘋長則可能形成腫瘤。通過對凋亡機制的深入研究人們可以開發出一些藥物對細胞凋亡進行調節，比如一些抗癌藥物能特異地激活某些癌細胞的凋亡途徑，這樣既可以高效殺死癌細胞，對正常組織的毒副作用又比較小，它們與傳統的化療藥物相比有明顯的優勢。

孔老夫子說：“未知生，焉知死”。這句話很樸素，也很合情理，但是它不合事實。細胞凋亡伴隨著我們的一生，如果不了解它，就不會真的了解生命。所以我們說：“欲知生，必知死”。

2002年麻省理工學院的H. Robert Horvitz因為在細胞凋亡方面的開創性研究獲得了諾貝爾生理醫學獎。近些年來，細胞凋亡以及其它細胞程序性死亡的研究一直是一個熱點，為細胞凋亡研究做出過重量級貢獻的還有兩位華人科學家，他們是北京生命科學研究所的王曉東（曾任職于美國德克薩斯大學西南醫學中心）和美國哈佛大學的袁鈞瑛，兩人都是美國科學院院士。

PS：

一、除細胞凋亡之外，還有其它類型的程序性細胞死亡，它們分布于細胞凋亡與意外死亡之間，其中越接近凋亡的死亡對身體的傷害越小，越接近意外死亡的傷害越大。一般來說，凋亡是機體的首選，然后依次是其它的程序性死亡，盡量避免意外死亡。

二、凋亡相關的基因和信號途徑在進化中相當保守，在一些單細胞生物比如酵母和一些原生生物中也有凋亡現象。這是一個有趣的問題：多細胞生物的細胞凋亡是為了機體的利益犧牲自己，那么單細胞生物凋亡又為了誰呢？這個問題目前還沒有太滿意的答案。通常認為一個細胞周圍的細胞通常是自己的兄弟姐妹，如果細胞以凋亡的方式結束自己的生命，對周圍細胞的負面影響會更小。這和多細胞體內的情形多少有些相似。

（作者：內含子）

發表于 2014-09-01 00:00
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