細(xì)胞為何要“自殺”

內(nèi)含子

每逢秋天到來(lái)的時(shí)候，樹葉由綠轉(zhuǎn)黃，從樹梢上飄落下來(lái)。這一幕對(duì)于生活在溫帶的人們來(lái)說(shuō)是再熟悉不過(guò)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(huì)發(fā)芽。

樹葉的凋零是一個(gè)生理過(guò)程，是樹木抵御寒冬的一種策略。有時(shí)氣溫驟降，比如提前下了一場(chǎng)大雪，樹葉也會(huì)紛紛掉落。這時(shí)，如果你足夠細(xì)心，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這些落葉和正常凋零的樹葉是不同的，因?yàn)樗鼈冞€沒來(lái)得及經(jīng)歷凋零的程序，就在短時(shí)間內(nèi)被凍傷或凍死了。

細(xì)胞的凋亡

樹葉的凋零是看得見的器官水平的變化，在細(xì)胞水平也有一個(gè)類似的凋零現(xiàn)象，人們把它形象地稱為細(xì)胞凋亡（apoptosis）。

細(xì)胞凋亡是一個(gè)主動(dòng)的、按部就班的過(guò)程，它涉及到一系列基因的表達(dá)、酶促反應(yīng)以及亞細(xì)胞水平的變化。也就是說(shuō)，細(xì)胞凋亡是一種程序性死亡（programmed cell death）。與程序性死亡相對(duì)的是意外死亡，比如我們把一只活蝦扔到熱油鍋里，蝦身上的細(xì)胞，還來(lái)不及運(yùn)行任何程序，就都死掉了。

乍一看，細(xì)胞給自己準(zhǔn)備一套精密復(fù)雜的“自殺”程序似乎有些不可思議。生物不都是在千方百計(jì)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(xì)胞的死亡，而不是生物體的死亡。實(shí)際上，能夠控制身體細(xì)胞的死亡，對(duì)于多細(xì)胞生物來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。

最原始的多細(xì)胞生物其實(shí)只是一堆單細(xì)胞聚集在一起，彼此之間沒有分工。當(dāng)細(xì)胞之間有了分工和協(xié)作，機(jī)體就需要能夠控制這些細(xì)胞的行為——包括必要的時(shí)候讓它們死掉。因?yàn)?，如果這些細(xì)胞還像單細(xì)胞生物那樣自顧自地生長(zhǎng)，那么它們到頭來(lái)會(huì)是聚在一起的一堆細(xì)胞，而不會(huì)是一個(gè)“有機(jī)”的整體。

在發(fā)育過(guò)程中，很多不需要的細(xì)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?yàn)槔锩嬖瓉?lái)的細(xì)胞死掉了才空出來(lái)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(tài)過(guò)程中尾巴上的細(xì)胞發(fā)生了凋亡。我們?nèi)祟惻咛グl(fā)育的一定時(shí)期也有尾巴，而我們尾巴的消失也是通過(guò)類似的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

形象一點(diǎn)說(shuō)，沒有細(xì)胞凋亡的“雕琢”，就不可能發(fā)展出千姿百態(tài)的各種動(dòng)物，而只能是出現(xiàn)一個(gè)個(gè)肉球。

一種為了生存的死亡

生物體的細(xì)胞總是處于新舊更替中，老去的細(xì)胞大多也是通過(guò)凋亡結(jié)束生命的。在凋亡的過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)的一些蛋白會(huì)被降解，染色體被切割成短片段，而細(xì)胞膜則一直保持完整，并且膜表面會(huì)出現(xiàn)特定的標(biāo)志，告訴吞噬細(xì)胞這是一個(gè)凋亡了的細(xì)胞。然后，吞噬細(xì)胞會(huì)將凋亡的細(xì)胞吞噬消化，在這一過(guò)程中，細(xì)胞的內(nèi)容物不會(huì)泄漏，因此不會(huì)造成“環(huán)境污染”。

相反，經(jīng)歷壞死（necrosis）的細(xì)胞，細(xì)胞膜會(huì)破裂，細(xì)胞內(nèi)容物會(huì)泄漏，進(jìn)而會(huì)引起炎癥反應(yīng)，表現(xiàn)為局部腫脹、發(fā)熱、疼痛，并對(duì)生物體造成一定的傷害。

