Thursday, 21 August 2014

细胞为什么要“自杀”?

秋天到来的时候,树叶由绿转黄,从树梢上飘落下来。这一幕对于生活在温带的人们来说是再熟悉不过的了,即便是为树叶凋零而落泪的文人也知道这些树并没有生病,更没有死,它们明年春天还会发芽。树叶的凋零是一个生理过程,是树木抵御寒冬的一种策略。有时气温骤降,比如提前下了一场大雪,树叶也会纷纷掉落。这时如果你足够细心,就会发现这些落叶和正常凋零的树叶是不同的,因为它们还没来得及经历凋零的程序,就在短时间内被冻伤或冻死了。
细胞的凋亡
  树叶的凋零是看得见的器官水平的变化,在细胞水平也有一个类似的凋零现象,人们把它形象地称为细胞凋亡(apoptosis)。细胞凋亡是一个主动的,按部就班的过程,它涉及到一系列基因的表达、酶促反应以及亚细胞水平的变化。也就是说,细胞凋亡是一种程序性死亡(programmed cell death)。与程序性死亡相对的是意外死亡,比如我们把一只活着的虾扔到热油锅里,虾身上的细胞什么程序也来不及运行就都死掉了。
  乍一看,细胞给自己准备一套精密复杂的“自杀”程序似乎有些不可思议。生物不都是在千方百计地生存吗?为什么又要处心积虑地去死呢?然而,这里的死只是细胞的死亡,而不是生物体的死亡。能够控制身体细胞的死亡对于多细胞生物来说是至关重要的。
最原始的多细胞生物只是一堆单细胞聚集在一起,彼此之间没有分工。当细胞之间有了分工和协作,机体就需要能够控制这些细胞的行为——包括必要的时候让它们死掉。如果这些细胞还像单细胞生物那样自顾自地生长,那么它们到头来还是聚在一起的一堆细胞,而不会是一个“有机”的整体。在发育过程中很多不需要的细胞都是以凋亡的方式被清除的,比如一些脏器的空腔就是因为里面原来的细胞死掉了才空出来的;再比如蝌蚪有尾巴,而青蛙没有尾巴,从蝌蚪到青蛙的变态过程中尾巴上的细胞也是通过凋亡处理掉的。还有我们人类胚胎的一定时期也有尾巴,我们尾巴的消失也是通过类似的机制。形象一点说,没有细胞凋亡的“雕琢”,我们就不可能成为千姿百态的动物,而只能是一个肉球。
  生物体的细胞总是处于新旧更替中,老去的细胞大多也是通过凋亡结束生命的。在凋亡的过程中细胞内的一些蛋白会被降解,染色体被切割成短片段,而细胞膜则一直保持完整,并且膜表面会出现特定的标志,告诉吞噬细胞这是一个凋亡了的细胞。吞噬细胞将凋亡的细胞吞噬消化,细胞的内容物不会泄漏,不会造成“环境污染”。相反经历坏死(necrosis)的细胞细胞膜会破裂,细胞内容物泄漏,进而会引起炎症反应,表现为局部肿胀、发热、疼痛,并对身体造成一定的伤害。机体的细胞时刻处于新生和死亡的动态平衡之中,我们体内每天都有数以百亿计的细胞死去,但我们并不会因此感到任何不舒服,这就是因为它们是通过细胞凋亡这种安全的途径死掉的。
  我们已经看到从胚胎发育到生物体正常生活都离不开细胞凋亡,也就是说细胞凋亡是一种为了生存的死亡。
既然细胞凋亡在生命活动中如此重要,凋亡的异常也就会造成一些疾病。例如老年痴呆症帕金森氏症等就是因为一些本来不该凋亡的神经细胞凋亡了;相反如果一些细胞中的凋亡途径被抑制,开始无节制的疯长则可能形成肿瘤。通过对凋亡机制的深入研究人们可以开发出一些药物对细胞凋亡进行调节,比如一些抗癌药物能特异地激活某些癌细胞的凋亡途径,这样既可以高效杀死癌细胞,对正常组织的毒副作用又比较小,它们与传统的化疗药物相比有明显的优势。
  孔老夫子说:“未知生,焉知死”。这句话很朴素,也很合情理,但是它不合事实。细胞凋亡伴随着我们的一生,如果不了解它,就不会真的了解生命。所以我们说:“欲知生,必知死”。
  2002年麻省理工学院的H. Robert Horvitz因为在细胞凋亡方面的开创性研究获得了诺贝尔生理医学奖。近些年来,细胞凋亡以及其它细胞程序性死亡的研究一直是一个热点,为细胞凋亡研究做出过重量级贡献的还有两位华人科学家,他们是北京生命科学研究所的王晓东(曾任职于美国德克萨斯大学西南医学中心)和美国哈佛大学的袁钧瑛,两人都是美国科学院院士。