機(jī)體的細(xì)胞時(shí)時(shí)刻刻都處于新生和死亡的動(dòng)態(tài)平衡之中。我們體內(nèi)每天有數(shù)以百億計(jì)的細(xì)胞死去，但我們并不會(huì)因此感到任何不舒服，這就是因?yàn)樗鼈兪峭ㄟ^(guò)細(xì)胞凋亡這種安全的途徑死掉的。

也就是說(shuō)，從胚胎發(fā)育到生物體正常生活，都離不開細(xì)胞凋亡。細(xì)胞的凋亡，實(shí)際上是一種為了生存的死亡。

細(xì)胞凋亡異常與疾病

既然細(xì)胞凋亡在生命活動(dòng)中如此重要，凋亡的異常也就會(huì)造成一些疾病。例如老年癡呆癥、帕金森氏癥等，就是因?yàn)橐恍┍緛?lái)不該凋亡的神經(jīng)細(xì)胞凋亡了；相反，如果一些細(xì)胞中的凋亡途徑被抑制，開始無(wú)節(jié)制的瘋長(zhǎng)，則可能形成腫瘤。

通過(guò)對(duì)凋亡機(jī)制的深入研究，人們可以開發(fā)出一些藥物來(lái)對(duì)細(xì)胞凋亡進(jìn)行調(diào)節(jié)，比如一些抗癌藥物能特異地激活某些癌細(xì)胞的凋亡途徑，這樣既可以高效殺死癌細(xì)胞，對(duì)正常組織的毒副作用又比較小。與傳統(tǒng)的化療藥物相比，它們有明顯的優(yōu)勢(shì)。

孔老夫子曾說(shuō)：“未知生，焉知死?！边@句話很樸素，也很合情理，但對(duì)細(xì)胞凋亡來(lái)說(shuō)，它卻不合事實(shí)。細(xì)胞凋亡伴隨著我們的一生，如果不了解它，我們就無(wú)法真正了解生命。因此，從某種意義上，我們也可以說(shuō)：“欲知生，必知死?！?/p>

2002年，基于細(xì)胞凋亡的開創(chuàng)性研究，麻省理工學(xué)院的H. Robert Horvitz獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。近些年來(lái)，細(xì)胞凋亡以及其他細(xì)胞程序性死亡的研究一直是一個(gè)熱點(diǎn)，為細(xì)胞凋亡研究做出過(guò)重量級(jí)貢獻(xiàn)的還有兩位華人科學(xué)家，他們是北京生命科學(xué)研究所的王曉東（曾任職于美國(guó)德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心）和美國(guó)哈佛大學(xué)的袁鈞瑛，兩人都是美國(guó)科學(xué)院院士。

實(shí)際上，除細(xì)胞凋亡之外，還有其他類型的程序性細(xì)胞死亡，它們處于細(xì)胞凋亡與意外死亡之間，其中，越接近凋亡的死亡，對(duì)身體的傷害越小，越接近意外死亡的，傷害越大。一般來(lái)說(shuō)，凋亡是機(jī)體的首選，然后依次是其他程序性死亡，而應(yīng)盡量避免意外死亡。

細(xì)胞凋亡相關(guān)的基因和信號(hào)途徑在進(jìn)化中相當(dāng)保守，在一些單細(xì)胞生物，比如酵母和一些原生生物中也有凋亡現(xiàn)象。這是一個(gè)有趣的問題：多細(xì)胞生物的細(xì)胞凋亡是為了機(jī)體的利益犧牲自己，那么單細(xì)胞生物凋亡又為了誰(shuí)呢？

對(duì)于這個(gè)問題，目前還沒有太滿意的答案。通常認(rèn)為一個(gè)細(xì)胞周圍的細(xì)胞通常是自己的兄弟姐妹，如果細(xì)胞以凋亡的方式結(jié)束自己的生命，對(duì)周圍細(xì)胞的負(fù)面影響會(huì)更小，這和多細(xì)胞體內(nèi)的情形多少有些相似。（作者系生物化學(xué)與分子生物學(xué)博士 來(lái)源：科學(xué)公園 責(zé)任編輯/清揚(yáng)）endprint